宋寧等

摘要：為了解微量元素Cu、Mn、Zn對桔梗生長及主要藥用指標(biāo)成分桔梗皂苷D累積的影響，以一年生桔梗為材料，采用盆栽方式，在改良Hoagland基本營養(yǎng)液的基礎(chǔ)上設(shè)定不同濃度的Cu、Mn、Zn梯度根外噴施處理，利用Li-6400便攜式光合儀測定光合作用相關(guān)指標(biāo)，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法和HPLC法分別測定桔梗根中各礦質(zhì)元素和桔梗皂苷D的含量。結(jié)果表明，一定濃度的Cu、Mn、Zn對桔梗的各項(xiàng)生理指標(biāo)具有促進(jìn)作用。在0.102 mg/盆的Cu、8.86 mg/盆的Mn以及3.10 mg/盆的Zn濃度下，除桔梗生理指標(biāo)和光合作用指標(biāo)含量顯著增加外，桔梗皂苷D的含量也分別增加為1.562、1.531、1.438 mg/g，試驗(yàn)中可以看出在3.10 mg/盆的Zn噴施下Cu的含量最高為16.71 mg/kg，同時(shí)在0.102 mg/盆的Cu噴施下Zn的含量最高為29.89 mg/kg，說明在桔梗中Cu和Zn的含量具有相互影響作用。Mn對Fe元素具有明顯的拮抗作用，在Mn濃度為8.86 mg/g時(shí)Fe的含量最大為345.68 mg/kg，而在12.80 mg/g的Mn時(shí)Fe的含量明顯下降為146.77 mg/g。綜合分析以0.102 mg/盆的Cu、8.86 mg/盆的Mn以及的3.10 mg/盆的Zn濃度處理的桔梗生長最好。

關(guān)鍵詞：桔梗；微量元素；光合特性；桔梗皂苷D

中圖分類號： S567.23+9.06文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2015）09-0285-05

桔梗[Platycodon grandiflorum （Jacq. ）A.DC]為桔梗科植物，以根入藥，性平，味苦、辛，具有化痰止咳、利咽開音、宣暢肺氣、排膿消癰的功效，是我國銷量最大的40種傳統(tǒng)中藥材之一[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，桔梗有免疫調(diào)節(jié)、抗炎、保肝等作用。同時(shí)，桔梗也是一種藥、食及觀賞兼用的經(jīng)濟(jì)植物，每年作為蔬菜大量出口韓國、日本，國內(nèi)許多地區(qū)如東北也有食用習(xí)慣[2]。由于桔梗每年藥用尤其是出口需求量巨大，野生資源不能滿足市場需求，國內(nèi)已出現(xiàn)了許多規(guī)?；酃７N植基地[3]。但是，由于桔梗野生轉(zhuǎn)家種年限不長，栽培相關(guān)研究滯后，本研究針對生產(chǎn)中存在的問題，參考其他有關(guān)微量元素對中藥栽培的試驗(yàn)[4]，以及桔梗主產(chǎn)區(qū)土壤肥力現(xiàn)狀，采用盆栽方式，根外噴施不同濃度的Cu、Mn、Zn處理，初步研究Cu、Mn、Zn 3種微量元素對桔梗生長和有效成分的影響，以期為桔梗的栽培提供技術(shù)支持。

1材料和方法

1.1試驗(yàn)材料

桔梗種子來自內(nèi)蒙古赤峰市，經(jīng)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王康才教授鑒定為桔?？浦参锝酃Platycodon grandiflorum （Jacq. ）A.DC]種子。2012年3月播種于29 cm×26 cm規(guī)格塑膠盆中，栽培基質(zhì)為：蛭石 ∶珍珠巖=5 ∶1，栽種種子深度為2 cm，栽種后置于南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院日光溫室內(nèi)，生長期間每隔10 d澆改良Hoagland基本營養(yǎng)液500 ml（大量元素采用霍格蘭營養(yǎng)液配方，微量元素采用阿農(nóng)營養(yǎng)液配方，基本營養(yǎng)液pH值為6.0），所用試劑均為分析純，營養(yǎng)液配方見表1、表2。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2012年5月上旬桔梗種子發(fā)芽并生長一段時(shí)間后開始試驗(yàn)處理，在Hoagland基本營養(yǎng)液的基礎(chǔ)上進(jìn)行變化，采

