青霉素對(duì)金銀花光合生理特性的影響

崔志偉　王康才　王乾等

摘要：以金銀花品種巨花一號(hào)為材料，研究噴施青霉素對(duì)金銀花光合生理特性的影響。結(jié)果表明，隨著青霉素濃度升高，葉片中抗氧化酶活性逐漸升高，高濃度（800 mg/L）處理會(huì)抑制POD活性；低濃度（400 mg/L）處理可顯著提高實(shí)際光化學(xué)效率（ФPSⅡ）、電子傳遞速率（ETR）、光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP），增幅分別為196.6%、29.1%、975% 。當(dāng)青霉素濃度為600 mg/L時(shí)，葉綠素a 、葉綠素b含量分別比對(duì)照高8.6%、58.8%；凈光合速率（Pn）、胞間二氧化碳濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）分別升高52.9%、32.1%、27.9%。青霉素濃度為800 mg/L時(shí)，氣孔導(dǎo)讀（Gs）提高162.9%，但對(duì)ФPSⅡ、ETR產(chǎn)生一定的抑制作用，并降低葉綠素的含量。說(shuō)明適宜濃度的青霉素可顯著改善金銀花的光合生理特性，對(duì)金銀花生產(chǎn)實(shí)踐起參考作用。

關(guān)鍵詞：青霉素；金銀花；光合特性；葉綠素；氣體交換參數(shù)；熒光參數(shù)

中圖分類號(hào)： S567.7+90.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2015）03-0224-03

青霉素是一類臨床上廣泛應(yīng)用的廣譜抗菌素，常用于臨床醫(yī)學(xué)和作為動(dòng)物飼料添加劑等，植物上常用于病害防治和調(diào)控生長(zhǎng)等，對(duì)高等植物（如水稻、小麥等）種子萌發(fā)時(shí)α-淀粉酶的形成、葉綠素形成與降解、內(nèi)源物質(zhì)代謝等具有顯著影響[1]。湯菊香等報(bào)道，適宜濃度的KH2PO4和青霉素能明顯提高小麥老化種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、幼苗根系活力、葉片葉綠素含量及幼苗長(zhǎng)度[2]。青霉素應(yīng)用在藥用植物上也有相關(guān)報(bào)道，如容紹英等研究發(fā)現(xiàn)，800 mg/L青霉素水溶液能提高菘藍(lán)種子發(fā)芽率、幼苗株高和葉綠素含量[3]；謝德明對(duì)川芎進(jìn)行外源噴施青霉素水溶液后發(fā)現(xiàn)，植株的葉綠素含量提高18.28%，并降低了植物組織水勢(shì)[4]。因此，青霉素被認(rèn)為是一種新的、作用強(qiáng)的激素類植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。

金銀花為忍冬科（Caprifoliaceae）忍冬屬（Lonicera）多年生半常綠藤本植物，具有較高的藥用價(jià)值，有“中藥青霉素”的美稱。金銀花為喜光類植物，當(dāng)陽(yáng)光充足、光合作用旺盛時(shí)，植株可將更多的光合產(chǎn)物分配于營(yíng)養(yǎng)器官，使枝條粗壯、葉大、產(chǎn)量高。噴施青霉素可影響葉綠素含量，但對(duì)光合生理影響的相關(guān)研究報(bào)道則較少，因此，筆者通過(guò)外源噴施青霉素，初步研究其對(duì)金銀花的光合生理的影響，以期為后續(xù)相關(guān)研究和生產(chǎn)應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為金銀花品種巨花一號(hào)，經(jīng)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材研究所王康才教授鑒定為忍冬科忍冬屬忍冬（Lonicera japonica Thunb）。青霉素（純度≥98%）為北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材研究所日光溫室內(nèi)進(jìn)行，開(kāi)始前20 d停止對(duì)處理植株施用任何營(yíng)養(yǎng)元素，試驗(yàn)期間（2013年4月13日至5月1日）定期對(duì)植株澆水。青霉素分別用蒸餾水配制成濃度為200、400、600、800 mg/L的溶液，每個(gè)處理分4株，共處理3次。對(duì)照（CK）為噴施清水處理。噴施時(shí)間為16：00—17：00，以葉片正反兩面全部濕潤(rùn)且無(wú)液體滴下為宜。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 抗氧化酶體系活性

超氧化物歧化酶（SOD）活性的測(cè)定采用核黃素-NBT光還原法，以抑制氯化硝基氮藍(lán)四唑（NBT） 光化還原50%為1個(gè)酶活單位。過(guò)氧化物酶（POD）活性的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法，以 1 min D470 nm變化0.01為1個(gè)酶活單位。丙二醛（MDA）含量的測(cè)定采用硫代巴比妥酸（TBA）顯色法。

