外源水杨酸对苍术生长与生理特性的影响

赫 卫, 颜 龙, 高欣晨

(贵州中医药大学 药学院, 贵州 贵阳 550025)

0 引言

【研究意义】苍术属于临床常用中药,为菊科植物茅苍术〔Atractylodeslancea(Thunb.) DC.〕或北苍术〔Atractylodeschinensis(DC.) Koidz〕的干燥根茎[1]。从苍术中分离得到的成分主要以挥发油为主,非挥发油成分主要有黄酮类、多糖类、苷类及有机酸类等化合物[2]。苍术是大宗药材,是我国重要的出口创汇中药材之一,具有良好的种植效益和市场前景。开展外源水杨酸对苍术生长与生理特性影响的相关研究对提高其种植效益,满足市场需求,促进相关产业发展具有重要现实意义。【前人研究进展】水杨酸(Salicylic acid,SA)是一种重要的内源性信号分子,影响植物水分代谢、矿质营养吸收和光合作用,参与调节植物种子萌发、产热、开花、离子跨膜转运等生理过程[3-5]。随着喷施水杨酸浓度的增加,银杏叶的叶绿素含量、蒸腾速率、气孔导度和净光合速率先降低后升高再降低,在喷施2 mmol/L外源水杨酸时叶绿素含量提高10%以上[6]。水杨酸为应对逆境的信号传导分子,在缓解非生物胁迫中发挥重要作用。王帆等[7]研究发现,1.0 mmol/L外源水杨酸能够通过保护茅苍术光合系统和调节其保护酶系统,缓解干旱胁迫对茅苍术植株生长的胁迫效应。喷施1 mmol/L和2 mmol/L水杨酸能促进红花叶片中可溶性蛋白含量的积累,抑制丙二醛积累,降低相对电导率,从而提高对不利环境的适应能力,但超过一定浓度范围水杨酸可能抑制可溶性蛋白含量的积累[8]。水杨酸不仅可调控植物的系统获得性胁迫抗性,还可调控植物的发育进程[9]。水杨酸对中药材活性成分积累有促进作用,在组织培养过程中有增强悬浮细胞积累酚类物质的能力[10]。外施2 mmol/L水杨酸时,银杏叶的总黄酮醇苷显著提高39.90%,槲皮素、山奈酚和异鼠李素的含量提高17%以上,而外施1 mmol/L或3 mmol/L水杨酸时,总黄酮醇苷、槲皮素、山奈酚及异鼠李素的含量都低于对照组[6]。水杨酸参与苍术植株中内生菌诱导的挥发油生物合成的信号级联调控,水杨酸合成抑制剂反肉桂酸(trans-CA)预处理苍术幼苗可抑制真菌诱导的信号分子爆发和挥发油积累,外源水杨酸可以逆转反肉桂酸对挥发油积累的抑制作用[11]。外源水杨酸可以增加苍术中挥发油的含量[11],从而增加其药用价值。【研究切入点】目前,外源水杨酸对苍术生长生理影响的研究鲜见报道。为此,采用不同浓度的水杨酸喷施苍术幼苗,研究其幼苗生长及相关生理指标的影响。【拟解决的关键问题】探明水杨酸对苍术幼苗生长生理的影响,旨在探索一种促进苍术生长,提高其药效和抗逆性的方法,从而满足市场对苍术日益增长的需求,并为开发苍术叶的药食价值提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 苍术幼苗 自行培育。苍术幼苗出苗40 d后选取健壮、长势一致的幼苗备用。

1.1.2 试剂 水杨酸(分析纯)和乙醇,均市购。

1.2 方法

1.2.1 材料预处理 选取饱满、大小一致的北苍术种子,采用32孔穴育苗盘(规格:6 cm×6 cm×11 cm)播种,播种深度2 cm,出苗后覆盖遮阳网。

1.2.2 试验设计 试验于2021年在贵州中医药大学种子资源圃进行。试验设6个处理,分别采用浓度为0 mmol/L(CK)、0.5 mmol/L(T1)、1.0 mmol/L(T2)、2.0 mmol/L(T3)、4.0 mmol/L(T4)和8.0 mmol/L(T5)的水杨酸溶液喷施苍术幼苗叶面直至有溶液滴落。各处理3次重复。

1.2.3 指标测定 处理15 d后,将苍术幼苗洗净根茎部泥土,擦干水分,将叶和根茎分离。叶和根茎分别用千分之一天平称鲜重。叶绿素和可溶性糖含量参照李小方等[12]的方法测定;黄酮含量参照阿木古楞等[13]的方法稍加改动后测定:以50%乙醇作提取溶剂,料液比(g∶mL)为1∶25,在70 ℃下超声提取25 min;可溶性蛋白含量参照强伟等[14]的方法测定。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2012进行数据统计并制图,用SPSS 18.0进行差异性分析。

