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      根外噴施銅、錳、鋅對(duì)桔梗生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響

      2015-10-20 01:14:18宋寧等
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年9期
      關(guān)鍵詞:光合特性桔梗微量元素

      宋寧等

      摘要:為了解微量元素Cu、Mn、Zn對(duì)桔梗生長(zhǎng)及主要藥用指標(biāo)成分桔梗皂苷D累積的影響,以一年生桔梗為材料,采用盆栽方式,在改良Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液的基礎(chǔ)上設(shè)定不同濃度的Cu、Mn、Zn梯度根外噴施處理,利用Li-6400便攜式光合儀測(cè)定光合作用相關(guān)指標(biāo),采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法和HPLC法分別測(cè)定桔梗根中各礦質(zhì)元素和桔梗皂苷D的含量。結(jié)果表明,一定濃度的Cu、Mn、Zn對(duì)桔梗的各項(xiàng)生理指標(biāo)具有促進(jìn)作用。在0.102 mg/盆的Cu、8.86 mg/盆的Mn以及3.10 mg/盆的Zn濃度下,除桔梗生理指標(biāo)和光合作用指標(biāo)含量顯著增加外,桔梗皂苷D的含量也分別增加為1.562、1.531、1.438 mg/g,試驗(yàn)中可以看出在3.10 mg/盆的Zn噴施下Cu的含量最高為16.71 mg/kg,同時(shí)在0.102 mg/盆的Cu噴施下Zn的含量最高為29.89 mg/kg,說(shuō)明在桔梗中Cu和Zn的含量具有相互影響作用。Mn對(duì)Fe元素具有明顯的拮抗作用,在Mn濃度為8.86 mg/g時(shí)Fe的含量最大為345.68 mg/kg,而在12.80 mg/g的Mn時(shí)Fe的含量明顯下降為146.77 mg/g。綜合分析以0.102 mg/盆的Cu、8.86 mg/盆的Mn以及的3.10 mg/盆的Zn濃度處理的桔梗生長(zhǎng)最好。

      關(guān)鍵詞:桔梗;微量元素;光合特性;桔梗皂苷D

      中圖分類號(hào): S567.23+9.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A文章編號(hào):1002-1302(2015)09-0285-05

      桔梗[Platycodon grandiflorum (Jacq. )A.DC]為桔??浦参?,以根入藥,性平,味苦、辛,具有化痰止咳、利咽開音、宣暢肺氣、排膿消癰的功效,是我國(guó)銷量最大的40種傳統(tǒng)中藥材之一[1]?,F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明,桔梗有免疫調(diào)節(jié)、抗炎、保肝等作用。同時(shí),桔梗也是一種藥、食及觀賞兼用的經(jīng)濟(jì)植物,每年作為蔬菜大量出口韓國(guó)、日本,國(guó)內(nèi)許多地區(qū)如東北也有食用習(xí)慣[2]。由于桔梗每年藥用尤其是出口需求量巨大,野生資源不能滿足市場(chǎng)需求,國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)了許多規(guī)?;酃7N植基地[3]。但是,由于桔梗野生轉(zhuǎn)家種年限不長(zhǎng),栽培相關(guān)研究滯后,本研究針對(duì)生產(chǎn)中存在的問(wèn)題,參考其他有關(guān)微量元素對(duì)中藥栽培的試驗(yàn)[4],以及桔梗主產(chǎn)區(qū)土壤肥力現(xiàn)狀,采用盆栽方式,根外噴施不同濃度的Cu、Mn、Zn處理,初步研究Cu、Mn、Zn 3種微量元素對(duì)桔梗生長(zhǎng)和有效成分的影響,以期為桔梗的栽培提供技術(shù)支持。

      1材料和方法

      1.1試驗(yàn)材料

      桔梗種子來(lái)自內(nèi)蒙古赤峰市,經(jīng)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王康才教授鑒定為桔??浦参锝酃Platycodon grandiflorum (Jacq. )A.DC]種子。2012年3月播種于29 cm×26 cm規(guī)格塑膠盆中,栽培基質(zhì)為:蛭石 ∶珍珠巖=5 ∶1,栽種種子深度為2 cm,栽種后置于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院日光溫室內(nèi),生長(zhǎng)期間每隔10 d澆改良Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液500 ml(大量元素采用霍格蘭營(yíng)養(yǎng)液配方,微量元素采用阿農(nóng)營(yíng)養(yǎng)液配方,基本營(yíng)養(yǎng)液pH值為6.0),所用試劑均為分析純,營(yíng)養(yǎng)液配方見表1、表2。

