范沾濤，劉寒，黃媛，馬梅冰，李林軒，韋范，梁瑩，陸恒，韋坤華*

1.廣西壯族自治區(qū)藥用植物園 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.中國藥科大學(xué) 江蘇省中藥評價(jià)與轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211198

鈣元素作為植物生長發(fā)育必需的17 種營養(yǎng)元素之一，具有極其重要的生理功能。其既是植物細(xì)胞壁的重要結(jié)構(gòu)組分，對細(xì)胞膜的流動(dòng)性具有較大影響；也是液泡內(nèi)重要的滲透保護(hù)物質(zhì)，具有維持細(xì)胞內(nèi)離子平衡的功能[1]。鈣離子能夠調(diào)控植物種子萌發(fā)速率、植物的營養(yǎng)生長、生殖生長中的細(xì)胞極性生長和細(xì)胞壁生物合成，進(jìn)而影響植物根毛、花粉管生長與莖稈強(qiáng)度；在植物響應(yīng)逆境脅迫中，其能夠通過激活保護(hù)酶系統(tǒng)、改善光合作用等緩解低溫、高溫、干旱、高鹽和病蟲害等脅迫對植物的傷害[2]。鈣作為耦聯(lián)胞外信號與胞內(nèi)生理反應(yīng)的第二信使發(fā)揮調(diào)控作用，在調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育、響應(yīng)生物和非生物脅迫方面起著重要作用[3]。本文綜述了鈣對藥用植物生長發(fā)育、生理生化特性和次生代謝產(chǎn)物積累影響的研究現(xiàn)狀，為今后研究鈣離子調(diào)控藥用植物品質(zhì)相關(guān)研究提供參考。

1 植物對鈣的需求和鈣缺乏的原因

植物體含鈣量一般為0.1%～5.0%，不同植物種類、部位和器官的變化幅度很大，一般規(guī)律為雙子葉植物>單子葉植物。植物地上部莖、葉含有較多的鈣，而根部、果實(shí)和籽粒中的鈣較少[4]。土壤中游離形式的鈣離子被植株吸收后，多數(shù)以草酸鈣形式存積，占植物干物質(zhì)的0.5%。通常植株體內(nèi)鈣的含量低于氮、鉀而高于磷、鎂、硫。鈣與果膠酸形成的果膠酸鈣可以起到穩(wěn)定細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)作用；與磷脂分子結(jié)合可以穩(wěn)定細(xì)胞膜；對液泡內(nèi)陰陽離子有平衡作用；還可以影響細(xì)胞分裂，促進(jìn)紡錘絲的形成。鈣還參與調(diào)節(jié)和控制植物的許多生理生化反應(yīng)，是植物代謝的重要調(diào)控者[5-6]。

植物缺鈣主要有兩方面原因：1）土壤缺鈣。土壤鈣是重要的植物養(yǎng)分之一[7]，由根系被吸收入植物體內(nèi)后，對植物所需的生命活動(dòng)物質(zhì)代謝過程和一些激素起到調(diào)節(jié)作用[8-9]，土壤中鈣含量及有效性可以影響植物對鈣的吸收能力[10]。植物細(xì)胞對鈣離子的吸收與土壤溶液中鈣離子的量成正比[11]，土壤缺鈣易導(dǎo)致植物缺鈣。2）生理缺鈣。盡管土壤含鈣豐富，但仍出現(xiàn)植物缺鈣的現(xiàn)象，這主要是由于鈣的轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制。由于植物體內(nèi)鈣的長距離運(yùn)輸主要發(fā)生在木質(zhì)部，蒸騰作用是其運(yùn)輸動(dòng)力，即鈣通過蒸騰水流移動(dòng)，而幼嫩部位及果實(shí)的蒸騰作用較小，對鈣的競爭弱于葉片，加之鈣在韌皮部中移動(dòng)性差，難以再運(yùn)輸和分配到新生部位及果實(shí)，最終導(dǎo)致植物的幼嫩部位、果實(shí)、生長點(diǎn)最容缺鈣[11-12]。

