稀土元素對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)的影響△

曹利華，董誠(chéng)明*，張艷貞，喬毅琳，李洋，冷慕嬋

(1.河南中醫(yī)學(xué)院，河南 鄭州 450008；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 三全學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 450003)

稀土元素對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)的影響△

曹利華1，董誠(chéng)明1*，張艷貞2，喬毅琳1，李洋1，冷慕嬋1

(1.河南中醫(yī)學(xué)院，河南 鄭州 450008；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院 三全學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 450003)

目的：探討稀土元素鑭、鈰對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)的影響。方法：在冬凌草再生植株時(shí)期，添加不同濃度的稀土元素鑭、鈰，重量法測(cè)定均單株鮮重及干重。結(jié)果：CeCl3·7H2O對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用優(yōu)于LaCl3·6H2O，空白對(duì)照組農(nóng)藝性狀評(píng)分為51.70分，5 μmol·L-1CeCl3·7H2O條件下，評(píng)分最高為67.40分。結(jié)論：稀土元素鈰能顯著改善冬凌草再生植株農(nóng)藝性狀，而鑭對(duì)冬凌草生長(zhǎng)促進(jìn)作用不顯著。

冬凌草；稀土元素 ；農(nóng)藝性狀

冬凌草，學(xué)名碎米椏Rabdosiarubescens[Hemsl.]Hara.，為唇形科香茶菜屬多年生草本或亞灌木植物；產(chǎn)于我國(guó)河南、山西、貴州、河北等地；具有清熱解毒、活血止痛等功效，同時(shí)對(duì)治療食管癌、結(jié)腸癌均有一定療效[1]。

稀土元素是元素周期表中的鑭系元素(15種)和與鑭系元素化學(xué)性質(zhì)相似的鈧、釔共17種元素的總稱。何躍君[2]曾探討了稀土元素對(duì)植物的生物效應(yīng)及其作用機(jī)理，結(jié)果表明，適量的稀土元素能夠促進(jìn)植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收、轉(zhuǎn)化和利用。稀土元素有類似鈣的功能，可置換出酶中的鈣離子而參與酶的反應(yīng)。薛建平[3]研究了稀土元素鈰對(duì)‘紅地球’葡萄組培苗生長(zhǎng)的影響，表明適宜濃度的鈰對(duì)其生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。王軍妮等[4]研究不同濃度的稀土化合物(LaCl3)對(duì)桑樹組培苗生長(zhǎng)分化以及生根的影響，結(jié)果表明，低濃度的LaCl3(40 mg·L-1)能促進(jìn)桑樹組培苗的生長(zhǎng)與分化，分化芽數(shù)、株高及生根率分別比對(duì)照高84.2%、63.5%、12.5%。目前未見(jiàn)有關(guān)稀土元素對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)影響的報(bào)道，明確添加適量稀土元素對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)的影響，可為調(diào)控冬凌草再生植株的農(nóng)藝性狀提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料為實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)對(duì)冬凌草葉片愈傷及不定芽分化得到的冬凌草再生植株。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 不同濃度稀土元素條件下冬凌草再生植株的誘導(dǎo) 將冬凌草無(wú)菌苗剪成帶有1個(gè)莖節(jié)的小段，接種于濃度分別為0、1、5、10 μmol·L-1的CeCl3·7H2O或LaCl3·6H2O的生根培養(yǎng)基1/2 MS+IBA 0.3+NAA 0.2中，光照12 h·d-1，溫度(25±1)℃，無(wú)菌條件下培養(yǎng)。30 d后統(tǒng)計(jì)不同條件下冬凌草再生植株株高、節(jié)數(shù)、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬、根數(shù)、根粗。

1.2.2 不同稀土元素條件下冬凌草再生植株的農(nóng)藝性狀評(píng)價(jià)[5]30 d后，取不同稀土元素條件下誘導(dǎo)出的冬凌草再生植株各10株，比較其株高、節(jié)數(shù)、莖粗、葉片數(shù)、根數(shù)、根長(zhǎng)、根粗的最大值和平均值，并對(duì)各項(xiàng)平均值進(jìn)行評(píng)分。評(píng)分方法：各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值最大的記滿分10分，其他按比例與之對(duì)照得到各項(xiàng)評(píng)分。同時(shí)采用SPSS17軟件分析冬凌草農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量之間相關(guān)性。

