不同栽培年限珠子參在不同生長期的光合特性及保護(hù)酶活性研究△

黃文靜，王楠，李鉑，孫曉春，王征，劉妍如，楊潔，唐志書

(陜西中醫(yī)藥大學(xué) 陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 咸陽 712083)

·中藥農(nóng)業(yè)·

不同栽培年限珠子參在不同生長期的光合特性及保護(hù)酶活性研究△

黃文靜，王楠，李鉑，孫曉春，王征，劉妍如，楊潔，唐志書*

(陜西中醫(yī)藥大學(xué) 陜西省中藥資源產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，陜西 咸陽 712083)

目的為珠子參高效優(yōu)質(zhì)人工栽培技術(shù)提供研究基礎(chǔ)。方法在一個生長周期內(nèi)對不同栽培年限珠子參主要農(nóng)藝性狀、葉片光合特性、葉綠素和丙二醛含量、保護(hù)酶活性進(jìn)行測定，用Excel與SPSS軟件處理數(shù)據(jù)。結(jié)果3年生珠子參地上部分生長旺盛，葉綠素含量和保護(hù)酶活性高，對光能的捕獲、有機物的同化、以及對環(huán)境的適應(yīng)能力高于2年生和苗期珠子參。結(jié)論人工栽培珠子參，應(yīng)根據(jù)栽培年限和生長階段的不同采取相應(yīng)的遮陰措施。

珠子參；栽培年限；光合特性；保護(hù)酶活性

珠子參Panacis Majoris Rhizoma(PMR)系五加科多年生草本植物珠子參PanaxjaponicusC.A.Meg var.major(Burk.) C.Y.Wu et Feng ex C.Chow 的干燥根莖，別名扣子七、鈕子七、疙瘩七等，為自1977年起歷版《中華人民共和國藥典》所收錄，其干燥莖及葉亦為民間常用藥材[1]。珠子參野生資源主要分布于云南金沙江、瀾滄江、怒江流域以及陜西秦巴山區(qū)太白、眉縣一帶，甘肅隴南等地偶有零星分布[2]。商品珠子參主要源自野生采挖，但其資源已難以滿足市場需求，野生珠子參已處于極度瀕危狀態(tài)。此前對珠子參的研究多集中在化學(xué)成分、藥理活性、臨床應(yīng)用和資源分布方面[3-5]，珠子參生理生態(tài)特性方面的報道不多，這對于珠子參的人工撫育和人工栽培是極其不利的。野生珠子參生長緩慢，成藥周期較長，多生于溪邊林下、灌木叢下、山坡陰面等蔭蔽濕潤的環(huán)境，具有喜陰、怕干旱等特性。在眾多影響珠子參生長發(fā)育的因素中(光、水分、溫度、土壤等)，光照對其地上部分結(jié)構(gòu)的建成和道地性的形成有顯著影響[6]；葉綠素含量、光合速率是評價植物耐陰性的重要生理指標(biāo)，對揭示植物光合特性有重要的作用，同種植物在不同的生長發(fā)育階段的光合特性也不盡相同[7]?；诖耍覀兤谕ㄟ^對不同栽培年限的珠子參光合特性和保護(hù)酶活性等方面的研究，為珠子參資源保護(hù)、引種馴化和人工栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗材料及實驗設(shè)計

供試實驗材料種植于陜西太白縣鸚鴿鎮(zhèn)珠子參苗圃。該地地處東經(jīng)107°40′，北緯54°8′，海拔1754 m，年均日照時數(shù)2085 h，年平均氣溫9～10 ℃，夏季平均氣溫20.5 ℃，年降水量652 mm。實驗用不同年份珠子參均為種子直播，1～3年生珠子參分別為2015、2014和2013年秋播實生苗，經(jīng)不同程度間苗后保證株行距為10 cm×15 cm，搭建遮陰網(wǎng)一層，蔭棚透光率約為全光照的70%。

