红光和蓝光滤光膜对黄芩形态和黄芩苷含量的影响

2018-03-02华智锐李小玲

江西农业学报 2018年2期

华智锐，李小玲

黄芩（Scutellaria baicalensis Georgia），别名山茶根、土金茶根，是唇形科黄芩属多年生草本植物。其有效成分主要是黄芩苷和黄芩素等多种活性物质，具有清热燥湿、泻火解毒和凉血止血的作用。我国黄芩的野生资源由于过度采挖，野生资源逐渐枯竭；以细胞全能性为基础建立起来的栽培黄芩在田间大量种植方面受到了一定的阻碍，因此，人工栽培已经成为黄芩大量生产的主要途径，并且大量的试验证明人工栽培的黄芩完全可以代替野生黄芩使用。目前，黄芩种植面积不断扩大，但黄芩的种植技术水平较低，田间管理不规范，因此，需要加强对黄芩人工栽培技术的研究，以提高黄芩的产量和质量［1－2］。

众所周知，太阳光是由许多不同波长的光波组成，而太阳辐射光谱中只有5%左右的比例是对光合作用产生影响的。而其中以波长400～520 nm的蓝光和610～720 nm的红色光对光合作用贡献最大。试验表明，光合作用中红光有利于糖和碳水化合物的合成，加速提高植物的茎节发育，多余的能量转化成热能，使水分蒸发，蓝光有利于蛋白质的合成，对植物生长及幼芽形成有较大影响，能抑制植物的伸长而使植物形成矮壮形状，也可以支配细胞分化，利于花色素和维生素的合成［3－5］。因此，蓝光和红光被称为光肥，这是继“化学肥料”之后的一类新型环保性“物理肥料”。所以，人工模拟植物作用的最佳光谱具有肥效和药效功能，给发展高效生态农业赋予了新的意义［6－8］。

因此，本研究以一年生商洛黄芩幼苗进行盆栽试验，通过采用红光和蓝光滤光膜处理的方法，测定了黄芩的相关生长指标和黄芩苷含量，从而探讨在红光和蓝光的处理下，黄芩生长和黄芩苷含量随时间变化的规律，为黄芩的合理种植和高效开发利用研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与处理

1.1.1 试验材料选取一年生商洛黄芩幼苗进行盆栽试验，待植株盆中培养3个月时进行处理，并测定相关指标。

1.1.2 试验试剂黄芩苷标准品，购自西安晶博生物科技有限公司。甲醇为色谱甲醇，其他试剂均为分析纯。

1.1.3 试验仪器主要试验仪器：KQ5200E型超声清洗器，由昆山市超声仪器有限公司生产；FA1204B型电子天平，由上海精密科学仪器有限公司生产；101型电热古风干燥恒温干燥箱，由上海科恒实业发展有限公司生产；AL－03型溶剂过滤器，由杭州格图科技有限公司生产；，Agilent1200高效液相色谱仪，由安捷伦科技有限公司生产。

1.1.4 试验处理选取通过种子育苗在大田已经生长一年且无病虫害的健康黄芩幼苗，直接种于15 cm×20 cm的塑料花盆中，每盆2株，在自制的钢质支架上覆盖有色滤光膜（红色、蓝色）。选长势一致的植株置棚内接受处理，同时选一批于不覆膜环境中的植株作对照，每天调整盆在膜下的位置。为防止棚内水珠凝结或温度过高，膜下端距地20 cm处开口通气。每隔5 d观察1次茎色、叶片颜色、分枝数，记录叶片长度和宽度、茎长、根分数、根干重和根鲜重等相关指标。每次取3组不同处理的黄芩根部多条，干燥，研磨，用甲醇超声提取2次，然后采用HPLC法测定其黄芩苷含量，然后将所得数据进行比较分析［9－15］。

1.2 试验方法

1.2.1 测定不同处理下黄芩根部长度、根粗、干重、鲜重用直尺量取黄芩根部的长度，用游标卡尺测量黄芩根基部的粗度，用电子天平称得根部的鲜重后，将称量后的植株放在80℃恒温干燥箱中使其干燥，冷却至室温后再用电子天平称得干重［4］。

1.2.2 测定不同处理下黄芩茎部的长度、颜色、分枝数观察黄芩茎部的颜色，并记录其分枝数，用直尺量取茎部的长度［4］。

1.2.3 测定不同处理下黄芩叶的长度、宽度、颜色观察并记录黄芩叶片的颜色，随机选取长势较好的黄芩叶片并用直尺量取叶片的长度（cm）、宽度（ cm）［4］。

1.2.4 测定不同处理对黄芩苷含量的影响

1.2.4.1 试验材料 Agilent 1200型高效液相色谱仪（美国Agilent公司）包括G1311A四元泵、G1329A自动进样器、G1315B二极管阵列检测器、G2170B色谱工作站；色谱柱：Agilent ZORBAX SB－C18（4.6 mm×150 mm，5 μm），流动相∶甲醇∶水∶磷酸溶液＝47∶53∶0.2，流速 1.0 mL／min，柱温 30 ℃，检测波长 280 nm，运行时间13 min。在上述色谱条件下检测对照品和供试品的黄芩苷含量。

