【word】 影响绞股蓝和五柱绞股蓝生长和总皂甙积累的有效光质研究

【word】 影响绞股蓝和五柱绞股蓝生长和总皂甙积累的有效光质研究 影响绞股蓝和五柱绞股蓝生长和总皂甙积 累的有效光质研究 热带作物2011,32(1):50—54 ChineseJournalofTrooicalCroos 影响绞股蓝和五柱绞股蓝生长和 总皂甙积累的有效光质研究 刘世彪,李馨芸,李朝阳,唐克华,李丽 嘉物资源保护蓦利用湖南省奎校重点实验薹湖南吉首4160000植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室例I羊J.口 摘要光照是影响绞股蓝的生长发育和总皂甙积累的重要环境因子之一将绞股蓝和五柱绞股蓝幼苗置于相 对光照强度为30%,36%的黄色滤光膜,绿色滤光膜和遮荫网下处理45d.以自然光照(光照强度100%)为对照. 分析影响幼苗的生长和总皂甙含量的有效光质结果表明.黄色滤光膜下绞股蓝的叶柄长和茎长显着简于对照 组,茎长和生物量显着高于光照强度相似的遮荫网处理组绿膜下绞股蓝的叶柄长度显着大于对照组.而新萌 叶片数和生物量则显着小于对照组和遮荫组.自然光下,绞股蓝总皂甙含量最高,黄膜处理组次之,遮荫网处 理组最低.在相似的光照强度下,黄色滤光膜处理有利于绞股蓝总皂 甙产量的增加.绿色滤光膜着降低绞股 蓝总皂甙产量.波谱分析表明,黄色滤光膜透过的600,720nm橙光 和红光是促进绞股蓝生长发育和总皂甙积累 的有效光质.五柱绞股蓝具有类似的变化规律, 关键词绞股蓝;五柱绞股蓝;光质;生长:绞股蓝总皂甙 中图分类号R284.1文献标识码A IlluminationFactorsAffectingtheGrowth,Developmentand AccumulationofTotalGypenosidesinGynostemma pentaphyllumandG.pentagynum LIUShibiao,LIZhaoyang,TANGKehua,LILi,LIXinyun Jishou?删y sH”n416000,K eyLaboratoryofantResourcesConservationandUtilizationofunallProvincen.……………” AbstractIlluminationisoneoftheimportantenvironmentalfhctorsthataffectthegrowth,developmentand accumulationoftotalgypcnosidesinGynostemmapentaphyllnum.SeedlingsofGynostemmapentaphyllumand Gynostemmapenta~oynumweregrownunderyellowfilmgreenfilmandashadingnetfor45dinarelative illuminationintensityof30%-36%naturallight,andnaturallight(CK),thenthemorphologicalindicesandtotal gypenosidescontentweredetermined.ThepetiolelengthandstemlengthofG.pentaphyllumunderyellowfilm weresignificantlylargerthanthoseundernaturallight.Thestemlengthandbiomassunderyellowfilmwerealso