2 鈣離子對藥用植物生長發(fā)育的影響

2.1 鈣離子對藥用植物種子活性的影響

種子萌發(fā)和幼苗生長是植物生命周期中最重要的2 個(gè)階段，是植物生長的基礎(chǔ)。種子萌發(fā)受到許多生理、生化和分子的協(xié)調(diào)調(diào)控。鈣是植物生長發(fā)育的必需元素之一，參與種子萌發(fā)、分化生長、形態(tài)建成及開花結(jié)果等整個(gè)生命過程。種子萌發(fā)過程中，鈣離子通過改變酶活性增大發(fā)芽勢、提高成苗率[13]。用不同濃度鈣離子處理白及Bletilla striata（Thunb.ex Murray）Rchb.F.種子，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)增加鈣離子濃度可促進(jìn)其萌發(fā)后子葉生長，且子葉生長隨鈣離子濃度增加而加快[14]。用不同濃度CaCl2溶液處理越南槐Sophora tonkinensisGagnep.種子，種子萌發(fā)率隨CaCl2溶液處理濃度的增加而降低，萌發(fā)種子的含水量隨處理濃度的增加而減少[15]。以150 mmol·L-1NaCl 溶液模擬鹽脅迫進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)，研究不同濃度CaCl2對鹽脅迫下金花葵Abelmoschus manihot（L.）Medicus種子萌發(fā)發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)的影響，不同濃度的外源鈣對金花葵種子的萌發(fā)影響不同，以20 mmol·L-1CaCl2處理金花葵種子緩解效果最好、種子萌發(fā)率最高，表明一定濃度的CaCl2有助于緩解鹽脅迫對金花葵種子萌發(fā)的抑制作用[16]。以紅花Carthamus tinctoriusL.種子為研究對象，在弱鈣、弱鉛情況下，紅花種子發(fā)芽指數(shù)和發(fā)芽勢均最高，說明低濃度的鈣對鉛脅迫下紅花種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用[17]。用3%的海藻酸鈉和不同濃度的氯化鈣包埋劑處理蛇根木Rauvolfia serpentina（L.）Benth.ex Kurz 種子，當(dāng)CaCl2濃度 從75 mmol·L-1增加到100 mmol·L-1時(shí)，種子發(fā)芽率從84%下降到52%[18]。然而，在用海藻酸鈉和氯化鈣處理的紫花丹Plumbago roseaL.種子實(shí)驗(yàn)中，以2.5%海藻酸鈉和100 mmol·L-1CaCl2處理的改良MS培養(yǎng)基上的種子發(fā)芽率最高、出芽時(shí)間最早，每個(gè)外植體新芽數(shù)最多（2.31±0.16）個(gè)[19]。由此可見，鈣離子濃度對不同植物種子萌發(fā)的作用效果不同，有些植物種子在高鈣濃度下有利于萌發(fā)，而有些植物種子在低鈣濃度下有利于萌發(fā)。

