根外喷施铜、锰、锌对桔梗生长及品质的影响

宋宁等

摘要：为了解微量元素Cu、Mn、Zn对桔梗生长及主要药用指标成分桔梗皂苷D累积的影响，以一年生桔梗为材料，采用盆栽方式，在改良Hoagland基本营养液的基础上设定不同浓度的Cu、Mn、Zn梯度根外喷施处理，利用Li-6400便携式光合仪测定光合作用相关指标，采用电感耦合等离子发射光谱法和HPLC法分别测定桔梗根中各矿质元素和桔梗皂苷D的含量。结果表明，一定浓度的Cu、Mn、Zn对桔梗的各项生理指标具有促进作用。在0.102 mg/盆的Cu、8.86 mg/盆的Mn以及3.10 mg/盆的Zn浓度下，除桔梗生理指标和光合作用指标含量显著增加外，桔梗皂苷D的含量也分别增加为1.562、1.531、1.438 mg/g，试验中可以看出在3.10 mg/盆的Zn喷施下Cu的含量最高为16.71 mg/kg，同时在0.102 mg/盆的Cu喷施下Zn的含量最高为29.89 mg/kg，说明在桔梗中Cu和Zn的含量具有相互影响作用。Mn对Fe元素具有明显的拮抗作用，在Mn浓度为8.86 mg/g时Fe的含量最大为345.68 mg/kg，而在12.80 mg/g的Mn时Fe的含量明显下降为146.77 mg/g。综合分析以0.102 mg/盆的Cu、8.86 mg/盆的Mn以及的3.10 mg/盆的Zn浓度处理的桔梗生长最好。

关键词：桔梗；微量元素；光合特性；桔梗皂苷D

中图分类号： S567.23+9.06文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）09-0285-05

桔梗[Platycodon grandiflorum （Jacq. ）A.DC]为桔梗科植物，以根入药，性平，味苦、辛，具有化痰止咳、利咽开音、宣畅肺气、排脓消痈的功效，是我国销量最大的40种传统中药材之一[1]。现代药理学研究表明，桔梗有免疫调节、抗炎、保肝等作用。同时，桔梗也是一种药、食及观赏兼用的经济植物，每年作为蔬菜大量出口韩国、日本，国内许多地区如东北也有食用习惯[2]。由于桔梗每年药用尤其是出口需求量巨大，野生资源不能满足市场需求，国内已出现了许多规模化桔梗种植基地[3]。但是，由于桔梗野生转家种年限不长，栽培相关研究滞后，本研究针对生产中存在的问题，参考其他有关微量元素对中药栽培的试验[4]，以及桔梗主产区土壤肥力现状，采用盆栽方式，根外喷施不同浓度的Cu、Mn、Zn处理，初步研究Cu、Mn、Zn 3种微量元素对桔梗生长和有效成分的影响，以期为桔梗的栽培提供技术支持。

1材料和方法

1.1试验材料

桔梗种子来自内蒙古赤峰市，经南京农业大学王康才教授鉴定为桔梗科植物桔梗[Platycodon grandiflorum （Jacq. ）A.DC]种子。2012年3月播种于29 cm×26 cm规格塑胶盆中，栽培基质为：蛭石 ∶珍珠岩=5 ∶1，栽种种子深度为2 cm，栽种后置于南京农业大学园艺学院日光温室内，生长期间每隔10 d浇改良Hoagland基本营养液500 ml（大量元素采用霍格兰营养液配方，微量元素采用阿农营养液配方，基本营养液pH值为6.0），所用试剂均为分析纯，营养液配方见表1、表2。