significantlylargerthanthoseunderashadingnetwithsimilarilluminationintensity.Thepetiolelengthunder greenfilmwassignificantlylargerthanthatundernaturallight,butthenumberofnewsproutedleavesand biomasswerelessthanthoseundernaturallightandshadingnetsignificantly.Theplantsundernaturallighthad thehighestcontentoftotalgypenosides,whilethatunderyellowfilmcamethesecond,andthatundertheshading netwasthelowest.Undersimilarilluminationintensitycondition,yellowfilmacceleratedtheyieldoftotal gypenosides,whilegreenfihndecreasedtheyieh1.Thespectrumanalysisshowedthatredlightandorangelight withwavelengthof600-720nmweretheeffectivelightqualitythatpromotingthegrowthandgypenosides accumulationinG.pentaphyllum.SimilarchangewaspresentedinG.pentagynum. KeywordsGynostemmapentaph)llum;Gynostemmapentagynum;Lightquality;Growth;Totalgypenosides doi10.3969/j.issn.1000—2561.2011.O1.O10 绞股蓝fGynostemmapentaph),llum)和五柱绞股 蓝(Gynostemm0pentagynum)均为葫芦科绞股蓝属 多年生草质藤本植物.前者主产于我国秦岭以南的 长江流域.后者主要分布在湖南,贵州,湖北和重 庆等省(市)交界的武陵llJ.绞股蓝与五柱绞股蓝 都含有绞股蓝皂甙成分ll_,对人体具有多种生理活 性.被广泛用于临床.绞股蓝属耐荫植物,光是影 响其牛长发育的重要环境因子.不仅影响绞股蓝的 生长发育特性[2-31.还影响绞股蓝总皂甙的积累1?1. 光的这种效应与光照强度和光质有关.目前,大多 数研究集中在光照强度对绞股蓝的影响.而关于光 质对绞股蓝影响的研究极少.至于影响绞股蓝生 长发育和总皂甙积累的可见光中有效光质的研究则 未见报道笔者曾在研究滤光膜处理与绞股蓝发育 收稿日期12010—08—08修回日期:2010—11—06 基金项目:湖南省自然科学基金重点资助项目(09JJ305I);湖南省高校产业化培育项H(10CY015);湖南省教育厅科学研究项目(08C709). 作者简介:刘世彪(1965年),男,博士,教授.研究方向:结构植物学与植物资源学E-mathliushibiao一1@163.tom. 第l期刘世彪等:影响绞股蓝和五柱绞股蓝生长和总皂甙积累的有效光质研究一51一 的关系时发现.红色滤光膜处理比蓝色滤光膜处理 更能促进绞股蓝的生长发育和总皂甙积累.表明长 波段的光质比短波段的光质更有效(随后发表),但 对于长波段中什么范围的光质是影响绞股蓝发育的 主要光质还不清楚为此.本文以具有470nm以 上波长的黄色滤光膜和绿色滤光膜为滤光材料.