苗圃內(nèi)珠子參于2016年4月中下旬萌發(fā)出芽，8月下旬至9月上旬地上部分逐漸枯萎，各不同栽培年限珠子參每次采樣時選取同一小區(qū)內(nèi)3株長勢基本一致的植株記錄主要農(nóng)藝性狀；每株隨機選取同一葉位(自下而上第一批葉)同一掌狀復(fù)葉中的3片小葉(相當(dāng)于9次重復(fù))測定光合作用指標(biāo)。生理指標(biāo)的測定于2016年6月10日采樣，將測定完光合作用指標(biāo)的葉片剪下，做好標(biāo)記，經(jīng)液氮速凍后存入冰盒中，隨后測定葉綠素含量、丙二醛含量和保護(hù)酶活性。

1.2 實驗方法

1.2.1 珠子參農(nóng)藝性狀測定 珠子參株高和葉柄長度采用直尺測量，主莖粗使用游標(biāo)卡尺測量。

1.2.2 葉片光合參數(shù)的測定 分別于5月10日、6月10日、7月10日和8月5日當(dāng)天的10時至12時，用Li-6400XT便攜式光合儀(Li-COR，USA)測定葉片的凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)及細(xì)胞間CO2濃度(Ci)等參數(shù)，測定時用普通葉室自然光，CO2氣體由小鋼瓶提供，控制濃度為400 μmol·mol-1。

1.2.3 葉綠素和丙二醛含量的測定 葉片葉綠素含量采用丙酮法提取[8]，分光光度計法測定：取0.5 g鮮葉，加入少許CaCO3和石英砂，用80%丙酮研磨提取后，于663 nm和645nm處測定吸光度，計算總?cè)~綠素含量。丙二醛(MDA)含量采用雙組分光光度法測定，含量以 nmol·g-1FW表示。

1.2.4 保護(hù)酶活性的測定 SOD活性測定參照高俊鳳的方法[8]，NBT(氮藍(lán)四唑)光還原法測定，以抑制NBT光還原反應(yīng)50%所需的酶量為一個酶活性單位(U)，活性以U·g-1FW·h-1表示；CAT活性采用紫外吸收法測定，以1 min內(nèi)OD240降低0.1為一個酶活性單位(U)，活性以 U·g-1FW·min-1表示；POD活性測定采用分光光度計法，以每分鐘OD470變化0.01為一個過氧化物酶活性單位(U)，活性以U·g-1FW·min-1表示。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和SPSS12.0軟件進(jìn)行整理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培年限珠子參主要農(nóng)藝性狀變化情況

通過對不同栽培年限的珠子參測定株高、主莖粗、葉片數(shù)和葉柄長可知(圖1)，珠子參地上部分從春季萌發(fā)至6月初經(jīng)歷了一個快速生長的階段，各主要農(nóng)藝性狀從5月10日初次采樣至6月10日第二次采樣其數(shù)值均有大幅度的增加。6月之后雖然株高等還有所增加，但其增高趨勢逐漸變緩，尤其以一年生和二年生珠子參較為明顯。一年生珠子參在株高和葉柄長度上變化較大，主莖粗和葉片數(shù)變化較小；二年生珠子參各農(nóng)藝性狀除株高在8月份達(dá)到最大，其他指標(biāo)均在7月達(dá)到最大值，至8月時有所回落；3年生珠子參各農(nóng)藝性狀在同一時期內(nèi)均高于二年和一年生珠子參，從春季地上部分萌發(fā)至8月下旬地上部分出現(xiàn)倒伏，三年生珠子參一直保持著較為旺盛的生長勢頭。