1.2试验设计

于2012年5月上旬桔梗种子发芽并生长一段时间后开始试验处理，在Hoagland基本营养液的基础上进行变化，采

1.3测定方法

1.3.1光合色素含量的测定叶绿素含量采用王学奎的方法[5]测定。

1.3.2水溶性总糖含量测定参照史树德等的方法[6]，采用蒽酮比色法进行测定。

1.3.3可溶性蛋白质含量测定参照史树德等的方法[6]，采用考马斯亮蓝法测定。

1.3.4光合参数测定使用美国Li-COR 公司的Li-6400便携式光合仪，于桔梗生长旺盛期（6月24日09：00—11：00）在自然条件下进行光合参数的测定。净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间CO2含量（Ci）等参数由仪器直接测得，选择开放式气路，红蓝光源，叶室光合有效辐射为800 μmol/（m2·s），样品室内气流速率为500 μmol/s，参比室CO2浓度为380～410 μmol/mol，叶片温度为30～32 ℃，样品室相对湿度为25%～40%。测定时均选择生长良好、大小基本一致的健康植株各3株，每株选择从顶部向下15 cm处大小基本一致、长势旺盛的2～4片小叶，并对叶片中部进行测定。每次测定均选取固定标记的叶片，每次3个重复，每重复记录5个观测值，取其平均值作为该处理测定值。

1.3.5Cu、Mn、Zn等元素含量测定每个处理取样10株，所取样品分成根系和叶2部分，105 ℃杀青10 min后70 ℃恒温烘干，用小型植物粉碎机分别粉碎，过80目筛。用电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES法）[7]测定Cu、Mn、Zn 3种元素的含量。

1.3.6桔梗皂苷D含量测定参照文献[1]的方法，结合朱丹妮等[8]和许传莲等[9]的试验，采用HPLC法测定桔梗皂苷D的含量。精确吸取对照品桔梗皂苷D溶液2、4、6、8、10、12 μL进样，按上述色谱条件测定峰面积。以峰面积为纵坐标、进样量为横坐标绘制标准曲线，得回归方程：桔梗皂苷D含量 Y=26 294x-6 152.8，r=0.999 0（图1）。

按供试品溶液制备项下方法制备样品溶液，用0.45 μm滤膜过滤后，进样15 μL，按上述色谱条件测定，每次60 min。样品谱图见图2。

1.3.7数据处理采用Excel 2003和SPSS 13.0软件对数据进行分析。

2结果与分析

2.1不同浓度Cu、Mn、Zn处理对桔梗根可溶性蛋白质、可溶性糖含量影响

试验结果（表4）表明，随着Cu浓度的逐渐升高，桔梗蛋白质含量和可溶性糖含量均是先升高后降低，在Cu-3时含量受到了抑制，于Cu-2时各生理指标含量最大，相对于对照组含量分别增加了13.4%、51.0%、47.3%。

在Mn-1时蛋白质的含量最高，为24.86 mg/g，相对于对照组含量显著提高了57.6%，可溶性糖含量也是随着Mn浓度的增加呈现先上升后下降的趋势，在Mn-2时浓度最高，为0.83 %。

可溶性蛋白质含量随着Zn浓度的增大而呈现增大的趋势，在Zn-3具有显著性差异，含量为21.39 mg/g；可溶性糖含量在Zn-1时含量最高，为1.02%，与对照组有显著性差异，相对于对照组显著提高了85.4%。

表4不同处理对桔梗生长发育中生理指标的影响（n=3）

2.2不同处理对桔梗光合特性的影响

试验结果（图3）表明，一定浓度的Cu、Mn、Zn对桔梗叶绿素的形成具有明显的促进作用，在Cu-2和Mn-2处理下叶绿素明显高于对照组，分别为3.64 mg/g和3.57 mg/g，这和Cu和Mn有助于光合色素形成有关系。相对来说，不同浓度Zn处理下，叶绿素的含量逐渐降低，说明随着Zn浓度的升高可能抑制桔梗叶绿素的形成。

净光合速率 Pn 可以反映物种光合能力的大小。试验结果（表5）表明，随着喷施Cu浓度的升高，净光合速率Pn呈现先升高后下降的趋势，在Cu-2时净光合速率含量与对照组有明显的差异，为6.29 μmol/（m2·s），说明适宜的Cu有利于桔梗光合作用，而蒸腾速率Tr随着Cu浓度的增加没有明显变化，水分利用率在Cu-2时达到最高，相对于对照组提高了16.7%。

