2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗生长生理的影响

张红瑞，张云霞，李纪红，沈玉聪，高致明，张子龙

(1.河南农业大学 农学院，河南 郑州 450046； 2.郑州师范学院 生命科学学院，河南 郑州 450044；3.香港嘉道理农场暨植物园，香港； 4.北京中医药大学 中药学院，北京100102)

三七以其干燥根及根茎入药，是我国常用大宗中药材之一，目前商品主要来源于栽培。随着药材商品需求量的增加，栽培面积亦逐年加大，随之出现的连作障碍已成为制约我国根类中药材可持续发展的重大问题[1]。种植过三七的土壤要经过5 a之后才能再次种植[2]。生产上多采用换地以避免种植过程出现连作障碍[3-4]。已有研究表明，三七土壤水提液或植株水提液不仅对其自身种子萌发及幼苗生长有抑制现象[5-8]，而且对其他作物种子萌发及生长也存在抑制现象，如莴苣[9]、萝卜[9]、白菜[9-10]、玉米[10-11]、蚕豆[11]、小麦[11-13]、油菜[14]等。河南农业大学三七课题组前期的研究表明，三七的酚酸类成分对自身及白菜、小麦、玉米的幼苗生长有一定的影响[15-19]。因此，研究三七所含物质和分泌物质对后茬作物生长的影响十分必要。三七皂苷R1、人参皂苷Rg1等是三七根际土壤含量较高的皂苷类物质[20]。韦美丽等[21]和周艳等[22]研究发现，三七皂苷R1、人参皂苷Rg1和三七总皂苷对三七幼苗的生长存在一定的抑制作用，对幼苗生理也存在化感作用。游佩进等[9]研究发现，三七连作土壤及水提液对白菜的种子发芽和幼苗生长存在一定的影响，但对其影响机制尚未阐述清楚。因此，以水提液中含量较高的三七皂苷R1、人参皂苷Rg1、三七总皂苷等皂苷类物质为对象，研究其对白菜幼苗生理特性的影响，为明确三七影响白菜生长的机制及白菜能否作为三七的后茬作物提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

单体皂苷三七皂苷R1和人参皂苷Rg1、三七总皂苷、白菜种子(品种为优选早熟五号F1)。

1.2 试验设计

采用3%次氯酸钠溶液消毒白菜种子，蒸馏水冲洗干净后晾干；采用石英石培养，每盒100粒白菜种子，分别加入45 mL单体皂苷三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷，质量浓度分别为0.01、0.10、1.00、10.00、50.00、100.00 mg/L，以蒸馏水为对照，以有小孔保鲜膜覆盖培养盒保湿，重复3次，在25 ℃、自然光下培养。

1.3 测定指标

培养10 d测定白菜苗高和主根长，同时取叶片测定可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量及超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)活性等生理指标[23-24]。

1.4 数据分析

参考张子龙等[25]的方法计算平均敏感指数(MSI)。计算公式如下：

其中，MSI<0时为抑制，MSI>0时为促进，绝对值的大小与作用强度(敏感性)一致。R为MSI的级别或层次，n为该级别或层次数据(RI)的总个数，a为数据项。

采用DPS v7.05和Excel对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗生长的影响

2.1.1 苗高 由表1可以看出，三七皂苷R1处理后白菜幼苗苗高均有所降低，但与对照间差异未达到显著水平；人参皂苷Rg1处理后白菜幼苗的苗高有所增加，但并不显著；在0.01、0.10、1.00 mg/L的三七总皂苷低质量浓度处理时白菜幼苗苗高有所增加，在10.00、50.00、100.00 mg/L的高质量浓度处理时白菜幼苗苗高有所降低，但均未达到显著水平。

2.1.2 主根长 由表2可以看出，三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷处理后白菜幼苗的主根长均有所降低，其中10.00、100.00 mg/L三七皂苷R1处理组，0.01、50.00 mg/L人参皂苷Rg1处理组和0.01、1.00、50.00、100.00 mg/L三七总皂苷处理组与对照差异显著。

表1 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗苗高的影响Tab.1 Effects of notoginsenoside R1, ginsenoside Rg1 and panax notoginseng saponins on height of Chinese cabbage seedlings cm

注: 同行中不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

Note: The Different lower cases in the same row indicated difference level at 0.05%.The same below.

