外源水楊酸對蒼術生長與生理特性的影響

赫 衛, 顏 龍, 高欣晨

(貴州中醫藥大學 藥學院, 貴州 貴陽 550025)

0 引言

【研究意義】蒼術屬于臨床常用中藥,為菊科植物茅蒼術〔Atractylodeslancea(Thunb.) DC.〕或北蒼術〔Atractylodeschinensis(DC.) Koidz〕的干燥根莖[1]。從蒼術中分離得到的成分主要以揮發油為主,非揮發油成分主要有黃酮類、多糖類、苷類及有機酸類等化合物[2]。蒼術是大宗藥材,是我國重要的出口創匯中藥材之一,具有良好的種植效益和市場前景。開展外源水楊酸對蒼術生長與生理特性影響的相關研究對提高其種植效益,滿足市場需求,促進相關產業發展具有重要現實意義。【前人研究進展】水楊酸(Salicylic acid,SA)是一種重要的內源性信號分子,影響植物水分代謝、礦質營養吸收和光合作用,參與調節植物種子萌發、產熱、開花、離子跨膜轉運等生理過程[3-5]。隨著噴施水楊酸濃度的增加,銀杏葉的葉綠素含量、蒸騰速率、氣孔導度和凈光合速率先降低后升高再降低,在噴施2 mmol/L外源水楊酸時葉綠素含量提高10%以上[6]。水楊酸為應對逆境的信號傳導分子,在緩解非生物脅迫中發揮重要作用。王帆等[7]研究發現,1.0 mmol/L外源水楊酸能夠通過保護茅蒼術光合系統和調節其保護酶系統,緩解干旱脅迫對茅蒼術植株生長的脅迫效應。噴施1 mmol/L和2 mmol/L水楊酸能促進紅花葉片中可溶性蛋白含量的積累,抑制丙二醛積累,降低相對電導率,從而提高對不利環境的適應能力,但超過一定濃度范圍水楊酸可能抑制可溶性蛋白含量的積累[8]。水楊酸不僅可調控植物的系統獲得性脅迫抗性,還可調控植物的發育進程[9]。水楊酸對中藥材活性成分積累有促進作用,在組織培養過程中有增強懸浮細胞積累酚類物質的能力[10]。外施2 mmol/L水楊酸時,銀杏葉的總黃酮醇苷顯著提高39.90%,槲皮素、山奈酚和異鼠李素的含量提高17%以上,而外施1 mmol/L或3 mmol/L水楊酸時,總黃酮醇苷、槲皮素、山奈酚及異鼠李素的含量都低于對照組[6]。水楊酸參與蒼術植株中內生菌誘導的揮發油生物合成的信號級聯調控,水楊酸合成抑制劑反肉桂酸(trans-CA)預處理蒼術幼苗可抑制真菌誘導的信號分子爆發和揮發油積累,外源水楊酸可以逆轉反肉桂酸對揮發油積累的抑制作用[11]。外源水楊酸可以增加蒼術中揮發油的含量[11],從而增加其藥用價值。【研究切入點】目前,外源水楊酸對蒼術生長生理影響的研究鮮見報道。為此,采用不同濃度的水楊酸噴施蒼術幼苗,研究其幼苗生長及相關生理指標的影響。【擬解決的關鍵問題】探明水楊酸對蒼術幼苗生長生理的影響,旨在探索一種促進蒼術生長,提高其藥效和抗逆性的方法,從而滿足市場對蒼術日益增長的需求,并為開發蒼術葉的藥食價值提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 蒼術幼苗 自行培育。蒼術幼苗出苗40 d后選取健壯、長勢一致的幼苗備用。

1.1.2 試劑 水楊酸(分析純)和乙醇,均市購。

1.2 方法

1.2.1 材料預處理 選取飽滿、大小一致的北蒼術種子,采用32孔穴育苗盤(規格:6 cm×6 cm×11 cm)播種,播種深度2 cm,出苗后覆蓋遮陽網。

1.2.2 試驗設計 試驗于2021年在貴州中醫藥大學種子資源圃進行。試驗設6個處理,分別采用濃度為0 mmol/L(CK)、0.5 mmol/L(T1)、1.0 mmol/L(T2)、2.0 mmol/L(T3)、4.0 mmol/L(T4)和8.0 mmol/L(T5)的水楊酸溶液噴施蒼術幼苗葉面直至有溶液滴落。各處理3次重復。

1.2.3 指標測定 處理15 d后,將蒼術幼苗洗凈根莖部泥土,擦干水分,將葉和根莖分離。葉和根莖分別用千分之一天平稱鮮重。葉綠素和可溶性糖含量參照李小方等[12]的方法測定;黃酮含量參照阿木古楞等[13]的方法稍加改動后測定:以50%乙醇作提取溶劑,料液比(g∶mL)為1∶25,在70 ℃下超聲提取25 min;可溶性蛋白含量參照強偉等[14]的方法測定。