1.3測定方法

1.3.1光合色素含量的測定葉綠素含量采用王學(xué)奎的方法[5]測定。

1.3.2水溶性總糖含量測定參照史樹德等的方法[6]，采用蒽酮比色法進(jìn)行測定。

1.3.3可溶性蛋白質(zhì)含量測定參照史樹德等的方法[6]，采用考馬斯亮藍(lán)法測定。

1.3.4光合參數(shù)測定使用美國Li-COR 公司的Li-6400便攜式光合儀，于桔梗生長旺盛期（6月24日09：00—11：00）在自然條件下進(jìn)行光合參數(shù)的測定。凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2含量（Ci）等參數(shù)由儀器直接測得，選擇開放式氣路，紅藍(lán)光源，葉室光合有效輻射為800 μmol/（m2·s），樣品室內(nèi)氣流速率為500 μmol/s，參比室CO2濃度為380～410 μmol/mol，葉片溫度為30～32 ℃，樣品室相對濕度為25%～40%。測定時(shí)均選擇生長良好、大小基本一致的健康植株各3株，每株選擇從頂部向下15 cm處大小基本一致、長勢旺盛的2～4片小葉，并對葉片中部進(jìn)行測定。每次測定均選取固定標(biāo)記的葉片，每次3個(gè)重復(fù)，每重復(fù)記錄5個(gè)觀測值，取其平均值作為該處理測定值。

1.3.5Cu、Mn、Zn等元素含量測定每個(gè)處理取樣10株，所取樣品分成根系和葉2部分，105 ℃殺青10 min后70 ℃恒溫烘干，用小型植物粉碎機(jī)分別粉碎，過80目篩。用電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-AES法）[7]測定Cu、Mn、Zn 3種元素的含量。

1.3.6桔梗皂苷D含量測定參照文獻(xiàn)[1]的方法，結(jié)合朱丹妮等[8]和許傳蓮等[9]的試驗(yàn)，采用HPLC法測定桔梗皂苷D的含量。精確吸取對照品桔梗皂苷D溶液2、4、6、8、10、12 μL進(jìn)樣，按上述色譜條件測定峰面積。以峰面積為縱坐標(biāo)、進(jìn)樣量為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸方程：桔梗皂苷D含量 Y=26 294x-6 152.8，r=0.999 0（圖1）。

按供試品溶液制備項(xiàng)下方法制備樣品溶液，用0.45 μm濾膜過濾后，進(jìn)樣15 μL，按上述色譜條件測定，每次60 min。樣品譜圖見圖2。

1.3.7數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003和SPSS 13.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同濃度Cu、Mn、Zn處理對桔梗根可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖含量影響

試驗(yàn)結(jié)果（表4）表明，隨著Cu濃度的逐漸升高，桔梗蛋白質(zhì)含量和可溶性糖含量均是先升高后降低，在Cu-3時(shí)含量受到了抑制，于Cu-2時(shí)各生理指標(biāo)含量最大，相對于對照組含量分別增加了13.4%、51.0%、47.3%。

在Mn-1時(shí)蛋白質(zhì)的含量最高，為24.86 mg/g，相對于對照組含量顯著提高了57.6%，可溶性糖含量也是隨著Mn濃度的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在Mn-2時(shí)濃度最高，為0.83 %。

可溶性蛋白質(zhì)含量隨著Zn濃度的增大而呈現(xiàn)增大的趨勢，在Zn-3具有顯著性差異，含量為21.39 mg/g；可溶性糖含量在Zn-1時(shí)含量最高，為1.02%，與對照組有顯著性差異，相對于對照組顯著提高了85.4%。

表4不同處理對桔梗生長發(fā)育中生理指標(biāo)的影響（n=3）

2.2不同處理對桔梗光合特性的影響

試驗(yàn)結(jié)果（圖3）表明，一定濃度的Cu、Mn、Zn對桔梗葉綠素的形成具有明顯的促進(jìn)作用，在Cu-2和Mn-2處理下葉綠素明顯高于對照組，分別為3.64 mg/g和3.57 mg/g，這和Cu和Mn有助于光合色素形成有關(guān)系。相對來說，不同濃度Zn處理下，葉綠素的含量逐漸降低，說明隨著Zn濃度的升高可能抑制桔梗葉綠素的形成。

凈光合速率 Pn 可以反映物種光合能力的大小。試驗(yàn)結(jié)果（表5）表明，隨著噴施Cu濃度的升高，凈光合速率Pn呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢，在Cu-2時(shí)凈光合速率含量與對照組有明顯的差異，為6.29 μmol/（m2·s），說明適宜的Cu有利于桔梗光合作用，而蒸騰速率Tr隨著Cu濃度的增加沒有明顯變化，水分利用率在Cu-2時(shí)達(dá)到最高，相對于對照組提高了16.7%。