2 结果与分析

2.1 喷施外源水杨酸苍术幼苗的生长情况

研究发现,水杨酸喷施处理未显著增加苍术幼苗的根茎和叶的鲜重,苍术幼苗的单株根茎鲜重为0.05～0.07 g,叶鲜重为0.04～0.05 g,随着水杨酸浓度增加,各处理单株根茎鲜重依次为T4>T3>T2>T5>T1>CK,叶鲜重依次为T1>T5>T3>CK>T2>T4。从图1看出,苍术幼苗的根茎/叶鲜重比为1.23～1.58,依次为T4>T3>T2>T5>T1>CK,随着水杨酸浓度增加呈先升后降趋势,其中,T4比值达最大(1.58),显著高于CK(1.23)和T1(1.25),与其余处理间差异不显著;其余处理间差异不显著。

注:柱上不同小写字母表示P<0.05水平差异显著,下同。

2.2 喷施外源水杨酸苍术幼苗的生理特性

2.2.1 叶绿素含量与叶绿素a/b值 从图2看出,叶绿素对环境变化很敏感,水杨酸处理显著增加苍术幼苗叶的叶绿素含量和叶绿素a/b值。叶绿素含量:各处理为1.26～2.35 mg/g FW,依次为T3>T5>T4>T1>T2>CK,随着水杨酸浓度增加叶绿素含量呈升-降-升-降-升趋势,其中,T3叶绿素含量最大,显著高于除T5外的其余处理,CK(1.26 mg/g FW)显著低于其余处理,其余处理间差异不显著。叶绿素a/b值:各处理为2.02～2.90,依次为T4>T3>T5>T1>T2>CK,随着水杨酸浓度增加叶绿素a/b值呈升-降-升-降趋势,其中,各水杨酸处理的叶绿素a/b值均显著高于CK(2.02 mg/g FW),其余处理间差异不显著。表明,外源水杨酸可以增加苍术的叶绿素含量,且叶绿体结构也不会被破坏。

图2 外源水杨酸喷施苍术幼苗的叶绿素含量及叶绿素a/b

2.2.2 黄酮含量 黄酮类物质是苍术的药用活性成分之一[15]。从图3看出,喷施外源水杨酸对苍术幼苗根茎和叶中黄酮含量的影响存在差异,各处理根茎的黄酮含量除T1外均较叶高。根茎:各处理为8.93～11.08 mg/g,依次为T4>T3>T2>T5>CK>T1,随着水杨酸浓度增加黄酮含量呈降-升-降趋势,其中,T1(8.93 mg/g)显著低于其余处理,其余处理与CK(10.28 mg/g)差异不显著。叶:各处理为6.41～9.72 mg/g,依次为CK>T1>T2>T3>T5>T4,随着水杨酸浓度增加黄酮含量呈下降趋势,其中,T4(6.41 mg/g)和T5(6.50 mg/g)显著低于CK(9.72 mg/g),其余处理低于CK但差异不显著。表明,适度的外源水杨酸可以显著降低苍术叶的黄酮含量,叶比根茎需求更高浓度的外源水杨酸。

注:同类图柱上不同小写字母表示P<0.05水平差异显著,下同。

2.2.3 可溶性糖含量 从图4看出,外源水杨酸对苍术幼苗根茎和叶中可溶性糖含量的影响存在差异,各处理根茎的可溶性糖含量均较叶高。根茎:各处理为6.03～10.81 mg/g,依次为T4>T5>CK>T2>T3>T1,随着水杨酸浓度增加可溶性糖含量呈降-升-降-升-降趋势,其中,T4显著高于除CK(8.48 mg/g)外的其余处理,其余处理间无显著差异。叶:各处理为1.27～2.15 mg/g,依次为T3>T5>T1>CK>T2>T4,随着水杨酸浓度增加可溶性糖含量呈升-降-升-降-升趋势,其中,T3显著高于T2(1.37 mg/g)和T4(1.27 mg/g),与其余处理间差异不显著,T4显著低于T3和T5(1.97 mg/g),与其余处理间无显著差异;各处理与CK(1.63 mg/g)间无显著差异。