随着喷施Mn浓度的升高，Pn在Mn-2时为12.49 μmol/（m2·s），与对照组有明显差异；Tr呈现先上升后下降的趋势，在Mn-2时含量最高，为3.53 mmol/（m2·s），说明Mn-2明显提高了桔梗的光合效率。水分利用效率是植物消耗单位量的水分所固定的CO2的量，表示植物对水分的利用水平，是光合速率和蒸腾速率的比值。水分利用率在Mn-2和Mn-3时与对照组相比具有显著性差异，相对于对照组提高了42.2%和41.9%，可以看出来除了最利于桔梗光合效率的Mn-2之外，Mn-3虽然对Pn和Tr没有显著影响，但是对桔梗水分利用率具有显著的提高。

随着喷施Zn浓度的增加，Pn和Tr的含量呈现先上升后下降的趋势，Zn-2与对照组相比有明显的提高，Pn相对于对照组提高了77.4%，Tr 相对于对照组提高了2倍，说明一定浓度的Zn可以提高桔梗的光合效率。水分利用率在Zn-1时，与对照组相比显著提高了58.5%，说明Zn-1虽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与Zn-1相似，相对来说Zn-2提高了Tr，因而降低了桔梗的水分利用率。

气孔导度（Gs）则是指植物气孔传导CO2和水汽的能力，是反映气孔行为最为重要的生理指标，凡是影响植物光合作用和叶片水分状况的各种因素都有可能对气孔导度造成影响[10]。试验结果（表5）表明，随着喷施Cu浓度的升高，Ci也呈现逐步上升的趋势，在Cu-2时含量与对照组有显著性差异，提高了9.7%，Cu-1时Ci的含量只占对照组的84.1%，Cu-3与对照组无显著性差异，对于Gs来说，除了Cu-2比对照组有显著性提高外，其他Cu处理与对照组均无显著性差异。由于在Cu-2处的气孔Gs较大，进入胞间的CO2浓度较大。随着喷施Mn浓度的升高，Ci和Gs的趋势与喷施Cu的趋势相似，在Mn-2时相对于对照组来说有显著性的提高。随着喷施Zn浓度的增加，Ci和Gs呈现逐渐下降的趋势，说明Zn-3对桔梗的气孔张开已经起到了抑制作用，而Zn-1和Zn-2相对于对照组显著提高了Ci和Gs。

由此可见，在一定的Cu、Mn、Zn处理下，桔梗光合作用受抑制与气孔因素有关，但气孔因素不是限制桔梗光合作用的主要因素。表5不同处理对桔梗净光合速率、蒸腾速率与水分利用效率的影响（n=3）

处理净光合速率Pn

2.3不同处理对桔梗根系中矿质元素含量的影响

植物体内的Cu能够保持免疫系统正常运转；Mn是蛋白质合成、遗传信息传递的必需元素，并能维持内分泌平衡，提高免疫力，促进血细胞合成生长；而Zn同样能够提高免疫力，并能活血清热，对类风湿关节炎也有显著抗炎作用[11-13]。

试验结果（表6）表明，在不同Cu、Mn水平处理下，Cu与对照组相比没有显著性的变化，而在不同Zn水平处理下，桔梗根部Cu呈现先上升后急剧下降的趋势，Zn-2比对照组提高了33.7%。桔梗根部的Mn含量在不同Cu、Mn、Zn水平处理下，都呈现出先上升后下降的趋势，分别在Cu-2、Mn-2、Zn-2与对照组相比含量显著提高了40.2%、1.5倍、1.1倍。在不同Cu水平处理下，Zn的含量在Cu-2时与对照组相比有显著提高，说明喷施一定浓度的Cu能增加桔梗体内Zn的积累，说明两者之间存在一定的互效作用。

Fe元素是造血原料，有补血功能，并有利于含铁酶的合成、修复和正常运转[14]。在不同Cu、Mn、Zn水平处理下，Fe含量之间都存在显著性的差异，说明不同浓度的Cu、Mn、Zn对Fe的集成都有不同程度的影响，从试验数据来看，Cu-2、Mn-2、Zn-1对Fe含量的富集有显著的促进作用，比对照组分别提高了52.7%、24.3%、2.1%。

