半夏株芽大小及内源激素对半夏产量的影响

李君君 赵鑫 权文越 葛慧 刘文珺 杜弢

(1.甘肃中医药大学和政药用植物园，甘肃 兰州 730000；2.甘肃中医药大学药学院，甘肃 兰州 730000；3.天水师范学院，甘肃 清水 741400)

半夏为天南星科植物半夏(Pinellia ternate(Thumb) .Breit.) 的干燥块茎,味辛性温,有毒,归脾、胃、肺经,具有燥湿化痰、降逆止呕、消痞散结的功效[1]。别名为三叶半夏、地巴豆、老鸦芋头、麻芋子等[2],主产于甘肃、四川、贵州、山东、湖北、河南、安徽等地[3],是中国传统的大宗中药材。

甘肃省为半夏主要产区之一,产量占全国60%以上。半夏种茎短缺,甘肃农户长期依赖野生种源。随着野生品种转移至家种,半夏感病退化,更易发生病变、茎块腐烂等现象。由于栽培技术落后,当地农户栽培、病害预防均无技术规程指导,只能依靠长期种植经验来种植。半夏株芽是半夏增加收益的主要因素,株芽繁殖代数越多,株芽越多,则半夏产量越高。半夏株芽形成的部位主要分为3 种,叶柄顶端即3 片叶子相交部位；叶柄中端即半夏叶柄与地面相接触部分,株芽在地表面可见；叶柄下端即处于地下部分,一般在半夏母株附近,不可见。本研究采用室内盆栽试验,研究半夏株芽大小及相关因素,旨在通过对播种时期半夏块茎的内源激素进行提取,分析这些激素对半夏块茎形态形成的影响,为选择半夏种质提供参考。

1 试验材料与仪器

1.1 半夏材料

将收集到的半夏种质资源作为研究对象,半夏种质资源种植于甘肃省天水市清水县下店子村(E106°13′42",N34°43′7",海拔1406m)。在株芽形成后期,半夏生长旺盛后期,叶片开始发黄,即将倒苗时,采收半夏不同部位的半夏株芽。同一部分株芽用田间地下湿润土壤包埋,放置开口的自封袋,及时拿回实验室,分为2 部分,洗净,用自封袋封口,放置-80℃冰箱冷冻备用；用于室内盆栽试验。

1.2 试验仪器与试剂

101 型电热鼓风干燥箱(北京科伟永兴仪器有限公司)；iMark 酶标仪(美国Bio-Rad)；电热恒温水浴锅(常州万科仪器科技有限公司)；电子天平(型号:BSA224S,万分之一,梅特勒-托利多仪器北京有限公司)；37℃恒温生化培养箱(上海医疗器械七厂)；SF-TGL-16G 台式高速离心机(上海菲恰尔分析仪器有限公司)；QL-901 涡旋振荡器(海门市其林贝尔仪器制造有限公司)。

植物吲哚乙酸(IAA) ELISA 检测试剂盒；过氧化氢酶(CAT) 测定试剂盒(货号:A007-1-1)；脯氨酸(PRO) 测试盒(货号:A107-1-1)；蛋白定量(TP) 测定试剂盒(货号:A045-2)；植物可溶性糖检测试剂盒 (货号:A145-1-1)；过氧化物酶(POD) 测试盒；植物吲哚乙酸(IAA) 检测试剂盒；植物激素脱落酸(ABA) 检测试剂盒；植物玉米素/细胞分裂素(ZT) 检测试剂盒；植物赤霉素(GA)检测试剂盒；超氧化物歧化酶(SOD) 检测试剂盒；丙二醛(MDA) 检测试剂盒,以上试剂盒购自南京建成生物研究所。水(娃哈哈纯净水)；花棚、土壤购自当地花鸟批发市场。

2 试验方法与结果

2.1 半夏株芽处理

经过简单测量、分级,半夏株芽根据不同部位、大小分为6 类(表1)。将6 份株芽同一条件下种植于花棚。试验为单因素随机试验,3 次重复。后期管理均相同。花棚长45cm,宽25cm,高20cm。种植时,花棚底部铺约4cm 厚的土,将半夏种子依次均匀撒在土面上,再覆盖约7cm 厚的土壤,覆土之后,用自来水将花棚浇透,每隔5d 浇1 次水。半夏株芽出苗时观察。

表1 不同类型半夏株芽

2.2 半夏株芽形态和产量测定

半夏出芽时记录发芽率；半夏旺盛期,调查每份种质的叶型；产量为不同种质采收后的鲜重,结果见表2。

表2 不同株芽农艺性状

株芽大小对半夏的发芽率有影响,中等直径株芽的发芽率较高,如A4、A5 的发芽率达到45%以上。株芽较小的叶片较少,如A1、A6 株芽直径小于5mm,叶型主要为单叶型,且发芽时间较长,生长缓慢。A2、A3、A4、A5 叶型则为芍叶型。半夏产量主要与半夏株芽大小相关,随着种球直径的增大,半夏净增重率呈先增后减的趋势。

