镧对铁皮石斛幼苗生理特性及品质的影响

2015-08-13徐晓燕等

湖北农业科学 2015年12期

徐晓燕等

摘要：为了研究稀土镧（La3+）对铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）幼苗生理特性和品质的影响，在温室里用5～120 mg/L的镧溶液分别对铁皮石斛幼苗进行了喷施试验。结果显示，随着镧溶液浓度的升高，幼苗叶片和茎秆中叶绿素、可溶性蛋白、脯氨酸、多糖、石斛碱的含量呈先增加、后降低的变化趋势，而丙二醛的含量先降低、后增加。综合而言，用20 mg/L镧溶液浓度喷施铁皮石斛幼苗为最佳处理浓度，此时叶片中叶绿素的含量比空白对照增加54.37%、可溶性蛋白含量增加53.64%、脯氨酸含量增加99.20 %、丙二醛含量降低44.71%、多糖含量增加56.60%、石斛碱含量增加14.06%；茎秆中叶绿素的含量比空白对照增加17.48%、可溶性蛋白含量增加56.57%、脯氨酸含量增加253.64%、丙二醛含量降低74.91%、多糖含量增加88.73%、石斛碱含量增加24.54%。表明20 mg/L的镧溶液浓度处理能有效的促进铁皮石斛的光合作用、增强抗逆性和提高品质。

关键词：镧；铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）；生理指标；品质

中图分类号：O614..33+1；S567.23+9；Q945 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2015）12-2935-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.032

Effect of La3+ on Physiological Characteristics and Quality of

Dendrobium officinale Seedlings

XU Xiao-yan， TANG Di， CAI Jing-wen， ZHU Hui-fei， SHI Jun

（Jiangsu Polytechnic College of Agriculture & Forestry， Jurong 212400， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the effect of different concentration of Lanthanum （La3+） on some physiological characteristics and quality of Dendrobium officinale Kimura et Migo seedlings， the seedlings was sprayed by 5 to 120 mg/L La3+ in the greenhouse. The results showed that the content of chlorophyll， proline， soluble protein， polysaccharide and dendrobine in leaves and stems increased and then decreased with the increasing of La3+ concentration； while the content of malondialdehyde decreased before it increased. Combined with all the indexes， 20 mg/L La3+ solution was the best treatment concentration as the content of chlorophyll increased by 54.37%； soluble protein increased by 53.64%， proline increased by 99.20%， malondialdehyde decreased by 44.71%， polysaccharide increased by 56.60% and dendrobine increased by 14.06% in leaves compared with the control. The content of chlorophyll increased by 17.48%， soluble protein increased by 56.57%， proline increased by 253.64%， malondialdehyde decreased by 74.91%， polysaccharide increased by 88.73% and dendrobine increased by 24.54% in stems， respectively. The concentration of 20 mg/L La3+ could effectively promote the photosynthesis， enhance the resistance and improve quality of D. officinale seedlings.

Key words： Lanthanum； Dendrobium officinale Kimura et Migo； physiological characteristics； quality

铁皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）是多年生草本植物，属于国家二级保护植物，为《中华人民共和国药典》中记载的一种名贵中药材，具有益胃生津、滋阴清热等功效[1]。铁皮石斛的主要成分为多糖和生物碱，以及微量的茋类、糖苷类等化合物[2]。现代药理学研究表明，铁皮石斛具有增强免疫力、抗氧化、抗肿瘤、降血糖等功效[3，4]，是部分中药制剂、中成药、保健品的必需原料。近年来，由于过度采挖和生态环境的破坏，致使野生资源濒临枯竭；加上铁皮石斛的生长对环境条件要求苛刻，所以人工栽培的铁皮石斛生长较缓慢，产量也低。但是，通过施用叶面微肥来改善铁皮石斛的生长或许是一种有效途径。