      1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      于2012年5月上旬桔梗種子發(fā)芽并生長(zhǎng)一段時(shí)間后開始試驗(yàn)處理,在Hoagland基本營(yíng)養(yǎng)液的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化,采

      1.3測(cè)定方法

      1.3.1光合色素含量的測(cè)定葉綠素含量采用王學(xué)奎的方法[5]測(cè)定。

      1.3.2水溶性總糖含量測(cè)定參照史樹德等的方法[6],采用蒽酮比色法進(jìn)行測(cè)定。

      1.3.3可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定參照史樹德等的方法[6],采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定。

      1.3.4光合參數(shù)測(cè)定使用美國(guó)Li-COR 公司的Li-6400便攜式光合儀,于桔梗生長(zhǎng)旺盛期(6月24日09:00—11:00)在自然條件下進(jìn)行光合參數(shù)的測(cè)定。凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2含量(Ci)等參數(shù)由儀器直接測(cè)得,選擇開放式氣路,紅藍(lán)光源,葉室光合有效輻射為800 μmol/(m2·s),樣品室內(nèi)氣流速率為500 μmol/s,參比室CO2濃度為380~410 μmol/mol,葉片溫度為30~32 ℃,樣品室相對(duì)濕度為25%~40%。測(cè)定時(shí)均選擇生長(zhǎng)良好、大小基本一致的健康植株各3株,每株選擇從頂部向下15 cm處大小基本一致、長(zhǎng)勢(shì)旺盛的2~4片小葉,并對(duì)葉片中部進(jìn)行測(cè)定。每次測(cè)定均選取固定標(biāo)記的葉片,每次3個(gè)重復(fù),每重復(fù)記錄5個(gè)觀測(cè)值,取其平均值作為該處理測(cè)定值。

      1.3.5Cu、Mn、Zn等元素含量測(cè)定每個(gè)處理取樣10株,所取樣品分成根系和葉2部分,105 ℃殺青10 min后70 ℃恒溫烘干,用小型植物粉碎機(jī)分別粉碎,過(guò)80目篩。用電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-AES法)[7]測(cè)定Cu、Mn、Zn 3種元素的含量。

      1.3.6桔梗皂苷D含量測(cè)定參照文獻(xiàn)[1]的方法,結(jié)合朱丹妮等[8]和許傳蓮等[9]的試驗(yàn),采用HPLC法測(cè)定桔梗皂苷D的含量。精確吸取對(duì)照品桔梗皂苷D溶液2、4、6、8、10、12 μL進(jìn)樣,按上述色譜條件測(cè)定峰面積。以峰面積為縱坐標(biāo)、進(jìn)樣量為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得回歸方程:桔梗皂苷D含量 Y=26 294x-6 152.8,r=0.999 0(圖1)。

      按供試品溶液制備項(xiàng)下方法制備樣品溶液,用0.45 μm濾膜過(guò)濾后,進(jìn)樣15 μL,按上述色譜條件測(cè)定,每次60 min。樣品譜圖見圖2。

      1.3.7數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003和SPSS 13.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

      2結(jié)果與分析

      2.1不同濃度Cu、Mn、Zn處理對(duì)桔梗根可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖含量影響

      試驗(yàn)結(jié)果(表4)表明,隨著Cu濃度的逐漸升高,桔梗蛋白質(zhì)含量和可溶性糖含量均是先升高后降低,在Cu-3時(shí)含量受到了抑制,于Cu-2時(shí)各生理指標(biāo)含量最大,相對(duì)于對(duì)照組含量分別增加了13.4%、51.0%、47.3%。

      在Mn-1時(shí)蛋白質(zhì)的含量最高,為24.86 mg/g,相對(duì)于對(duì)照組含量顯著提高了57.6%,可溶性糖含量也是隨著Mn濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),在Mn-2時(shí)濃度最高,為0.83 %。

