鐵皮石斛的光效應(yīng)研究

鐵皮石斛的光效應(yīng)研究

剝皮石斛是多年生草本植物。這是一種調(diào)理胃和產(chǎn)生液體的藥。它具有很高的藥用價值，茶多酚含量是其主要藥物的有效成分。由于鐵皮石斛對生長環(huán)境要求特殊,自然環(huán)境下生長繁殖緩慢,加上近年來的掠奪性采挖,野生資源已瀕臨滅絕?，F(xiàn)有的組培育苗、溫室或大棚進行后期培育的人工栽培方式由于生產(chǎn)周期長、產(chǎn)量低等原因無法滿足市場需求。因此,改變現(xiàn)有的栽培模式以縮短生產(chǎn)周期和增加產(chǎn)量對鐵皮石斛的人工栽培具有重要的意義。近年來,很多學者對鐵皮石斛的人工栽培和組織培養(yǎng)進行了大量研究,但對其生長環(huán)境的研究較少。目前僅有筆者在組培階段的適宜光照強度有所探索,其他栽培環(huán)境的適宜條件還不甚明了。人工光型密閉式植物工廠能夠?qū)εc植物生長發(fā)育密切相關(guān)的溫度、濕度、光照、CO2濃度等物理環(huán)境因子進行精密控制,從而使植物的生長與品質(zhì)改善成為可能。為此,本文在人工光型密閉式植物工廠的可控環(huán)境下,探討光照時間對鐵皮石斛組培苗生長發(fā)育的影響,以確定組培階段的適宜光照時間,為鐵皮石斛人工栽培的環(huán)境控制提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1培養(yǎng)基的制備外植體選用高約2cm、鮮重約300mg的鐵皮石斛單腋芽,培養(yǎng)容器選用容積為380mL的聚碳酸酯方型盒,其頂部留2個直徑為10mm的圓孔并覆蓋高分子透氣膜(?0.5μm,Millipore,Japan)。培養(yǎng)基選用MS,添加6-BA0.5mg·L-1,NAA0.05mg·L-1,蔗糖20g·L-1,瓊脂8g·L-1,pH調(diào)節(jié)在5.8～5.9之間。每個培養(yǎng)容器內(nèi)分裝90mL培養(yǎng)基,分別移植兩棵外植體。1.2外植體cof和2.4年生時期2個月d-13.人工光型密閉式植物工廠內(nèi)的環(huán)境條件控制在溫度22±1℃、相對濕度65±5%、光照強度68±9μmol·m-2·s-1、光期的CO2濃度800±50μmol·mol-1,人工光源選用了36W三基色熒光燈(YZ36RL,北京松下照明光源有限公司,中國)。根據(jù)光照時間的不同設(shè)置6h·d-1、9h·d-1、12h·d-1、15h·d-1、18h·d-1的5組試驗區(qū)(表1)。每個試驗區(qū)放置12個移栽了外植體的培養(yǎng)容器,并重復(fù)試驗3次。為避免外植體移植后過量的水分蒸發(fā),移植第一天進行暗期處理。1.3測定指標的測定外植體在人工光型密閉式植物工廠中培育92d后,測量各試驗區(qū)組培苗的鮮重、干重、株高、腋芽數(shù)、葉綠素含量、多糖含量和凈光合速率等指標。1.3.1干重用天平(BP221S,SartoriousInc.,Germany)測量植株鮮重后,于80℃烘箱中烘72h后稱重。1.3.2分光光度計算采用1∶1的乙醇-丙酮混合液在黑暗中常溫浸提72h,用分光光度計(UV-3150,ShimadzuCo.,Japan)測量其吸光度值,按照Arnon法修正公式計算。1.3.3多酚醛使用葡萄糖標準液制作標準曲線,采用苯酚-硫酸法測定。1.3.4葉室、采用混合風機的測量使用便攜式光合儀(LI-6400,LI-CORInc.,USA)配合自制葉室進行測量,具體的測量方法如下:①葉室的制作及安裝:用樹脂制成直徑11cm、高14cm,體積為1330cm3的圓柱型葉室,壁上開三個孔利用6400-09土壤葉室安裝板(9864-174)與便攜式光合儀連接,同時在側(cè)邊開一個小孔用于連接匹配閥處的回氣管。②測量:開機時,測量軟件使用儀器默認的標準葉室配置,匹配時關(guān)閉葉室內(nèi)的混合風扇,待匹配完成后,打開混合風扇進行測量。光合測量時的環(huán)境條件為:溫度25℃,CO2濃度為550μmol·mol-1,氣流速度為800μmol·s-1。將裝有組培苗的培養(yǎng)容器置于自制葉室內(nèi),密閉自制葉室后對整株組培苗的光合速率進行測量(圖1)。③單位換算:本文用單位時間內(nèi)單位干重所吸收的CO2質(zhì)量來表達組培苗的光合速率,單位為mg·dg-1h-1(μmol·m-2·s-1=1.58mg·dm-2·h-1,d表示組培苗的干重)。