图4 喷施外源水杨酸苍术幼苗叶和根茎的可溶性糖含量

2.2.4 可溶性蛋白含量 从图5看出,外源水杨酸对苍术幼苗根茎和叶中可溶性蛋白含量的影响存在差异。根茎:各处理为10.30～13.16 mg/g,依次为T2>T1>T5>CK>T3>T4,随着水杨酸浓度增加可溶性蛋白含量呈升-降-升趋势,低浓度水杨酸处理T2(13.16 mg/g)和T1(12.88 mg/g)的可溶性蛋白含量显著高于CK(12.32 mg/g)及其余处理,而高浓度水杨酸处理的T3(11.21 mg/g)和T4(10.30 mg/g)则显著低于CK和T5,T5与CK间无显著差异。叶:各处理为8.63～13.15 mg/g,依次为T5>T3>T4>T2>T1>CK,随着水杨酸浓度增加呈升-降-升趋势,T5(13.15 mg/g)最高,T3(10.17 mg/g)其次,二者差异显著且均显著高于CK(8.63 mg/g)及其余处理,其余处理与CK间无显著差异。说明,高浓度的水杨酸可以增加叶片中可溶性蛋白含量,暗示叶片比根茎耐受更高浓度的外源水杨酸。

图5 喷施外源水杨酸苍术幼苗叶和根茎的可溶性蛋白含量

3 讨论

叶绿素b吸收和传递光能,叶绿素a捕获光能和将光能转化为电能,叶绿素含量反映植物的光合能力。研究发现,施用外源水杨酸能够有效提高苍术幼苗叶绿素含量和叶绿素a/b值,增强其光合作用。随着水杨酸浓度增加,叶绿素含量呈先升后降趋势,2.0 mmol/L时,叶绿素含量达最大。与水杨酸对银杏叶的叶绿素含量的作用一致[6]。可溶性糖通过植物的光合作用而产生,是植物所需的基础营养物质,其含量直接影响苍术的生长和营养状态。研究结果表明,在喷施水杨酸浓度为4.0 mmol/L时,根茎的可溶性糖含量高于其他浓度处理,叶的可溶性糖含量低于其他浓度处理,解释了喷施4.0 mmol/L水杨酸可显著增加根茎/叶鲜重比。

研究结果表明,喷施高浓度(4.0 mmol/L和8.0 mmol/L)外源水杨酸显著降低苍术叶的黄酮含量。范雪娇[6]研究指出,外施3.0 mmol/L水杨酸可降低银杏叶的总黄酮醇苷含量,外施2.0 mmol/L水杨酸能提高银杏叶的总黄酮醇苷含量。研究结果表明,喷施0.5～2.0 mmol/L水杨酸时苍术叶片黄酮含量与对照无显著差异。膜荚黄芪[16]和灯盏花[17]的总黄酮含量分别在喷施0.40 mmol/L和0.05 mmol/L水杨酸时合成量达最高,猜测降低水杨酸浓度可能增加黄酮含量。黄酮类是植物合成的多酚产物,具有增强植物抗逆性以及提高植物化学防御功能[18],黄酮含量降低暗示外源水杨酸可能通过影响黄酮含量调控植物对逆境的反应。

可溶性蛋白是胁迫环境下植物渗透调节,维持细胞正常渗透势的重要物质[19-20]。研究结果表明,可溶性蛋白含量随水杨酸浓度增加呈先升后降再升趋势。其与植物遭受逆境时可溶性蛋白变化趋势相似[21],暗示水杨酸可能通过调控可溶性蛋白实现其缓解非生物胁迫的重要作用。0.5 mmol/L和2.0 mmol/L水杨酸分别显著增加根茎和叶的可溶性蛋白含量,与低浓度水杨酸对红花可溶性蛋白调控机理一致[8]。属于蛋白质的酶类控制植物体内生长发育和生理代谢,低浓度水杨酸丰富了蛋白质含量,有利于植物各项生理代谢活动有条不紊,说明适宜浓度的水杨酸可能通过调控生长和生理代谢,达到提高苍术幼苗抗逆性的效果。

苍术叶的黄酮和可溶性蛋白含量略低于根茎,可溶性糖含量明显少于根茎。相比其他浓度,4.0 mmol/L水杨酸可以显著增加根茎/叶鲜重比和根茎的可溶性糖含量。2.0 mmol/L水杨酸可显著增加叶的叶绿素、可溶性糖和可溶性蛋白含量。

4 结论

苍术幼苗喷施外源水杨酸显著增加叶绿素含量和叶绿素a/b值,对可溶性糖含量无显著影响。一定浓度的外源水杨酸可以增加根茎/叶鲜重比,降低黄酮含量。可溶性蛋白含量随水杨酸浓度增加呈先升再降再升趋势。4.0 mmol/L水杨酸是收获根状茎适宜的浓度,2.0 mmol/L水杨酸是开发叶药食价值的适宜浓度。