L—谷氨酸對白芨組培苗葉綠素含量·礦質元素吸收及生長的影響

江勝德　郭蘭　王鄺佳等

摘要 [目的]研究L谷氨酸對白芨組培苗生長生理的影響。[方法]從葉綠素生物合成機理、礦質元素吸收機理出發，在MS培養基中添加不同濃度的L谷氨酸，測定不同處理的白芨組培苗葉綠素含量、礦質元素的含量及生物量。[結果]當谷氨酸濃度為200 mg/L時，白芨組培苗對礦質元素P、Mg的吸收量最大，同時生物量和葉片葉綠素含量達到最大。[結論]在培養基中添加L谷氨酸對白芨組培苗生長具有促進作用。

關鍵詞 L谷氨酸；白芨組培苗；葉綠素；礦質元素；生長；影響

中圖分類號 S567 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）20-143-03

Abstract [Objective] The research aimed to study the effects of Lglutamic acid on the growth physiology of tissue culture seedlings of Bletilla striata. [Method]Starting from the chlorophyll biosynthesis mechanisms and absorption mechanism of mineral elements，adding different concentrations of L glutamic acid in the MS medium，the chlorophyll content，mineral elements content and biomass of different treatments from tissue culture seedlings of Bletilla striata were measured.[Result]When the glutamate concentration of 200 mg/L，the absorptive amount of mineral elements P and Mg from tissue culture seedlings of Bletilla striata were maximum，the biomass and chlorophyll content reached the maximum at the same time.[Conclusion]Lglutamic acid was added in the culture medium，which had a promoting effect on the growth of tissue culture seedlings of Bletilla striata.

Key words Lglutamic acid；Tissue culture seedlings of Bletilla striata；Chlorophyll；Mineral elements；Growth；Effects

近年來，國內植物組培技術發展迅速。在植物組織培養過程中，植物體的生長方式主要分為靠培養基中的糖提供的碳源生長（異養）和靠自身光合作用進行自然生長（自養）2種。傳統的組培方式必須在培養基中添加糖以提供碳源，但組培苗長期靠異養進行生長繁殖就會出現葉片小、氣孔開閉功能差等影響組培苗的光合作用，最終導致植株失去自養的能力[1]。因此在組織培養中必須提高組培苗的自養能力，而提高自養能力就是要提高組培苗自身的光合作用，葉片中葉綠素的含量是決定組培苗進行光合作用的關鍵。提高葉綠素含量，有利于植物光合作用的進行，促進碳水化合物的積累，從而促進植物生長[2-4]。L谷氨酸是其他氨基酸的合成前體，也是合成蛋白質的重要物質，為植物的生長提供能量物質[5-6]。同時，L谷氨酸也是植物葉綠素合成的起始物質，提高植物體內L谷氨酸的含量有利于促進葉綠素的生物合成，從而提高植物光合作用能力[2，7]。另外，L谷氨酸的添加可以促使植物對P、Zn、Mg、Cu等礦質元素的吸收。

白芨（Bletilla striata（Thunb.）Reichb.f.）花色艷麗、花型優雅、葉態美觀，其干燥的塊莖主要做藥用，具有消腫生肌、改善皮膚營養狀況的功效，因此，白芨具有極高的觀賞價值和藥用價值[8-10]。由于野生白芨瀕危，現在國內生產大多采用組織培養的方式進行快速繁殖以滿足人們的需求，該研究從葉綠素生物合成機理出發，在MS培養基中添加不同濃度的L谷氨酸，研究L谷氨酸對白芨組培苗葉片葉綠素合成及礦質元素吸收的影響，以期優化白芨組培培養基，對白芨組培苗的生產及保護白芨種質資源具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采用蘭科植物白芨為試驗材料，在組培室內進行繼代培養4～5代，選取大小一致的組培苗接種于接種瓶內培養。

1.2 試驗方法

以L谷氨酸200、400、600、800 mg/L的濃度梯度分別添加到MS基本培養基中，并加入瓊脂7 g/L、蔗糖30 g/L，且以未添加L谷氨酸為空白對照組（CK），構成5種培養基，每組10次重復，具體培養基分別為1（MS+0.2 mg/L NAA+2 mg/L 6BA+200 mg/L L谷氨酸）、2（MS+0.2 mg/L NAA+2 mg/L 6BA+400 mg/L L谷氨酸）、3（MS+0.2 mg/L NAA+2 mg/L 6BA+600 mg/L L谷氨酸）、4（MS+0.2 mg/L NAA+2 mg/L 6BA+800 mg/L L谷氨酸）、CK（MS+0.2 mg/L NAA+2 mg/L 6BA+0 mg/L L谷氨酸）。