研 究2种膜处理下的绞股蓝和五柱绞股蓝的形态变化 和总皂甙的含量变化.以期进一步鉴定影响绞股蓝 生长发育和次生代谢物积累的有效光质.为绞股蓝 的生产栽培提供参考 1材料与方法 1.1主要仪器与试剂 滤光膜为黄色滤光膜(英国产,101#,透光率 35.8%),绿色滤光膜(英国产,089#,透光率 29.7)主要设备是TES—l336A数位式照度计 (泰式电子丁业股份有限公司),不锈钢数显卡尺 (上海申韩量具有限公司),S一120便携式叶面积扫 捕仪(上海鑫态国际贸易有限公司),KQ一250E型超 声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司),LD25一Z 低速自动平衡离心机(北京医用离心机厂),RE一52 旋转蒸发器(上海亚荣生化仪器厂),723A可见光 分光光度计(上海长方光学仪器有限公司)和电热恒 温水浴锅(北京市医疗设备厂).主要试剂有乙醇, 甲醇,正丁醇,乙醚,高氯酸,冰醋酸和香草醛 等.均为国产分析纯绞股蓝皂甙标准品购于中国 药品生物制品检定所 1.2材料处理 于2010年3月将生长一致,高约5Cnl的绞股 蓝和五柱绞股蓝扦插苗.植于LI径为15cm的花钵 内,随机4组,每组l0株.分别置于黄色滤光膜 罩和绿色滤光膜罩内.其相对光强分别为全光照的 35.8和29.7%连续处理45d,其问常规管理. 另以遮荫网作相似光照强度的对照(相对光照强度 33%左右.用遮荫网层数调节光照强度.用数位式 照度计检测).以全日照的自然光照作对照(相对 光照强度100%).连续处理45d.其问常规管理 1.3方法 1.3.1形态指标测定用卷尺测量处理组和对照 组在处理后新长}JJ的茎蔓长度.用数显卡尺测量新 长茎蔓第3节间处的茎直径和第3片新叶的叶柄 长度.用叶面积扫描仪测定第3片新叶的叶面积. 用电子天平称取新生茎叶的干重作为生物量.同时 统计新萌的叶片数.每个处理测定10株,取平 均值.所得结果用SPSS统计软件进行多重比较的 差异显着性分析 1.3.2叶绿素含量的测定每处理组取各株的第 3片叶.剪碎后混合.按照张志良等的方法测定总 叶绿素含量和叶绿素a/b值.重复3次.取平均值. 1.3.3总皂甙含量的测定分别采取处理后的绞 股蓝和五柱绞股蓝的新生茎叶.置60?烘箱内恒 温处理36h至恒重用粉碎机粉碎后过l0目筛保 存精密称取绞股蓝样品粉末0.5g,放人具塞锥 形瓶中用75%乙醇10mL浸泡14h.于60?水 浴中超声提取40min回收提取液后残渣再加 75%乙醇10mL.超声提取20rain,再次回收提 取液.残渣第3次如上处理.合并3次提取液, 5000r/min离心5min上清用旋转蒸发器在60? 下减压回收乙醇.至瓶内提取液尚余68mL时取出. 于4?冰箱中静置12h5000r/min离心5rain, 取上清减压回收乙醇至无醇味样品液用水饱和的 正丁醇萃取4次至正丁醇无色弃去水层.合并萃 取液.减压回收正丁醇浓缩液用5mL甲醇溶 解.5000r/min离心5min取上清液.按体积加入 5倍量乙醚.静置24h.5000r/min离心5min.弃 上层含叶绿素的乙醚液.下层沉淀于60?烘干,即 得绞股蓝的粗总皂甙以甲醇溶解并定容至10mL. 作供试样品液标准曲线的制定及样品含量的测定 按宋小妹等阎的方法.采用分光光度法测定总皂甙 含量.以723A可见光分光光度计在550nm处测 定标准品和样品的吸光值,以吸光值为纵座标,以 浓度为横座标绘制标准曲线.即可得回归方程Y= 0.008lx一0.0375.r=0.9911各样品以3次重复的 吸光值的平均值代人换算成总皂甙含量.