程曉奕， 張 鑫， 崔晟榕， 劉欣妍， 劉海嬌， 孫 萌， 楊小玉， 張子龍

(北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 100102)

三七[Panaxnotoginseng(Burk.) F. H. Chen]為五加科人參屬植物，享有“金不換”“南國(guó)神草”等美譽(yù)，具有散瘀止血、消腫定痛之功效，是我國(guó)名貴的中藥材。三七作為一種第3世紀(jì)古熱帶的殘遺植物，可能是現(xiàn)存人參屬植物中最原始的代表[1]，主要分布在我國(guó)云南省東南部的文山、蒙自和廣西壯族自治區(qū)西部的田東、田陽(yáng)、靖西等地。種子萌發(fā)是種子植物實(shí)現(xiàn)種群更新和物種延續(xù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而由于三七生態(tài)適應(yīng)性差，地理分布窄，種子壽命短，加上對(duì)三七種子的貯藏特性、條件、發(fā)育和后熟期生理變化規(guī)律不完全清楚，給種植生產(chǎn)和科學(xué)研究帶來(lái)諸多困難。同時(shí)，三七從幼苗到成熟生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，容易受到病害的影響，培育出優(yōu)質(zhì)、健壯的種苗是控制其病害的有效措施，種苗的質(zhì)量也最終關(guān)系到三七的產(chǎn)量。

光照是影響種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的重要環(huán)境因素，在不同光質(zhì)和光照度條件下，不同植物種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)行為表現(xiàn)出多種形態(tài)學(xué)可塑性，如紅光、綠光可顯著促進(jìn)魚(yú)腥草(HouttuyniacordataThunb.)幼苗地上莖的生長(zhǎng)，而藍(lán)光有抑制作用；但藍(lán)光和紅光有利于葉綠素含量的增加，且最有利于葉綠素a含量的增加[2]。光照條件下龍葵(Solanumnigrum)種子的萌發(fā)率約為黑暗條件下的5倍，但強(qiáng)光下種子萌發(fā)受到抑制[3]。本試驗(yàn)以光照為影響因子，研究了在不同光質(zhì)和光照度條件下，三七種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的特性，以期為生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)三七種苗提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

三七種子萌發(fā)試驗(yàn)于2016年2月5—24日進(jìn)行；三七幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)于2016年2月25日至4月20日進(jìn)行；試驗(yàn)地點(diǎn)為北京中醫(yī)藥大學(xué)。

1.2 供試材料

供試三七種子由文山三七研究院栽培研究所提供；石英砂購(gòu)自北京化工廠；模擬光源為NEWPROBE所產(chǎn)LED日光燈管。

1.3 試驗(yàn)方法

用細(xì)鐵絲彎折成長(zhǎng)×寬×高30 cm×15 cm×15 cm的長(zhǎng)方體鐵架作為三七培養(yǎng)棚，然后覆蓋不同顏色農(nóng)膜和不同層數(shù)的紗布控制光質(zhì)與光照度。參考匡雙便等的研究[4-5]，膜顏色設(shè)置為無(wú)色、紅色、綠色、藍(lán)色4種，紗布層數(shù)設(shè)置為0、1、3、5層4種，共16組，不同處理透光率見(jiàn)表1。以未加紗布的黑色塑料膜組(透光率1.62%)和自然光照組(透光率100%)為光照度對(duì)照，以自然光照組(透光率100%)為光質(zhì)對(duì)照。