      可溶性蛋白質(zhì)含量隨著Zn濃度的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢(shì),在Zn-3具有顯著性差異,含量為21.39 mg/g;可溶性糖含量在Zn-1時(shí)含量最高,為1.02%,與對(duì)照組有顯著性差異,相對(duì)于對(duì)照組顯著提高了85.4%。

      表4不同處理對(duì)桔梗生長(zhǎng)發(fā)育中生理指標(biāo)的影響(n=3)

      2.2不同處理對(duì)桔梗光合特性的影響

      試驗(yàn)結(jié)果(圖3)表明,一定濃度的Cu、Mn、Zn對(duì)桔梗葉綠素的形成具有明顯的促進(jìn)作用,在Cu-2和Mn-2處理下葉綠素明顯高于對(duì)照組,分別為3.64 mg/g和3.57 mg/g,這和Cu和Mn有助于光合色素形成有關(guān)系。相對(duì)來(lái)說(shuō),不同濃度Zn處理下,葉綠素的含量逐漸降低,說(shuō)明隨著Zn濃度的升高可能抑制桔梗葉綠素的形成。

      凈光合速率 Pn 可以反映物種光合能力的大小。試驗(yàn)結(jié)果(表5)表明,隨著噴施Cu濃度的升高,凈光合速率Pn呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì),在Cu-2時(shí)凈光合速率含量與對(duì)照組有明顯的差異,為6.29 μmol/(m2·s),說(shuō)明適宜的Cu有利于桔梗光合作用,而蒸騰速率Tr隨著Cu濃度的增加沒(méi)有明顯變化,水分利用率在Cu-2時(shí)達(dá)到最高,相對(duì)于對(duì)照組提高了16.7%。

      隨著噴施Mn濃度的升高,Pn在Mn-2時(shí)為12.49 μmol/(m2·s),與對(duì)照組有明顯差異;Tr呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),在Mn-2時(shí)含量最高,為3.53 mmol/(m2·s),說(shuō)明Mn-2明顯提高了桔梗的光合效率。水分利用效率是植物消耗單位量的水分所固定的CO2的量,表示植物對(duì)水分的利用水平,是光合速率和蒸騰速率的比值。水分利用率在Mn-2和Mn-3時(shí)與對(duì)照組相比具有顯著性差異,相對(duì)于對(duì)照組提高了42.2%和41.9%,可以看出來(lái)除了最利于桔梗光合效率的Mn-2之外,Mn-3雖然對(duì)Pn和Tr沒(méi)有顯著影響,但是對(duì)桔梗水分利用率具有顯著的提高。

      隨著噴施Zn濃度的增加,Pn和Tr的含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì),Zn-2與對(duì)照組相比有明顯的提高,Pn相對(duì)于對(duì)照組提高了77.4%,Tr 相對(duì)于對(duì)照組提高了2倍,說(shuō)明一定濃度的Zn可以提高桔梗的光合效率。水分利用率在Zn-1時(shí),與對(duì)照組相比顯著提高了58.5%,說(shuō)明Zn-1雖然提高不了桔梗的光合速率,但是在一定程度上抑制了桔梗的Tr,因而提高了桔梗的水分利用率,Zn-3與Zn-1相似,相對(duì)來(lái)說(shuō)Zn-2提高了Tr,因而降低了桔梗的水分利用率。