1.2.4.2 药品供试品样品的制备每隔5 d采挖不同光质处理的黄芩样品编号，洗净用恒温干燥箱烘干，用万能粉碎机粉碎后过四号药筛，药材粉末用恒温干燥箱在80℃干燥至恒重。精密称定取编号的每个样品药材粉末0.3 g，加70%乙醇40 mL，加热回流3 h，放冷，过滤，滤液置100 mL量瓶中，用少量70%乙醇分次洗涤容器和残渣，洗液滤入同一量瓶中，加70%乙醇至刻度，摇匀，精密量取1 mL，置于10 mL量瓶中，加入甲醇至刻度，摇匀即得供试品溶液［8］。

1.2.4.3 黄芩苷对照品溶液的制备精密称取在60℃减压干燥4 h的黄芩苷对照品27.239 g，加甲醇制成1 mL含60μg黄芩苷的溶液，用0.45μm的微孔滤膜滤过，即得对照品溶液［8］。

1.3 数据处理

所有处理每次测定3次，数据取多次测量求平均值，用 Excel 2003、DPS 7.05软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 红光和蓝光滤光膜对黄芩根部的影响

由表1可知，与对照组相比，随着光照天数的增加，经过不同颜色滤光膜处理，黄芩根部的长度、根粗、干重和鲜重都有不同程度的上升，滤光膜处理25 d后，空白对照组的根长增加了6.1 cm，红光和蓝光照射后分别增加了9.4、8.12 cm；与对照相比，红光和蓝光对根粗也均有明显的促进作用；其中红光和蓝光处理25 d后，根粗增幅分别为73.3%和68.7%，而对照增幅仅为46.7%，差异达到显著水平（P＜0.05）。这表明红光更有助于植物根部的生长。黄芩根部干重和鲜重的变化趋势与根粗相似，红光和蓝光对黄芩的干重和鲜重均有促进作用，经蓝光处理的黄芩干重增加了1.407 g，鲜重增加了1.043 g，而经过红光处理的黄芩根部干重和鲜重分别增加1.476和1.127 g。

2.2 红色和蓝色滤光膜对黄芩茎部的影响

由表2可知，与对照组的比较，可以看出经过不同颜色滤光膜的处理，随着处理天数的增加，空白对照组的黄芩茎部的颜色从紫色变成浅紫色，再变为绿色，茎长增长了8.6 cm；蓝色滤光膜处理后，黄芩茎部的长度增长了8.6 cm，与对照组增幅比较差异不明显，茎部的颜色也由紫色直接变成绿色，并且茎部变得细嫩，易折；经过红色滤光膜处理25 d后，茎长增长了15.7 cm，增幅高达77.7%，差异达到了极显著水平（P＜0.01），茎部的颜色也由紫色变成鲜绿色。

表1 红色和蓝色滤光膜对黄芩根部的影响

表2 红色和蓝色滤光膜对黄芩茎部的影响

2.3 红色和蓝色滤光膜对黄芩叶片的影响

由表3可知，随着处理时间的增加，与空白对照组相比较，红光和蓝光滤光膜的处理对黄芩叶片的生长均有不同程度的影响。其中空白对照组、红色滤光膜处理和蓝色滤光膜处理的叶片长度分别增加了0.7、1.0、1.2 cm，叶片宽度增加了 0.8、0.9、1.1 cm，蓝光滤光膜处理显著提高了黄芩叶片长度和宽度（P＜0.05）。从表4可以看出，在试验处理15 d后经蓝色滤光膜处理后的黄芩叶片有明显的上升趋势，而经红色滤光膜处理后的黄芩叶片生长几乎与对照组处于相持平的状态。说明蓝光对黄芩叶片的生长有较好的促进作用，而红光对黄芩叶片生长的促进作用则不明显。

表3 红色和蓝色滤光膜对黄芩叶片生长的影响 cm

2.4 红色和蓝色滤光膜对黄芩苷含量的影响

2.4.1 系统适应性检验精密吸取1.2.4.3中制得的对照品溶液2 mL置于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，在上述色谱条件下，进样20μL进行测定，黄芩苷被洗脱且达到基线分离，保留时间为9.657 min，理论塔板数不低于2000，表明该方法良好，对照品溶液HPLC色谱图见图1。