1.3 數據統計與分析

采用Excel 2012進行數據統計并制圖,用SPSS 18.0進行差異性分析。

2 結果與分析

2.1 噴施外源水楊酸蒼術幼苗的生長情況

研究發現,水楊酸噴施處理未顯著增加蒼術幼苗的根莖和葉的鮮重,蒼術幼苗的單株根莖鮮重為0.05～0.07 g,葉鮮重為0.04～0.05 g,隨著水楊酸濃度增加,各處理單株根莖鮮重依次為T4>T3>T2>T5>T1>CK,葉鮮重依次為T1>T5>T3>CK>T2>T4。從圖1看出,蒼術幼苗的根莖/葉鮮重比為1.23～1.58,依次為T4>T3>T2>T5>T1>CK,隨著水楊酸濃度增加呈先升后降趨勢,其中,T4比值達最大(1.58),顯著高于CK(1.23)和T1(1.25),與其余處理間差異不顯著;其余處理間差異不顯著。

注:柱上不同小寫字母表示P<0.05水平差異顯著,下同。

2.2 噴施外源水楊酸蒼術幼苗的生理特性

2.2.1 葉綠素含量與葉綠素a/b值 從圖2看出,葉綠素對環境變化很敏感,水楊酸處理顯著增加蒼術幼苗葉的葉綠素含量和葉綠素a/b值。葉綠素含量:各處理為1.26～2.35 mg/g FW,依次為T3>T5>T4>T1>T2>CK,隨著水楊酸濃度增加葉綠素含量呈升-降-升-降-升趨勢,其中,T3葉綠素含量最大,顯著高于除T5外的其余處理,CK(1.26 mg/g FW)顯著低于其余處理,其余處理間差異不顯著。葉綠素a/b值:各處理為2.02～2.90,依次為T4>T3>T5>T1>T2>CK,隨著水楊酸濃度增加葉綠素a/b值呈升-降-升-降趨勢,其中,各水楊酸處理的葉綠素a/b值均顯著高于CK(2.02 mg/g FW),其余處理間差異不顯著。表明,外源水楊酸可以增加蒼術的葉綠素含量,且葉綠體結構也不會被破壞。

圖2 外源水楊酸噴施蒼術幼苗的葉綠素含量及葉綠素a/b

2.2.2 黃酮含量 黃酮類物質是蒼術的藥用活性成分之一[15]。從圖3看出,噴施外源水楊酸對蒼術幼苗根莖和葉中黃酮含量的影響存在差異,各處理根莖的黃酮含量除T1外均較葉高。根莖:各處理為8.93～11.08 mg/g,依次為T4>T3>T2>T5>CK>T1,隨著水楊酸濃度增加黃酮含量呈降-升-降趨勢,其中,T1(8.93 mg/g)顯著低于其余處理,其余處理與CK(10.28 mg/g)差異不顯著。葉:各處理為6.41～9.72 mg/g,依次為CK>T1>T2>T3>T5>T4,隨著水楊酸濃度增加黃酮含量呈下降趨勢,其中,T4(6.41 mg/g)和T5(6.50 mg/g)顯著低于CK(9.72 mg/g),其余處理低于CK但差異不顯著。表明,適度的外源水楊酸可以顯著降低蒼術葉的黃酮含量,葉比根莖需求更高濃度的外源水楊酸。

注:同類圖柱上不同小寫字母表示P<0.05水平差異顯著,下同。

2.2.3 可溶性糖含量 從圖4看出,外源水楊酸對蒼術幼苗根莖和葉中可溶性糖含量的影響存在差異,各處理根莖的可溶性糖含量均較葉高。根莖:各處理為6.03～10.81 mg/g,依次為T4>T5>CK>T2>T3>T1,隨著水楊酸濃度增加可溶性糖含量呈降-升-降-升-降趨勢,其中,T4顯著高于除CK(8.48 mg/g)外的其余處理,其余處理間無顯著差異。葉:各處理為1.27～2.15 mg/g,依次為T3>T5>T1>CK>T2>T4,隨著水楊酸濃度增加可溶性糖含量呈升-降-升-降-升趨勢,其中,T3顯著高于T2(1.37 mg/g)和T4(1.27 mg/g),與其余處理間差異不顯著,T4顯著低于T3和T5(1.97 mg/g),與其余處理間無顯著差異;各處理與CK(1.63 mg/g)間無顯著差異。