      氣孔導(dǎo)度(Gs)則是指植物氣孔傳導(dǎo)CO2和水汽的能力,是反映氣孔行為最為重要的生理指標(biāo),凡是影響植物光合作用和葉片水分狀況的各種因素都有可能對(duì)氣孔導(dǎo)度造成影響[10]。試驗(yàn)結(jié)果(表5)表明,隨著噴施Cu濃度的升高,Ci也呈現(xiàn)逐步上升的趨勢(shì),在Cu-2時(shí)含量與對(duì)照組有顯著性差異,提高了9.7%,Cu-1時(shí)Ci的含量只占對(duì)照組的84.1%,Cu-3與對(duì)照組無(wú)顯著性差異,對(duì)于Gs來(lái)說(shuō),除了Cu-2比對(duì)照組有顯著性提高外,其他Cu處理與對(duì)照組均無(wú)顯著性差異。由于在Cu-2處的氣孔Gs較大,進(jìn)入胞間的CO2濃度較大。隨著噴施Mn濃度的升高,Ci和Gs的趨勢(shì)與噴施Cu的趨勢(shì)相似,在Mn-2時(shí)相對(duì)于對(duì)照組來(lái)說(shuō)有顯著性的提高。隨著噴施Zn濃度的增加,Ci和Gs呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì),說(shuō)明Zn-3對(duì)桔梗的氣孔張開已經(jīng)起到了抑制作用,而Zn-1和Zn-2相對(duì)于對(duì)照組顯著提高了Ci和Gs。

      由此可見,在一定的Cu、Mn、Zn處理下,桔梗光合作用受抑制與氣孔因素有關(guān),但氣孔因素不是限制桔梗光合作用的主要因素。表5不同處理對(duì)桔梗凈光合速率、蒸騰速率與水分利用效率的影響(n=3)

      處理凈光合速率Pn

      2.3不同處理對(duì)桔梗根系中礦質(zhì)元素含量的影響

      植物體內(nèi)的Cu能夠保持免疫系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn);Mn是蛋白質(zhì)合成、遺傳信息傳遞的必需元素,并能維持內(nèi)分泌平衡,提高免疫力,促進(jìn)血細(xì)胞合成生長(zhǎng);而Zn同樣能夠提高免疫力,并能活血清熱,對(duì)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎也有顯著抗炎作用[11-13]。

      試驗(yàn)結(jié)果(表6)表明,在不同Cu、Mn水平處理下,Cu與對(duì)照組相比沒(méi)有顯著性的變化,而在不同Zn水平處理下,桔梗根部Cu呈現(xiàn)先上升后急劇下降的趨勢(shì),Zn-2比對(duì)照組提高了33.7%。桔梗根部的Mn含量在不同Cu、Mn、Zn水平處理下,都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì),分別在Cu-2、Mn-2、Zn-2與對(duì)照組相比含量顯著提高了40.2%、1.5倍、1.1倍。在不同Cu水平處理下,Zn的含量在Cu-2時(shí)與對(duì)照組相比有顯著提高,說(shuō)明噴施一定濃度的Cu能增加桔梗體內(nèi)Zn的積累,說(shuō)明兩者之間存在一定的互效作用。

      Fe元素是造血原料,有補(bǔ)血功能,并有利于含鐵酶的合成、修復(fù)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)[14]。在不同Cu、Mn、Zn水平處理下,F(xiàn)e含量之間都存在顯著性的差異,說(shuō)明不同濃度的Cu、Mn、Zn對(duì)Fe的集成都有不同程度的影響,從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看,Cu-2、Mn-2、Zn-1對(duì)Fe含量的富集有顯著的促進(jìn)作用,比對(duì)照組分別提高了52.7%、24.3%、2.1%。

      在植物體內(nèi)的灰分元素中,Ca的含量?jī)H次于鉀,Ca元素參與諸如氣孔運(yùn)動(dòng)、光合作用、光敏色素反應(yīng)等生理過(guò)程,能有效改善逆境下植物的光合能力,對(duì)增強(qiáng)植物抗逆性具有重要意義[15]。從表6可以看出,在不同Cu、Mn、Zn水平處理下,Ca含量除了Mn-2比對(duì)照組顯著提高了41.6%外,其他處理與對(duì)照組相比無(wú)顯著性變化或者比對(duì)照組低,說(shuō)明對(duì)桔梗噴施一定濃度的Mn,對(duì)Ca的積累具有一定的影響作用。表6不同處理對(duì)桔梗根系中礦質(zhì)元素含量的影響(n=3)