1.3.2 葉綠素含量

用島津UV-1601分光光度計(jì)按 Lichtenthaler 等的方法[5]測(cè)定并計(jì)算葉片單位鮮質(zhì)量的葉綠素a/葉綠素b含量。

1.3.3 光合作用參數(shù)

選取生長(zhǎng)勢(shì)較好、發(fā)育完全的葉片，用便攜式光合作用分析系統(tǒng)（Li-6400XT，美國(guó)Li-Cor公司）于晴天09：00—11：00測(cè)定植株光合作用。測(cè)定時(shí)使用開(kāi)放氣路，葉室溫度控制在（25±1） ℃，PPFD控制在 800 μmol/（m2·s），參比室CO2濃度為（380±10） μmol/L，相對(duì)濕度為60%～70%。測(cè)定的氣體交換參數(shù)有凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）。

1.3.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

Imaging-PAM M-series調(diào)制葉綠素?zé)晒獬上裣到y(tǒng)（德國(guó)Walz公司）測(cè)定葉綠素?zé)晒鈪?shù)。選取各處理生長(zhǎng)點(diǎn)下第3張完全展開(kāi)功能葉，20 min充分暗適應(yīng)后，取下葉片，在每個(gè)葉圓片上選定一個(gè)直徑為1 cm的測(cè)試目標(biāo)區(qū)域（AOI），測(cè)定時(shí)先用測(cè)量光[0.5 μmol/（m2·s）]測(cè)定初始熒光F0，飽和光脈沖2 700 μmol/（m2·s）（脈沖時(shí)間0.8 s）誘導(dǎo)FM，光化光強(qiáng)度為145 μmol/（m2·s）。在軟件的Kinetics窗口檢測(cè)各葉綠素?zé)晒鈪?shù)的動(dòng)力學(xué)變化曲線，相應(yīng)數(shù)據(jù)可直接從Report窗口導(dǎo)出。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)圖表處理，采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 青霉素對(duì)金銀花抗氧化酶體系的影響

SOD與POD是植物體內(nèi)的一種抗氧化保護(hù)酶，與膜脂過(guò)氧化有關(guān)，還可以清除植物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的少量超氧陰離子自由基（ O-2[KG-*2]· ）。從表1可看出，SOD活性在青霉素濃度為 800 mg/L 時(shí)最強(qiáng)；POD活性在青霉素濃度為600 mg/L時(shí)最強(qiáng)，濃度繼續(xù)升高時(shí)，活性則減弱。MDA作為H2O2的解毒劑，主要存在于植物的微體中，其含量可以反映出對(duì)細(xì)胞膜受傷害的程度以及抗氧化酶體系對(duì)細(xì)胞膜的保護(hù)程度，由表1可知，總體而言，MDA含量隨著青霉素濃度升高而逐漸上升，表明高濃度的青霉素處理不利于金銀花的生長(zhǎng)。endprint

2.2 青霉素對(duì)金銀花葉綠素含量的影響

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的主要色素，其含量反映了植物同化物質(zhì)的能力。如表2所示，與對(duì)照相比，外源噴施青霉素對(duì)葉綠素含量產(chǎn)生一定的影響。隨著青霉素濃度升高，葉綠素a含量、葉綠素b含量及葉綠素總量均有所增加，以濃度為600 mg/L時(shí)效果顯著，分別比對(duì)照增加了86%、588%、22.1%；當(dāng)濃度為800 mg/L時(shí)，葉綠素含量則顯著降低，以葉綠素總量下降幅度最大，比對(duì)照降低323%。與對(duì)照相比，200、400 mg/L青霉素可降低葉綠素 a/葉綠素 b的值，高濃度（600、800 mg/L）青霉素可提高葉綠素 a/葉綠素 b的值，最大增幅達(dá)15.4%。

3 結(jié)論與討論

光合作用是植物體內(nèi)重要的代謝過(guò)程，其過(guò)程受各種內(nèi)外環(huán)境因素的影響，如光照、水分、CO2濃度等。由試驗(yàn)結(jié)果可知，噴施青霉素后胞間CO2濃度（Ci）與凈光合速率（Pn）的變化趨勢(shì)一致，均隨著濃度升高而上升，說(shuō)明增大CO2濃度可以大大提高金銀花的光合生產(chǎn)力。不同處理下的蒸騰速率（Tr）雖表現(xiàn)出與胞間CO2濃度（Ci）及凈光合速率（Pn）同樣的趨勢(shì)，但其過(guò)高或過(guò)低意味著植物對(duì)水分的利用不充分，植物的光合作用。

