黃燕芬，林宣伶，萬凌云，2，韋坤華，郭曉云

(1.廣西壯族自治區(qū)藥用植物園，國家中醫(yī)藥傳承創(chuàng)新中心，廣西藥用資源保護(hù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣西壯族自治區(qū)中藥資源智慧創(chuàng)制工程研究中心，廣西 南寧 530023；2.廣西壯族自治區(qū)藥用植物園，廣西道地藥材高品質(zhì)形成與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530023)

引言

積雪草[Centellaasiatica(L.)Urban]是一種藥、食、賞兼用的藥用植物，屬于傘形科多年生的匍匐莖草本植物，又稱雷公根、鐵盞草。主要分布在嶺南一帶以及印度、日本、馬來西亞等國內(nèi)外地區(qū)。積雪草主要以干燥的全草入藥，具清熱利濕、解毒消腫之功效[1，2]，臨床用于治療濕熱黃疸、中暑腹瀉、石淋血淋、癰腫瘡毒、跌撲損傷等癥狀，由于其具有明確的療效和廣泛的資源分布，多個(gè)國家已將積雪草納入藥典中并對其分類和詳盡描述。積雪草的質(zhì)量直接關(guān)系到它應(yīng)用的安全性和有效性[3]。既往藥理研究顯示，積雪草不僅可以治療皮膚燒傷、改善皮膚瘢痕狀況、修復(fù)受損肌膚、調(diào)節(jié)體內(nèi)內(nèi)分泌系統(tǒng)和增強(qiáng)免疫功能，還可以抑制中樞神經(jīng)、黑色素的合成、腫瘤、胃潰瘍，抗炎、抗氧化、保護(hù)血管壁、促進(jìn)血管再生[4，5]。積雪草被國內(nèi)外的醫(yī)藥、美容保健行業(yè)等領(lǐng)域的學(xué)者進(jìn)行了廣泛的研究，具有良好的應(yīng)用前景[6，7]。

LED光源可以實(shí)現(xiàn)對光環(huán)境的精確控制，能有效調(diào)節(jié)植物產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)[8]，但目前不同光質(zhì)配比與積雪草生長和有效成分含量關(guān)系的研究仍舊缺乏。本試驗(yàn)將水培積雪草作為材料進(jìn)行水培與光質(zhì)調(diào)控，以不同光質(zhì)對其生長及生理生化的影響為切入點(diǎn)，通過不同LED光質(zhì)比例對水培積雪草生長及積雪草苷、羥基積雪草苷含量的影響，初步探索積雪草適宜的光質(zhì)環(huán)境以及植物工廠光環(huán)境調(diào)控提供理論依據(jù)，為實(shí)現(xiàn)其高效、高質(zhì)量生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，進(jìn)一步豐富和完善植物光生物學(xué)基礎(chǔ)理論。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與方法

本試驗(yàn)于2022年7月至2022年9月在廣西壯族自治區(qū)藥用植物園試驗(yàn)用植物工廠內(nèi)進(jìn)行。積雪草采集自廣西藥用植物園內(nèi)，采用水培方式栽培。選取生長相近的積雪草植株，剪取第4～5節(jié)匍匐莖結(jié)節(jié)培養(yǎng)后作為試驗(yàn)材料，將莖基部包裹在海綿內(nèi)，定植于塑料容器(長×寬×高=31 cm×23 cm×12 cm，內(nèi)裝 8 L營養(yǎng)液)，每個(gè)容器內(nèi)種植20株。采用1/2濃度園試配方營養(yǎng)液，每周更換一次。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用LED紅藍(lán)組合面板燈(紅燈波峰660 nm，藍(lán)燈波峰450 nm)進(jìn)行光質(zhì)處理，試驗(yàn)處理分別為：B、紅藍(lán)光組合(R∶B=2∶8、R∶B=3∶7、R∶B=5∶5、R∶B=7∶3、R∶B=8∶2)、R，光照強(qiáng)度為200 μmol·m-2·s-1，光周期16 h。試驗(yàn)期間，植物工廠內(nèi)溫度和濕度分別維持在 23±1 ℃ 和60% ～70%。處理時(shí)間為30 d。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 生長指標(biāo)測定

2022年9月9日至10日，采收積雪草并測定生長指標(biāo)，每個(gè)處理選取長勢基本相近的10株，統(tǒng)計(jì)葉片數(shù)與分枝數(shù)，測定全株鮮質(zhì)量、匍匐莖長度(各分枝長度的總和)及葉面積(基部最大片葉子的葉面積)。隨后將積雪草放入50 ℃的烘箱中烘干至恒重，測定全株干質(zhì)量。

1.3.2 光合色素含量的測定

摘取積雪草新鮮葉片，使用95%乙醇溶液浸提至葉片無綠色為止，采用分光光度計(jì)法測定并計(jì)算葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素含量。