圖4 噴施外源水楊酸蒼術幼苗葉和根莖的可溶性糖含量

2.2.4 可溶性蛋白含量 從圖5看出,外源水楊酸對蒼術幼苗根莖和葉中可溶性蛋白含量的影響存在差異。根莖:各處理為10.30～13.16 mg/g,依次為T2>T1>T5>CK>T3>T4,隨著水楊酸濃度增加可溶性蛋白含量呈升-降-升趨勢,低濃度水楊酸處理T2(13.16 mg/g)和T1(12.88 mg/g)的可溶性蛋白含量顯著高于CK(12.32 mg/g)及其余處理,而高濃度水楊酸處理的T3(11.21 mg/g)和T4(10.30 mg/g)則顯著低于CK和T5,T5與CK間無顯著差異。葉:各處理為8.63～13.15 mg/g,依次為T5>T3>T4>T2>T1>CK,隨著水楊酸濃度增加呈升-降-升趨勢,T5(13.15 mg/g)最高,T3(10.17 mg/g)其次,二者差異顯著且均顯著高于CK(8.63 mg/g)及其余處理,其余處理與CK間無顯著差異。說明,高濃度的水楊酸可以增加葉片中可溶性蛋白含量,暗示葉片比根莖耐受更高濃度的外源水楊酸。

圖5 噴施外源水楊酸蒼術幼苗葉和根莖的可溶性蛋白含量

3 討論

葉綠素b吸收和傳遞光能,葉綠素a捕獲光能和將光能轉化為電能,葉綠素含量反映植物的光合能力。研究發現,施用外源水楊酸能夠有效提高蒼術幼苗葉綠素含量和葉綠素a/b值,增強其光合作用。隨著水楊酸濃度增加,葉綠素含量呈先升后降趨勢,2.0 mmol/L時,葉綠素含量達最大。與水楊酸對銀杏葉的葉綠素含量的作用一致[6]。可溶性糖通過植物的光合作用而產生,是植物所需的基礎營養物質,其含量直接影響蒼術的生長和營養狀態。研究結果表明,在噴施水楊酸濃度為4.0 mmol/L時,根莖的可溶性糖含量高于其他濃度處理,葉的可溶性糖含量低于其他濃度處理,解釋了噴施4.0 mmol/L水楊酸可顯著增加根莖/葉鮮重比。

研究結果表明,噴施高濃度(4.0 mmol/L和8.0 mmol/L)外源水楊酸顯著降低蒼術葉的黃酮含量。范雪嬌[6]研究指出,外施3.0 mmol/L水楊酸可降低銀杏葉的總黃酮醇苷含量,外施2.0 mmol/L水楊酸能提高銀杏葉的總黃酮醇苷含量。研究結果表明,噴施0.5～2.0 mmol/L水楊酸時蒼術葉片黃酮含量與對照無顯著差異。膜莢黃芪[16]和燈盞花[17]的總黃酮含量分別在噴施0.40 mmol/L和0.05 mmol/L水楊酸時合成量達最高,猜測降低水楊酸濃度可能增加黃酮含量。黃酮類是植物合成的多酚產物,具有增強植物抗逆性以及提高植物化學防御功能[18],黃酮含量降低暗示外源水楊酸可能通過影響黃酮含量調控植物對逆境的反應。

可溶性蛋白是脅迫環境下植物滲透調節,維持細胞正常滲透勢的重要物質[19-20]。研究結果表明,可溶性蛋白含量隨水楊酸濃度增加呈先升后降再升趨勢。其與植物遭受逆境時可溶性蛋白變化趨勢相似[21],暗示水楊酸可能通過調控可溶性蛋白實現其緩解非生物脅迫的重要作用。0.5 mmol/L和2.0 mmol/L水楊酸分別顯著增加根莖和葉的可溶性蛋白含量,與低濃度水楊酸對紅花可溶性蛋白調控機理一致[8]。屬于蛋白質的酶類控制植物體內生長發育和生理代謝,低濃度水楊酸豐富了蛋白質含量,有利于植物各項生理代謝活動有條不紊,說明適宜濃度的水楊酸可能通過調控生長和生理代謝,達到提高蒼術幼苗抗逆性的效果。

蒼術葉的黃酮和可溶性蛋白含量略低于根莖,可溶性糖含量明顯少于根莖。相比其他濃度,4.0 mmol/L水楊酸可以顯著增加根莖/葉鮮重比和根莖的可溶性糖含量。2.0 mmol/L水楊酸可顯著增加葉的葉綠素、可溶性糖和可溶性蛋白含量。

4 結論

蒼術幼苗噴施外源水楊酸顯著增加葉綠素含量和葉綠素a/b值,對可溶性糖含量無顯著影響。一定濃度的外源水楊酸可以增加根莖/葉鮮重比,降低黃酮含量。可溶性蛋白含量隨水楊酸濃度增加呈先升再降再升趨勢。4.0 mmol/L水楊酸是收獲根狀莖適宜的濃度,2.0 mmol/L水楊酸是開發葉藥食價值的適宜濃度。