外源钙对苍术幼苗生理特性的影响

赫 卫, 颜 龙, 高欣晨

(贵州中医药大学药学院，贵州 贵安 550025)

钙离子是植物生长发育的必需元素之一[1]。王小琴等[2]研究表明，15 mmol·L-1CaCl2处理可以延迟甘肃贝母倒苗期，增强苗期根系活力和鳞茎抗氧化能力；付雪娇等[3]研究发现，9 mmol·L-1CaCl2处理下，马铃薯脱毒试管苗根系生长较好、叶片数最多、抗氧化能力最强；马承彪等[4]认为，钙离子可促进桉树幼苗生长，并提高其叶绿素含量；200～400 mg·kg-1钙处理可显著促进麻栎幼苗的生长[5]。适当施加钙还可以在一定程度上缓解逆境胁迫对植物的伤害[6]，如改善植物的光合结构效应[7]、提高叶绿素和可溶性蛋白含量并降低丙二醛含量[8]、提高酶活性[9]等，从而改善植物的生长状况[10]。不同植物对钙离子浓度的敏感性不同，低浓度(5～10 mmol·L-1)CaCl2处理可有效缓解高温胁迫对苍术生长和生理的影响[11]；随着钙离子浓度的增加以及处理时间的延长，宽叶雀稗的形态指标、生理指标及光合参数均呈先增大后减小的趋势[12]；随着钙离子浓度的增加，金荞麦种子的含水量逐渐降低，可溶性糖和丙二醛含量逐渐升高，过氧化氢酶、过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性则呈先升高后下降的趋势[13]。

苍术为菊科草本植物茅苍术[Atractylodeslancea(Thunb.) DC.]或北苍术[Atractylodeschinensis(DC.) Koidz]的干燥根茎[14]，具有抗肿瘤、抗炎、抗溃疡、抗病毒以及保肝等多种药理功效[15]，常作为化湿败毒方、宣肺败毒方和中药香囊的主要成分，在我国临床新冠治疗中发挥重要作用[16-17]。苍术是大宗药材，我国湖北、陕西、江苏、四川等地是茅苍术的重要生产地，黑龙江、辽宁、河北、山西等地则是北苍术的重要生产地[18]。目前，有关苍术的人工栽培技术已有相关研究[19-20]，但钙离子浓度对苍术栽培的影响尚未见报道。因此，本文以苍术幼苗为试材，探讨不同浓度CaCl2处理对其生理特性的影响，以期为苍术的栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试北苍术种子购自河北省安国市农泰中药材种植有限公司。

1.2 试验设计

试验于2021年4月在贵州中医药大学中药材种植(养殖)及加工研究所进行。以草炭土为育苗基质，平铺在6 cm×11 cm的32孔穴盘上，穴深度2 cm。选取饱满的北苍术种子，播种覆土后用水浇透。播种后15 d出苗，出苗后用遮阳网遮阴，苗期仅浇灌清水、不施用肥料。CaCl2浓度分别设置为5、10、15、20 mmol·L-1，以未喷施为对照(CK)。待幼苗长至4叶1心时(出苗后40 d)，采用叶面喷施法将不同浓度的CaCl2溶液喷洒在幼苗叶片直至滴落，每2天喷施1次，共计3次，各处理设3次重复。处理7 d后采收新鲜苍术幼苗，及时清洗根部泥土并擦干水分，将叶和根茎分离。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 生长指标 用千分之一天平分别测量苍术幼苗叶和根茎的鲜质量，3次重复。

1.3.2 生理指标 采用丙酮提取苍术新鲜叶片的叶绿素，计算叶绿素a和叶绿素b含量[21]。采用紫外分光光度法[22]测定可溶性蛋白含量、蒽酮比色法[21]测定可溶性糖含量、亚硝酸钠—硝酸铝络合分光光度法[23]测定黄酮含量，以50%乙醇、1∶25料液比，在70 ℃下超声25 min提取黄酮。

1.4 统计与分析

采用Excel 2010与SPSS 18.0 软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 外源钙对苍术幼苗生长的影响

外源氯化钙对苍术幼苗生长的影响见图1。苍术幼苗单株根茎鲜质量为0.10～0.16 g、叶鲜质量为0.06～0.08 g(图1A)。其中，10 mmol·L-1CaCl2处理苍术的根茎鲜质量最大，且与CK差异达显著水平。由图1B可知，5和10 mmol·L-1CaCl2处理后苍术根茎与叶的鲜质量比分别为1.85和1.92，显著大于CK(1.53)；15和20 mmol·L-1CaCl2处理后根茎与叶的鲜质量比分别为1.77 和 1.65，与CK差异不显著。说明低浓度CaCl2处理可显著提高苍术幼苗根茎与叶的鲜质量比，高浓度CaCl2处理对其影响不显著。外源氯化钙可能是通过增加根茎鲜质量来提高根茎与叶的鲜质量比。

A.鲜质量；B.根茎鲜质量/叶鲜质量。

2.2 外源钙对苍术幼苗生理指标的影响

2.2.1 叶绿素 由图2可知，10 mmol·L-1CaCl2处理后，苍术幼苗叶片叶绿素含量为2.16 mg·g-1，显著高于CK(1.72 mg·g-1)；5、15 和20 mmol·L-1CaCl2处理后，叶绿素含量分别为1.60、1.67 和 1.68 mg·g-1，且与CK差异不显著。说明适度的外源氯化钙可以提高苍术幼苗叶绿素含量。