隨著噴施Mn濃度的升高，Pn在Mn-2時(shí)為12.49 μmol/（m2·s），與對照組有明顯差異；Tr呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，在Mn-2時(shí)含量最高，為3.53 mmol/（m2·s），說明Mn-2明顯提高了桔梗的光合效率。水分利用效率是植物消耗單位量的水分所固定的CO2的量，表示植物對水分的利用水平，是光合速率和蒸騰速率的比值。水分利用率在Mn-2和Mn-3時(shí)與對照組相比具有顯著性差異，相對于對照組提高了42.2%和41.9%，可以看出來除了最利于桔梗光合效率的Mn-2之外，Mn-3雖然對Pn和Tr沒有顯著影響，但是對桔梗水分利用率具有顯著的提高。

隨著噴施Zn濃度的增加，Pn和Tr的含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，Zn-2與對照組相比有明顯的提高，Pn相對于對照組提高了77.4%，Tr 相對于對照組提高了2倍，說明一定濃度的Zn可以提高桔梗的光合效率。水分利用率在Zn-1時(shí)，與對照組相比顯著提高了58.5%，說明Zn-1雖然提高不了桔梗的光合速率，但是在一定程度上抑制了桔梗的Tr，因而提高了桔梗的水分利用率，Zn-3與Zn-1相似，相對來說Zn-2提高了Tr，因而降低了桔梗的水分利用率。

氣孔導(dǎo)度（Gs）則是指植物氣孔傳導(dǎo)CO2和水汽的能力，是反映氣孔行為最為重要的生理指標(biāo)，凡是影響植物光合作用和葉片水分狀況的各種因素都有可能對氣孔導(dǎo)度造成影響[10]。試驗(yàn)結(jié)果（表5）表明，隨著噴施Cu濃度的升高，Ci也呈現(xiàn)逐步上升的趨勢，在Cu-2時(shí)含量與對照組有顯著性差異，提高了9.7%，Cu-1時(shí)Ci的含量只占對照組的84.1%，Cu-3與對照組無顯著性差異，對于Gs來說，除了Cu-2比對照組有顯著性提高外，其他Cu處理與對照組均無顯著性差異。由于在Cu-2處的氣孔Gs較大，進(jìn)入胞間的CO2濃度較大。隨著噴施Mn濃度的升高，Ci和Gs的趨勢與噴施Cu的趨勢相似，在Mn-2時(shí)相對于對照組來說有顯著性的提高。隨著噴施Zn濃度的增加，Ci和Gs呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，說明Zn-3對桔梗的氣孔張開已經(jīng)起到了抑制作用，而Zn-1和Zn-2相對于對照組顯著提高了Ci和Gs。

由此可見，在一定的Cu、Mn、Zn處理下，桔梗光合作用受抑制與氣孔因素有關(guān)，但氣孔因素不是限制桔梗光合作用的主要因素。表5不同處理對桔梗凈光合速率、蒸騰速率與水分利用效率的影響（n=3）

處理凈光合速率Pn

2.3不同處理對桔梗根系中礦質(zhì)元素含量的影響

植物體內(nèi)的Cu能夠保持免疫系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)；Mn是蛋白質(zhì)合成、遺傳信息傳遞的必需元素，并能維持內(nèi)分泌平衡，提高免疫力，促進(jìn)血細(xì)胞合成生長；而Zn同樣能夠提高免疫力，并能活血清熱，對類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎也有顯著抗炎作用[11-13]。

試驗(yàn)結(jié)果（表6）表明，在不同Cu、Mn水平處理下，Cu與對照組相比沒有顯著性的變化，而在不同Zn水平處理下，桔梗根部Cu呈現(xiàn)先上升后急劇下降的趨勢，Zn-2比對照組提高了33.7%。桔梗根部的Mn含量在不同Cu、Mn、Zn水平處理下，都呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，分別在Cu-2、Mn-2、Zn-2與對照組相比含量顯著提高了40.2%、1.5倍、1.1倍。在不同Cu水平處理下，Zn的含量在Cu-2時(shí)與對照組相比有顯著提高，說明噴施一定濃度的Cu能增加桔梗體內(nèi)Zn的積累，說明兩者之間存在一定的互效作用。

Fe元素是造血原料，有補(bǔ)血功能，并有利于含鐵酶的合成、修復(fù)和正常運(yùn)轉(zhuǎn)[14]。在不同Cu、Mn、Zn水平處理下，F(xiàn)e含量之間都存在顯著性的差異，說明不同濃度的Cu、Mn、Zn對Fe的集成都有不同程度的影響，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，Cu-2、Mn-2、Zn-1對Fe含量的富集有顯著的促進(jìn)作用，比對照組分別提高了52.7%、24.3%、2.1%。

