以甘草、生姜和桔皮制备的中草药制剂对草莓生理生化的影响

王心玥,徐晓峰

(1.上海财经大学附属北郊高级中学,上海 200081;2.上海师范大学 生命科学学院,上海 200234)

草莓是一种重要的经济作物,具有丰富的营养价值和药用价值。然而,在草莓种植过程中,常常会遇到病虫害的侵袭和环境胁迫的影响,导致产量和品质下降。因此,寻找一种有效的方法来促进草莓的生长和提高其品质,对于农业生产具有重要意义。我国具有丰富的中草药资源,种类多达12 807种[1]。于是,人们开始探索使用中草药制剂来提高草莓的生长和抗逆能力。中草药一直以来被广泛应用于农业生产和科学研究中。研究表明,利用天然中草药等的提取物对黑皮果蔗进行处理,可以显著提高其保鲜效果[2];谢晶等研究发现,利用川芎提取液对柑橘的病原菌进行处理后的抑菌效果可以达到100%[3];此外,石琳等人利用乙醇对艾草、桔皮提取物进行复合配比,发现,其对植物病原菌有明显的抗性[4]。目前国内学者对中药制剂作用于植物的生长的影响,特别是针对设施草莓的研究鲜有报道。本研究主要利用甘草、生姜和桔皮等常见的中草药材料,按照不同质量比复配对设施草莓进行处理,以探讨不同中草药制剂复配对设施草莓的生长、叶绿素含量、光合特性及抗氧化酶相关的基因(SOD、CAT、PPO和PAL6)的影响,旨在筛选最适宜设施草莓栽培的中草药制剂复合配方,以期为草莓种植中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试草莓品种为“红颜”草莓(Fragaria×ananassa‘Red Face’)。试验用的中草药主要包括甘草、生姜和桔皮,来自庆余堂中药材粉批发店,将其分别研磨成粉末,并按一定比例混合制成中草药制剂。基质与珍珠岩为市场购买。

1.2 试验处理

将草莓植株分为对照组和中草药制剂处理组,每组重复3次。试验共设置8个处理,处理1(T1):蒸馏水;处理2(T2):m(甘草)∶m(生姜)∶m(桔皮)=1∶0∶0;处理3(T3):m(甘草)∶m(生姜)∶m(桔皮)=0∶1∶0;处理4(T4):m(甘草)∶m(生姜)∶m(桔皮)=0∶0∶1;处理5(T5):m(甘草)∶m(生姜)∶m(桔皮)=1∶1∶0;处理6(T6):m(甘草)∶m(生姜)∶m(桔皮)=1∶0∶1;处理7(T7):m(甘草)∶m(生姜)∶m(桔皮)=0∶1∶1;处理8(T8):m(甘草)∶m(生姜)∶m(桔皮)=1∶1∶1。按照上述中草药制剂配比对生长状态相近的草莓幼苗连续喷施5 d,以喷施蒸馏水作为对照。

1.3 测定指标及其方法

1.3.1 草莓幼苗的形态指标测定

利用上述不同处理组处理草莓幼苗20 d后,分别对其叶面积、株高、植株鲜质量、根长等指标进行测定。

1.3.2 草莓幼苗叶片叶绿素含量的测定

取不同处理组后的草莓苗的叶片进行叶绿素含量的测定,测定方法采用丙酮提取比色法[5]。取0.03 g草莓叶片,将其放入棕色离心管中,并加入1 mL 80%丙酮,每个处理设置三组重复,用锡箔纸包好并在黑暗条件下过夜,第二天利用紫外分光光度计进行测量,在OD663和OD645处测量样品的吸光度值,最后根据吸光度值计算相应的叶绿素a和b的含量。此外,净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)及胞间 CO2浓度(Ci)采用LI-6400XT光合作用测量仪测定。

1.3.3 草莓幼苗叶片抗性相关基因的实时荧光定量PCR

采用Trizol法[6]提取草莓叶片总RNA,并通过TaKaRa反转录试剂盒逆转录得到cDNA模板,随后利用SYBR Premix ExTaq II试剂盒进行qRT-PCR。使用18S rRNA作为内参基因,将其表达水平设为1,其余基因表达水平与其相比较,相对表达水平计算方法按照2-△△Ct法[7]进行计算。qRT-PCR引物见表1,反应体系及条件参照试剂盒说明书进行操作。

表1 用于草莓基因表达的引物序列

1.4 数据分析

试验数据采用SPSS 21.0数据处理软件中的单因素方差分析(one-way anova)进行差异显著性分析(P<0.05);利用Image J对草莓叶片的叶面积进行计算;利用GraphPad Prism 6软件进行数据记录和作图。

2 结果与分析

2.1 不同中草药制剂对草莓苗生长的影响

由表2可以看出,中草药制剂处理组的株高、根长均高于对照组(T1),以T8处理的株高、根长最大,分别比T1处理显著提高约31.17%,30.18%。对植物叶面积进行统计结果发现,T6、T7和T8处理均显著高于T1组,以T8处理的最大。相较于T1组,处理组的植株鲜质量也有较为明显的提高,其中T8处理相较于对照而言,提高了大约50.82%。在这些处理组中,两种混合中草药制剂处理T5、T6和T7比单一中草药制剂处理T2、T3、T4的根长更长,叶面积更大;而三种混合中草药制剂处理组T8比单一的和两种混合的中草药制剂处理的根长更长,叶面积更大。

