鐵皮石斛的光效應(yīng)研究

鐵皮石斛的光效應(yīng)研究

剝皮石斛是多年生草本植物。這是一種調(diào)理胃和產(chǎn)生液體的藥。它具有很高的藥用價(jià)值，茶多酚含量是其主要藥物的有效成分。由于鐵皮石斛對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求特殊,自然環(huán)境下生長(zhǎng)繁殖緩慢,加上近年來(lái)的掠奪性采挖,野生資源已瀕臨滅絕?，F(xiàn)有的組培育苗、溫室或大棚進(jìn)行后期培育的人工栽培方式由于生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)量低等原因無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。因此,改變現(xiàn)有的栽培模式以縮短生產(chǎn)周期和增加產(chǎn)量對(duì)鐵皮石斛的人工栽培具有重要的意義。近年來(lái),很多學(xué)者對(duì)鐵皮石斛的人工栽培和組織培養(yǎng)進(jìn)行了大量研究,但對(duì)其生長(zhǎng)環(huán)境的研究較少。目前僅有筆者在組培階段的適宜光照強(qiáng)度有所探索,其他栽培環(huán)境的適宜條件還不甚明了。人工光型密閉式植物工廠能夠?qū)εc植物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的溫度、濕度、光照、CO2濃度等物理環(huán)境因子進(jìn)行精密控制,從而使植物的生長(zhǎng)與品質(zhì)改善成為可能。為此,本文在人工光型密閉式植物工廠的可控環(huán)境下,探討光照時(shí)間對(duì)鐵皮石斛組培苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響,以確定組培階段的適宜光照時(shí)間,為鐵皮石斛人工栽培的環(huán)境控制提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1培養(yǎng)基的制備外植體選用高約2cm、鮮重約300mg的鐵皮石斛單腋芽,培養(yǎng)容器選用容積為380mL的聚碳酸酯方型盒,其頂部留2個(gè)直徑為10mm的圓孔并覆蓋高分子透氣膜(?0.5μm,Millipore,Japan)。培養(yǎng)基選用MS,添加6-BA0.5mg·L-1,NAA0.05mg·L-1,蔗糖20g·L-1,瓊脂8g·L-1,pH調(diào)節(jié)在5.8～5.9之間。每個(gè)培養(yǎng)容器內(nèi)分裝90mL培養(yǎng)基,分別移植兩棵外植體。1.2外植體cof和2.4年生時(shí)期2個(gè)月d-13.人工光型密閉式植物工廠內(nèi)的環(huán)境條件控制在溫度22±1℃、相對(duì)濕度65±5%、光照強(qiáng)度68±9μmol·m-2·s-1、光期的CO2濃度800±50μmol·mol-1,人工光源選用了36W三基色熒光燈(YZ36RL,北京松下照明光源有限公司,中國(guó))。根據(jù)光照時(shí)間的不同設(shè)置6h·d-1、9h·d-1、12h·d-1、15h·d-1、18h·d-1的5組試驗(yàn)區(qū)(表1)。每個(gè)試驗(yàn)區(qū)放置12個(gè)移栽了外植體的培養(yǎng)容器,并重復(fù)試驗(yàn)3次。為避免外植體移植后過(guò)量的水分蒸發(fā),移植第一天進(jìn)行暗期處理。1.3測(cè)定指標(biāo)的測(cè)定外植體在人工光型密閉式植物工廠中培育92d后,測(cè)量各試驗(yàn)區(qū)組培苗的鮮重、干重、株高、腋芽數(shù)、葉綠素含量、多糖含量和凈光合速率等指標(biāo)。1.3.1干重用天平(BP221S,SartoriousInc.,Germany)測(cè)量植株鮮重后,于80℃烘箱中烘72h后稱重。1.3.2分光光度計(jì)算采用1∶1的乙醇-丙酮混合液在黑暗中常溫浸提72h,用分光光度計(jì)(UV-3150,ShimadzuCo.,Japan)測(cè)量其吸光度值,按照Arnon法修正公式計(jì)算。