      處理銅Cu

      2.4不同處理對(duì)桔梗根中桔梗皂苷D含量的影響

      試驗(yàn)結(jié)果(圖4、圖5、圖6)表明,噴施不同濃度的Cu、Mn、Zn,桔梗皂苷D含量與對(duì)照組相比都具有顯著性的差異,在Cu-2、Mn-2、Zn-2時(shí),桔梗皂苷D含量分別為1562、1.531、1.438 mg/g,比對(duì)照組分別提高了14.9%、12.6%、5.7%。說(shuō)明噴施一定濃度的Cu、Mn、Zn可以提高桔梗皂苷D的含量。

      3討論與結(jié)論

      銅是植物體內(nèi)組成多種氧化酶的成分,也是呼吸作用的觸媒,它參與葉綠素的合成以及糖類與蛋白質(zhì)的代謝,銅還具有提高葉綠素穩(wěn)定性的能力,避免葉綠素過(guò)早遭受破壞,有利于葉片更好地進(jìn)行光合作用;錳參與蛋白質(zhì)和無(wú)機(jī)酸的代謝、光合作用中二氧化碳的同化、碳水化合物的分解以及胡蘿卜

      素、核黃素和維生素C的形成等,它對(duì)葉綠素的形成和糖類的積累轉(zhuǎn)運(yùn)、對(duì)于種子的發(fā)芽和幼苗的生長(zhǎng)以及植株的結(jié)實(shí)等均有的很好的作用;鋅是許多酶的組成成分,直接參與植物生長(zhǎng)素的形成,對(duì)植物體內(nèi)物質(zhì)水解、氧化-還原過(guò)程等有重要作用,對(duì)蛋白質(zhì)的合成起催化作用,促進(jìn)種子成熟[16]。本試驗(yàn)中,噴施Cu、Mn都顯著提高了葉綠素的含量,但是隨著噴施Zn的濃度增高,葉綠素的含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì),這與杜俊波等的 研究結(jié)果[22]相似,過(guò)高濃度的鋅處理會(huì)對(duì)內(nèi)環(huán)境造成脅迫,最終影響光合色素代謝過(guò)程中酶的活性以及光合色素合成。

      有關(guān)微量元素對(duì)中草藥生長(zhǎng)及其化學(xué)物質(zhì)的影響已有較多報(bào)道[17-19]。微量元素不僅影響植物的根系營(yíng)養(yǎng)及生理活動(dòng),促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育,而且還參與植物有效成分的結(jié)構(gòu)功能而影響植物化學(xué)成分的形成和積累,最終影響有效成分的量及藥效。例如:吳葉寬等采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),錳肥和鋅肥噴施能提高黃花蒿產(chǎn)量及青蒿素含量[20],目前由于各地土壤內(nèi)微量元素量的情況不同,因此為保證種植的中藥材優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),就必須要以適宜的方式來(lái)添加這些植物生長(zhǎng)必需的元素。

      在本研究中,一定濃度的Cu、Mn、Zn都提高了桔梗皂苷D的含量。施用適量Mn能顯著增加桔梗根中桔梗皂苷D的量,且皂苷量隨施用濃度的增加表現(xiàn)為上升趨勢(shì),在試驗(yàn)條件下,噴施濃度為36.60 mg/L 的Mn桔梗皂苷D顯著增加為1531 mg/g。這可能是由于Mn可抑制 IAA 氧化酶活性,從而促進(jìn)根的生長(zhǎng)及其生物產(chǎn)量增加,也可能是植物體內(nèi)某些酶對(duì)Mn有高度專一性,如郭敏等發(fā)現(xiàn)Mn可顯著增加丹皮根中 PAL 酶活性從而使藥材中活性物質(zhì)量增加[21]。

      微量元素在植物體內(nèi)的累積與分布有一定的規(guī)律性,彼此之間有一定的相互影響。從本試驗(yàn)可以看出Zn和Cu之間存在一定的相互作用,在一定的濃度下可以促進(jìn)彼此的積累。錳和鐵存在著拮抗關(guān)系,在植物中這2種元素應(yīng)保持適宜比例,才能使植物生長(zhǎng)正常[23],在Mn-3時(shí),F(xiàn)e的含量急劇下降,可能兩者發(fā)生了拮抗作用。一定濃度的Cu和Mn對(duì)于Ca的積累也起到了促進(jìn)作用。本研究桔梗微量元素之間的相互促進(jìn)脅迫關(guān)系提供了參考。

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