2.2 鈣離子對藥用植物地上和地下部分生長狀況的影響

鈣有利于碳水化合物的轉(zhuǎn)化和其他營養(yǎng)元素的吸收代謝，從而促進(jìn)植物的生長發(fā)育，而缺鈣或鈣過量均會(huì)影響到植物的生長發(fā)育[20]。鈣長期不足或過多時(shí)，植物的生長受到抑制[21]。植物缺鈣的典型癥狀包括分生組織區(qū)域壞死、細(xì)胞分裂和細(xì)胞壁形成加速。缺鈣導(dǎo)致植物根系可能呈現(xiàn)棕色、短、高分枝，甚至分生區(qū)過早死亡。太子參Pseudostellaria heterophylla（Miq.）Pax ex Pax et Hoffm.在低鈣脅迫時(shí)，無論是單株產(chǎn)量還是單個(gè)塊根質(zhì)量都極顯著低于正常條件下的太子參[22]。有研究指出，缺鈣導(dǎo)致西洋參Panax quinquefoliusL.株高和葉面積下降，地上和地下部生物量顯著降低，全株生物量低于全營養(yǎng)對照的50%以上[23]，說明鈣營養(yǎng)元素缺乏會(huì)嚴(yán)重影響藥材的產(chǎn)量，增施鈣營養(yǎng)元素可以提高藥材的產(chǎn)量。研究鈣脅迫下人參Panax ginsengC.A.Mey.生物學(xué)特征，結(jié)果顯示，低鈣（0.25 mmol·L-1）處理的人參葉片深綠、面積小且皺縮，莖彎曲，根系弱小、側(cè)根少且呈紅褐色；高鈣（16 mmol·L-1）處理的人參葉片黃綠、側(cè)根發(fā)達(dá)，這表明人參缺鈣會(huì)嚴(yán)重影響人參根、莖、葉的生長和發(fā)育，導(dǎo)致人參抗性降低[24]。研究發(fā)現(xiàn)，鈣調(diào)蛋白（CaM）抑制劑三氟拉嗪（TFP）或鈣離子螯合劑乙二醇四乙酸（EGTA）處理的鐵皮石斛Dendrobium officinaleKimura &Migo 原球莖生物量顯著降低[25]。鈣缺乏對巴西紅厚殼Calophyllum brasilienseCambess.幼苗7 個(gè)月后的存活率和生長均有較大影響，缺鈣處理使53%的幼苗死亡，存活的幼苗葉片顏色偏黃，新生葉片芽減少[26]。研究水培條件下不同鈣濃度對天仙子Hyoscyamus nigerL.根干質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，當(dāng)鈣濃度為0～33.3 mg·L-1時(shí)，植物根干質(zhì)量隨鈣施用量增加而增加，但當(dāng)鈣濃度為50 mg·L-1時(shí)，植物根干質(zhì)量減少[27]。用CaCl2處理催眠睡茄Withania somnifera（L.）Dunal 幼苗和愈傷組織，在較高濃度的CaCl2脅迫下，幼苗出現(xiàn)黃化，生長發(fā)育不良甚至壞死；CaCl2濃度超過100 mmol·L-1時(shí)，幼苗和愈傷組織不能存活；幼苗的相對含水量隨CaCl2濃度的增加而降低[28]。因此，合理鈣源有助于促進(jìn)植物生長、提高產(chǎn)量，而過多的鈣則會(huì)對植物產(chǎn)生毒害，抑制植物生長。

3 鈣離子對藥用植物生理生化特征的影響

3.1 光合特性

光合作用與植物的生長發(fā)育、產(chǎn)量形成及次生代謝產(chǎn)物的合成積累關(guān)系密切[29]。鈣對植物的生長及光合特性起著不可或缺的作用。施加適量的鈣可以促進(jìn)植物的光合作用，提高植物的凈光合速率，積累植物的光合色素的產(chǎn)物，使葉片的凈光合速率的增加、光合色素及光合產(chǎn)物累積等[30]。缺乏鈣元素導(dǎo)致1年生何首烏Pleuropterus multiflorus（Thunb.）Nakai葉片顏色褪淡、葉綠素a和葉綠素b含量均低于正常處理[31]。金銀花Lonicera japonicaThunb.葉綠素含量在低鹽度脅迫下略有增加，但隨著鹽濃度的增加而降低；添加外源鈣處理后，葉綠素含量增加，提高了鹽脅迫下金銀花的光合速率[32]。有研究發(fā)現(xiàn)，5～10 mmol·L-1低濃度CaCl2溶液噴施處理可有效減少高溫脅迫后茅蒼術(shù)Atractylodes Lancea（Thunb.）DC.葉片黃化現(xiàn)象，抑制葉綠素分解，使葉片葉綠素含量顯著增加，葉綠素?zé)晒鈪?shù)整體呈上升趨勢[33]。安鈺等[34]研究指出，施用外源鈣后，甘草Glycyrrhiza uralensisFisch.葉片葉綠素含量、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度和蒸騰速率在各干旱脅迫下均有不同程度提高，表明鈣離子維持了葉片葉綠素的合成，參與了調(diào)節(jié)和控制氣孔運(yùn)動(dòng)，增加了葉片的氣孔導(dǎo)度及蒸騰速率，改善了CO2的供應(yīng)，進(jìn)而提高了葉片的光合速率。適宜濃度的鈣離子處理可顯著提高多花黃精Polygonatum cyrtonemaHua 葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度，并加快了光合電子傳遞，降低了非光化學(xué)猝滅系數(shù)（NPQ），提高了多花黃精葉綠體光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）實(shí)際光化學(xué)效率、相對光合電子傳遞速率（ETR）和光化學(xué)猝滅系數(shù)（qP），使多花黃精在高溫強(qiáng)光脅迫下維持較高的凈光合速率；但當(dāng)鈣離子濃度超過20 mol·L-1時(shí)，其對多花黃精光合系統(tǒng)沒有明顯的保護(hù)作用，甚至?xí)又仄涓邷貜?qiáng)光脅迫傷害[35]。這可能是因?yàn)殁}離子處理濃度過大，在一定程度上引起光合系統(tǒng)膜結(jié)構(gòu)和功能的破壞，從而導(dǎo)致光合電子傳遞鏈?zhǔn)茏?，光能利用效率降低[36]。外源鈣處理的忍冬Lonicera japonicaThunb.比僅用鹽處理的忍冬具有更好的光化學(xué)性能，外源鈣保護(hù)了PSⅡ免于失活，促進(jìn)了光合電子的傳遞，維持了較高的胞間CO2濃度，對鹽脅迫下忍冬的生長起到了積極作用[37]。這些研究結(jié)果表明，鈣影響植物的光合作用，進(jìn)而影響植物的正常生長發(fā)育。

