LED光质对积雪草生长及总苷含量的影响

黄燕芬，林宣伶，万凌云，2，韦坤华，郭晓云

(1.广西壮族自治区药用植物园，国家中医药传承创新中心，广西药用资源保护与遗传改良重点实验室/广西壮族自治区中药资源智慧创制工程研究中心，广西 南宁 530023；2.广西壮族自治区药用植物园，广西道地药材高品质形成与应用重点实验室，广西 南宁 530023)

引言

积雪草[Centellaasiatica(L.)Urban]是一种药、食、赏兼用的药用植物，属于伞形科多年生的匍匐茎草本植物，又称雷公根、铁盏草。主要分布在岭南一带以及印度、日本、马来西亚等国内外地区。积雪草主要以干燥的全草入药，具清热利湿、解毒消肿之功效[1，2]，临床用于治疗湿热黄疸、中暑腹泻、石淋血淋、痈肿疮毒、跌扑损伤等症状，由于其具有明确的疗效和广泛的资源分布，多个国家已将积雪草纳入药典中并对其分类和详尽描述。积雪草的质量直接关系到它应用的安全性和有效性[3]。既往药理研究显示，积雪草不仅可以治疗皮肤烧伤、改善皮肤瘢痕状况、修复受损肌肤、调节体内内分泌系统和增强免疫功能，还可以抑制中枢神经、黑色素的合成、肿瘤、胃溃疡，抗炎、抗氧化、保护血管壁、促进血管再生[4，5]。积雪草被国内外的医药、美容保健行业等领域的学者进行了广泛的研究，具有良好的应用前景[6，7]。

LED光源可以实现对光环境的精确控制，能有效调节植物产品的产量和品质[8]，但目前不同光质配比与积雪草生长和有效成分含量关系的研究仍旧缺乏。本试验将水培积雪草作为材料进行水培与光质调控，以不同光质对其生长及生理生化的影响为切入点，通过不同LED光质比例对水培积雪草生长及积雪草苷、羟基积雪草苷含量的影响，初步探索积雪草适宜的光质环境以及植物工厂光环境调控提供理论依据，为实现其高效、高质量生产奠定基础，进一步丰富和完善植物光生物学基础理论。

1 材料与方法

1.1 试验材料与方法

本试验于2022年7月至2022年9月在广西壮族自治区药用植物园试验用植物工厂内进行。积雪草采集自广西药用植物园内，采用水培方式栽培。选取生长相近的积雪草植株，剪取第4～5节匍匐茎结节培养后作为试验材料，将茎基部包裹在海绵内，定植于塑料容器(长×宽×高=31 cm×23 cm×12 cm，内装 8 L营养液)，每个容器内种植20株。采用1/2浓度园试配方营养液，每周更换一次。

1.2 试验设计

选用LED红蓝组合面板灯(红灯波峰660 nm，蓝灯波峰450 nm)进行光质处理，试验处理分别为：B、红蓝光组合(R∶B=2∶8、R∶B=3∶7、R∶B=5∶5、R∶B=7∶3、R∶B=8∶2)、R，光照强度为200 μmol·m-2·s-1，光周期16 h。试验期间，植物工厂内温度和湿度分别维持在 23±1 ℃ 和60% ～70%。处理时间为30 d。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生长指标测定

2022年9月9日至10日，采收积雪草并测定生长指标，每个处理选取长势基本相近的10株，统计叶片数与分枝数，测定全株鲜质量、匍匐茎长度(各分枝长度的总和)及叶面积(基部最大片叶子的叶面积)。随后将积雪草放入50 ℃的烘箱中烘干至恒重，测定全株干质量。

1.3.2 光合色素含量的测定

摘取积雪草新鲜叶片，使用95%乙醇溶液浸提至叶片无绿色为止，采用分光光度计法测定并计算叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量。

1.3.3 羟基积雪草苷和积雪草苷含量的测定

参照《中华人民共和国药典》(2020版)[2]中对积雪草干样采用高效液相色谱法，测定羟基积雪草苷和积雪草苷含量，计算积雪草总苷含量。积雪草总苷含量=羟基积雪草苷含量+积雪草苷含量。

1.4 数据统计分析

采用Excel软件将所得数据进行列表和汇总，并用SPSS 23.0的单因素方差分析法分析数据，将整理好的数据采用GraphPad Prism 5软件绘图。

2 结果与分析

2.1 LED光质对水培积雪草生长的影响

根据表1可知，经过30 d水培与光质调控处理后，LED光质对水培积雪草分枝数、叶片数、叶面积、匍匐茎长、全株鲜质量和全株干质量的影响显著不同。分枝数在R下显著高于其他光质处理，其余光质处理间无显著差异。叶片数在R下最高，R∶B=7∶3下最低。叶面积在R下最大，R∶B=2∶8下最低。匍匐茎长在R下最长，显著高于其他处理，R∶B=2∶8和7∶3光质处理的最低。全株鲜重在R下显著高于其他光质处理，在R∶B=7∶3下最低。全株干重在R下显著高于其他光质处理，B、R∶B=2∶8和7∶3光质处理的最低。由此可知，R促进水培积雪草生长，R∶B=2∶8和7∶3不利于水培积雪草生长。

