LED光質對積雪草生長及總苷含量的影響

黃燕芬，林宣伶，萬凌云，2，韋坤華，郭曉云

(1.廣西壯族自治區藥用植物園，國家中醫藥傳承創新中心，廣西藥用資源保護與遺傳改良重點實驗室/廣西壯族自治區中藥資源智慧創制工程研究中心，廣西 南寧 530023；2.廣西壯族自治區藥用植物園，廣西道地藥材高品質形成與應用重點實驗室，廣西 南寧 530023)

引言

積雪草[Centellaasiatica(L.)Urban]是一種藥、食、賞兼用的藥用植物，屬于傘形科多年生的匍匐莖草本植物，又稱雷公根、鐵盞草。主要分布在嶺南一帶以及印度、日本、馬來西亞等國內外地區。積雪草主要以干燥的全草入藥，具清熱利濕、解毒消腫之功效[1，2]，臨床用于治療濕熱黃疸、中暑腹瀉、石淋血淋、癰腫瘡毒、跌撲損傷等癥狀，由于其具有明確的療效和廣泛的資源分布，多個國家已將積雪草納入藥典中并對其分類和詳盡描述。積雪草的質量直接關系到它應用的安全性和有效性[3]。既往藥理研究顯示，積雪草不僅可以治療皮膚燒傷、改善皮膚瘢痕狀況、修復受損肌膚、調節體內內分泌系統和增強免疫功能，還可以抑制中樞神經、黑色素的合成、腫瘤、胃潰瘍，抗炎、抗氧化、保護血管壁、促進血管再生[4，5]。積雪草被國內外的醫藥、美容保健行業等領域的學者進行了廣泛的研究，具有良好的應用前景[6，7]。

LED光源可以實現對光環境的精確控制，能有效調節植物產品的產量和品質[8]，但目前不同光質配比與積雪草生長和有效成分含量關系的研究仍舊缺乏。本試驗將水培積雪草作為材料進行水培與光質調控，以不同光質對其生長及生理生化的影響為切入點，通過不同LED光質比例對水培積雪草生長及積雪草苷、羥基積雪草苷含量的影響，初步探索積雪草適宜的光質環境以及植物工廠光環境調控提供理論依據，為實現其高效、高質量生產奠定基礎，進一步豐富和完善植物光生物學基礎理論。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與方法

本試驗于2022年7月至2022年9月在廣西壯族自治區藥用植物園試驗用植物工廠內進行。積雪草采集自廣西藥用植物園內，采用水培方式栽培。選取生長相近的積雪草植株，剪取第4～5節匍匐莖結節培養后作為試驗材料，將莖基部包裹在海綿內，定植于塑料容器(長×寬×高=31 cm×23 cm×12 cm，內裝 8 L營養液)，每個容器內種植20株。采用1/2濃度園試配方營養液，每周更換一次。

1.2 試驗設計

選用LED紅藍組合面板燈(紅燈波峰660 nm，藍燈波峰450 nm)進行光質處理，試驗處理分別為：B、紅藍光組合(R∶B=2∶8、R∶B=3∶7、R∶B=5∶5、R∶B=7∶3、R∶B=8∶2)、R，光照強度為200 μmol·m-2·s-1，光周期16 h。試驗期間，植物工廠內溫度和濕度分別維持在 23±1 ℃ 和60% ～70%。處理時間為30 d。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生長指標測定

2022年9月9日至10日，采收積雪草并測定生長指標，每個處理選取長勢基本相近的10株，統計葉片數與分枝數，測定全株鮮質量、匍匐莖長度(各分枝長度的總和)及葉面積(基部最大片葉子的葉面積)。隨后將積雪草放入50 ℃的烘箱中烘干至恒重，測定全株干質量。

1.3.2 光合色素含量的測定

摘取積雪草新鮮葉片，使用95%乙醇溶液浸提至葉片無綠色為止，采用分光光度計法測定并計算葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量。