3.2 抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)

在逆境中，植物體需氧代謝加快，從而產(chǎn)生一系列過多的活性氧簇（ROS），損害細(xì)胞膜，加劇細(xì)胞氧化衰老，破壞植物體內(nèi)微平衡[38]。植物抗逆境生理生化等分子調(diào)控機(jī)制發(fā)揮自我保護(hù)作用。植物在逆境條件下往往通過保護(hù)酶類之間的協(xié)同作用，維持高的保護(hù)酶活性或抗氧化劑含量來清除體內(nèi)的ROS[39]?？寡趸赋趸锲缁福⊿OD）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）等是植物清除體內(nèi)ROS、抵御逆境傷害的第一道防線。在植物細(xì)胞內(nèi)，SOD將逆境條件下產(chǎn)生的超氧自由基（O2-·）歧化為過氧化氫（H2O2），在通過植物體內(nèi)的POD、CAT、抗壞血酸過氧化物酶（APX）等將O2-·歧化生成的H2O2繼續(xù)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化成對植物體沒有傷害的H2O 和O2，從而使植物體內(nèi)的活性氧代謝繼續(xù)保持平衡[40]。SOD、POD 和CAT 等酶活性越高，植物對環(huán)境的適應(yīng)能力就越強(qiáng)。鈣處理對西洋參Panax quinquefoliumL.抗氧化酶活性有顯著影響，SOD、POD 和CAT 活性隨鈣離子濃度先升高后降低，POD和CAT 活性比SOD 活性對鈣離子濃度的增加更為敏感[41]。研究不同濃度CaCl2對假馬齒莧Bacopa monnieri（L.）Wettst.試管苗抗氧化酶活性的影響，發(fā)現(xiàn)在0～100 mmol·L-1CaCl2處理顯著提高了幼苗的抗氧化酶SOD、CAT、APX 和愈創(chuàng)木酚過氧化物酶（GPX）的活性[42]。有研究認(rèn)為，鈣處理下金銀花Lonicera japonicaThunb.的SOD 活性、CAT活性、POD 活性有不同程度的提高，通過調(diào)節(jié)抗氧化系統(tǒng)清除高鈣離子條件下產(chǎn)生的大量O2-·，降低其對細(xì)胞原生質(zhì)膜的損害[43]。板藍(lán)根Isatis tinctoriaLinnaeus 在鎘離子（Cd2+）脅迫下，添加低濃度CaCl2處理可緩解Cd2+毒害，顯著提高板藍(lán)根幼苗SOD、POD 和CAT 活性；高濃度CaCl2與Cd2+作用反而使幼苗的SOD、POD 和CAT 活性下降[44]。鈣離子對半夏Pinellia ternata（Thunb.）Breit.的POD、CAT 和SOD 3 種酶活性有促進(jìn)作用，當(dāng)鈣離子濃度逐漸升高時(shí)，三者活性呈先升高后下降的趨勢，至質(zhì)量濃度為600 mg·L-1時(shí)3 種酶活性最高，且此時(shí)丙二醛（MDA）含量較低，因此，鈣離子提高保護(hù)酶活性，進(jìn)而促進(jìn)新陳代謝，對提高半夏抗逆性有重要的調(diào)節(jié)作用[45]。當(dāng)施加一定濃度的CaCl2后，鹽脅迫下的黃芩Scutellaria baicalensisGeorgi 幼苗SOD、POD 和CAT 活性顯著升高，可減輕細(xì)胞的氧化程度，維持細(xì)胞正常生理活動(dòng)，對黃芩幼苗具有一定保護(hù)作用[46]。而三七Panax notoginseng（Burkill）F.H.Chen ex C.H.Chow 在不同濃度鎘脅迫下，添加CaCl2和石灰處理，隨著CaCl2和石灰濃度上升，抗氧化酶活性降低，有利于植物生長[47]。所以植物抗氧化酶系統(tǒng)是植物應(yīng)對脅迫時(shí)的重要防御體系之一，在有效保護(hù)植物、減輕脅迫對植物的傷害方面扮演著重要角色。鈣離子通過激活抗氧化酶保護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)而在調(diào)節(jié)植物響應(yīng)脅迫方面起著重要作用。