1.3.3多酚醛使用葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液制作標(biāo)準(zhǔn)曲線,采用苯酚-硫酸法測(cè)定。1.3.4葉室、采用混合風(fēng)機(jī)的測(cè)量使用便攜式光合儀(LI-6400,LI-CORInc.,USA)配合自制葉室進(jìn)行測(cè)量,具體的測(cè)量方法如下:①葉室的制作及安裝:用樹(shù)脂制成直徑11cm、高14cm,體積為1330cm3的圓柱型葉室,壁上開(kāi)三個(gè)孔利用6400-09土壤葉室安裝板(9864-174)與便攜式光合儀連接,同時(shí)在側(cè)邊開(kāi)一個(gè)小孔用于連接匹配閥處的回氣管。②測(cè)量:開(kāi)機(jī)時(shí),測(cè)量軟件使用儀器默認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)葉室配置,匹配時(shí)關(guān)閉葉室內(nèi)的混合風(fēng)扇,待匹配完成后,打開(kāi)混合風(fēng)扇進(jìn)行測(cè)量。光合測(cè)量時(shí)的環(huán)境條件為:溫度25℃,CO2濃度為550μmol·mol-1,氣流速度為800μmol·s-1。將裝有組培苗的培養(yǎng)容器置于自制葉室內(nèi),密閉自制葉室后對(duì)整株組培苗的光合速率進(jìn)行測(cè)量(圖1)。③單位換算:本文用單位時(shí)間內(nèi)單位干重所吸收的CO2質(zhì)量來(lái)表達(dá)組培苗的光合速率,單位為mg·dg-1h-1(μmol·m-2·s-1=1.58mg·dm-2·h-1,d表示組培苗的干重)。單位換算時(shí),光合速率的測(cè)量值A(chǔ)先與標(biāo)準(zhǔn)葉室進(jìn)行面積返算,得值B,單位為μmol·m-2·s-1;然后值B乘以1.58得值C,單位為mg·dm-2·h-1;由于試驗(yàn)中沒(méi)有對(duì)整株苗的葉面積進(jìn)行測(cè)量,值C再除以每株苗的干重得值D,單位變?yōu)閙g·dg-1·h-1。即:Pn=A×S11.58×S2×DwΡn=A×S11.58×S2×DwPn為光合速率計(jì)算值,單位為mg·dg-1·h-1;A為光合速率測(cè)量值,單位為μmol·m-2·s-1;S1為標(biāo)準(zhǔn)葉室面積,單位為cm2;S2為自制葉室面積,單位為cm2;Dw為植株干重,單位為g。2結(jié)果與分析2.1光照對(duì)鐵皮石斛組培苗鮮重的影響在不同光照時(shí)間下培育92d后,各試驗(yàn)區(qū)鐵皮石斛組培苗的植株形態(tài)表現(xiàn)出明顯的差異(圖2)。試驗(yàn)區(qū)PP6中組培苗葉色濃綠、葉片厚實(shí)肥大,但分蘗少,植株生長(zhǎng)量小;試驗(yàn)區(qū)PP12中組培苗的葉片深綠,其干重和腋芽數(shù)顯著增加;試驗(yàn)區(qū)PP9中組培苗的葉色、鮮重、腋芽數(shù)等各項(xiàng)指標(biāo)介于試驗(yàn)區(qū)PP6和PP12之間;試驗(yàn)區(qū)PP15和PP18腋芽數(shù)較多,組培苗的莖和葉呈現(xiàn)明顯的紫色,葉片明顯小于前三個(gè)試驗(yàn)區(qū),其生長(zhǎng)發(fā)育明顯受到抑制。總體來(lái)看,鐵皮石斛組培苗的鮮重隨著光照時(shí)間的增加顯著增加,超過(guò)12h·d-1后,光照時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)鮮重的增加沒(méi)有顯著性影響。試驗(yàn)區(qū)PP6和PP9中組培苗的干重差異不明顯,試驗(yàn)區(qū)PP12、PP15和PP18組培苗的干重差異也不明顯,但顯著高于試驗(yàn)區(qū)PP6和PP9(表2)。試驗(yàn)區(qū)PP9和PP12組培苗的節(jié)間長(zhǎng)度、株高和莖粗等綜合指標(biāo)表現(xiàn)較好,表明在這兩個(gè)光照時(shí)間培養(yǎng)的鐵皮石斛組培苗品質(zhì)較好。