1.3 培養條件

培養室內溫度為恒溫25 ℃，光照強度為2 000～3 000 lx，每天光照12 h，培養時間為60 d。

1.4 數據測定

1.4.1 組培苗葉片葉綠素含量的測定。利用便攜式葉綠素儀SPAD502進行白芨組培苗葉片葉綠素含量的測定[11-15]。

1.4.2 組培苗礦質元素含量的測定。

將培養后稱重組培苗在105 ℃殺青20 min后，然后85 ℃恒溫烘干至恒重備用。每組分別取0.1～0.2 g烘干樣品粉碎研磨，并利用H2SO4-H2O2消煮法進行消煮，消煮完成得到消煮液，利用釩鉬黃比色法在分光光度計上測定P元素；利用火焰光度計法在火焰光度計上測定K元素；每組分別取0.25 g烘干樣品裝入瓷干鍋中在馬弗爐中進行灰化處理，灰化溫度525 ℃，燒至灰分近于白色為止，大約1～2 h，灰化結束后，利用HCl溶解灰分，純水定容至100 ml，冷卻后過濾，濾液經稀釋后利用原子吸收光譜儀測定Mg元素[16]。

1.4.3 組培苗生物量變化的測定。

將裝有培養基的接種瓶滅菌冷卻以后，用電子天平稱重計數，在超凈工作臺上將白芨組培苗接種于接種瓶內，接種后同樣稱重計數，稱重得出的質量差即組培苗的初始質量；在培養室內培養60 d后，將組培苗取出，用吸水紙將表面水分吸干后稱重計數，即培養后組培苗質量，培養后組培苗質量與初始質量的差即組培苗的生物量變化。

2 結果與分析

2.1 L谷氨酸對白芨組培苗葉片葉綠素含量的影響 對添加L谷氨酸的白芨組培苗葉片葉綠素含量進行方差分析，通過F檢驗，葉綠素相伴概率P值為0.044，小于顯著水平0.05，因此，谷氨酸的添加對白芨組培苗葉綠素含量的變化有顯著性影響。除了600 mg/L處理葉綠素含量低于對照組（CK），其他處理均高于對照組（CK）葉綠素含量，且200 mg/L處理葉綠素含量最高。

2.2 L谷氨酸對白芨組培苗吸收礦質元素（P、K、Mg）的影響

測定培養后白芨組培苗中P、K、Mg的含量，并對其進行方差分析，結果發現，P、Mg的相伴概率P值分別為0.042、0。K的相伴概率P值則為0.221，可見針對L谷氨酸的添加，對白芨組培苗吸收P、Mg有顯著影響，但對K的吸收無顯著影響。其中，對Mg的吸收，各處理組均與空白對照組（CK）差異顯著，且400 mg/L處理與800 mg/L處理差異顯著；而對P的吸收，僅200 mg/L處理和600 mg/L處理與空白對照組（CK）差異顯著（表1）。

2.3 L谷氨酸對白芨組培苗生物量變化情況的影響

白芨組培苗接種后在培養室內培養60 d，取出稱重計數并進行方差分析。F檢驗表明，其相伴概率P值接近0，表明培養基中L谷氨酸的濃度對白芨組培苗的生長有顯著性影響。除400 mg/L處理與800 mg/L處理之間無顯著差異以外，其余各組處理之間以及各處理與空白對照組（CK）之間均差異顯著。此外，200 mg/L處理與600 mg/L處理白芨組培苗生物量變化較大，其中200 mg/L處理生物量變化最大，較空白對照組（CK）重0.99 g（表2）。