稀土有镧、铷、铈等多种元素，对植物的生长、光合作用、营养代谢及抗逆性均有一定的影响，对部分植物有增产和提高品质的作用[5]。陈颖等[6]用不同浓度的镧溶液叶面喷施马褂木[Liriodendron chinense （Hemsl.）Sarg.]苗木，结果50～200 mg/L的镧溶液对其苗高与地径的生长均有明显的促进作用，年苗高生长比空白对照增加10～19 cm、年地径增加1.07～2. 99 mm，而且叶片中蛋白质和叶绿素的含量比对照均有提高。杨宁生等[7]将适量的硝酸镧（15 mg/L）作为附加成分加入大花蕙兰（Cymbidium hookerianum Rchb. f.）培养基中，结果利于原球茎的生长、分化和生根。科研人员对镧在铁皮石斛组织培养快速繁殖过程中的作用进行了研究，发现在镧浓度为10～20 mg/L的培养基中，铁皮石斛试管苗的质量、总叶绿素含量和石斛多糖的含量均有显著的增加[8]。在镧浓度为0.2～7.0 mg/L的培养基中，细叶石斛（Dendrobium hancockii Rolfe）的丙二醛、可溶性糖、脯氨酸、叶绿素含量等生理指标均产生显著变化[9]。谢寅峰等[10]在霍山石斛（Dendrobium huoshanense C Z Tang et S J Cheng）培养基中添加20 mg/L的硝酸镧后，霍山石斛试管苗的多糖含量显著增加。但镧在铁皮石斛栽培过程中的使用技术尚未获得突破，对其光合作用、抗逆性及内在品质是否有促进作用鲜有报道。

为此，试验研究了稀土镧溶液对铁皮石斛部分生理特性和品质的影响，旨在找出适合铁皮石斛生长的最佳施用浓度，为铁皮石斛高产优质栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

选择长势一致的二年生铁皮石斛盆栽苗，每盆5株，生长基质为松鳞，由江苏农林职业技术学院铁皮石斛基地提供；将参试的铁皮石斛盆栽苗置于基地的智能温室[（25±3） ℃，RH 70%]内进行培育，稀土镧（LaCl3·7H2O）由成都格雷西亚化学技术有限公司生产，其含量≥99%。

1.2 方法

1.2.1 稀土微肥处理 2013年9月15日，用浓度分别为5、10、20、40、80、120 mg/L的镧（La3+）溶液喷施铁皮石斛地上部分，每天喷施1次，每个处理3个重复，以喷清水为空白对照。在喷施后30 d时，取铁皮石斛幼苗的叶片和茎秆样品，保存于超低温（-80 ℃）冰箱内，用于生理活性物质含量和品质指标的测定。

1.2.2 生理活性物质和品质指标的测定铁皮石斛幼苗的叶绿素含量采用丙酮-乙醇混合液（体积比1∶1）浸提比色法测定[11]；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定[11]；脯氨酸含量采用酸性茚三酮法测定[11]；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸显色法测定[11]；多糖含量采用3，5-二硝基水杨酸法测定[12]；石斛碱含量采用酸性染料比色法测定[13]。

1.3 数据分析

试验数据用Microsft Office Excel 2003和SPSS 17.0软件进行相关统计分析。

2 结果与分析

2.1 镧对铁皮石斛幼苗叶片和茎秆生理活性物质含量的影响

2.1.1 镧对叶绿素含量的影响试验测定的镧溶液对铁皮石斛幼苗叶绿素含量的影响情况见图1。由图1可见，叶片用5～20 mg/L的镧溶液处理后，幼苗叶片叶绿素含量随镧溶液处理浓度的升高而快速增加；而在40～120 mg/L的镧溶液处理后，随着处理浓度的不断升高，叶绿素含量开始明显降低；以20 mg/L的镧溶液处理叶绿素含量最高，其与大部分处理和空白对照相比差异显著（P<0.05），比空白对照的叶绿素含量提高了54.37%。在茎秆方面，叶绿素含量同样随着镧溶液浓度的增加，呈现出先增加、后降低的变化趋势，但茎秆的叶绿素含量在10 mg/L的镧溶液处理后达最大值，并与其他处理和空白对照相比差异显著（P<0.05），比对照的叶绿素含量提高了33.42%，而20 mg/L的镧溶液处理后出现次高值，比对照提高了17.48%。说明镧溶液处理后可使铁皮石斛幼苗叶片和茎秆中叶绿素含量出现显著的变化。