表1 LED光质对水培积雪草生长指标的影响

2.2 LED光质对水培积雪草光合色素含量的影响

由图1(a)可以看出，随着红光增加，叶绿素a含量呈先上升后下降的趋势。B、R∶B=2∶8和3∶7的叶绿素a含量较高，当红光和蓝光比例达到5∶5后，叶绿素含量显著低于前面3个光质处理。由图1(b)可以看出，随着红光增加，叶绿素b含量呈缓慢上升趋势，B(单一蓝光)的叶绿素b含量最低，R∶B=5∶5、7∶3、8∶2和R下叶片叶绿素b含量显著高于B，其他处理间差异不显著。由图1(c)可以看出，随着红光增加，类胡萝卜素含量呈缓慢下降趋势，B的类胡萝卜素含量最高，显著高于R∶B=5∶5、7∶3和R的，其他处理间差异不显著。由图1(d)可以看出，随着红光增加，总叶绿素含量呈先上升后下降的趋势。R∶B=2∶8和3∶7的总叶绿素含量显著高于R∶B=5∶5、8∶2和R的，其他处理间差异不显著。由此可知，高比例蓝光有利于叶绿素a、类胡萝卜素和总叶绿素含量的累积，高比例红光有利于叶绿素b含量累积。

图1 LED光质处理对水培积雪草光和色素含量的影响Fig.1 The effects of different LED light quality treatments on photosynthetic pigment content of hydroponic Centella asiatica

2.3 LED光质对水培积雪草总苷含量的影响

由图2(a)、(b)和(c)可以看出，随着红光增加，积雪草有效成分含量变化趋势一致，光质R∶B=3∶7下含量最低，随后含量逐渐升高，在光质R∶B=7∶3下达到最高，显著高于其他处理，之后又缓慢下降。由图2(c)可以看出，在R∶B=2∶8、5∶5和7∶3下的积雪草总苷含量超过0.8%，达到药典规定。由此可知，R∶B=7∶3最有利于水培积雪草总苷含量累积。

图2 LED光质对水培积雪草总苷含量的影响Fig.2 The effects of LED light quality treatments on asiaticosides content of different of hydroponic Centella asiatica

2.4 LED光质对水培积雪草总苷产量的影响

由图3(a)、(b)和(c)可以看出，随着红光增加，羟基积雪草苷、积雪草苷和积雪草总苷产量变化趋势一致，在B、R∶B=2∶8、3∶7下产量最低，且这几个处理无显著差异；随着红光占比的增加，在R∶B=5∶5下显著升高，在R∶B=7∶3下显著下降，在R下总苷产量达到最高，显著高于其他光质。由此可知，R有利于水培积雪草总苷产量的形成和积累。

图3 LED光质对水培积雪草总苷产量的影响Fig.3 The effects of different LED light quality treatments on asiaticosides yield of hydroponic Centella asiatica

3 结论

光是植物进行光合作用的主要能量来源，对植物的生长发育、光合作用和物质代谢等方面具有重要的调控作用[9]。本试验比较不同LED红蓝光比例对水培积雪草生长的影响，探索其适宜光质环境，以期更好地促进积雪草的生长和总苷累积。试验结果显示：不同光质处理对水培积雪草形态生长有显著影响。尤其在红光处理(R)下，水培积雪草的分枝数、叶片数、叶面积、匍匐茎长及全株干鲜重均维持着最高水平，反映出R相比于其他光质处理有利于水培积雪草的生长。张亚如等[10]在不同光质比例对以桉树组培苗为材料的研究试验中发现，红光有利于叶片数生长；彭亮等[11]以远志直播苗为材料的光质试验结果发现，红光对远志的生长指标及生物量积累有较强的促进作用；程小燕等[12]在不同光质对以三叶爬藤为材料的试验中发现，红光处理对三叶崖爬藤的叶面积、生物量的积累较好，与此次试验得到的结果相似。组合红蓝光质对水培积雪草的生长及生物量低于R，说明红光更有利于水培积雪草的生长。这与王婷[13]研究不同光质对不结球白菜试验中发现，组合光质不利于结球白菜生长的试验结果相似。

叶绿素作为光合作用的光敏催化剂，其含量及比例是植物适应并利用光能的关键指标[14]。本试验采用分光光度法测定不同LED光质对水培积雪草叶片叶绿素含量的影响。试验结果发现，高比例蓝光有利于叶绿素a、类胡萝卜素和总叶绿素含量的累积，高比例红光有利于叶绿素b含量累积。由试验结果看出，红蓝光质配比对叶绿素含量存在着一定的影响，合适的红蓝光配比会促进叶绿素的生成，这与张亚如等[10]以不同光质对桉树组培试验研究中发现，适当LED红蓝光比例可以促进叶绿素a、总叶绿素及类胡萝卜素的积累与合成的研究结果相似。综合对比各含量之间的变化，试验结果显示B、R∶B=2∶8和R∶B=3∶7等几个处理叶绿素a和总叶绿素含量较高，B下类胡萝卜素含量最大。说明蓝光占比高的光质有利于水培积雪草光合色素的合成。

对药用植物，除要求产量外，更注重药材质量。药用植物的有效成分是其发挥临床疗效的物质基础，也是评价药材质量的重要标准[15]。植物主要是通过光合作用制造有机物，经过植物体内的运输和代谢生产各种次生代谢产物[16]。本试验发现，R促进水培积雪草生长，R∶B=7∶3有利于水培积雪草有效成分含量累积，而积雪草有效成分产量则在R最好，表明水培积雪草存在一定的逆境胁迫的次适宜环境。这与陈莹等[17]研究不同光质对甘草苗期生长和活性成分累积的结果相似。

总体来看，通过LED对水培积雪草施加不同光质处理，以生长指标、光合色素的积累及有效成分含量和总苷产量的比较分析，选择红光处理(R)较其他光质表现出较强的生长优势，有利于水培积雪草的生长及形态建成；采用R∶B=7∶3处理能够促进积雪草总苷的合成与积累。由于促进积雪草生长和总苷累积的光质不同，下一步试验将优化积雪草光照环境，以提高积雪草的生长及总苷含量，增加总苷产量，为探索积雪草在植物工厂水培过程中的光环境适应机制和高产优质提供理论依据。