3.3 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

植物在逆境下會(huì)在細(xì)胞內(nèi)合成并積累一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)以平衡外部介質(zhì)或液泡內(nèi)的滲透壓。滲透物質(zhì)一般由無機(jī)離子（如K+、Cl-、Ca2+等）和有機(jī)物質(zhì)（如游離脯氨酸、可溶性蛋白、可溶性糖等）共同構(gòu)成[48]。柴勝豐等[49]研究指出，隨著鈣離子濃度的升高，嫌鈣型金花茶Camellia petelotii（Merr.）Sealy 葉片脯氨酸含量顯著增加，可溶性糖含量變化卻不大；喜鈣型金花茶在不同鈣離子濃度下脯氨酸和可溶性糖的含量差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但其可溶性糖含量卻顯著高于嫌鈣型金花茶。施加一定濃度的CaCl2能使鹽脅迫下丹參Salvia miltiorrhizaBunge 幼苗葉片中可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量升高，有利于丹參抵抗鹽傷害，但過量的鈣離子會(huì)導(dǎo)致植物受到離子脅迫[50]。采用不同濃度的CaCl2溶液處理金蕎麥Fagopyrum dibotrys（D.Don）Hara種子，隨著處理濃度的增加，萌發(fā)種子的含水量逐漸降低，在低濃度鈣離子脅迫時(shí)，萌發(fā)種子主要受到滲透脅迫，細(xì)胞通過抗氧化酶清除活性氧自由基；而在高濃度鈣離子脅迫時(shí)，萌發(fā)種子可能受到離子毒害作用[51]。CaCl2浸種在一定程度上降低了荊芥Schizonepeta tenuifoliaL.幼苗在鹽脅迫下對脯氨酸和可溶性蛋白的合成與積累，推測添加外源鈣使荊芥幼苗在鹽脅迫下存在多種滲透調(diào)節(jié)方式，從而使脯氨酸與可溶性蛋白的累積量減少[52]。適當(dāng)鈣處理能使鐵皮石斛Dendrobium officinaleKimura &Migo在中、低程度干旱脅迫下誘導(dǎo)產(chǎn)生新的蛋白，同時(shí)使其他蛋白穩(wěn)定表達(dá)，但在重度脅迫下只能在初期起到一定作用，隨著干旱脅迫時(shí)間的加長，鐵皮石斛同樣會(huì)受到嚴(yán)重危害[53]。CaCl2處理使高溫脅迫下桔梗Platycodon grandiflorum（Jacq.）A.DC.葉片可溶性蛋白質(zhì)和脯氨酸的含量顯著增加，從而增強(qiáng)其對高溫脅迫的適應(yīng)能力[54]。添加外源鈣離子可顯著提高羅漢果Siraitia grosvenorii（Swingle）C.Jeffreyex A.M.Lu et Z.Y.Zhang 幼苗可溶性蛋白及脯氨酸含量，從而緩解鹽脅迫帶來的傷害[55]。低溫處理超過24 h 噴施CaCl2溶液可顯著提高獨(dú)一味Lamiophlomis rotate（Benth）Kudo幼株葉片可溶性糖含量，且CaCl2濃度與可溶性糖含量呈正相關(guān)[56]。以上研究結(jié)果表明，滲透調(diào)節(jié)是植物抵御鈣脅迫的重要生理機(jī)制之一，植物通過調(diào)節(jié)無機(jī)離子比例、數(shù)量，以及積累對細(xì)胞無毒的有機(jī)物，從而進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)，以抵御逆境對其傷害。鈣離子通過調(diào)節(jié)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，在植物抵御逆境方面發(fā)揮作用。