图2 外源钙对苍术幼苗叶绿素含量的影响

2.2.2 可溶性蛋白 由图3可知，5、10、15和20 mmol·L-1CaCl2处理后，苍术幼苗根茎可溶性蛋白含量分别为19.63、19.16、17.40和17.62 mg·g-1，分别比CK(14.05 mg·g-1)提高了39.72%、36.39%、23.87%和25.44%，且差异达显著水平；5、10 mmol·L-1CaCl2处理根茎可溶性蛋白含量显著大于15和20 mmol·L-1CaCl2处理。总体上看，低浓度CaCl2处理苍术幼苗根茎的可溶性蛋白含量显著高于高浓度CaCl2处理。

5、10和20 mmol·L-1CaCl2处理苍术幼苗叶的可溶性蛋白含量分别为9.30、10.93 和 9.17 mg·g-1，分别比CK(7.42 mg·g-1)提高了25.28%、47.23%、23.52%，且差异达显著水平；10 mmol·L-1CaCl2处理叶的可溶性蛋白含量显著高于其他处理；15 mmol·L-1CaCl2处理叶的可溶性蛋白含量为8.56 mg·g-1，比CK提高了15.26%，但两者差异不显著。总体上，外源氯化钙处理可明显提高苍术幼苗叶的可溶性蛋白含量。

2.2.3 可溶性糖 可溶性糖以小分子状态溶于水或其他溶剂，以维持植物细胞正常渗透势[24]。由图4可知，5、10和15 mmol·L-1CaCl2处理苍术幼苗根茎可溶性糖含量分别为12.35、10.08和16.44 mg·g-1，显著高于CK(8.32 mg·g-1)；20 mmol·L-1CaCl2处理与CK差异不显著。5 mmol·L-1CaCl2处理叶的可溶性糖含量为1.24 mg·g-1，显著低于CK(1.89 mg·g-1)；10和20 mmol·L-1CaCl2处理叶的可溶性糖含量分别为3.08和3.94 mg·g-1，显著高于CK；15 mmol·L-1CaCl2处理与CK差异不显著。综合来看，施加适宜的外源氯化钙可以提高苍术幼苗根茎和叶的可溶性糖含量。

图4 外源钙对苍术幼苗可溶性糖含量的影响

2.2.4 黄酮 由图5可知，5、10和15 mmol·L-1CaCl2处理下，苍术幼苗根茎黄酮含量分别为9.96、9.87 和 9.98 mg·g-1，显著低于CK(10.40 mg·g-1)；20 mmol·L-1CaCl2处理黄酮含量为10.31 mg·g-1，与CK差异不显著。5、10和20 mmol·L-1CaCl2处理下，苍术幼苗叶的黄酮含量分别为4.99、6.10和4.85 mg·g-1，显著低于CK(6.66 mg·g-1)；15 mmol·L-1CaCl2处理叶的黄酮含量为6.57 mg·g-1，与CK差异不显著。总体上，外源氯化钙处理可明显降低苍术幼苗根茎和叶的黄酮含量。

3 讨论

叶绿素含量随植物生境中的无机盐变化而改变[25]。本研究表明，10 mmol·L-1CaCl2处理苍术幼苗叶片叶绿素含量(2.16 mg·g-1)最高，且与其他处理差异达显著水平，说明适宜的钙离子浓度可提高苍术幼苗叶绿素含量。这与夏蕴等[11]认为10 mmol·L-1CaCl2处理可减缓高温造成茅苍术叶绿素分解的结论相似。本研究还发现，低浓度CaCl2处理可显著提高苍术根茎与叶的鲜质量比，其中10 mmol·L-1CaCl2处理最佳。这可能是由于适宜CaCl2处理使得苍术叶绿素含量增加，光合作用增强，从而将更多的光能转换为根茎的鲜质量。

可溶性蛋白和可溶性糖是植物维持细胞渗透势的重要物质[24,26]。本研究表明，随着CaCl2浓度的增加，根茎与叶的可溶性蛋白含量呈先升高后下降的趋势，且除15 mmol·L-1CaCl2处理叶的可溶性蛋白含量与CK差异不显著外，其他处理均显著高于CK。可能是低浓度CaCl2处理时，植物细胞内部相关基因表达增加了蛋白质的合成量[11]。随着CaCl2浓度的增加，胁迫增强，蛋白质合成酶活性下降，分解酶活性上升，最终导致可溶性蛋白质含量回落。本研究还发现，一定浓度的CaCl2(10 mmol·L-1)可以显著提高叶和根茎的可溶性糖含量，这与外源氯化钙处理樟树幼苗的研究结论一致[27]。说明一定浓度的外源氯化钙增强了细胞的渗透调节能力。逆境可诱导植物黄酮类化合物富集[28]，黄酮类化合物通过激活机体的抗氧化系统发挥作用[29]。本研究表明，外源氯化钙处理降低了苍术幼苗根茎和叶的黄酮含量。王丹等[30]认为，钙元素可降低艾纳香根、茎和叶的总黄酮含量，这与本研究结果一致。随外源氯化钙浓度的增加，根茎的黄酮含量呈先下降后上升的趋势，叶的黄酮含量呈先下降后上升再下降的趋势。沙棘叶片总黄酮含量随干旱胁迫程度的增强呈现先下降后上升的趋势[31]，这与本研究结果相似。

综上所述，低浓度外源钙可以提高苍术幼苗根茎与叶鲜重比以及叶绿素、可溶性蛋白和可溶性糖含量，并降低黄酮含量，有助于增强其抗逆性。