2.1.2 镧对可溶性蛋白含量的影响试验测定的镧溶液对铁皮石斛幼苗可溶性蛋白含量的影响情况见图2。由图2可见，铁皮石斛幼苗叶片中可溶性蛋白的含量随着镧溶液浓度的不断增加呈先增加、后降低的变化趋势，在镧溶液浓度为20 mg/L时，可溶性蛋白含量达到最大值，并与其他处理和空白对照相比差异显著（P<0.05），尤其是比空白对照提高了53.64%。茎秆中可溶性蛋白含量的变化趋势与叶片相同，也是先增加、后降低，在镧溶液浓度为20 mg/L时达到最大值，与其他大部分处理和空白对照相比差异显著（P<0.05），也比对照提高了56.57%。表明20 mg/L的稀土镧溶液能有效的促进铁皮石斛幼苗可溶性蛋白的合成与积累。需要注意的是，铁皮石斛幼苗可溶性蛋白含量随镧溶液浓度的升高与叶绿素含量的变化相似，2种生理活性物质的含量增减同步。

2.1.3 镧对脯氨酸含量的影响脯氨酸有利于提高植物的抗逆性[5]，试验测定的镧溶液对铁皮石斛幼苗脯氨酸含量的影响情况见图3。由图3可见，铁皮石斛幼苗叶片中脯氨酸含量在镧溶液浓度为20 mg/L时达到最大值，比空白对照提高99.20%，几乎提高了1倍，与其他处理和空白对照相比差异显著（P<0.05）。茎秆中脯氨酸含量在镧溶液浓度为10 mg/L时达到峰值，而且比对照差不多提高了3倍，与其他处理和空白对照相比差异显著（P<0.05），并且镧溶液浓度为20 mg/L处理的脯氨酸含量比对照提高了253.64%，也与其他处理和空白对照差异显著（P<0.05）。试验中脯氨酸含量随镧溶液浓度的升高与叶绿素、可溶性蛋白含量的变化相似，也呈现出先升高、后降低的变化趋势。

2.1.4 镧对丙二醛含量的影响丙二醛含量用来衡量膜脂过氧化的程度，含量越高质膜受到的损伤就越大[5]。试验测定的镧溶液对铁皮石斛幼苗丙二醛含量的影响情况见图4。由图4可见，随着镧溶液浓度的增加（5～120 mg/L），丙二醛含量呈先降低、后增加的变化趋势，在20 mg/L镧溶液处理下丙二醛含量达到最低值，与其他处理和空白对照相比差异显著（P<0.05）；其中叶片的丙二醛含量比空白对照减少了44.71%，茎秆的丙二醛含量比对照减少了74.91%。

2.2 镧对铁皮石斛幼苗品质的影响

2.2.1 镧对多糖含量的影响多糖是铁皮石斛主要的药用成分[2]，试验测定的镧溶液对铁皮石斛幼苗多糖含量的影响情况见图5。由图5可见，不同浓度镧溶液处理后，铁皮石斛叶片和茎秆中多糖含量总体趋势是先增加、后降低。在叶片中，镧溶液浓度为10 mg/L处理的多糖含量达到最大值，与其他处理和空白对照相比差异显著（P<0.05），比空白对照提高了85.84%；并且镧溶液浓度为20 mg/L处理的多糖含量比空白对照增加了56.60%，也与其他处理和空白对照相比差异显著（P<0.05）。在茎秆中，镧溶液浓度为20 mg/L处理时的多糖含量达到最大值，与其他处理相比差异显著（P<0.05），比对照增加了88.73%。这个结果表明，铁皮石斛幼苗的叶片用10 mg/L的镧溶液处理、茎秆用20 mg/L的镧溶液处理能增加铁皮石斛幼苗药用成分多糖的含量，这对于提高铁皮石斛的药用品质具有重要意义。

2.2.2 镧对石斛碱含量的影响石斛碱也是铁皮石斛重要的有效药用成分[2]，镧溶液处理对铁皮石斛幼苗叶片和茎秆中石斛碱含量的影响情况见图6。从图6可见，铁皮石斛幼苗叶片中的石斛碱含量在镧溶液处理浓度分别为5、10、20 mg/L时相互之间差异不显著（P>0.05），但与空白对照相比，3个处理都比对照显著增加（P<0.05），其中镧溶液浓度为10 mg/L处理的石斛碱含量最高，比对照提高了16.27%，镧溶液浓度为20 mg/L处理的石斛碱含量次高，比对照提高了14.06%；之后随着镧溶液浓度的增加石斛碱含量逐渐降低。茎秆中的石斛碱含量在镧溶液浓度分别为10、20、40 mg/L时达到高值，与空白对照相比，3个处理都比对照显著增加（P<0.05），其中以镧溶液浓度为20 mg/L处理的最高，其比对照增加了24.54%，且与镧溶液低浓度的5 mg/L处理和高浓度的80、120 mg/L处理的差异显著（P<0.05）。因此10～40 mg/L镧溶液浓度处理能显著增加铁皮石斛幼苗的石斛碱含量。