3 討論

（1）葉綠素是植物進行光合作用的色素，在一定范圍內葉綠素含量與光合速率呈正比關系，即隨著葉綠素含量增加，光合速率隨之增加，因此，植物葉片中葉綠素的含量直接影響植物進行光合作用的能力。在培養基中添加L谷氨酸可以促進白芨組培苗葉片葉綠素的合成。合成葉綠素的起始物質是L谷氨酸[1]，白芨組培苗通過培養基將L谷氨酸吸收到體內，使合成葉綠素的原料增加，促進合成葉綠素的反應正向進行，進而提高白芨組培苗葉片內葉綠素的含量。很多學者的研究也證明L谷氨酸可以促進植物葉片葉綠素的合成這一觀點[1，7]，如李宗菊等在研究無糖組織培養的培養基中添加L谷氨酸，結果表明，當L谷氨酸濃度低于10 mg/L時，L谷氨酸的添加量與植物葉片葉綠素含量呈正比關系，即L谷氨酸濃度越大，植物葉綠素含量越高，凈光合速率也隨之升高；但當L谷氨酸濃度高于10 mg/L時，葉綠素的含量會隨L谷氨酸濃度的升高而降低，當L谷氨酸濃度>500 mg/L時，表現出明顯的抑制作用[1]。此次試驗表明，當L谷氨酸濃度為200 mg/L時，白芨組培苗葉片葉綠素含量達最高，比空白對照組（CK）高4.966 mg/g，此次試驗并未表現出在一定程度范圍內，L谷氨酸的濃度與葉綠素含量呈正比關系，可能是由于不同植物對L谷氨酸吸收利用率不同。

（2）植物光合作用除受光照、溫度等生態因子影響外，礦質元素的影響也是不容忽視的[17]。礦質元素是植物生理代謝的必需元素，對植物光合作用起至關重要作用。P元素對植物代謝活動起著重要作用，參與蛋白質、碳水化合物的形成與相互轉化，且直接參與植物光合作用的同化和光合磷酸化[18]；Mg元素是植物進行光合作用的必須元素之一，是植物葉綠素組成成分，其主要作用是維持葉綠體類囊體膜的結構穩定，保證對光能的有效吸收、傳遞和轉化[19-23]。所以說，增加白芨組培苗對礦質元素P、Mg的吸收就可以提高白芨組培苗的光合作用，進而促進白芨組培苗快速生長發育。在培養基中添加L谷氨酸可以促進白芨組培苗對礦質元素的吸收[24]，這是因為L谷氨酸分子結構中帶有2個負電荷的R基氨基酸可以與P、Mg等金屬陽離子絡合。白芨組培苗在培養基中吸收營養的同時將L谷氨酸絡合物一并吸收到體內，在組培苗體內經過生化反應，P、Mg等金屬離子得以釋放，進而參與到其他生化反應過程中去。此外，在培養基中添加不同濃度的L谷氨酸，組培苗吸收礦質元素的效果也不同。

（3）植物生物量的變化可以形象地反映出植物光合作用能力的強弱，在添加不同濃度L谷氨酸的培養基中培養白芨組培苗方式試驗中發現，當L谷氨酸濃度為200 mg/L時，白芨組培苗的長勢最好，莖粗壯、葉片濃綠有光澤，說明適當濃度的L谷氨酸可以促進白芨組培苗的生長發育，分析原因可能有以下幾點：首先，L谷氨酸的添加增加了白芨組培苗對礦質元素的吸收，被吸收的礦質元素在植物體內經過一系列復雜的生化反應可以合成植物生長必須的有機物質，如磷會在植物體內合成為核酸、酶類、維生素以及多種重要化合物，磷直接參與碳水化合物、脂肪、蛋白質的形成和轉；氮可以在植物體內合成蛋白質、葉綠素、激素等有機化合物，是生命的物質基礎；鎂是構成葉綠素的主要成分；其他未能轉化成有機化合物的礦質元素在植物體內也以不同的方式協調各生理生化反應，提高植物本身生物機能，從而促進植物茁壯生長。另外，L谷氨酸的添加會促進白芨組培苗葉片葉綠素的含量，而葉綠素的含量直接決定植物光合作用的強弱，也就是說，L谷氨酸的添加會促進植物進行光合作用合成自身生長的必需有機物，同時L谷氨酸促進植物吸收的礦質元素也可以促進植物光合作用，植物的光合作用能力增強，進而會促進植物的生長發育。

4 結論

為了研究L谷氨酸對白芨組培苗生理的影響，該試驗從白芨組培苗對葉片葉綠素的含量變化、礦質元素P、K、Mg的吸收情況以及白芨組培苗生物量的變化3個指標來研究L谷氨酸對白芨組培苗生理影響。結果表明，L谷氨酸對白芨組培苗生理機能有促進作用，且當L谷氨酸濃度為200 mg/L時，是白芨培養基的最佳濃度。因此，在培養基中添加適量的L谷氨酸可以增強白芨組培苗的自養能力，降低培養基中糖的添加量，從而實現白芨組培苗的減糖甚至無糖培養。

參考文獻

[1] 李宗菊，桂明英.谷氨酸在無糖組織培養中的應用[J].西南農業學報，1999，12（3）：45-49.