图1 黄芩对照品溶液色谱图

2.4.2 线性范围考察精密量取1.2.4.3中制得的对照品溶液 0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL，置于 25 mL容量瓶，加入甲醇稀释至刻度，每个样品用0.45 μm的微孔滤膜过滤，按照上述色谱条件依次进样，以进样量（x）为横坐标，峰面积（y）为纵坐标，进行回归分析得回归方程：y＝650.14x＋1487（R2＝0.9996），这表明黄芩苷浓度在0.224～1.12μg／mL范围内，呈现良好的线性关系（图2）。

图2 黄芩对照品线性关系图

2.4.3 精密度试验取对照品溶液重复进样5次，峰面积的RSD为0.2%（n＝5），表明仪器的精密度良好。

2.4.4 重复性试验取同一供试品溶液5份，按照上述色谱条件，测定黄芩苷含量。结果样品中黄芩苷含量的RSD为1.1%，表明该方法的重复性良好。

2.4.5 稳定性试验取同一供试品溶液，于0、1、2、4、6 h分别进样测定，记录色谱峰面积。结果峰面积的RSD为0.6%（n＝5），表明供试品溶液在6 h内稳定性良好。

2.4.6 加样回收率试验精密称定0.15 g黄芩苷细粉6份，置25 mL容量瓶，精密加入对照品溶液9 mL，加70%乙醇16 mL，按照供试品溶液的制备方法制备溶液，并测定黄芩苷含量，经过计算得回收率依次为 99.5%、99.8%、100.2%、100.3%、100.1%、101.2%。

2.4.7 样品黄芩苷含量的测定分别吸取对照品溶液和不同编号的供试品溶液，测定其黄芩苷含量。从表4可以看出，伴随着植株生长和处理时间延长，对照组和2种滤光膜处理下黄芩苷含量均表现出逐渐升高趋势，但处理25 d后与处理前对比，各组黄芩苷含量增幅表现为：对照47.8%、红色滤光膜处理83.2%、蓝色滤光膜处理58%，红色滤光膜处理效果显著，有利于黄芩苷含量的积累。

表4 不同光质处理下黄芩苷含量 %

3 讨论

植物茎部具有强大的支持和抗御能力。因此，茎的外形，大多数呈圆柱形。黄芩的茎部也不例外，与对照相比，红光和蓝光处理对黄芩茎部的生长均有促进作用，但是蓝光促进作用不及红光明显，蓝光照射后茎长增长8.6 cm，而红光则增长了15.7 cm，结果表明：红光能促进黄芩茎部的生长，而蓝光能抑制植物的伸长生长，其原因可能是由于蓝光还是支配细胞分化最重要的光线，从而影响了植物的向光性。

光对叶片发育和成熟有一种全面的刺激效果。红光和蓝光作为一种“光肥”，更能在很大程度上刺激植物叶片的生长［16－17］。本研究采用红光和蓝光处理，探讨了红光和蓝光对黄芩叶片生长的影响，结果发现：蓝光对黄芩叶片生长的促进作用极为显著，红光和太阳光则不太明显。

黄芩为多年生草本植物，其采收季节应该根据当地的地理环境而定。干旱、半干旱地区种植的黄芩需生长2～3年方可入药。黄芩的根是一种中草药，主要含黄芩苷、汉黄芩素、千层纸素A、黄芩苷元、黄芩黄酮和14种氨基酸和挥发油等，黄芩苷是黄芩的主要成分，也是评价黄芩质量优劣的指标成分。由于黄芩苷属于植物的次级代谢产物，植物在一年中的生长发育也存在周期性，季节不同，植物生长与代谢的快慢程度也不同，因此，黄芩中级代谢产物黄酮类的含量在不同的季节里也会有差异。《中国药典》规定黄芩苷不得低于9.0%。本试验采用一年生黄芩，在5月份开始采挖，经过红光和蓝光照射后，红光能够明显提高黄芩根部的长度、根粗、根干重和根鲜重，黄芩苷含量也增加83.2%，而蓝光和太阳光对黄芩根部生长和黄芩苷含量作用不明显。

综上所述，与空白对照组相比，经过蓝色滤光膜处理能够促进黄芩叶片生长，经过红色滤光膜照射能够显著促进黄芩茎和根的生长，有利于黄芩根部黄芩苷含量提高，从而为药用植物的开发和利用提供了理论和科学依据。本试验是对处于生长期的黄芩进行红光和蓝光处理，至于在采收期研究红光和蓝光处理对黄芩形态和黄芩苷含量的影响，还有待于进一步研究。

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