3 小结与讨论

试验结果表明，稀土镧对铁皮石斛幼苗的光合作用，抗逆性及内在品质等方面存在明显的剂量效应，随着镧溶液处理浓度的增加，各测定指标呈现出先促进生长、而后抑制作用逐渐增强的变化趋势。综合叶片和茎秆中的各项指标，结合铁皮石斛入药和食用部分主要是茎秆的实际，提出用20 mg/L稀土镧溶液喷施铁皮石斛幼苗为最佳处理浓度。此处理浓度使幼苗叶片中叶绿素的含量比空白对照增加54.37%、可溶性蛋白含量增加53.64%、脯氨酸含量增加99.20%、多糖含量增加56.60%、石斛碱含量增加14.06%、丙二醛含量降低44.71 %；使茎秆中叶绿素的含量比对照增加17.48%、可溶性蛋白含量增加56.57%、脯氨酸含量增加253.64%、多糖含量增加88.73%，石斛碱含量增加24.54%，丙二醛含量降低74.91%。表明20 mg/L镧溶液处理可以显著提高铁皮石斛幼苗的光合能力、增强抗逆性、提高品质，加之稀土镧成本低、用量少、作用稳定和施用方便等特点，使该项技术对铁皮石斛改进人工栽培规程具有较高的潜在价值。

光合作用是植物生长的基础，叶绿素是光合作用中重要的基础物质，其含量的增加可以提高叶片光合效率，加快植株体内营养物质的积累；蛋白质是构建植物光合系统和影响植物光合效能的重要物质，其含量变化可反映植物光合系统效能的高低程度[14]。试验结果显示，在5～120 mg/L镧溶液处理下，叶绿素含量的变化与蛋白质含量的变化一致，沈博礼等[15]认为，一定浓度的稀土可促进植物PSⅡ蛋白复合体的活性及加快光合电子传递的速率，从而促进整个光能转换与光化学反应过程。郑银铼等[16]研究发现，稀土铈在橡胶[Hevea brasiliensis（Willd. ex A. Juss.）Muell. Arg.]幼苗中主要与蛋白质结合，稀土元素通过与氨基酸中氧原子配位形成络合物，从而提高蛋白质的稳定性。本试验结果表明，10～20 mg/L的镧溶液浓度处理最有利于铁皮石斛幼苗叶绿素和蛋白质的积累。

脯氨酸是一种小分子渗透物质，当植株处于逆境条件下时，植物细胞就会主动快速累积大量的脯氨酸，以缓解或修复逆境所造成的危害[17]。丙二醛作为膜脂过氧化物的最终产物之一，其含量的高低是反映膜脂过氧化作用强弱和质膜被破坏程度的重要指标[18]。试验里在10～20 mg/L的镧溶液处理后，铁皮石斛幼苗脯氨酸的含量可达到较高水平，而丙二醛的含量处于较低水平，这表明适量的镧溶液处理（10～20 mg/L）可保护细胞膜免受伤害，增强铁皮石斛幼苗的抗逆性。但随着镧溶液处理浓度的逐渐增加（20 mg/L以上），脯氨酸的含量开始逐渐降低，丙二醛的含量逐渐升高，说明随着镧溶液处理浓度的增加会逐渐抑制铁皮石斛的生长，导致抗氧化能力减弱，破坏细胞膜的稳定性，并对植株产生伤害，其具体机制还需进一步研究确认。

石斛中多糖和总生物碱的含量常被认为是评价其药用品质的重要指标[3，19]。稀土对铁皮石斛品质有明显的影响，通过对铁皮石斛叶片和茎秆中有效成分的测定，发现随着镧溶液处理浓度的增加，石斛多糖和石斛碱含量呈先升高后降低的变化趋势。谢寅峰等[10]在霍山石斛组培苗中添加20 mg/L的镧，可使石斛多糖含量增加76.33%，可见适量的镧可显著提高石斛多糖的含量。在此次试验中，10 mg/L的镧处理能有效提高铁皮石斛幼苗叶片的药用品质，而茎秆是20 mg/L的镧处理最佳。考虑到铁皮石斛入药和食用部分主要是茎秆部位，建议用20 mg/L镧溶液处理喷施铁皮石斛的地上部分。

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