公式如下：

注：Max表示各指標(biāo)的最大值

2 結(jié)果與分析

2.1 稀土元素對(duì)冬凌草農(nóng)藝性狀的影響

30 d后各取不同稀土元素條件下冬凌草再生植株10株，測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)，運(yùn)用SPSS17軟件，分析各指標(biāo)之間差異性。結(jié)果見(jiàn)表1(表1中，C1、C2、C3分別代表1、5、10 μmol·L-1CeCl3·7H2O；L1、L2、L3分別代表1、5、10 μmol·L-1LaCl3·6H2O，表2同)。

表1 稀土元素對(duì)冬凌草再生植株的影響

注：表中*表示與空白對(duì)照比較差異顯著(P<0.05)

從表1可以看出，不同稀土元素條件下，不同農(nóng)藝性狀、生物量之間的差異性各不相同。C3條件下的根數(shù)與空白對(duì)照組有顯著性差異(P<0.05)，但根粗、根長(zhǎng)與空白對(duì)照之間沒(méi)有顯著差異性，說(shuō)明稀土元素鑭、鈰對(duì)冬凌草不定根生長(zhǎng)影響不大。從株高和節(jié)數(shù)來(lái)看，C1、C2條件下與空白對(duì)照有顯著性差異(P<0.05)，表明1、5 μmol·L-1CeCl3·7H2O兩個(gè)濃度均促進(jìn)了冬凌草再生植株的生長(zhǎng)。從葉片數(shù)來(lái)看，C1、C2、C3、L2與空白對(duì)照組比較差異性顯著(P<0.05)，表明1～10 μmol·L-1CeCl3·7H2O以及5μmol·L-1LaCl3·6H2O均不同程度促進(jìn)冬凌草葉片分化。從莖粗來(lái)看1～10μmol·L-1CeCl3·7H2O及LaCl3·6H2O均促進(jìn)了冬凌草莖的增粗，除L2、L3外，均具有顯著性差異(P<0.05)。

2.2 不同稀土元素條件下冬凌草再生植株農(nóng)藝性狀評(píng)分結(jié)果

根據(jù)以上分析所得的結(jié)果來(lái)看，不同稀土元素條件下，不同農(nóng)藝性狀之間的差異性各不相同，為了保證能準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)稀土元素對(duì)冬凌草生長(zhǎng)的影響，參照農(nóng)作物和園藝作物種質(zhì)評(píng)比方法，對(duì)各性狀評(píng)分，具體評(píng)價(jià)方法見(jiàn)1.2.2項(xiàng)下評(píng)價(jià)方法，總分70分。農(nóng)藝性狀評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2最終評(píng)分結(jié)果可以看出，1～10 μmol·L-1CeCl3·7H2O農(nóng)藝性狀評(píng)結(jié)果明顯高于空白對(duì)照組及1～10 μmol·L-1LaCl3·6H2O的實(shí)驗(yàn)組，其中5 μmol·L-1CeCl3·7H2O條件下最高，達(dá)67.40分。1～10 μmol·L-1LaCl3·6H2O條件下，評(píng)分結(jié)果與空白對(duì)照組比較差異性不顯著，說(shuō)明CeCl3·7H2O對(duì)冬凌草再生植株生長(zhǎng)的促進(jìn)作用優(yōu)于LaCl3·6H2O，且5 μmol·L-1CeCl3·7H2O條件下最佳。

2.3 冬凌草再生植株農(nóng)藝性狀與生物量之間的相關(guān)性分析

作物各性狀之間往往存在著不同程度的相關(guān)，在遺傳和育種的相關(guān)研究中，往往需要鑒定一些性狀與產(chǎn)量性狀之間的相關(guān)性，以便在育種工作中作出正確的選擇。

表2-1 不同稀土元素條件下冬凌草農(nóng)藝性狀評(píng)分結(jié)果

表2-2 不同稀土元素條件下冬凌草農(nóng)藝性狀評(píng)分結(jié)果

表3 冬凌草無(wú)菌苗外觀形狀與生物量之間的相關(guān)性分析

注：表中*表示顯著相關(guān)，*為P<0.05水平，**為P<0.01水平

從表3可見(jiàn)，冬凌草鮮重與株高、節(jié)數(shù)、葉片數(shù)、莖粗呈顯著性正相關(guān)(P<0.01)，因此為了提高單株產(chǎn)量，選育時(shí)可選擇植株較高、節(jié)數(shù)較多、葉片數(shù)較多的植株。根數(shù)、根粗與株高、節(jié)數(shù)、莖粗、葉片數(shù)呈顯著正相關(guān)(P<0.01或P<0.05)，株高、節(jié)數(shù)、葉片數(shù)、莖粗與各性狀及鮮重之間都呈顯著正相關(guān)(P<0.01或P<0.05)，說(shuō)明冬凌草各農(nóng)藝性狀之間、地上部分各性狀與鮮重之間均呈顯著性正相關(guān)。