光合色素在植物光合作用的原初光反應(yīng)過(guò)程中起著關(guān)鍵作用[9]，其含量高有利于增加光合產(chǎn)物的積累及葉片對(duì)花蕾營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)能力，從而促進(jìn)花蕾的發(fā)育。青霉素可促進(jìn)葉片中核酸和蛋白質(zhì)的合成，并且降低葉片中葉綠素酶的活性來(lái)延緩葉綠素的降解，從而提高葉片中葉綠體色素的含量[1]。由試驗(yàn)結(jié)果可知，在環(huán)境相同的條件下，外源噴施適宜濃度的青霉素可以增加葉綠素 a和葉綠素 b的含量，600～800 mg/L青霉素水溶液還可提高葉綠素a/葉綠素b值，葉綠素 b含量的提高可以增加用于吸收光能的集光色素蛋白的相對(duì)含量，從而保證葉片吸收更多的光能用于光合作用 [10]，而葉綠素a/葉綠素b值的提高有助于植物適應(yīng)周圍環(huán)境光強(qiáng)，又可提高對(duì)逆境的適應(yīng)性[11]。

同時(shí)，本試驗(yàn)通過(guò)不同濃度處理下金銀花的葉綠素?zé)晒馓匦缘臏y(cè)定發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的青霉素噴施后葉片均比對(duì)照有更高的Fv/Fm、ФPSⅡ、qP、ETR值。Fv/Fm值增加說(shuō)明其PSⅡ的實(shí)際光能捕獲效率較高，能夠把所捕獲的光能更多地用于光化學(xué)反應(yīng)[12]。處理后的ETR、qP值也有所升高，說(shuō)明其 PSⅡ 反應(yīng)中心原初電子受體QA庫(kù)較大，使PSⅡ反應(yīng)中心開(kāi)放的比列增大，它能夠通過(guò)光合電子傳遞途徑將較多的光能用于二氧化碳的同化，阻止了過(guò)量的激發(fā)能在PSⅡ反應(yīng)中心積累，這有助于為光合碳同化提供更多的能量（ATP）和還原力（NADPH），形成更多的光合產(chǎn)物[13]，從而分配于植株各器官，促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。

目前，關(guān)于青霉素對(duì)植物作用機(jī)理的相關(guān)文獻(xiàn)未見(jiàn)報(bào)道，筆者只是初步探討對(duì)金銀花的影響，但在不同物種及不同環(huán)境條件下的作用是否類似，仍需進(jìn)一步的探討。同時(shí)，由于青霉素可以抑制內(nèi)生菌的繁殖，外源噴施青霉素是否會(huì)影響金銀花相關(guān)成分指標(biāo)以及青霉素在金銀花中的殘留是否影響藥效，仍需進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]李海航，潘瑞熾. 青霉素在高等植物中的作用[J]. 植物生理學(xué)通訊，1987，23（5）：1-6.

[2]湯菊香，馮艷芳. KH2PO4和青霉素對(duì)小麥老化種子發(fā)芽及幼苗生長(zhǎng)的影響[J]. 種子，2001（4）：19-20，25.

[3]容紹英，劉冬蓮，石洪凌，等. 青霉素和氨芐青霉素對(duì)菘藍(lán)種子的生物學(xué)效應(yīng)[J]. 中藥材，2006，29（12）：1270-1272.

[4]謝德明. 川芎噴施青霉素研究初報(bào)[J]. 中國(guó)中藥雜志，1994，19

[5]Lichtenthaler H K，Wellburn A R. Determination of total carotenoids and chlorophyll a and b of leaf extracts in different solvents[J]. Biochem Soc Trans，1983，603：591.

[6]楊曉青，張歲岐，梁宗鎖，等. 水分脅迫對(duì)不同抗旱類型冬小麥幼苗葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2004，24（5）：812-816.

[7]許大全，張玉忠，張榮銑. 植物光合作用的光抑制[J]. 植物生理學(xué)通訊，1992，28（4）：237-243.

[8]Enty B E，Briantais J M，Baker N R.The relationship between the quantum yield of photosynthetic electron transport and quenching of chlorophyll fluorescence[J]. Biochim Biophys Acta，1989，990：87-92.

[9]李雪芹，徐禮根，金松恒，等. 4種草坪草葉綠素?zé)晒馓匦缘谋容^[J]. 園藝學(xué)報(bào)，2006，33（1）：164-167.

[10]遲 偉，王榮富，張成林. 遮蔭條件下草莓的光合特性變化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，12（4）：566-568.

[11]Ma C C，Gao Y B，Guo H Y，et al. Morphological adaptation of four dominant Caragana species in the desert area of the lnner Mongolia plateau[J]Acta Ecol Sin，2006，26（7）：2308-23121.

[12]張 杰，鄒學(xué)忠，楊傳平，等. 不同蒙古櫟種源的葉綠素?zé)晒馓匦訹J]. 東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，33（3）：20-21.

[13]Mao L Z，Lu H F，Wang Q，et al. Comparative photosynthesis characteristics of Calycanthus chinensis and Chimonanthus praecox[J]. Photosynthetica，2007，45（4）：601-605.endprint