單位換算時,光合速率的測量值A(chǔ)先與標準葉室進行面積返算,得值B,單位為μmol·m-2·s-1;然后值B乘以1.58得值C,單位為mg·dm-2·h-1;由于試驗中沒有對整株苗的葉面積進行測量,值C再除以每株苗的干重得值D,單位變?yōu)閙g·dg-1·h-1。即:Pn=A×S11.58×S2×DwΡn=A×S11.58×S2×DwPn為光合速率計算值,單位為mg·dg-1·h-1;A為光合速率測量值,單位為μmol·m-2·s-1;S1為標準葉室面積,單位為cm2;S2為自制葉室面積,單位為cm2;Dw為植株干重,單位為g。2結(jié)果與分析2.1光照對鐵皮石斛組培苗鮮重的影響在不同光照時間下培育92d后,各試驗區(qū)鐵皮石斛組培苗的植株形態(tài)表現(xiàn)出明顯的差異(圖2)。試驗區(qū)PP6中組培苗葉色濃綠、葉片厚實肥大,但分蘗少,植株生長量小;試驗區(qū)PP12中組培苗的葉片深綠,其干重和腋芽數(shù)顯著增加;試驗區(qū)PP9中組培苗的葉色、鮮重、腋芽數(shù)等各項指標介于試驗區(qū)PP6和PP12之間;試驗區(qū)PP15和PP18腋芽數(shù)較多,組培苗的莖和葉呈現(xiàn)明顯的紫色,葉片明顯小于前三個試驗區(qū),其生長發(fā)育明顯受到抑制?？傮w來看,鐵皮石斛組培苗的鮮重隨著光照時間的增加顯著增加,超過12h·d-1后,光照時間的延長對鮮重的增加沒有顯著性影響。試驗區(qū)PP6和PP9中組培苗的干重差異不明顯,試驗區(qū)PP12、PP15和PP18組培苗的干重差異也不明顯,但顯著高于試驗區(qū)PP6和PP9(表2)。試驗區(qū)PP9和PP12組培苗的節(jié)間長度、株高和莖粗等綜合指標表現(xiàn)較好,表明在這兩個光照時間培養(yǎng)的鐵皮石斛組培苗品質(zhì)較好。以上結(jié)果表明,光照時間對鐵皮石斛組培苗的植株形態(tài)、分蘗能力和干物質(zhì)積累有較大的影響。光照時間少于12h·d-1,組培苗生長緩慢;光照時間超過12h·d-1,組培苗表現(xiàn)出與強光抑制相似的效應(yīng),其生長發(fā)育受到明顯的抑制。當光照時間為12h·d-1時,鐵皮石斛組培苗的鮮重、干重、腋芽數(shù)、株高和莖粗等綜合指標表現(xiàn)出較好的生長狀態(tài)和生產(chǎn)潛力。2.2光照時間對鐵皮石斛的光合速率的影響鐵皮石斛組培苗的光合速率隨著光照時間的延長先升后降,光照時間為12h·d-1時達到最高5.0mg·dg-1·h-1,光照時間為9h·d-1時次之,二者間無顯著性差異(圖3)。隨著光照時間的延長,組培苗的光合速率顯著降低,表現(xiàn)出明顯的光抑制現(xiàn)象。光照時間為18h·d-1時,組培苗的光合速率最低為1.3mg·dg-1·h-1。光合作用不僅需要足夠的能量,還需要一定的光合中間產(chǎn)物濃度才能正常進行。光照時間超過12h·d-1時的光合中間產(chǎn)物在葉綠體內(nèi)的積累達到一定濃度后,影響了葉綠素合成,從而抑制了鐵皮石斛組培苗的光合作用。因此,光照時間超過12h·d-1后,鐵皮石斛的光合速率顯著降低。該結(jié)果表明,光照時間的長短對鐵皮石斛組培苗的光合特性影響較大,光照時間太長或太短都不適宜其生長和發(fā)育。2.3光照時間對葉葉綠素含量的影響各試驗區(qū)的鐵皮石斛組培苗的葉綠素a、b及葉綠素總含量有顯著性差異,隨著光照時間的延長先升后降,在光照為12h·d-1時達到最高,分別為2.17mg·g-1,0.72mg·g-1,2.89mg·g-1(表3)。光照時間超過12h·d-1后,隨著光照時間的延長,葉綠素a、b及葉綠素總含量顯著地降低;光照時間超過12h·d-1后,葉綠體內(nèi)光合中間產(chǎn)物濃度超過一定的水平,葉綠素合成受阻,從而引起葉綠素含量的顯著降低。葉綠素含量直接影響了鐵皮石斛組培苗的光合特性,各試驗區(qū)之間的葉綠素含量的差異是造成其光合速率的強弱的原因,最終導(dǎo)致了其干物質(zhì)積累和形態(tài)的差異。2.4光照對鐵皮石斛組培苗多糖成分的影響不同光照時間處理下鐵皮石斛組培苗的多糖含量沒有顯著性差異,多糖含量按照光照時間由短到長依次為2.7%、3.7%、3.0%、2.4%和3.7%;試驗區(qū)PP18組培苗多糖成分含量最高,為3.7%;PP15組培苗的多糖成分含量最低,為2.4%(圖4)。結(jié)果表明,光照時間的長短對鐵皮石斛組培苗多糖成分的累積影響不大。多糖作為鐵皮石斛的主要藥用有效成分,該次生代謝產(chǎn)物與其生理活動和環(huán)境條件有一定的關(guān)系,多糖含量的增加有利于提高其藥用價值與經(jīng)濟價值。自然環(huán)境下生長多年的鐵皮石