表1 不同顏色農(nóng)膜紗布層數(shù)處理下的透光率

三七種子采收后去掉外層紅色果皮，用3%次氯酸鈉溶液表面消毒5 min，蒸餾水反復(fù)沖洗后與濕河沙混合均勻，陰涼處保存作后熟處理。將石英砂和培養(yǎng)皿分別放入滅菌鍋中高溫滅菌2 h，石英砂按照60 g/皿放好備用。立春時(shí)選取大小一致健康飽滿(mǎn)的三七種子播于滅菌的培養(yǎng)皿(直徑φ=90 mm)中，每皿25粒，蓋上蓋子。每3皿作為1組放入1種條件的培養(yǎng)棚中，作為3次重復(fù)。自播種日起，每日光照12 h，08：00記錄萌發(fā)種子數(shù)量，及時(shí)補(bǔ)充水分，連續(xù)觀察記錄發(fā)芽數(shù) 20 d。然后打開(kāi)培養(yǎng)皿蓋子，繼續(xù)進(jìn)行幼苗生長(zhǎng)試驗(yàn)，40 d后將幼苗從石英砂中取出并測(cè)量相應(yīng)指標(biāo)。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

培養(yǎng)棚內(nèi)透光率用Tes-1399型照度計(jì)采集。將培養(yǎng) 40 d 后的幼苗從培養(yǎng)皿中取出，蒸餾水洗凈，測(cè)量株高、主根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)、最大側(cè)根長(zhǎng)，用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)量基徑，電子天平測(cè)量鮮質(zhì)量。從中隨機(jī)挑選幼苗取下特定質(zhì)量葉片，剪碎后用80%丙酮浸提法測(cè)量葉片葉綠素含量[6]。其余幼苗放入烘箱中105 ℃殺青1 h，80 ℃烘干至恒質(zhì)量。用電子天平稱(chēng)量干質(zhì)量?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬╗7]測(cè)定。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2010及SPSS 22.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 萌發(fā)率

2.1.1 光質(zhì)對(duì)三七種子萌發(fā)的影響 三七種子在無(wú)色、紅色、綠色和藍(lán)色的塑料膜下，發(fā)芽率分別為40.4%、41.2%、58.0%、46.8%。4組處理組間差異均不顯著(F=1.536，P>0.05)，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。由圖1可知，綠光對(duì)種子的萌發(fā)有促進(jìn)作用，但總體看，光質(zhì)對(duì)三七種子的萌發(fā)過(guò)程影響并不顯著。

2.1.2 光照度對(duì)三七種子萌發(fā)的影響 如圖2所示，三七種子在0(透明)、1、3、5層紗布和黑色膜(光照度為27.6 lx)條件下，發(fā)芽率分別為35.3%、36.0%、58.5%、58.9%和72.0%。5組處理隨著遮陰程度的增強(qiáng)，萌發(fā)率逐漸增高，其中黑色膜覆蓋的對(duì)照組三七種子萌發(fā)率最高，且光照度對(duì)萌發(fā)率造成的影響有顯著性差異(F=5.644，P<0.01)。

2.2 生長(zhǎng)形態(tài)

2.2.1 光質(zhì)對(duì)三七幼苗植株形態(tài)指標(biāo)的影響 本試驗(yàn)中對(duì)三七幼苗植株形態(tài)的影響選取了7個(gè)判斷指標(biāo)，分別為鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、主根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)、最大側(cè)根長(zhǎng)、株高和基徑。如表2所示，光照度對(duì)三七幼苗植株的影響體現(xiàn)在主根長(zhǎng)、最大側(cè)根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)和株高上。自然光照組主根長(zhǎng)與其余3組比較，差異顯著(F=6.394，P<0.01)，并呈現(xiàn)最大值(0.930 0±0.625 8)cm，其余3種顏色光對(duì)其均有抑制作用；最大側(cè)根長(zhǎng)測(cè)量結(jié)果與主根長(zhǎng)類(lèi)似，3種顏色光均明顯抑制側(cè)根生長(zhǎng)(F=3.545，P<0.05)；光質(zhì)對(duì)側(cè)根數(shù)有顯著影響(F=5.520，P<0.01)并表現(xiàn)為抑制作用，由于紅、藍(lán)膜2組與自然光照組側(cè)根數(shù)無(wú)顯著差異，而綠色膜下生長(zhǎng)的三七幼苗側(cè)根數(shù)明顯少于自然光照組，表明綠光明顯抑制側(cè)根的數(shù)量；對(duì)株高而言，光質(zhì)的影響顯著(F=6.205，P<0.01)，且紅光、綠光、藍(lán)光均有促進(jìn)作用，其中紅膜、綠膜組與自然光照組相比株高差異顯著。因此，紅光和綠光對(duì)株高的促進(jìn)作用更明顯。