表2 中草药制剂处理对草莓苗生长的影响

2.2 不同中草药制剂对草莓苗叶绿素含量的影响

由表3可以看出,用中草药制剂处理后的草莓叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量比对照处理有着显著的提高,且以T8处理增大的最为明显。其中,单一中草药制剂处理T2、T3、T4,相较于T1而言,叶绿素a+b的含量提高了约20.46%,26.46%和35.66%;两种混合中草药制剂处理T5、T6和T7相较于T1而言,叶绿素a+b的含量提高了约35.56%,40.43%和41.88%;三种混合中草药制剂处理组T8相较于T1而言,叶绿素a+b的含量提高得最高,提高了约50.46%。在处理组的比较中,三种混合中草药制剂处理组T8比单一的和两种混合的中草药制剂处理的叶绿素a+b的含量更高。

表3 中草药制剂处理对草莓苗叶绿素含量的影响

2.3 不同中草药制剂对草莓苗光合作用的影响

由表4可知,T2、T4、T5、T6、T7和T8处理的气孔导度(Gs)与对照T1相比,均无显著差异,但以T8的气孔导度值最高。此外,T8处理在净光合速率(Pn)及蒸腾速率(Tr)中,与对照相比,均显著增加,分别增加了约7.03%和13.27%,而T8处理的胞间CO2浓度(Ci)则明显降低,降低了约8.37%。此外,在处理组的比较中,三种混合中草药制剂处理组T8比单一的和两种混合的中草药制剂处理的净光合速率、蒸腾速率及气孔导度更高;而胞间CO2浓度则较低。

表4 中草药制剂处理对草莓苗光合作用的影响

2.4 不同中草药制剂对草莓苗抗氧化酶相关基因的影响

基于上述结果,发现三种混合中草药制剂处理组T8对草莓苗的作用更大,于是,对T8处理组与对照组T1中的与抗氧化酶相关的基因,包括SOD、CAT、PPO和PAL6等,进行了定量PCR检测,如图1所示。结果表明:相较于对照组T1而言,SOD、CAT、PPO和PAL6的基因表达水平均明显被诱导上调。其中,SOD和PPO分别上调了约2.1和2.9倍;PAL6上调了约3.6倍;CAT上调较为明显,与对照相比,上调了约5.9倍。

图1 T8与T1处理对草莓苗抗氧化酶相关基因的影响

3 讨论与结论

目前,由于科学技术的不断发展,越来越多的研究集中于将中草药制剂与农业领域相互结合,优势互补。而中草药制剂本身来源于植物,其具有安全性高、传导性好、作用广谱等优点[8],也被广泛应用于作物生产中。由表2可知,不同的中草药制剂处理对于草莓生长的影响不同。多种混合中草药制剂处理的效果比单一处理对草莓苗的根长、株高、叶面积及植株鲜质量影响更大,特别是三种混合中草药制剂处理组T8,且相较于对照组T1而言,中草药制剂处理组均对草莓的生长有了显著的提高,这与孙天霞等人在研究中药复方提取液处理植物时,发现其能够显著提高植物生长状态的研究基本一致[9]。

叶绿素是绿色植物进行光合作用所必需的主要色素之一。叶绿素的含量与植物的光合作用密切相关,叶绿素含量的高低可以反映叶片的光合能力和健康状况,因此被广泛应用于评估植物的生理状态和光合效率[10]。如表3所示,相较于对照而言,利用中草药制剂处理草莓苗,可以显著提高其叶绿素a+b的含量,这与用中(草)药制剂处理后的猕猴桃叶片中叶绿素a和叶绿素b的含量比未处理的提高了近一倍的研究结果类似,说明使用中(草)药制剂,可以通过提高植物叶片中叶绿素的含量、增加光合作用等途径,来起到营养复壮的效果。而且,利用中药复方提取液处理拟南芥时,发现其能够显著提高植物的叶绿素含量[9]。此外,通过对光合作用指标的测定结果表明,这种复配的中草药制剂处理T8对于提高净光合作用速率、气孔导度等方面,也具有积极促进作用。

抗氧化酶相关基因的表达也是判定植物防御能力是否提高的关键因素[11-12]。物体内存在一系列抗氧化酶组成的抗氧化系统,从而抵御活性氧对植物造成的伤害,这些抗氧化酶系统主要包括PAL、PPO、SOD及CAT等[13-14]。如图1所示,对三种中草药复配制剂与对照处理后的草莓苗的抗氧化酶相关基因的定量PCR结果表明,利用三种中草药复配制剂处理后的草莓苗的抗氧化酶相关基因SOD、CAT、PPO和PAL6,均呈现显著的上调表达,这说明中草药制剂处理可能极大地提高了植物的抗氧化能力。

通过比较中草药制剂对草莓根长、株高、叶面积、植物鲜质量、叶绿素含量、净光合速率,气孔导度及抗氧化酶相关基因的影响,从而确定三种中草药复配制剂处理对草莓的生长较好,各项指标的值均最大。