圖1 不同栽培年限珠子參主要農(nóng)藝性狀變化

2.2 不同栽培年限珠子參葉片光合特性變化情況

由表1可知不同栽培年限的珠子參葉光合生理指標(biāo)存在極大差異，5月10日測量時，三年生珠子參葉凈光合速率(Pn)是一年生和二年生的1.9倍和1.42倍，三者之間差異極顯著；二年生和三年生珠子參在氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)和胞間CO2濃度(Ci)上無顯著差異；不同栽培年限珠子參葉片Ci間差異均不顯著。6月10日測量時，三年生珠子參的Pn、Gs、Tr和Ci分別為一年生珠子參的4倍、2.64倍、2.9倍和1.3倍；除Ci值為2年生珠子參最高外，其他光合指標(biāo)均為三年生珠子參最大；各光合指標(biāo)在不同栽培年限珠子參間差異均達(dá)到極顯著水平。7月和8月測量時，三年生珠子參除Ci值小于二年生珠子參外，其他值均大于一年生和二年生珠子參。不同栽培年限珠子參的Pn、Gs和Tr總體上為先升高后緩慢下降的趨勢，其平均值在5月時最小，隨后快速升高，至7月時達(dá)到峰值，8月又有所下降；其中二年和三年生珠子參變化較大，7月時的Pn值較5月分別增長了212.56%和157.85%；Ci在葉片生長過程中的變化較其他光合指標(biāo)較小，一年生珠子參在5至8月的4次測量中差異均不顯著。

表1 不同栽培年限珠子參葉片光合特性變化情況

2.3 不同栽培年限珠子參生理指標(biāo)變化情況

從表2可知，三年生珠子參葉片葉綠素含量最高，其次為二年生珠子參，3者達(dá)到極顯著差異水平；雖然一年生珠子參葉MDA含量高于二年和三年生珠子參，但三者差異不顯著。葉片保護(hù)酶SOD、CAT和POD活性均以3年生珠子參最高，分別為一年生珠子參的2.14倍、2.11倍和1.97倍，兩者間達(dá)到極顯著差異水平，但二年生和三年生珠子參葉片保護(hù)酶活性差異不顯著。

表2 不同栽培年限珠子參生理指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

通過對不同栽培年限珠子參進(jìn)行觀察，無論是一年生還是三年生珠子參從地上部分出土至葉片完全展開僅需10 d左右，到8月中下旬時，珠子參地上部分逐漸枯萎到全部倒伏所經(jīng)歷的時間也極其短暫。5月至6月是珠子參地上部分生長發(fā)育最快的時期，在此期間珠子參株高、葉片數(shù)和葉柄長度變化明顯，二年和三年生珠子參主莖粗變化明顯。7月時珠子參地上部分的生物產(chǎn)量達(dá)到最大值，到最后枯萎倒伏前均保持在一個較高水平。三年生珠子參各農(nóng)藝性狀均高于同時期測量的二年和一年生珠子參，這從一定程度上反映了珠子參第三年的生長是迅速和關(guān)鍵的，因此栽培珠子參通常生長三年以上才進(jìn)行采挖和收獲[9]。

植物光合生理特性和水分代謝與其所處的環(huán)境密切相關(guān)，葉片凈光合速率代表了植物同化有機物的能力，而蒸騰速率則影響著氣孔導(dǎo)度與植物吸收水分的能力，這些指標(biāo)對植物所處生境的變化相當(dāng)敏感[10]。野生珠子參通常生長在蔭蔽的林下溪邊，每年地上部分的生長時間只有150 d左右，如何利用有限的生長條件和時間完成一個生長周期是珠子參種群得以延續(xù)的關(guān)鍵。5月時氣溫尚低，葉片凈光合速率、葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度較小；至6月時氣溫有所升高、光照充足雨量充沛，此時光合作用變強加速了有機物的同化，地上部分迅速生長；7月時氣溫高、光照時間和強度增大，此時珠子參葉片凈光合速率增加到最大值，但由于氣孔過度開放和蒸騰作用變強，此時“源”所提供的能量和營養(yǎng)一部分供自身消耗，更大的一部分用于輸送向地下部分的“庫”，因此地上部分的生長變緩，這與7～8月份是珠子參地下部分迅速膨大時期的結(jié)論相一致[9，11]。

葉綠素含量是反映植物光合作用能力的一個重要指標(biāo)，蔭蔽環(huán)境下高的葉綠素含量不僅有利于對光能的捕獲和吸收同時還有利于對弱光的利用[12]，三年生珠子參葉片葉綠素含量遠(yuǎn)高于二年生和一年生珠子參，結(jié)合農(nóng)藝性狀和光合指標(biāo)來看，珠子參生長年限越長其地上部分的生長速度越快。植物體內(nèi)有一套與活性氧產(chǎn)生和清除相關(guān)的保護(hù)酶系統(tǒng)，在植物應(yīng)對環(huán)境刺激和變化時能夠在很大程度上平衡活性氧自由基，保護(hù)植物膜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定，避免細(xì)胞受到傷害[13]。通過檢測發(fā)現(xiàn)，不同年份珠子參MDA含量無顯著差異，三年生和二年生珠子參SOD、POD和CAT含量均高于一年生珠子參，差異達(dá)極顯著水平，說明與二年和三年生珠子參相比，苗期(一年生)珠子參對環(huán)境的適應(yīng)能力較弱，這也與其植株較小，光合速率低有極大的關(guān)系。