每个 光处理下的样品重复测定3次.取平均值.所得结 果用SPSS统计软件进行各处理间的显着性分析 2结果与分析 2.12种滤光膜透过光的光质特点 透过黄色滤光膜的光主要集中在500,780nm 波长范嗣内,其光质主要为绿光,黄光,橙光和红 光透过绿色滤光膜的光主要集中在480,570nm 和720,780nm波长范围内.其光质主要为绿光和 红光2种滤光膜透过的光质相比.黄色膜所透过 的波长为570,720nm的光,尤其是600,630nm的 橙光和630,720nm的红光.正是绿色滤光膜所不 能透过的光谱.即这一段光谱是黄色滤光膜所特有 的光质成分(图1) 52热带作物第32卷 100 8O 60 40 20 0 { 一 } 一I- }{ ; {{} f;} 500600700 黄膜 | l1.{1 }?.Ji 波长/nm 图1滤光膜的透射光谱 2.2滤光膜处理对2种绞股蓝生长和叶绿素含量的 影响 试验结果表明(表1),黄膜下绞股蓝的叶柄长, 茎长显着大于自然光照的对照组.而叶面积,茎直 径,新萌叶片数和生物量同对照无显着差异绿膜 下绞股蓝的叶柄长显着大于对照.而新萌叶片数和 生物量则显着小于对照.叶面积,茎长和茎直径虽 高于对照.但差异不显着与相对光照强度为 33%的遮荫网处理组相比.黄膜处理组在茎长和生 物量方面要显着增加.其它指标变化不显着.而绿 膜处理组的新萌叶片数和生物量反而低于遮荫组 总叶绿素含量以遮荫组最高,对照组最低.叶绿素 a/b则以对照组最高.绿膜处理组最低 就五柱绞股蓝而言.黄膜下五柱绞股蓝的叶面 积,叶柄长和茎长都显着高于自然光的对照.但新 绿膜 70o 萌叶片数,生物量和茎直径无显着差异绿膜下五 柱绞股蓝的叶柄长高于对照.新萌叶片数和生物量 则显着低于对照.2组的叶面积,茎长和茎直径无 显着差异与相对光照强度为33的遮荫网处理 组相比,黄膜处理组在叶面积,叶柄长,茎长,新 萌叶片数和生物量等方面都显着增加.而绿膜处理 组的叶柄长度较高.生物量反而低于遮荫组总叶 绿素含量以遮荫组最高.对照组最低.叶绿素a/b 则以对照组最高.遮荫组最低 就2个物种而言.差异显着性测验结果显示. 五柱绞股蓝的单叶面积和茎直径2个指标的平均值 显着高于绞股蓝.而绞股蓝新萌的叶片数则显着高 于五柱绞股蓝其余各指标的数值虽有一定的差 异.但并未达到显着水平 表1不同光质处理下的绞股蓝和五柱绞股蓝的形态和叶绿素含量 说明:YF指黄色滤光膜,GF指绿色滤光膜,SH指遮荫网.CK指自然光照.表巾数据为lO株平均值,同列不同小写字母显示0.O5水 平差异显着. 2.3滤光膜处理对2种绞股蓝总皂甙积累的影响 从图2可以看出.自然光下的绞股蓝总皂甙含 量最高,为1.52%,显着高于其他处理组.黄色滤 光膜下的绞股蓝总皂甙含量为1.36%.绿色滤光膜 下为1.29%,两者差异不显着.遮荫网处理下的含 量最低,为1.19%,显着低于黄膜处理.五柱绞股 蓝的总皂甙含量也具有相似的趋势.自然光下为 1.34%.黄色滤光膜下为1.23%.两者差异不显 第1期刘世彪等:影响绞股蓝和五柱绞股蓝生长和总皂甙积累的有效光质研究一53 着.但自然光下的含量显着高于绿色滤光膜下的含 量(1.13%)和遮荫网下的含量(0.95%),黄膜与绿 膜处理组的差异不显着.但遮荫下的总皂甙含量显 着低于黄膜和绿膜处理组. 1.8 1.6 1.4 宣1.2 1 0.8 2?0.6 0?4 0.2 0 黄膜 绿膜 遮荫网 自然光CK 绞股蓝五枉绞股蓝 不同小写字母显示0.05水平差异显着 图2黄色和绿色滤光膜处理下的绞股蓝和 五柱绞股蓝的总皂甙含量 虽然自然光下f相对光强100)的绞股蓝和五 柱绞股蓝的总皂甙含量都高于2种滤光膜和遮荫网 的处理(相对光强平均33%),但由于光照强度影 响绞股蓝总皂甙含量.