在植物体内的灰分元素中，Ca的含量仅次于钾，Ca元素参与诸如气孔运动、光合作用、光敏色素反应等生理过程，能有效改善逆境下植物的光合能力，对增强植物抗逆性具有重要意义[15]。从表6可以看出，在不同Cu、Mn、Zn水平处理下，Ca含量除了Mn-2比对照组显著提高了41.6%外，其他处理与对照组相比无显著性变化或者比对照组低，说明对桔梗喷施一定浓度的Mn，对Ca的积累具有一定的影响作用。表6不同处理对桔梗根系中矿质元素含量的影响（n=3）

处理铜Cu

2.4不同处理对桔梗根中桔梗皂苷D含量的影响

试验结果（图4、图5、图6）表明，喷施不同浓度的Cu、Mn、Zn，桔梗皂苷D含量与对照组相比都具有显著性的差异，在Cu-2、Mn-2、Zn-2时，桔梗皂苷D含量分别为1562、1.531、1.438 mg/g，比对照组分别提高了14.9%、12.6%、5.7%。说明喷施一定浓度的Cu、Mn、Zn可以提高桔梗皂苷D的含量。

3讨论与结论

铜是植物体内组成多种氧化酶的成分，也是呼吸作用的触媒，它参与叶绿素的合成以及糖类与蛋白质的代谢，铜还具有提高叶绿素稳定性的能力，避免叶绿素过早遭受破坏，有利于叶片更好地进行光合作用；锰参与蛋白质和无机酸的代谢、光合作用中二氧化碳的同化、碳水化合物的分解以及胡萝卜

素、核黄素和维生素C的形成等，它对叶绿素的形成和糖类的积累转运、对于种子的发芽和幼苗的生长以及植株的结实等均有的很好的作用；锌是许多酶的组成成分，直接参与植物生长素的形成，对植物体内物质水解、氧化-还原过程等有重要作用，对蛋白质的合成起催化作用，促进种子成熟[16]。本试验中，喷施Cu、Mn都显著提高了叶绿素的含量，但是随着喷施Zn的浓度增高，叶绿素的含量呈现逐渐下降的趋势，这与杜俊波等的 研究结果[22]相似，过高浓度的锌处理会对内环境造成胁迫，最终影响光合色素代谢过程中酶的活性以及光合色素合成。

有关微量元素对中草药生长及其化学物质的影响已有较多报道[17-19]。微量元素不仅影响植物的根系营养及生理活动，促进植物的生长发育，而且还参与植物有效成分的结构功能而影响植物化学成分的形成和积累，最终影响有效成分的量及药效。例如：吴叶宽等采用单因素随机区组设计进行的田间试验发现，锰肥和锌肥喷施能提高黄花蒿产量及青蒿素含量[20]，目前由于各地土壤内微量元素量的情况不同，因此为保证种植的中药材优质高产，就必须要以适宜的方式来添加这些植物生长必需的元素。

在本研究中，一定浓度的Cu、Mn、Zn都提高了桔梗皂苷D的含量。施用适量Mn能显著增加桔梗根中桔梗皂苷D的量，且皂苷量随施用浓度的增加表现为上升趋势，在试验条件下，喷施浓度为36.60 mg/L 的Mn桔梗皂苷D显著增加为1531 mg/g。这可能是由于Mn可抑制 IAA 氧化酶活性，从而促进根的生长及其生物产量增加，也可能是植物体内某些酶对Mn有高度专一性，如郭敏等发现Mn可显著增加丹皮根中 PAL 酶活性从而使药材中活性物质量增加[21]。

微量元素在植物体内的累积与分布有一定的规律性，彼此之间有一定的相互影响。从本试验可以看出Zn和Cu之间存在一定的相互作用，在一定的浓度下可以促进彼此的积累。锰和铁存在着拮抗关系，在植物中这2种元素应保持适宜比例，才能使植物生长正常[23]，在Mn-3时，Fe的含量急剧下降，可能两者发生了拮抗作用。一定浓度的Cu和Mn对于Ca的积累也起到了促进作用。本研究桔梗微量元素之间的相互促进胁迫关系提供了参考。

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