以上結(jié)果表明,光照時(shí)間對(duì)鐵皮石斛組培苗的植株形態(tài)、分蘗能力和干物質(zhì)積累有較大的影響。光照時(shí)間少于12h·d-1,組培苗生長(zhǎng)緩慢;光照時(shí)間超過(guò)12h·d-1,組培苗表現(xiàn)出與強(qiáng)光抑制相似的效應(yīng),其生長(zhǎng)發(fā)育受到明顯的抑制。當(dāng)光照時(shí)間為12h·d-1時(shí),鐵皮石斛組培苗的鮮重、干重、腋芽數(shù)、株高和莖粗等綜合指標(biāo)表現(xiàn)出較好的生長(zhǎng)狀態(tài)和生產(chǎn)潛力。2.2光照時(shí)間對(duì)鐵皮石斛的光合速率的影響鐵皮石斛組培苗的光合速率隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)先升后降,光照時(shí)間為12h·d-1時(shí)達(dá)到最高5.0mg·dg-1·h-1,光照時(shí)間為9h·d-1時(shí)次之,二者間無(wú)顯著性差異(圖3)。隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng),組培苗的光合速率顯著降低,表現(xiàn)出明顯的光抑制現(xiàn)象。光照時(shí)間為18h·d-1時(shí),組培苗的光合速率最低為1.3mg·dg-1·h-1。光合作用不僅需要足夠的能量,還需要一定的光合中間產(chǎn)物濃度才能正常進(jìn)行。光照時(shí)間超過(guò)12h·d-1時(shí)的光合中間產(chǎn)物在葉綠體內(nèi)的積累達(dá)到一定濃度后,影響了葉綠素合成,從而抑制了鐵皮石斛組培苗的光合作用。因此,光照時(shí)間超過(guò)12h·d-1后,鐵皮石斛的光合速率顯著降低。該結(jié)果表明,光照時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)鐵皮石斛組培苗的光合特性影響較大,光照時(shí)間太長(zhǎng)或太短都不適宜其生長(zhǎng)和發(fā)育。2.3光照時(shí)間對(duì)葉葉綠素含量的影響各試驗(yàn)區(qū)的鐵皮石斛組培苗的葉綠素a、b及葉綠素總含量有顯著性差異,隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng)先升后降,在光照為12h·d-1時(shí)達(dá)到最高,分別為2.17mg·g-1,0.72mg·g-1,2.89mg·g-1(表3)。光照時(shí)間超過(guò)12h·d-1后,隨著光照時(shí)間的延長(zhǎng),葉綠素a、b及葉綠素總含量顯著地降低;光照時(shí)間超過(guò)12h·d-1后,葉綠體內(nèi)光合中間產(chǎn)物濃度超過(guò)一定的水平,葉綠素合成受阻,從而引起葉綠素含量的顯著降低。葉綠素含量直接影響了鐵皮石斛組培苗的光合特性,各試驗(yàn)區(qū)之間的葉綠素含量的差異是造成其光合速率的強(qiáng)弱的原因,最終導(dǎo)致了其干物質(zhì)積累和形態(tài)的差異。2.4光照對(duì)鐵皮石斛組培苗多糖成分的影響不同光照時(shí)間處理下鐵皮石斛組培苗的多糖含量沒(méi)有顯著性差異,多糖含量按照光照時(shí)間由短到長(zhǎng)依次為2.7%、3.7%、3.0%、2.4%和3.7%;試驗(yàn)區(qū)PP18組培苗多糖成分含量最高,為3.7%;PP15組培苗的多糖成分含量最低,為2.4%(圖4)。結(jié)果表明,光照時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)鐵皮石斛組培苗多糖成分的累積影響不大。多糖作為鐵皮石斛的主要藥用有效成分,該次生代謝產(chǎn)物與其生理活動(dòng)和環(huán)境條件有一定的關(guān)系,多糖含量的增加有利于提高其藥用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。自然環(huán)境下生長(zhǎng)多年的鐵皮石