3.4 膜脂過氧化作用

逆境條件下，植物體內(nèi)的O2-·、氫氧自由基（OH·）、單線態(tài)氧（O2）和過氧化氫自由基等有毒物質(zhì)大量積累，導(dǎo)致膜脂過氧化或脫脂，產(chǎn)生大量的活性氧，引起植物一系列生理生化變化，使植物體內(nèi)的物質(zhì)、能量代謝紊亂[57]。MDA 是細(xì)胞內(nèi)膜脂過氧化或脫脂的產(chǎn)物，會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷細(xì)胞的生物膜，降低膜中不飽和脂肪酸的含量，使膜的流動(dòng)性降低[57]。MDA 含量的高低反映出細(xì)胞膜過氧化作用的強(qiáng)弱，進(jìn)而反映出細(xì)胞膜被損傷的程度及植物受害的嚴(yán)重程度[58]。研究發(fā)現(xiàn)，低質(zhì)量濃度鈣（0～50 mg·kg-1）對檳榔Areca catechuL.葉片MDA 的積累效果不顯著，中質(zhì)量濃度鈣（200～400 mg·kg-1）可顯著減少M(fèi)DA 積累，高質(zhì)量濃度鈣（500 mg·kg-1）條件下MDA較中濃度鈣條件下增加，細(xì)胞膜受到損傷[59]。外源CaCl2可通過促使NaCl 脅迫下酸棗Zizyphus jujubaMill 幼苗植株體內(nèi)MDA 含量減少，降低膜脂過氧化水平，減緩NaCl脅迫對植株的傷害，從而增強(qiáng)對NaCl 脅迫的適應(yīng)性[60]。5 mmol·L-1鈣處理緩解了苧麻Boehmeria nivea（L.）Gaudich.體內(nèi)由鎘脅迫產(chǎn)生的MDA 增加作用，這可能與鈣對細(xì)胞膜穩(wěn)定性和完整性的保護(hù)作用有關(guān)；然而施加低濃度（1 mmol·L-1）和高濃度（10 mmol·L-1）的外源鈣加劇了鎘脅迫引起的膜脂過氧化損傷作用[61]。盧富桃等[62]對藥用植物栝樓Trivhosantnes kirilowiiMaxim.抗寒機(jī)制的研究中得出，低濃度外源鈣離子處理栝樓能有效緩解低溫對栝樓的傷害，外源鈣離子對其膜系統(tǒng)具有保護(hù)作用，能降低膜脂過氧化作用，使細(xì)胞內(nèi)代謝保持正常。在不同低溫脅迫下，對甘肅貝母Fritillaria przewalskiiMaxim 噴施一定濃度的CaCl2，可減少其葉片中MDA 的含量，緩解低溫對葉片造成的傷害[63]。由此可知，鈣對植物的生理生長起到重要作用。

4 鈣離子對藥用植物次生代謝產(chǎn)物積累的影響

植物體內(nèi)代謝活動(dòng)分為初生代謝和次生代謝。發(fā)生在所有植物體內(nèi)，涉及到葉綠素、糖、氨基酸、脂肪酸、核酸等生命必需物質(zhì)的代謝稱為初生代謝；發(fā)生在部分植物體內(nèi)，涉及一些對植物生命非必需物質(zhì)的代謝稱為次生代謝。次生代謝產(chǎn)物是植物在長期進(jìn)化過程中與其生存環(huán)境相互作用的結(jié)果，主要包括生物堿、黃酮、萜類和皂苷等小分子有機(jī)化合物[64]。其產(chǎn)生和分布通常有種屬、器官、組織及生長發(fā)育時(shí)期的特異性，在植物生長、發(fā)育和生理功能方面發(fā)揮著重要作用。自然界多數(shù)藥用植物的有效成分都是其次生代謝的產(chǎn)物，其中萜烯、酚、生物堿類化合物是植物中最重要的次生代謝產(chǎn)物[65]。鈣是藥用植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)物質(zhì)，更是影響其次生代謝產(chǎn)物累積的重要因素之一。