1.3.3 羥基積雪草苷和積雪草苷含量的測定

參照《中華人民共和國藥典》(2020版)[2]中對積雪草干樣采用高效液相色譜法，測定羥基積雪草苷和積雪草苷含量，計算積雪草總苷含量。積雪草總苷含量=羥基積雪草苷含量+積雪草苷含量。

1.4 數據統計分析

采用Excel軟件將所得數據進行列表和匯總，并用SPSS 23.0的單因素方差分析法分析數據，將整理好的數據采用GraphPad Prism 5軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 LED光質對水培積雪草生長的影響

根據表1可知，經過30 d水培與光質調控處理后，LED光質對水培積雪草分枝數、葉片數、葉面積、匍匐莖長、全株鮮質量和全株干質量的影響顯著不同。分枝數在R下顯著高于其他光質處理，其余光質處理間無顯著差異。葉片數在R下最高，R∶B=7∶3下最低。葉面積在R下最大，R∶B=2∶8下最低。匍匐莖長在R下最長，顯著高于其他處理，R∶B=2∶8和7∶3光質處理的最低。全株鮮重在R下顯著高于其他光質處理，在R∶B=7∶3下最低。全株干重在R下顯著高于其他光質處理，B、R∶B=2∶8和7∶3光質處理的最低。由此可知，R促進水培積雪草生長，R∶B=2∶8和7∶3不利于水培積雪草生長。

表1 LED光質對水培積雪草生長指標的影響

2.2 LED光質對水培積雪草光合色素含量的影響

由圖1(a)可以看出，隨著紅光增加，葉綠素a含量呈先上升后下降的趨勢。B、R∶B=2∶8和3∶7的葉綠素a含量較高，當紅光和藍光比例達到5∶5后，葉綠素含量顯著低于前面3個光質處理。由圖1(b)可以看出，隨著紅光增加，葉綠素b含量呈緩慢上升趨勢，B(單一藍光)的葉綠素b含量最低，R∶B=5∶5、7∶3、8∶2和R下葉片葉綠素b含量顯著高于B，其他處理間差異不顯著。由圖1(c)可以看出，隨著紅光增加，類胡蘿卜素含量呈緩慢下降趨勢，B的類胡蘿卜素含量最高，顯著高于R∶B=5∶5、7∶3和R的，其他處理間差異不顯著。由圖1(d)可以看出，隨著紅光增加，總葉綠素含量呈先上升后下降的趨勢。R∶B=2∶8和3∶7的總葉綠素含量顯著高于R∶B=5∶5、8∶2和R的，其他處理間差異不顯著。由此可知，高比例藍光有利于葉綠素a、類胡蘿卜素和總葉綠素含量的累積，高比例紅光有利于葉綠素b含量累積。

圖1 LED光質處理對水培積雪草光和色素含量的影響Fig.1 The effects of different LED light quality treatments on photosynthetic pigment content of hydroponic Centella asiatica

2.3 LED光質對水培積雪草總苷含量的影響

由圖2(a)、(b)和(c)可以看出，隨著紅光增加，積雪草有效成分含量變化趨勢一致，光質R∶B=3∶7下含量最低，隨后含量逐漸升高，在光質R∶B=7∶3下達到最高，顯著高于其他處理，之后又緩慢下降。由圖2(c)可以看出，在R∶B=2∶8、5∶5和7∶3下的積雪草總苷含量超過0.8%，達到藥典規定。由此可知，R∶B=7∶3最有利于水培積雪草總苷含量累積。

圖2 LED光質對水培積雪草總苷含量的影響Fig.2 The effects of LED light quality treatments on asiaticosides content of different of hydroponic Centella asiatica

2.4 LED光質對水培積雪草總苷產量的影響

由圖3(a)、(b)和(c)可以看出，隨著紅光增加，羥基積雪草苷、積雪草苷和積雪草總苷產量變化趨勢一致，在B、R∶B=2∶8、3∶7下產量最低，且這幾個處理無顯著差異；隨著紅光占比的增加，在R∶B=5∶5下顯著升高，在R∶B=7∶3下顯著下降，在R下總苷產量達到最高，顯著高于其他光質。由此可知，R有利于水培積雪草總苷產量的形成和積累。

