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甜叶菊（Stevia rebaudiana Bertoni）为原产于南美洲菊科多年生草本植物,因叶中含有甜菊糖苷而举世闻名。甜菊糖苷（Steviol glycosides,SGs）因具有高甜度和低热值的特点作为天然来源“甜味剂”被广泛应用于食品和饮料工业。已在甜叶菊中鉴定了 30多种SGs,其中含量较多的为甜菊苷（Stevioside,St）、瑞鲍迪苷A（Rebaudioside A,RA）和瑞鲍迪苷C（Rebaudioside C,RC）。不同的SGs因结构上的差异具有不同的感官特征,而这种感官特征与其工业化应用密切相关。St和RA的甜度为蔗糖甜度的250～300倍,但具有苦涩后味;瑞鲍迪苷D（Rebaudioside D,RD）和瑞鲍迪苷M（Rebaudioside M,RM）的甜度是蔗糖甜度的350倍,苦涩后味明显减少,尤其是RM具有快甜和干净的味道,最接近蔗糖的感官特征。但甜叶菊中RD和RM含量很少,从叶片中分离纯化获得RD和RM产量难以满足市场的需求。研究表明甜叶菊提取物具有抗菌、抗高血压、抗癌、抗炎和保肝等多种功效,这些功效可能更多地与其所含丰富的酚类物质有关。因此,研究甜叶菊中SGs和酚类的积累规律,探索SGs和酚类生物合成机制及调控机理对于推动甜叶菊产业发展具有重要的理论和实践意义。主要研究结果如下:1.以高效液相色谱-串联四极杆质谱分析仪,结合质谱分析及比对对照品或文献报道化合物的保留时间和质谱参数,在甜叶菊花和叶中鉴定了 16种酚类化合物。建立一种利用高效液相色谱法同时测定甜叶菊中16种酚类化合物含量的方法,并对甜叶菊SR-11盛花期花和叶中酚类的含量进行测定。结果表明,甜叶菊花和叶中酚酸化合物包括新绿原酸、绿原酸、隐绿原酸、1,3-二咖啡酰奎宁酸、异绿原酸B、异绿原酸A和异绿原酸C,其中均以异绿原酸A（9.76 mg/g和41.88 mg/g）含量最高;花和叶中类黄酮化合物主要为芦丁、槲皮素-7-O-葡萄糖苷、木犀草素-7-O-葡萄糖苷、木犀草素-7-O-芸香糖苷、槲皮素-3-O-木糖苷、槲皮素-3-O-鼠李糖苷、芹菜素-7-O-葡萄糖苷、山奈酚-3-O-阿拉伯糖苷和山奈酚-3-O-鼠李糖苷,其中均以槲皮素-3-O-鼠李糖苷（2.44 mg/g和8.19 mg/g）含量最高。甜叶菊花中酚类总量达22.31 mg/g,因而可以开发为保健食品;叶中酚类总量达91.11 mg/g,可以作为酚类工业生产的原料来源。本研究所建立的测定方法适用于甜叶菊中酚类的定量分析以及甜叶菊原料的质量评价。2.比较了 7个甜叶菊品种叶片中SGs、绿原酸类和类黄酮含量,以期为甜叶菊良种扩繁及新品种选育提供依据。7个品种中SGs主要包括RD、RM、RA、St和RC等,5 种糖苷的含量分别为 RA 35.15～111.48 mg/g、St 2.87～70.18 mg/g、RC 9.32～52.14 mg/g、RD 4.40～33.36 mg/g、RM 3.36～33.07 mg/g,SGs 总量为 115.97～171.86 mg/g。7 个品种中主要的绿原酸类成分的含量分别为异绿原酸A 3.01～35.71 mg/g、异绿原酸C 2.40～21.22 mg/g、绿原酸 2.07～14.79 mg/g、新绿原酸 0.29～6.08 mg/g、隐绿原酸0.41～2.93 mg/g、异绿原酸B 0.38～2.20mg/g,绿原酸类总量为8.60～76.39mg/g。7个品种中主要的类黄酮成分的含量分别为槲皮素-3-O-鼠李糖苷2.97～9.23 mg/g、芦丁1.25～2.82 mg/g、木犀草素-7-O-葡萄糖苷0.44～1.35 mg/g、木犀草素-7-O-芸香糖苷0.15～1.08 mg/g、山奈酚-3-O-鼠李糖苷 0.22～0.97 mg/g、芹菜素-7-O-葡萄糖苷 0.36～0.81 mg/g、槲皮素-7-O-葡萄糖苷0.18～0.71 mg/g、槲皮素-3-O-木糖苷0.08～0.47 mg/g、山奈酚-3-O-阿拉伯糖苷0.00～0.36 mg/g,类黄酮总量为7.45～14.76 mg/g。不同品种甜叶菊叶中SGs、绿原酸类和类黄酮含量有明显差异。品种SR-7中优质糖苷RD和RM以及绿原酸类含量均较高,可以作为一个优良品种进行推广,同时也是进一步进行品种改良的好资源。