2.2.2 光照度對(duì)三七幼苗植株形態(tài)指標(biāo)的影響 從表3可知，光照度可顯著影響三七幼苗的鮮質(zhì)量、株高和基徑，而對(duì)其他指標(biāo)的影響并無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。隨光照度的減弱，三七幼苗的鮮質(zhì)量呈增加—降低—再增加的趨勢(shì)且影響顯著(F=3.536，P<0.05)，除黑暗處理組外，5層紗布組與0、3層紗布組均有顯著差異； 幼苗株高也隨光照度減弱呈增加—降低—再增加的趨勢(shì)(F=16.491，P<0.01)，并在5層紗布時(shí)達(dá)到最大值(5.284 cm)，顯著大于其余遮光處理；與前兩者相反，基徑隨光照度減弱呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)(F=4.916，P<0.01)，0層紗布組與其余組基徑比較有顯著差異。

2.3 生理指標(biāo)

2.3.1 光質(zhì)對(duì)三七幼苗葉片葉綠素含量的影響 如圖3所示，不同光質(zhì)對(duì)三七幼苗葉片葉綠素a的含量無(wú)明顯影響，而對(duì)葉綠素b含量影響顯著(F=2.991，P<0.05)，并且對(duì)于葉綠素b含量和葉綠素總量而言，紅膜組與藍(lán)膜組間存在顯著差異，且紅膜組含量最高，藍(lán)膜組含量最低。

2.3.2 光照度對(duì)三七幼苗葉片葉綠素含量的影響 光照度對(duì)三七幼苗葉片葉綠素a含量(F=3.932，P<0.05)、葉綠素b含量(F=2.814，P<0.05)及葉綠素總量(F=3.619，P<0.05)均影響顯著。如圖4所示，葉綠素a含量和葉綠素總量在4種光照度之間均無(wú)明顯差異，但均低于黑色對(duì)照組，其中0、1層紗布組與黑色對(duì)照組差異顯著；5層紗布組葉綠素b含量與黑色對(duì)照組差異不顯著，且兩者均高于其他4組，其中黑色對(duì)照組含量明顯高于0、1、3層紗布組，5層紗布組含量明顯高于0層紗布組。

表2 不同光質(zhì)對(duì)三七幼苗植株形態(tài)指標(biāo)的影響(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P≤0.05)。*、**表示差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)。無(wú)膜組全部死亡故沒(méi)有數(shù)據(jù)。下同。

表3 不同光照度對(duì)三七幼苗植株形態(tài)指標(biāo)的影響

2.3.3 光質(zhì)對(duì)三七幼苗葉片可溶性糖含量的影響 可溶性糖(單糖和寡聚糖)是光合作用的重要產(chǎn)物。如圖5所示，藍(lán)膜、綠膜與無(wú)色膜、紅膜組之間三七幼苗葉片可溶性糖含量無(wú)顯著性差異，但藍(lán)膜組與綠膜組之間可溶性糖含量差異顯著，且藍(lán)膜組可溶性糖含量最低，綠膜組可溶性糖含量最高。