圖3 LED光質對水培積雪草總苷產量的影響Fig.3 The effects of different LED light quality treatments on asiaticosides yield of hydroponic Centella asiatica

3 結論

光是植物進行光合作用的主要能量來源，對植物的生長發育、光合作用和物質代謝等方面具有重要的調控作用[9]。本試驗比較不同LED紅藍光比例對水培積雪草生長的影響，探索其適宜光質環境，以期更好地促進積雪草的生長和總苷累積。試驗結果顯示：不同光質處理對水培積雪草形態生長有顯著影響。尤其在紅光處理(R)下，水培積雪草的分枝數、葉片數、葉面積、匍匐莖長及全株干鮮重均維持著最高水平，反映出R相比于其他光質處理有利于水培積雪草的生長。張亞如等[10]在不同光質比例對以桉樹組培苗為材料的研究試驗中發現，紅光有利于葉片數生長；彭亮等[11]以遠志直播苗為材料的光質試驗結果發現，紅光對遠志的生長指標及生物量積累有較強的促進作用；程小燕等[12]在不同光質對以三葉爬藤為材料的試驗中發現，紅光處理對三葉崖爬藤的葉面積、生物量的積累較好，與此次試驗得到的結果相似。組合紅藍光質對水培積雪草的生長及生物量低于R，說明紅光更有利于水培積雪草的生長。這與王婷[13]研究不同光質對不結球白菜試驗中發現，組合光質不利于結球白菜生長的試驗結果相似。

葉綠素作為光合作用的光敏催化劑，其含量及比例是植物適應并利用光能的關鍵指標[14]。本試驗采用分光光度法測定不同LED光質對水培積雪草葉片葉綠素含量的影響。試驗結果發現，高比例藍光有利于葉綠素a、類胡蘿卜素和總葉綠素含量的累積，高比例紅光有利于葉綠素b含量累積。由試驗結果看出，紅藍光質配比對葉綠素含量存在著一定的影響，合適的紅藍光配比會促進葉綠素的生成，這與張亞如等[10]以不同光質對桉樹組培試驗研究中發現，適當LED紅藍光比例可以促進葉綠素a、總葉綠素及類胡蘿卜素的積累與合成的研究結果相似。綜合對比各含量之間的變化，試驗結果顯示B、R∶B=2∶8和R∶B=3∶7等幾個處理葉綠素a和總葉綠素含量較高，B下類胡蘿卜素含量最大。說明藍光占比高的光質有利于水培積雪草光合色素的合成。

對藥用植物，除要求產量外，更注重藥材質量。藥用植物的有效成分是其發揮臨床療效的物質基礎，也是評價藥材質量的重要標準[15]。植物主要是通過光合作用制造有機物，經過植物體內的運輸和代謝生產各種次生代謝產物[16]。本試驗發現，R促進水培積雪草生長，R∶B=7∶3有利于水培積雪草有效成分含量累積，而積雪草有效成分產量則在R最好，表明水培積雪草存在一定的逆境脅迫的次適宜環境。這與陳瑩等[17]研究不同光質對甘草苗期生長和活性成分累積的結果相似。

總體來看，通過LED對水培積雪草施加不同光質處理，以生長指標、光合色素的積累及有效成分含量和總苷產量的比較分析，選擇紅光處理(R)較其他光質表現出較強的生長優勢，有利于水培積雪草的生長及形態建成；采用R∶B=7∶3處理能夠促進積雪草總苷的合成與積累。由于促進積雪草生長和總苷累積的光質不同，下一步試驗將優化積雪草光照環境，以提高積雪草的生長及總苷含量，增加總苷產量，為探索積雪草在植物工廠水培過程中的光環境適應機制和高產優質提供理論依據。