1.3.3 羥基積雪草苷和積雪草苷含量的測定

參照《中華人民共和國藥典》(2020版)[2]中對積雪草干樣采用高效液相色譜法，測定羥基積雪草苷和積雪草苷含量，計(jì)算積雪草總苷含量。積雪草總苷含量=羥基積雪草苷含量+積雪草苷含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel軟件將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行列表和匯總，并用SPSS 23.0的單因素方差分析法分析數(shù)據(jù)，將整理好的數(shù)據(jù)采用GraphPad Prism 5軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 LED光質(zhì)對水培積雪草生長的影響

根據(jù)表1可知，經(jīng)過30 d水培與光質(zhì)調(diào)控處理后，LED光質(zhì)對水培積雪草分枝數(shù)、葉片數(shù)、葉面積、匍匐莖長、全株鮮質(zhì)量和全株干質(zhì)量的影響顯著不同。分枝數(shù)在R下顯著高于其他光質(zhì)處理，其余光質(zhì)處理間無顯著差異。葉片數(shù)在R下最高，R∶B=7∶3下最低。葉面積在R下最大，R∶B=2∶8下最低。匍匐莖長在R下最長，顯著高于其他處理，R∶B=2∶8和7∶3光質(zhì)處理的最低。全株鮮重在R下顯著高于其他光質(zhì)處理，在R∶B=7∶3下最低。全株干重在R下顯著高于其他光質(zhì)處理，B、R∶B=2∶8和7∶3光質(zhì)處理的最低。由此可知，R促進(jìn)水培積雪草生長，R∶B=2∶8和7∶3不利于水培積雪草生長。

表1 LED光質(zhì)對水培積雪草生長指標(biāo)的影響

2.2 LED光質(zhì)對水培積雪草光合色素含量的影響

由圖1(a)可以看出，隨著紅光增加，葉綠素a含量呈先上升后下降的趨勢。B、R∶B=2∶8和3∶7的葉綠素a含量較高，當(dāng)紅光和藍(lán)光比例達(dá)到5∶5后，葉綠素含量顯著低于前面3個(gè)光質(zhì)處理。由圖1(b)可以看出，隨著紅光增加，葉綠素b含量呈緩慢上升趨勢，B(單一藍(lán)光)的葉綠素b含量最低，R∶B=5∶5、7∶3、8∶2和R下葉片葉綠素b含量顯著高于B，其他處理間差異不顯著。由圖1(c)可以看出，隨著紅光增加，類胡蘿卜素含量呈緩慢下降趨勢，B的類胡蘿卜素含量最高，顯著高于R∶B=5∶5、7∶3和R的，其他處理間差異不顯著。由圖1(d)可以看出，隨著紅光增加，總?cè)~綠素含量呈先上升后下降的趨勢。R∶B=2∶8和3∶7的總?cè)~綠素含量顯著高于R∶B=5∶5、8∶2和R的，其他處理間差異不顯著。由此可知，高比例藍(lán)光有利于葉綠素a、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量的累積，高比例紅光有利于葉綠素b含量累積。

圖1 LED光質(zhì)處理對水培積雪草光和色素含量的影響Fig.1 The effects of different LED light quality treatments on photosynthetic pigment content of hydroponic Centella asiatica

2.3 LED光質(zhì)對水培積雪草總苷含量的影響

由圖2(a)、(b)和(c)可以看出，隨著紅光增加，積雪草有效成分含量變化趨勢一致，光質(zhì)R∶B=3∶7下含量最低，隨后含量逐漸升高，在光質(zhì)R∶B=7∶3下達(dá)到最高，顯著高于其他處理，之后又緩慢下降。由圖2(c)可以看出，在R∶B=2∶8、5∶5和7∶3下的積雪草總苷含量超過0.8%，達(dá)到藥典規(guī)定。由此可知，R∶B=7∶3最有利于水培積雪草總苷含量累積。

圖2 LED光質(zhì)對水培積雪草總苷含量的影響Fig.2 The effects of LED light quality treatments on asiaticosides content of different of hydroponic Centella asiatica

2.4 LED光質(zhì)對水培積雪草總苷產(chǎn)量的影響

由圖3(a)、(b)和(c)可以看出，隨著紅光增加，羥基積雪草苷、積雪草苷和積雪草總苷產(chǎn)量變化趨勢一致，在B、R∶B=2∶8、3∶7下產(chǎn)量最低，且這幾個(gè)處理無顯著差異；隨著紅光占比的增加，在R∶B=5∶5下顯著升高，在R∶B=7∶3下顯著下降，在R下總苷產(chǎn)量達(dá)到最高，顯著高于其他光質(zhì)。由此可知，R有利于水培積雪草總苷產(chǎn)量的形成和積累。