2.3.4 光照度對(duì)三七幼苗葉片可溶性糖含量的影響 由圖6可以看出，隨著遮陰程度的增加，可溶性糖含量大體呈下降趨勢(shì)，1層紗布組可溶性糖含量最高，與0、3層組差異不顯著，但顯著高于5層及黑色對(duì)照組；對(duì)照組可溶性糖含量最低，且與其他組有顯著差異。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 光質(zhì)對(duì)三七種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響 根據(jù)試驗(yàn)所得，4組中無(wú)色膜組三七發(fā)芽率(40.4%)為最低，綠膜組三七發(fā)芽率(58.0%)最高。由于無(wú)色膜組與綠膜組透光率較接近，因此推測(cè)出綠光與自然光相比，能夠促進(jìn)三七種子的萌發(fā)，且為促進(jìn)三七種子萌發(fā)的最適光質(zhì)。

光質(zhì)對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要，它作為一種觸發(fā)信號(hào)影響植物的生長(zhǎng)。不同光質(zhì)被植物體內(nèi)不同的光受體(光敏素、隱花色素、紫外光受體等)感知，進(jìn)而觸發(fā)不同光受體影響三七幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育[8]。在本試驗(yàn)中，白膜組的主根長(zhǎng)及最大側(cè)根長(zhǎng)最長(zhǎng)，側(cè)根數(shù)最多，且不同膜對(duì)其影響顯著。除此之外，紅膜組和綠膜組的株高較高，不同膜對(duì)其影響極顯著。本試驗(yàn)結(jié)果證明，自然光照最適合三七主根和側(cè)根生長(zhǎng)，其他顏色光均有一定的抑制作用；紅光和綠光有利于三七株高的增長(zhǎng)。

三七莖、葉中葉綠素含量的變化范圍為2.12～4.48 mg/g[6]。研究表明，遠(yuǎn)紅光在促進(jìn)葉綠素前體(ALA)、原葉綠酯合成的同時(shí)，也促進(jìn)葉綠素的積累[9]。對(duì)大多數(shù)作物而言，紅光有利于提高葉片中葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量，藍(lán)光下葉片中葉綠素較低，但藍(lán)光處理能提高葉片中葉綠素a/葉綠素b的值，而紅光能提高葉片葉綠素b/葉綠素a的值。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)印證了“紅光有利于葉綠素的積累，藍(lán)光不利于葉綠素的積累”的觀點(diǎn)。

前人的研究認(rèn)為，光質(zhì)對(duì)高等植物的碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝有調(diào)節(jié)作用，通常在紅光下生長(zhǎng)的作物碳水化合物含量較高，而在藍(lán)光下生長(zhǎng)的作物蛋白質(zhì)含量較高[10]。而喬傳英等用不同光質(zhì)處理庫(kù)拉索蘆薈組培蘆薈苗后發(fā)現(xiàn)，紅光和藍(lán)光照射下蘆薈葉片中可溶性糖、可溶性蛋白含量與對(duì)照組相比均有所下降，但藍(lán)光條件下降程度更大[11]。本試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明綠光有利于可溶性糖在葉片中積累，而藍(lán)光條件下葉片可溶性糖含量低于自然光照條件且為最低值。

3.1.2 光照度對(duì)三七種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響 三七種子的萌發(fā)率對(duì)三七產(chǎn)量和大規(guī)模種植效率至關(guān)重要。本試驗(yàn)中，光照度越小，三七萌發(fā)率越高，且差異顯著，使用5層紗布遮陰時(shí)，三七種子萌發(fā)率最高。由此表明，適當(dāng)遮陰可以促進(jìn)三七種子萌發(fā)。