故上述总皂甙含量的差异并 非完全是由滤色膜颜色差异所贡献的.去除光强差 异而将具有相似光强的滤光膜处理组和遮荫网处理 组进行比较则更为合理在相似的光照条件下,黄 色滤光膜下处理的绞股蓝总皂甙含量是遮荫网处理 的1.14倍.绿色滤光膜处理的则是1.08倍.而五 柱绞股蓝的上述数据分别是1.29和1.19倍可见 相似的光强下.黄光和绿光都有利于绞股蓝总皂甙 的积累.黄光的效应更显着 2.4滤光膜处理对2种绞股蓝单株总皂甙产量的 影响 绞股蓝单株总皂甙产量是由绞股蓝的生物量和 总皂甙含量所构成基于表1和图2的数据相乘. 可以得出滤光膜对2种绞股蓝单株总皂甙产量的影 响(表2). 由表2可知.黄膜处理与自然光处理的绞股蓝 单株总皂甙产量相同.均为0.258g.显着高于遮 荫网处理和绿膜处理这个产量是遮荫处理的1.44 倍.而绿膜处理的产量只有遮荫处理的79.3.黄 膜处理下的五柱绞股蓝单株总皂甙产量最高.其次 是自然光处理.其产量均显着高于遮荫处理和绿膜 处理黄膜下的五柱绞股蓝单株的总皂甙产量是遮 荫处理的1.87倍.而绿膜下的产量只有遮荫下的 85.96%2个物种相比.其总皂甙产量的平均值差 异不显着因此.相似光强下.黄膜处理有利于绞 股蓝总皂甙产量的提高.而绿膜处理虽然对总皂甙 含量没有明显影响.但是因其降低生物量而显着降 低了总皂甙的产量. 表2不同光质处理下的绞股蓝和五柱绞股蓝的单株总皂甙产量 说明:YF指黄色滤光膜,GF指绿色滤光膜,SH指遮荫网,CK指自然光 照.表中数据为l0株平均值. 3讨论 南于研究和生产上难以获得具有特定波长的单 纯光质.人们通过使J斗j不同颜色的滤光膜来获得不 同的光质环境.以进行植物生长和次生代谢产物的 研究彩色滤光膜遮光在获得不同光质的同时.也 改变了光照强度.使特殊光强和光质环境下的植物 在光合能量获得和光形态建成等方面发生改变.从 而促进或抑制其营养生长及次生代谢机制.这在高 山红景天[91和菊花中都表现得很明显.例如,红, 黄,蓝和绿色滤光膜对黄檗幼苗的根和茎生物量都 有不同程度的抑制作用.其中黄膜的抑制作用最 小.而蓝膜和绿膜的抑制作用最强.滤光膜处理也 抑制小檗碱,药根碱和掌叶防己碱的合成和积累. 以蓝膜和绿膜的抑制作用最强fjI】 54一热带作物第32卷 本研究就光强因素而言.33%相对光强的遮荫 网处理组绞股蓝的叶面积,叶柄长,茎长和总叶绿 素含量都高于100光强的自然光对照组.而chl~o 值却降低.说明绞股蓝在低光照条件下是通过增加 茎和叶的长度来寻找光源.通过总叶绿素含量的增 加来提高光合效率.而chla/b值的降低即叶绿素b 含量的相对提高.可以更有效地利用遮荫下的蓝紫 光区的光能绿膜下的总叶绿素含量和chla/b值都 最低.表明绿光不利于植物的光合作用韦朝领等 报道.森林林窗下的蓝光和红橙光的光强及光谱成 分明显高于林下.其下绞股蓝的净光合速率,干物质 积累量,Et茎净伸长量和总皂甙含量皆高于后者(61. 笔者曾注意到.红色滤光膜处理比蓝色滤光膜处理 更能促进绞股蓝的生长发育和总皂甙积累,即长波 段光照对绞股蓝更有利本文通过对具有长波段的 2种滤光膜材料的波长分析.表明黄色滤光膜透过 的不仅是黄光,还含有绿光,橙光和红光,而绿色 滤光膜透过的不仅是绿光.还含有部分红光成分 黄色滤光膜处理有利于促进绞股蓝的生长和总皂甙 的积累.绿膜处理因不利于绞股蓝的生长而显着降 低总皂甙的产量.这与2种滤光膜透过的不同光谱 的光质有关用黄色滤光膜透过的光谱抵去绿色滤 光膜透过的光谱.