利用覆膜、遮陰、滴灌等現(xiàn)代科技結(jié)合植物特殊的生物學(xué)特性來規(guī)范各個環(huán)節(jié)的種植生長過程，有針對性在植物各個生長時期采取不同方式措施進(jìn)行管理是現(xiàn)代栽培的關(guān)鍵[14]，探明珠子參需光規(guī)律和光合特性有利于后期采取相應(yīng)的如遮陰等栽培措施，為珠子參的生長提供適宜的人工栽培環(huán)境。珠子參為陰生植物，對光敏感，處于不同栽培年限和發(fā)育階段的植株對光照的反應(yīng)有差異[15]，此外不同居群的珠子參光和特性也有所不同[13]。從本次實驗看來，二年生以上珠子參，各器官的生長動態(tài)比苗期(一年生)珠子參的好；珠子參幼苗需光量較小，若陽光直射則生長緩慢；1年以上生的珠子參植株可耐受一定強度的直光照射，這與李霞[14]和趙新禮[15-16]的研究結(jié)果相一致。目前，在珠子參栽培當(dāng)中使用遮陽網(wǎng)遮陰已達(dá)成共識[17]，但何時使用遮陽網(wǎng)遮陰、透光率如何選擇尚未進(jìn)行系統(tǒng)的研究。通過本次研究筆者認(rèn)為，在人工栽培珠子參時應(yīng)根據(jù)栽培年限的不同選取不同透光率的遮陽網(wǎng)遮陰，1年生珠子參遮陽網(wǎng)的透光率應(yīng)小于二年和三年生珠子參；7月時應(yīng)適度加蓋遮陽網(wǎng)減少透光率，降低環(huán)境溫度以利于珠子參葉片的生長和發(fā)育。

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StudyonPhotosyntheticCharacteristicsandProtectiveEnzymeActivitiesinPanaxjaponicusvar.majorofDifferentCultivatedYears

HUANG Wenjing，WANG Nan，Li Bo，SUN Xiaochun，Wang Zheng，LIU Yanru，YANG Jie，TANG Zhishu*

(ShaanxiUniversityofChineseMedicine/ShaanxiCollaborativeInnovationCenterofChineseMedicinalResourcesIndustrialization，Xianyang712083，China)

Objective：To provide the basis for efficient and effective cultivation techniques ofPanaxJaponicusvar.major(PMR).MethodsAgronomic trait，photosynthetic characteristics of leaves，content of chlorophyll and malonaldehyde，protective enzyme activities were measured in the one and the same growth cycle.The data were counted and analyzed by Excel and SPSS software.ResultsThere were significant different in photosynthetic characteristics and protective enzyme activities among PMR in different growth age.Over ground part of 3-year-old PMR grown vigorously and had higher content of chlorophyll and malonaldehyde.The capture of light energy，assimilation of organic matter and ability to adapt to the environment of 3-year-old PMR was higher than those of 2-year-old and seedling stage PMR.ConclusionShading measure should be taken according to the cultivated years and growth stage in artificial cultivated PMR.

PanaxJaponicusvar.major(PMR)；cultivated years；photosynthetic characteristics；protective enzyme activities

陜西省社會發(fā)展科技攻關(guān)項目(2015SF300)；陜西省教育廳自然科學(xué)專項項目(15JK1206)；陜西省教育廳人文社科專項(15JK1193)；陜西中醫(yī)藥大學(xué)科研基金項目(2016QN34)

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唐志書，教授，研究方向：中藥資源開發(fā)與綜合利用；E-mail：tzs6565@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2017.10.013

2017-04-06)