黃酮類化合物是廣泛存在于藥用植物中的一類化合物，大多與糖類結(jié)合為苷存在，具有調(diào)血脂、擴(kuò)張冠脈、止血等活性[66]。藥用植物中黃酮類化合物不僅作為藥效成分治療人類疾病，還作為植物保護(hù)劑作用于植物機(jī)體本身，黃酮類化合物在不同植物種類、器官、發(fā)育階段和生長條件下以不同含量分布，具抗氧化、紫外線防護(hù)、抵抗植物病原體、生長素運(yùn)輸?shù)裙δ躘67]。甘草Glycyrrhiza uralensisFisch.幼苗在30 mmol·L-1NaCl 脅迫下，添加不同濃度的CaCl2后，甘草酸和黃酮類化合物的含量均有所提高，在2.5 mmol·L-1CaCl2處理下甘草酸和黃酮類化合物的含量達(dá)到峰值[68]。水飛薊Silybum marianum（L.）Gaertn.懸浮細(xì)胞培養(yǎng)中，特異性鈣離子螯合劑乙二醇四乙酸（EGTA）使細(xì)胞中水飛薊素的含量增加了200%，其分泌增加了3～4 倍；無機(jī)離子鑭離子（La3+）及鈣通道抑制劑維拉帕米也能刺激分泌；幾種阻斷細(xì)胞內(nèi)鈣移動(dòng)的試劑，如釕紅和毒胡蘿卜素，也明顯促進(jìn)了水飛薊素的積累，這些結(jié)果表明，抑制內(nèi)外鈣流對水飛薊懸浮細(xì)胞次生代謝物水飛薊素的積累起著重要作用[69]。施加鈣元素對艾納香Blumea balsamifera（L.）DC.不同部位的總黃酮相對含量積累有一定抑制作用，降低了葉片和莖中總黃酮的相對含量[70]。隨外源CaCl2濃度的增加，蒼術(shù)Atractylodes lancea（Thunb.）DC.幼苗根莖黃酮含量呈先下降后上升趨勢，葉黃酮含量呈先下降后上升再下降趨勢[71]。在烏拉爾甘草Glycyrrhiza uralensisFisch.人工栽培中，適量的鈣肥供應(yīng)有利于其有效成分總黃酮含量的提高，過量施用對總黃酮的積累具有抑制作用[72]。

生物堿是植物在長期進(jìn)化過程中與環(huán)境相互作用形成的次生代謝產(chǎn)物類型之一，其在植物適應(yīng)生態(tài)環(huán)境、抵御病蟲害、耐鹽抗損傷等方面發(fā)揮著重要作用[73]。在添加CaCl2誘導(dǎo)子處理的培養(yǎng)基上培養(yǎng)清脆枝Nothapodytes nimmoniana（J.Graham）Mabb.愈傷組織，發(fā)現(xiàn)使用CaCl2誘導(dǎo)子會(huì)促進(jìn)喜樹堿產(chǎn)量增加，與其他濃度相比，25 mmol·L-1CaCl2是提高喜樹堿產(chǎn)量的最有效濃度[74]。在延胡索Corydalis yanhusuoW.T.Wang 的盆栽試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，適量施鈣可顯著提高延胡索中生物堿含量[75]。山豆根Sophora tonkinensisGagnep.是生長在喀斯特地區(qū)的一種藥用植物，栽培時(shí)通過施加適量外源鈣能夠促進(jìn)山豆根中苦參堿和氧化苦參堿的含量積累[76]。研究表明，巖黃連Corydalis saxicolaBunting 中巖黃連堿含量隨鈣離子濃度升高呈先升高后降低趨勢，CaCl2濃度為300 mmol·L-1時(shí)，其中巖黃連堿含量達(dá)到最大值；CaCl2濃度為400 mmol·L-1時(shí)，巖黃連葉片中巖黃連堿含量顯著降低[77]。長春花Catharanthus roseus（L.）G.Don愈傷組織培養(yǎng)時(shí)，鈣離子濃度的增加對愈傷組織生長有利，但卻不利于吲哚總堿的積累[78]。施用適宜水平的鈣可以顯著提高浙貝母Fritillaria thunbergiiMiq.鱗莖中貝母素甲、貝母素乙、貝母辛和總生物堿含量，使浙貝母的品質(zhì)提升[79]。鈣對半夏Pinellia ternata（Thunb.）Ten.ex Breitenb.中生物堿合成具有顯著的促進(jìn)作用，中等濃度的外源鈣處理有利于半夏塊莖中生物堿的積累，過高或過低都不利于生物堿的合成[80]。