3 討論

離體培養(yǎng)具有環(huán)境可控性、繁殖系數(shù)大、速度快等優(yōu)點(diǎn)，采用植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)藥用成分是滿足臨床上對(duì)珍稀瀕危中藥材的需求以及保護(hù)自然資源、維護(hù)生態(tài)環(huán)境的一條有效途徑[6]。近年來(lái)，鑒于稀土元素對(duì)植物生長(zhǎng)具有廣泛的促進(jìn)作用，國(guó)內(nèi)已將稀土元素用于藥用植物細(xì)胞和組織培養(yǎng)中。大量研究表明，在組織培養(yǎng)過(guò)程中添加稀土元素可以促進(jìn)植物再生植株的生長(zhǎng)。在本實(shí)驗(yàn)中也得到了證實(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，稀土元素鈰對(duì)冬凌草生長(zhǎng)的促進(jìn)作用優(yōu)于鑭，鈰能顯著改善冬凌草再生植株的農(nóng)藝性狀，從而提高冬凌草產(chǎn)量，而鑭對(duì)冬凌草生長(zhǎng)無(wú)顯著促進(jìn)作用，反而高濃度抑制其生長(zhǎng)。大量的稀土農(nóng)用實(shí)踐表明，低濃度的稀土元素及其化合物能刺激植物生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量，而高濃度則表現(xiàn)出抑制效果[7-9]。低濃度的稀土元素能夠提高、活化植物體內(nèi)RuBPcase的活性[10]，高濃度時(shí)稀土離子會(huì)占據(jù)RuBPcase中Mg2+的作用位點(diǎn)，使 Mg2+對(duì)酶活性的活化、催化作用降低，同時(shí)多余的La3+離子與酶蛋白中其他氧原子結(jié)合，導(dǎo)致酶構(gòu)象發(fā)生更大程度上的變化，最終抑制酶活性[11]。

為了更有效更廣泛地將稀土應(yīng)用于植物組織培養(yǎng)，還需對(duì)稀士元素在不同作物組培中的效應(yīng)進(jìn)行深入系統(tǒng)的研究，了解稀土元素對(duì)不同組培苗促進(jìn)生長(zhǎng)分、抑制生長(zhǎng)分化的濃度及其機(jī)理，特別是抑制生長(zhǎng)的生理生化效應(yīng)，為植物組織培養(yǎng)中正確合理使用稀土元素提供依據(jù)。

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Effectofrare-earthelementsLa3+andCe3+ontheGrowthofRegenerationPlantofRabdosiarubescens(Hemsl.)Hara

DONG Chengming1，CAOLihua1，ZHANGYanzhen2，QIAOYilin1，LiYang1，LENGMuchan1

(1.HenanUniversityofTraditionalChineseMedicine，Zhengzhou 450008，China；2.SanQuanMedicalCollege，Xinxiang 450003，China)

Objective：The effects of rare-earth elements La3+and Ce3+onR.rubescenstissue culture were studied.Methods：InR.rubescensregeneration period，the rare earth elements La3+or Ce3+with different concentrations were added in the culture medium.Weights of Fresh and dry plant were determined by gravimetric method.Results：CeCl3·7H2O had more positive promoting effect on regeneration plant than LaCl3·6H2O.The score of blank control group was 51.70 points，under the treatment of 5 μmol·L-1CeCl3·7H2O，the score reached up to the highest value of 67.40 points.Conclusion：The rare-earth element Ce has significant effects on agronomic traits in the regeneration plant ofRrubescens，but the effect of La was not significant.

Rabdosiarubescens[Henrsl.]Hara；Rare-earth elements；Agronomic traits

2014-06-23)

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81173486)；國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2012ZX09304006)

*

董誠(chéng)明，教授，研究方向：中藥資源學(xué)；Tel：(0371)86535313，E-mail：dcm371@sohu.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2014.12.010