在70～154 d生长期内,甜叶菊SR-6叶片生物量积累呈上升趋势,各甜菊糖苷的含量变化幅度小,而绿原酸类及类黄酮成分的积累与生长期密切相关,其含量变化呈现升高-降低-升高-稳定的动态变化趋势。9月中旬至10月初,甜叶菊的生物量、甜菊糖苷、绿原酸类和类黄酮的积累趋于稳定。结合产量和有效成分两方面因素,确定新疆巴州甜叶菊最佳采收期为9月中旬至10月初,与当地传统采收期一致。3.为了从分子水平上探索甜叶菊中SGs、绿原酸类和类黄酮积累机制,对生长了115 d的3个不同品种甜叶菊（SR-8、SR-9和SR-10）及甜叶菊品种SR-11的5个生长时期（52 d、73 d、94 d、115 d和136 d）的叶片进行转录组测序研究,同时采用TMT标记结合高效液相色谱-质谱串联技术研究甜叶菊SR-11其中的3个生长时期（73 d、94 d和115 d）叶中蛋白质表达变化。品种SR-8叶中以St含量为主（101.89mg/g）,品种SR-9叶中以RC含量为主（82.77 mg/g）,品种SR-10叶中以RA含量为主（174.35 mg/g）。品种SR-10叶中SGs、绿原酸类和类黄酮总量（222.70 mg/g、27.63 mg/g、13.32 mg/g）最高,与品种SR-8和SR-9中SGs、绿原酸类和类黄酮总量（168.06 mg/g、13.83 mg/g、8.41 mg/g和161.95mg、12.15mg/g、10.20mg/g）相比存在显著性差异。甜叶菊 SR-11 品种叶中 RD 和 RM 的含量均较高,RD（24.35 mg/g）、RM（20.86 mg/g）和RA（56.98 mg/g）含量分别于94 d、136 d和115 d升至最高,SGs总量于94 d升至最高（129.42 mg/g）。甜叶菊叶中绿原酸类与类黄酮的动态积累趋势相似,呈现升高-降低-升高-降低的趋势,绿原酸类总量于115 d升至最高（71.89 mg/g）,类黄酮总量于94 d升至最高（13.84 mg/g）。荧光定量RT-PCR检测15个差异基因的表达量,验证结果显示转录组测序数据可靠。PRM验证分析表明差异蛋白的变化趋势与TMT定量结果基本一致。4.与 SGs 生物合成相关的 AACT、DXS、DXR、MCS、HDS、HDR、IDI、GGPPS、CPPS、KS、KO、KAH、UGT85C2、UGT91D1、UGT74G1 和 UGT76G1高水平表达,其中 DXS、HDR、CPPS、KO、UGT85C2、UGT91D1和UGT76G1的FPKM 值超过1000;HMGR、DXS、DXR、GGPPS、CPPS、KO、UGT85C2、UGT91D1、UGT74G1和UGT76G1在基因水平差异表达以及 AACT、DXS、DXR、GGPPS、UGT85C2、UGT91D1、UGT74G1和UGT76G1在蛋白质水平的差异表达调控甜叶菊中SGs的合成。UGT76G1对RA和RM的合成起着关键的调控作用,而UGT91D1可能对RD的合成起着关键的调控作用。5.与苯丙氨酸生物合成相关的DAHPS、DHQS、DHD/SDH、CS、PPT-AT和ADT高水平表达,其中DAHPS的FPKM值超过1000;DAHPS、DHD/SDH和ADT在基因水平差异表达以及DAHPS、DHQS、SK、PPA-AT和ADT在蛋白质水平差异表达调控生物合成底物分别进入绿原酸和苯丙氨酸合成途径。甜叶菊中的苯丙氨酸和酪氨酸是通过阿罗酸途径生成的。绿原酸类生物合成途径上PAL、C4H、4CL、HCT/HQT和C3’H高水平表达,其中PAL的FPKM值超过1000;PAL、C4H、C3’H和HCT/HQT在基因水平差异表达以及PAL、C4H和4CL在蛋白质水平差异表达调控甜叶菊中绿原酸的生物合成。CHS、CHI、FNS、FLS/F3H和P3’H高水平表达,其中CHS的FPKM值超过2 000;CHS、CHI、FLS/F3H和F3’H在基因水平差异表达以及CHI、FNS、FLS/F3H和F3H在蛋白质水平差异表达调控甜叶菊中类黄酮的生物合成;FLS/F3H对黄酮醇的合成起着关键的调控作用;UGT78D2在黄酮醇的糖苷化反应中起着关键调控作用。木质素生物合成途径上的COMT、CCoAOMT、CCR和CAD在基因和蛋白质水平的表达对甜叶菊中绿原酸和类黄酮的合成会产生一定的影响。6.转录因子 WD40、MYB、bHLH、WRKY、C3H、bZIP 和 GRAS 与甜叶菊中 SGs、绿原酸类和类黄酮的合成密切相关。ABC转运蛋白、GST和VSR调控甜叶菊中次生代谢产物的合成、转运与积累。