2.3 半夏株芽大小对半夏产量的影响

半夏株芽对半夏产量具有很大意义,半夏产量的来源主要为半夏株芽。根据表2 数据,以A3、A4、A5、A6 半夏直径为自变量(X),净增重率为因变量(Y),见图1。结果表示,半夏净增重率随半夏直径的增大而增大,当半夏直径增大到一定范围,半夏净增重率则不变。推测其株芽为种植多年的母株。

2.4 半夏株芽内源激素测定

各影响因素按各试剂盒说明书步骤操作。植物块茎的形成是一个极为复杂的过程,和内源激素的调控有着密切的关系[4]。不同类型半夏株芽经过ELISA 测定后,描述不同类型株芽在种植前的内源激素。

2.4.1 抗氧化酶成分

植物体内抗氧化酶可以清除活性氧和超氧离子,主要包括过氧化氢酶 (CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、微量还原性谷胱甘肽(GSH) 等。作为植物体内抗氧化酶系统的重要组成部分,在清除自由基方面发挥了重要作用。Parida 认为抵御氧化损伤的能力与抗氧化酶活性有关,植物的活性氧保护体系对于植物提高抵抗环境胁迫有重要作用[5]。植物受到环境胁迫时,SOD 对植物具有保护作用,CAT 和POD 是植物体内担负清除H2O2的主要酶类之一。GSH 作为非酶类抗氧化剂,同样在植物受到环境胁迫时起着非常重要的作用。本试验测定不同类型株芽在种植前的CAT、SOD、POD、GSH 活性,从而比较不同类型株芽抗氧化性。结果见图2～5 (a、b、c、d 表示在p=0.05 下的差异性,下同)。

通过对6 类株芽在种植前的CAT、SOD、POD、GSH 的测定,CAT 活性A5、A6 较低,SOD 活性A4、A5 较低,POD 活性A6 较高,GSH 活性A1、A2 较低。抗氧化活性随株芽增大而增大,部分抗氧化性物质增大到一定程度后缓慢下降。

2.4.2 植物内源激素

植物内源激素在植物生长发育过程中起着非常重要的作用。此试验通过测定不同类型株芽在种植前的Plant carotenoid、GA、6BA、ZT、ABA、IAA 的活性,探究植物内源激素活性对半夏株芽生长的影响。结果见图6～11。

A4 的IAA、ABA 活性相对比其它类型株芽要高,6BA、ZT、GA 活性较高,但没有明显的差异。A3 相对于其它株芽,其植物内源激素活性低。植物内源激素随株芽直径增大而上升,到达一定值后下降或保持不变。

2.4.3 抗性内源物质

植物在遭受逆境胁迫时,一般调节体内的生理生化物质来增强自身的抗逆性,以减弱逆境带来的伤害,其中脯氨酸(PRO)、丙二醛(MDA)、可溶性糖、蛋白定量(TP) 是植物体内常见的渗透调节物质[6]。本试验通过测定不同类型株芽在种植前的PRO、MDA、可溶性糖、TP 的活性,探究植物内源物质活性对半夏株芽生长的影响。结果见图12～15。

叶柄上端植物内源激素活性小于半夏叶柄中端和叶柄底端的植物激素活性。半夏株芽等级的不同,半夏株芽随直径的增大,内源激素活性上升,达到一定值后不变或者缓慢下降。

3 讨论

半夏茎块大小影响半夏种质后的收益,裴国平等[7]研究发现,随着种球直径的增大,半夏株芽总个数、株芽总重量、株芽均重均呈先增后减的趋势,随着种球直径的增大,株芽总个数、株芽总质量、株芽均重、株芽腐烂率呈现增加的趋势。本试验也说明,在相同种植条件下,半夏株芽大小等级影响半夏产量。因此,建议在种植过程中要进一步明确半夏株芽等级标准规范。

半夏茎块的生长与内源激素的调控有着密切关系。在研究马铃薯试管块茎形成机制时发现,GA 对块茎形成的抑制作用最为明显,认为与赤霉素功能相反的IAA、ABA 等内源激素可能是对块茎形成的促进物质[8]。半夏块茎中ABA 含量在块茎膨大时就呈升高趋势,块茎迅速膨大期最高。较高的内源ABA 含量促进块茎膨大的可能原因是,ABA 促进了块茎中淀粉合成的酶活性,增加了淀粉的合成[9]。此试验为室内盆栽试验,结果需要进一步进行大田试验进行验证。

半夏的产量与播种种球大小有显著的线性关系,因此,半夏的种植应选择适宜的叶柄下端的种球粒级,合理施肥,适时灌水,加强管理,以增加大粒株芽数量,提高产量。但是种球大小只是其中重要影响因素之一,种植半夏还需结合土壤、茬口类型、播种时节、播种深度、施肥、灌水、田间管理等因素。