萜類化合物是一類以異戊二烯為基本結(jié)構(gòu)單位的化合物，可分為單萜、倍半萜、二萜、三萜、四萜和多萜，是維持植物生長發(fā)育和應(yīng)對環(huán)境脅迫所必需的重要物質(zhì)[81-82]。組織培養(yǎng)液中大量元素鈣的清除會(huì)觸發(fā)次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生，研究表明，缺乏鈣的培養(yǎng)基對甜菊Stevia rebaudianaBertoni 再生植株施加了非生物脅迫，使萊苞迪苷A（Reb A）和甜菊苷（ST）含量增加[83]。施鈣對滇重樓Paris polyphyllavar.yunnanensis（Franch.）Hand.-Mzt.總皂苷含量有顯著影響，新根莖總皂苷含量與施鈣水平之間呈極顯著正相關(guān)，但不同鈣水平對老根莖總皂苷含量影響不顯著[84]。在高溫脅迫下對半夏Pinellia ternata（Thunb.）Ten.ex Breitenb.噴施鈣鹽，發(fā)現(xiàn)鈣對半夏中鳥苷、腺苷及多糖的合成具有顯著影響，中等濃度的外源鈣處理有利于半夏塊莖中鳥苷、多糖的積累，過高或過低濃度都不利于兩者的合成，而高濃度鈣離子處理仍有利于腺苷的積累，這可能是鈣離子在次黃嘌呤核苷轉(zhuǎn)化為腺苷與鳥苷過程中對酶活或底物濃度影響不一所致[85]。在藏紅花Crocus sativusL.球莖培養(yǎng)過程中分別添加0.25、0.5、1.0 g·L-1的鈣納米顆粒（CaNP）可提高藏紅花素、苦番紅花素和藏紅花醛的含量，但高濃度的CaNP 可降低藏紅花素、苦番紅花素和藏紅花醛的含量[86]。CaCl2在較低濃度下（1.0 mmol·L-1）可明顯促進(jìn)人參毛狀根總皂苷和單體皂苷的積累，但隨著CaCl2濃度的增高，促進(jìn)作用呈下降趨勢[87]。Yue 等[88]證明，胞外鈣離子濃度增加可以快速誘導(dǎo)三七懸浮細(xì)胞胞內(nèi)鈣離子濃度升高，并且該變化與細(xì)胞中人參皂苷Rb1積累量呈正相關(guān)。Cacho 等[89]將鈣離子加入培養(yǎng)洋地黃Digitalis purpureaL.的培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)與沒有添加鈣離子的培養(yǎng)基相比，添加了鈣離子的培養(yǎng)基中次生代謝產(chǎn)物（強(qiáng)心苷）產(chǎn)量顯著低于對照培養(yǎng)基?？梢姡}源對不同藥用植物中不同有效成分累積的影響是不同的，合理調(diào)節(jié)鈣源可以改變藥用植物次生代謝產(chǎn)物的積累。鈣離子對藥用植物生長和次生代謝產(chǎn)物積累作用見表1。

表1 鈣離子對藥用植物生長和次生代謝產(chǎn)物積累作用

5 展望

目前，藥用植物野生資源越來越少，人工種植品已逐漸成為中藥材的主要來源。然而，在實(shí)踐生產(chǎn)中，人工種植的中藥材普遍存在品質(zhì)退化問題，嚴(yán)重限制了產(chǎn)業(yè)發(fā)展。隨著人們對健康需求的日益增長及人口進(jìn)一步老齡化，未來對藥用資源的需求將不斷增加，對其品質(zhì)的要求也越來越高。從目前研究結(jié)果看，鈣對不同藥用植物生長發(fā)育、生理生化特性和次生代謝產(chǎn)物累積的影響不同。這些研究揭示了鈣對藥用植物產(chǎn)量和次生代謝產(chǎn)物累積有影響，而鈣對藥用植物次生代謝產(chǎn)物累積影響的分子機(jī)制研究較少。隨著現(xiàn)代技術(shù)的快速發(fā)展，可以在藥用植物研究中開展多組學(xué)研究，通過基因組學(xué)、代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等技術(shù)來探索藥用植物次生代謝產(chǎn)物累積的分子機(jī)制，有針對性地解釋各種藥用植物次生代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、代謝途徑和調(diào)控通路，進(jìn)一步揭示鈣與藥用植物次生代謝產(chǎn)物積累的關(guān)系，提升藥材品質(zhì)。