剩下的波长为570,720nm.尤 其是其中的600,630nm橙光和630,720rim红光. 正是绿色滤光膜所阻断的光谱.这表明黄色滤光膜 和绿色滤光膜处理所造成的绞股蓝生长和皂甙积累 的差异正是由这一段光质所造成的与遮阴处理相 比.绿色滤光膜处理对绞股蓝总皂甙含量没有明显 影响.但是.考虑到生物量明显降低,表明其对绞 股蓝总皂甙的产量有一定的抑制效应相反.黄色 滤光膜处理不仅显着增加其生物量.而且绞股蓝总 皂甙的含量也高于遮阴处理.表明黄色滤膜透过的 橙光和红光是显着促进绞股蓝生长发育和总皂甙积 累的有效光质 绞股蓝的叶片不仅是其光合作用的场所.也可 能是皂甙合成的场所.在叶内合成的皂甙通过茎的 韧皮部转运至地下部分【l2].本研究结果表明,黄色 滤光膜透过的橙光和红光能够有效地促进绞股蓝和 五柱绞股蓝的光合作用.提示了光合作用的进行与 绞股蓝总皂甙的积累有密切联系.但这种光合作用 效率高低与次生代谢产物转化率高低到底是怎样的 关系.值得进一步研究 4结论 (1)不同颜色的滤光膜对绞股蓝的影响既包括 光照强度的影响.也包括光质成分的影响.去除光 照强度的影响因素后.黄色滤光膜处理比光照强度 相似的遮荫网处理更能促进绞股蓝的茎长和生物量 的增加.而绿色滤光膜处理下绞股蓝的新萌叶片数 和生物量则小于遮荫网处理 (2)自然光照下,绞股蓝的总皂甙含量最高,黄 色滤光膜处理的含量次之.遮荫网处理的含量最 低在相似的光照强度下,黄色滤光膜处理有利于 绞股蓝总皂甙产量的增加.绿色滤光膜不利于绞股 蓝总皂甙产量的提高 (3)波谱分析表明,黄色滤光膜透过的600, 720nm橙光和红光是促进绞股蓝生长发育和总皂甙 积累的有效光质五柱绞股蓝具有类似的变化规律. 参考文献 『11刘世彪,林如,胡正海.绞股蓝属5种植物的茎叶结构和总 皂甙含量差异lJI.福建农林大学(自然科学版),2006,35 (5):495—499. 『21何维明,钟章成.攀援植物绞股蓝幼苗对光照强度的形态和生 长反g[J1.植物生态,2000,24(3):375—378. f31郭素枝,张育松,马庆奎,等.不同生境的绞股蓝营养器官解 剖特征及品质分析『J1.热带作物,2008,29(4):472—477. 『41王万贤,杨毅.邓铭,等.生态因子对绞股蓝总皂甙含量 影响的研究lJ1.巾草药,1996,27(9):559—561. 『5]邓铭,钟th,任波,等.光照强度对绞股蓝总皂甙含量 的效应研究fJ].湖北医科大学,2000,21(2):102—103. 『6]韦朝领,孙启祥,彭镇华,等.江淮分水岭落叶阔叶林林窗光 环境特征及其对绞股蓝生长特性的影响….应用生态, 20o3,14(5):665—670. f7】张志良,瞿伟菁.植物生理学实验指导(第三版)【M】.北京:高 等教育出版社.2003.67—70. f8】宋小妹,崔九成,强军,等.超声法提取绞股蓝总皂甙的工 艺研究lJJ.中成药,1998,20(5):4-5. 『9]阎秀峰.土洋,尚辛亥.温室栽培光强和光质对高山红景天 生物嚣和红景天甙含量的影响lJ1.生态.2003,23(5): 841-849. 『lO1魏胜林,王家保,李春保.蓝光和红光对菊花生长和开花的影 响[J].园艺,1998,25(2):203—204. f111李霞,阎秀峰.滤光膜对黄檗(Phellodendron(unuranse)幼苗 _二种生物碱含量的影响『J1.生态,2009,29(3):1292—1299. 『12】刘世彪,廖海民,胡正海.绞股蓝营养器官各发育阶段结构与 总皂甙含量相关性的研究lJI.武汉植物学研究,2005,23(2): l44一l48 责任编辑:叶庆亮