三七幼苗的生長(zhǎng)形態(tài)對(duì)三七產(chǎn)量和品質(zhì)均有重要影響。三七是一種典型的陰性C3植物，在光照度受限制時(shí)，通過(guò)增加株高和葉片光合作用的面積可獲得更多光能。本試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，不同光照度對(duì)三七幼苗生長(zhǎng)影響顯著，即三七的鮮質(zhì)量和株高隨光照度的降低呈增大趨勢(shì)，三七基徑隨著光照度的降低呈逐漸減小趨勢(shì)，雖然遮陰會(huì)限制一些形態(tài)指標(biāo)的增長(zhǎng)，但與全光照環(huán)境相比，合理遮陰有利于三七幼苗的形態(tài)生長(zhǎng)。此外，1層紗布組三七的干質(zhì)量、主根長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)和最大側(cè)根數(shù)值最大，鮮質(zhì)量和株高僅次于5層紗布組，略反常于總體趨勢(shì)。Kare等的研究結(jié)果顯示，強(qiáng)光下土壤水分可能成為影響幼苗生長(zhǎng)的限制因子，將更多的光合產(chǎn)物分配到地下以發(fā)育出更發(fā)達(dá)的根系，以利于幼苗對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)的吸收；而弱光下，幼苗生物量分配向地上轉(zhuǎn)移[12]。在本試驗(yàn)中，可能由于紗布層數(shù)不同造成水分蒸發(fā)速率不同，1層紗布條件下水分蒸發(fā)較快，加之較為適宜的光照，二者共同作用，結(jié)果反映該條件對(duì)三七生長(zhǎng)形態(tài)的優(yōu)勢(shì)作用，但關(guān)于此點(diǎn)還須深入研究。

葉綠素含量與植物光合作用有關(guān)，直接影響植株光合作用過(guò)程中的光能利用。本試驗(yàn)中，光照度對(duì)葉綠素b含量影響顯著，證明在光照度較弱的情況下，光合色素含量尤其葉綠素b的含量將會(huì)增加，能有效吸收陰生環(huán)境下漫射光中的藍(lán)紫光和橙光，增強(qiáng)葉片捕獲光的能力[13]。同時(shí)，紅光條件下三七葉片葉綠素含量最高，利于光合作用。

3.1.3 其他因素對(duì)三七種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響 本試驗(yàn)共設(shè)置2組對(duì)照即黑色膜和無(wú)膜的對(duì)照，且按時(shí)定期澆與其他組等量的去離子水，結(jié)果無(wú)膜對(duì)照組三七種子全部死亡。此結(jié)果表明，塑料膜是本試驗(yàn)中三七種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的重要條件之一。對(duì)于其進(jìn)行原因分析：第一，塑料膜能一定程度地阻斷外界空氣流通，無(wú)膜組的三七種子暴露在空氣中細(xì)菌過(guò)多，發(fā)霉死掉；第二，考慮到塑料膜也可以阻礙水分的蒸發(fā)，在膜內(nèi)小環(huán)境的空氣濕度穩(wěn)定，而無(wú)膜組的基質(zhì)更易于水分散失，水分不充足也對(duì)本組全部死亡有一定影響。

以往對(duì)于三七萌發(fā)和生長(zhǎng)的研究大多為采用文山當(dāng)?shù)赝翗?，小?guī)模做試驗(yàn)。由于三七有自毒作用，并且導(dǎo)致連作障礙，連作三七土壤對(duì)其幼苗的生理和生長(zhǎng)具有抑制作用[14]。因此，想要開(kāi)發(fā)擴(kuò)大三七產(chǎn)區(qū)，增加優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，還須要進(jìn)一步努力。同時(shí)，這次試驗(yàn)也是以紗布層數(shù)為控制條件，透光率為控制標(biāo)準(zhǔn)，模擬了沒(méi)有條件保證精準(zhǔn)的透光率的大規(guī)模生產(chǎn)，提供了寶貴的具有參考價(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)三七種苗培育條件的優(yōu)化和革新提供了可靠依據(jù)。

3.2 結(jié)論

綜上所述，不同的光照度和光質(zhì)對(duì)三七種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有綜合的影響。綠光且5層紗布(透光率為10.22%)的條件最適合三七種子萌發(fā)；對(duì)于三七幼苗生長(zhǎng)，以紅光、黑色膜(黑暗條件、透光率為1.62%)為佳。生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)因地、因時(shí)制宜，根據(jù)具體情況作具體分析。

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