在植物體內(nèi)的灰分元素中，Ca的含量僅次于鉀，Ca元素參與諸如氣孔運(yùn)動(dòng)、光合作用、光敏色素反應(yīng)等生理過程，能有效改善逆境下植物的光合能力，對增強(qiáng)植物抗逆性具有重要意義[15]。從表6可以看出，在不同Cu、Mn、Zn水平處理下，Ca含量除了Mn-2比對照組顯著提高了41.6%外，其他處理與對照組相比無顯著性變化或者比對照組低，說明對桔梗噴施一定濃度的Mn，對Ca的積累具有一定的影響作用。表6不同處理對桔梗根系中礦質(zhì)元素含量的影響（n=3）

處理銅Cu

2.4不同處理對桔梗根中桔梗皂苷D含量的影響

試驗(yàn)結(jié)果（圖4、圖5、圖6）表明，噴施不同濃度的Cu、Mn、Zn，桔梗皂苷D含量與對照組相比都具有顯著性的差異，在Cu-2、Mn-2、Zn-2時(shí)，桔梗皂苷D含量分別為1562、1.531、1.438 mg/g，比對照組分別提高了14.9%、12.6%、5.7%。說明噴施一定濃度的Cu、Mn、Zn可以提高桔梗皂苷D的含量。

3討論與結(jié)論

銅是植物體內(nèi)組成多種氧化酶的成分，也是呼吸作用的觸媒，它參與葉綠素的合成以及糖類與蛋白質(zhì)的代謝，銅還具有提高葉綠素穩(wěn)定性的能力，避免葉綠素過早遭受破壞，有利于葉片更好地進(jìn)行光合作用；錳參與蛋白質(zhì)和無機(jī)酸的代謝、光合作用中二氧化碳的同化、碳水化合物的分解以及胡蘿卜

素、核黃素和維生素C的形成等，它對葉綠素的形成和糖類的積累轉(zhuǎn)運(yùn)、對于種子的發(fā)芽和幼苗的生長以及植株的結(jié)實(shí)等均有的很好的作用；鋅是許多酶的組成成分，直接參與植物生長素的形成，對植物體內(nèi)物質(zhì)水解、氧化-還原過程等有重要作用，對蛋白質(zhì)的合成起催化作用，促進(jìn)種子成熟[16]。本試驗(yàn)中，噴施Cu、Mn都顯著提高了葉綠素的含量，但是隨著噴施Zn的濃度增高，葉綠素的含量呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，這與杜俊波等的 研究結(jié)果[22]相似，過高濃度的鋅處理會對內(nèi)環(huán)境造成脅迫，最終影響光合色素代謝過程中酶的活性以及光合色素合成。

有關(guān)微量元素對中草藥生長及其化學(xué)物質(zhì)的影響已有較多報(bào)道[17-19]。微量元素不僅影響植物的根系營養(yǎng)及生理活動(dòng)，促進(jìn)植物的生長發(fā)育，而且還參與植物有效成分的結(jié)構(gòu)功能而影響植物化學(xué)成分的形成和積累，最終影響有效成分的量及藥效。例如：吳葉寬等采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)進(jìn)行的田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，錳肥和鋅肥噴施能提高黃花蒿產(chǎn)量及青蒿素含量[20]，目前由于各地土壤內(nèi)微量元素量的情況不同，因此為保證種植的中藥材優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，就必須要以適宜的方式來添加這些植物生長必需的元素。

在本研究中，一定濃度的Cu、Mn、Zn都提高了桔梗皂苷D的含量。施用適量Mn能顯著增加桔梗根中桔梗皂苷D的量，且皂苷量隨施用濃度的增加表現(xiàn)為上升趨勢，在試驗(yàn)條件下，噴施濃度為36.60 mg/L 的Mn桔梗皂苷D顯著增加為1531 mg/g。這可能是由于Mn可抑制 IAA 氧化酶活性，從而促進(jìn)根的生長及其生物產(chǎn)量增加，也可能是植物體內(nèi)某些酶對Mn有高度專一性，如郭敏等發(fā)現(xiàn)Mn可顯著增加丹皮根中 PAL 酶活性從而使藥材中活性物質(zhì)量增加[21]。

微量元素在植物體內(nèi)的累積與分布有一定的規(guī)律性，彼此之間有一定的相互影響。從本試驗(yàn)可以看出Zn和Cu之間存在一定的相互作用，在一定的濃度下可以促進(jìn)彼此的積累。錳和鐵存在著拮抗關(guān)系，在植物中這2種元素應(yīng)保持適宜比例，才能使植物生長正常[23]，在Mn-3時(shí)，F(xiàn)e的含量急劇下降，可能兩者發(fā)生了拮抗作用。一定濃度的Cu和Mn對于Ca的積累也起到了促進(jìn)作用。本研究桔梗微量元素之間的相互促進(jìn)脅迫關(guān)系提供了參考。

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