圖3 LED光質(zhì)對水培積雪草總苷產(chǎn)量的影響Fig.3 The effects of different LED light quality treatments on asiaticosides yield of hydroponic Centella asiatica

3 結(jié)論

光是植物進(jìn)行光合作用的主要能量來源，對植物的生長發(fā)育、光合作用和物質(zhì)代謝等方面具有重要的調(diào)控作用[9]。本試驗(yàn)比較不同LED紅藍(lán)光比例對水培積雪草生長的影響，探索其適宜光質(zhì)環(huán)境，以期更好地促進(jìn)積雪草的生長和總苷累積。試驗(yàn)結(jié)果顯示：不同光質(zhì)處理對水培積雪草形態(tài)生長有顯著影響。尤其在紅光處理(R)下，水培積雪草的分枝數(shù)、葉片數(shù)、葉面積、匍匐莖長及全株干鮮重均維持著最高水平，反映出R相比于其他光質(zhì)處理有利于水培積雪草的生長。張亞如等[10]在不同光質(zhì)比例對以桉樹組培苗為材料的研究試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，紅光有利于葉片數(shù)生長；彭亮等[11]以遠(yuǎn)志直播苗為材料的光質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紅光對遠(yuǎn)志的生長指標(biāo)及生物量積累有較強(qiáng)的促進(jìn)作用；程小燕等[12]在不同光質(zhì)對以三葉爬藤為材料的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，紅光處理對三葉崖爬藤的葉面積、生物量的積累較好，與此次試驗(yàn)得到的結(jié)果相似。組合紅藍(lán)光質(zhì)對水培積雪草的生長及生物量低于R，說明紅光更有利于水培積雪草的生長。這與王婷[13]研究不同光質(zhì)對不結(jié)球白菜試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，組合光質(zhì)不利于結(jié)球白菜生長的試驗(yàn)結(jié)果相似。

葉綠素作為光合作用的光敏催化劑，其含量及比例是植物適應(yīng)并利用光能的關(guān)鍵指標(biāo)[14]。本試驗(yàn)采用分光光度法測定不同LED光質(zhì)對水培積雪草葉片葉綠素含量的影響。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高比例藍(lán)光有利于葉綠素a、類胡蘿卜素和總?cè)~綠素含量的累積，高比例紅光有利于葉綠素b含量累積。由試驗(yàn)結(jié)果看出，紅藍(lán)光質(zhì)配比對葉綠素含量存在著一定的影響，合適的紅藍(lán)光配比會(huì)促進(jìn)葉綠素的生成，這與張亞如等[10]以不同光質(zhì)對桉樹組培試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)LED紅藍(lán)光比例可以促進(jìn)葉綠素a、總?cè)~綠素及類胡蘿卜素的積累與合成的研究結(jié)果相似。綜合對比各含量之間的變化，試驗(yàn)結(jié)果顯示B、R∶B=2∶8和R∶B=3∶7等幾個(gè)處理葉綠素a和總?cè)~綠素含量較高，B下類胡蘿卜素含量最大。說明藍(lán)光占比高的光質(zhì)有利于水培積雪草光合色素的合成。

對藥用植物，除要求產(chǎn)量外，更注重藥材質(zhì)量。藥用植物的有效成分是其發(fā)揮臨床療效的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是評價(jià)藥材質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)[15]。植物主要是通過光合作用制造有機(jī)物，經(jīng)過植物體內(nèi)的運(yùn)輸和代謝生產(chǎn)各種次生代謝產(chǎn)物[16]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，R促進(jìn)水培積雪草生長，R∶B=7∶3有利于水培積雪草有效成分含量累積，而積雪草有效成分產(chǎn)量則在R最好，表明水培積雪草存在一定的逆境脅迫的次適宜環(huán)境。這與陳瑩等[17]研究不同光質(zhì)對甘草苗期生長和活性成分累積的結(jié)果相似。

總體來看，通過LED對水培積雪草施加不同光質(zhì)處理，以生長指標(biāo)、光合色素的積累及有效成分含量和總苷產(chǎn)量的比較分析，選擇紅光處理(R)較其他光質(zhì)表現(xiàn)出較強(qiáng)的生長優(yōu)勢，有利于水培積雪草的生長及形態(tài)建成；采用R∶B=7∶3處理能夠促進(jìn)積雪草總苷的合成與積累。由于促進(jìn)積雪草生長和總苷累積的光質(zhì)不同，下一步試驗(yàn)將優(yōu)化積雪草光照環(huán)境，以提高積雪草的生長及總苷含量，增加總苷產(chǎn)量，為探索積雪草在植物工廠水培過程中的光環(huán)境適應(yīng)機(jī)制和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供理論依據(jù)。