[2] 潘瑞熾.植物生理學[M].北京：高等教育出版社，1995.

[3] 鄭朝峰.氮素形態對小麥葉片谷氨酰胺合成酶的影響[J].植物生理學通訊，1986（4）：4647.

[4] 董運齋.大花蕙蘭營養特性與施肥的研究[D].北京：北京林業大學，2005：11-13.

[5] 陳華萍，魏育明，鄭有良.四川地方小麥品種蛋白質和氨基酸間相關研究[J].麥類作物學報，2005，25（5）：113-116.

[6] 沈同，王鏡巖.生物化學[M].北京：高等教育出版社，2002.

[7] 趙宇瑛，張再偉.葉面噴施谷氨酸對柑桔葉綠素含量的影響[J].湖北農業科學，2003（6）：87-88.

[8] 陳心啟，吉占和，羅毅波.中國野生蘭科植物彩色圖[M].北京：科學出版社，1999：107.

[9] 劉蓬芹，夏麗婭.中藥白芨的現狀研究概述[J].山東醫藥工業，2000，19（5）：32.

[10] 中國藥典委員會.中華人民共和國藥典（一部）[S].北京： 人民衛生出版社，1995.

[11] LOH F，GRABOSKY J，BASSUK N.Use of the minolta SPAD502 to determine chlorophyll concentration in Ficus benjamina L. and Populus deltoids Marsh leaf tissue[J].Hort Science，2000，35（7）：423-424.

[12] HAN H H，KIM Y K，LEE J Y.Correlation among the nitrogen，chlorophyll（SPAD Value） and photosynthetic reacitions on the leaves of one-yearold shoots by training angles in ‘Fuji apple trees[J].Hort Science，2004，39（4）：762-763.

[13] BABAR M A，REYNOLDS M P，VAN GINKEL M，et al. Spectral reflectance to estimate genetic variation for inseason biomass，leaf chlorophyll and canopy temperature in wheat[J].Crop Sic，2006，46（3）：10461057.

[14] LOH F C，GRABOSKY J C，BASSUK N L.Using the SPAD502 meter to assess chlorophyll and nitrogen content of Benjamin fig and cottonwood leaves[J].Hort Technology，2002，12（4）：541-740.

[15] NEILSEN D，HOGUE E J，NEILSEN G H，et al.Using SPAD-502 values to assess the nitrogen status of apple trees[J].Hort Science，1995，30（3）：508-512.

[16] 鮑士旦.土壤農化分析[M].3版.北京：中國農業出版社，2000.

[17] 余叔文，湯章城.植物生理與分子生物學[M].北京：科學出版社，1998：262.

[18] 吳楚，謝欲春，甘彩霞.磷脅迫對黃瓜幼苗生長·光合作用·生物量及其分配的影響[J].安徽農業科學，2005，33（10）：1825-1827.

[19] HUBER S C，MAURY W.Effects of Magnesium on intact chloroplasts[J].Plant Physiol，1980，65：350-354.

[20] RAO I M，SHARP R E，BOYER J S.Leaf magnesium alters photosynthetic response to low water potentials in sunflower[J].Plant Plysiol，1991，95：1189-1196.

[21] HUER S C，MAURY W.Effects of Magnesium on intact chloroplasta[J].Plant Physiol，1978，62：321-325.

[22] 汪洪，褚天鐸.植物鎂素營養的研究進展[J].植物學通報，1999，16（3）：245-250.

[23] 王芳，劉鵬.土壤鎂的植物效應的研究進展[J].江西林業科技，2003（1）：34-37.

[24] 吳沿友，劉能俊，龍青.天麻礦物質吸收及其營養機理探討[J].廣西植物，1999，19（4）：377-380.