表22种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗主根长的影响

Tab.2EffectsofnotoginsenosideR1,ginsenosideRg1andpanaxnotoginsengsaponinsonmainrootlengthofChinesecabbageseedlingscm

2.2 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗生理特性的影响

2.2.1 POD活性 由表3可知，2种单体三七皂苷R1和人参皂苷Rg1处理后白菜幼苗POD活性有所降低，但降低不明显；三七总皂苷处理后，0.01、10.00、50.00、100.00 mg/L处理组分别比对照显著下降35.57%、37.90%、45.35%、35.42%。

表3 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗POD活性的影响Tab.3 Effects of notoginsenoside R1, ginsenoside Rg1 and panax notoginseng saponins on POD activity of Chinese cabbage seedlings U/g

2.2.2 SOD活性 从表4可知，与对照比较，单体皂苷三七皂苷R1及人参皂苷Rg1处理组白菜幼苗的SOD活性均有所降低，但均未达到显著水平；而三七总皂苷处理后白菜幼苗的SOD活性有所增加，也未达到显著水平。

表4 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗SOD活性的影响Tab.4 Effects of notoginsenoside R1, ginsenoside Rg1 and panax notoginseng saponins on SOD activity of Chinese cabbage seedlings U/g

2.2.3 CAT活性 由表5可知，2种皂苷单体三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷处理后白菜幼苗的CAT活性增加，但与对照组比差异均未达到显著水平。

表5 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗CAT活性的影响Tab.5 Effects of notoginsenoside R1, ginsenoside Rg1 and panax notoginseng saponins on CAT activity of Chinese cabbage seedlings U/g

2.2.4 可溶性糖含量 由表6可以看出，三七皂苷R1和人参皂苷Rg1处理组白菜幼苗的可溶性糖含量增加，但未达到显著水平；0.01、0.10 mg/L三七总皂苷处理组白菜幼苗的可溶性糖含量有所增加，1.00、10.00、50.00、100.00 mg/L处理组白菜幼苗的可溶性糖含量有所降低，但均未达到显著水平。

表6 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗可溶性糖含量的影响Tab.6 Effects of notoginsenoside R1, ginsenoside Rg1 and panax notoginseng saponins on soluble sugar content of Chinese cabbage seedlings mg/g

2.2.5 可溶性蛋白质含量 由表7可以看出，2种皂苷单体三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷处理后白菜幼苗的可溶性蛋白质含量均有所增加，但均未达到显著水平。

表7 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗可溶性蛋白质含量的影响Tab.7 Effects of notoginsenoside R1, ginsenoside Rg1 and panax notoginseng saponins on soluble protein content of Chinese cabbage seedlings mg/g

2.3 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗敏感指数的影响

从表8可以看出，2种单体皂苷和三七总皂苷的1、2、3级敏感指数大部分为负值。由1级敏感指数(MSI1)可知，三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷对白菜幼苗的主根长及幼苗POD与SOD活性有抑制作用，对幼苗CAT活性、可溶性蛋白质含量、可溶性糖含量有促进作用。由2级敏感指数(MSI2)可知，2种单体三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷对幼苗的形态指标均表现为抑制作用。由3级敏感指数(MSI3)可知，3种皂苷类物质对白菜幼苗均表现为抑制作用，且人参皂苷Rg1对白菜幼苗的抑制强度较小，三七总皂苷的抑制强度较大。

表8 2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗敏感指数的影响Tab.8 The sensitivity index of Chinese cabbage seedlings under the treatement of notoginsenoside R1, ginsenoside Rg1 and panax notoginseng saponins

3 结论与讨论

本研究结果表明，2种单体三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷对白菜幼苗的主根长有抑制作用，且幼苗的主根长在部分质量浓度处理下呈现显著降低趋势，这与前人的研究结果[26]基本一致。

植物体内可溶性糖和可溶性蛋白质是植物生理生化过程的基础，其含量高低反映植物生理生化的状态和对逆境的适应[27]。本研究结果表明，与对照相比，三七皂苷R1、人参皂苷Rg1及低质量浓度的三七总皂苷处理后白菜幼苗的可溶性糖含量均有所增加，而高质量浓度的三七总皂苷处理后幼苗的可溶性糖含量有所降低，三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷均能在一定程度上促进白菜幼苗可溶性蛋白质的合成，这表明0.01～100.00 mg/L的三七皂苷R1和人参皂苷Rg1均在白菜幼苗的可适应范围之内，而白菜幼苗对三七总皂苷比较敏感。

逆境胁迫能引起植物活性氧增加和膜脂过氧化，破坏植物组织[28-29]。本研究发现，三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷处理后，白菜幼苗的POD活性降低，SOD和CAT活性有所增强，表明在加入皂苷类物质后，白菜幼苗体内的活性氧增加。幼苗POD活性的降低可能是由于SOD歧化活性氧产生的H2O2超出了POD的清除能力，这也可能会导致过氧化物的过度积累，从而对白菜幼苗产生危害。由于不同质量浓度的皂苷类物质处理并未引起形态上明显的变化，说明0.01～100.00 mg/L的三七皂苷R1和人参皂苷Rg1及三七总皂苷对白菜幼苗的生理生长有一定的影响，但并不是很严重。

通过综合敏感指数来看，不同质量浓度的2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗生长和生理特性均存在一定的化感抑制作用，其中三七皂苷R1和人参皂苷Rg1对白菜幼苗的抑制强度较小，三七总皂苷的抑制强度相对较大。综合考虑2种单体皂苷及三七总皂苷对白菜幼苗生长和生理的影响，只要土壤中的化感物质浓度在一定的范围内，白菜就可以作为三七等药用植物的轮作作物。