紅光和藍(lán)光濾光膜對(duì)黃芩形態(tài)和黃芩苷含量的影響

華智銳，李小玲

黃芩（Scutellaria baicalensis Georgia），別名山茶根、土金茶根，是唇形科黃芩屬多年生草本植物。其有效成分主要是黃芩苷和黃芩素等多種活性物質(zhì)，具有清熱燥濕、瀉火解毒和涼血止血的作用。我國黃芩的野生資源由于過度采挖，野生資源逐漸枯竭；以細(xì)胞全能性為基礎(chǔ)建立起來的栽培黃芩在田間大量種植方面受到了一定的阻礙，因此，人工栽培已經(jīng)成為黃芩大量生產(chǎn)的主要途徑，并且大量的試驗(yàn)證明人工栽培的黃芩完全可以代替野生黃芩使用。目前，黃芩種植面積不斷擴(kuò)大，但黃芩的種植技術(shù)水平較低，田間管理不規(guī)范，因此，需要加強(qiáng)對(duì)黃芩人工栽培技術(shù)的研究，以提高黃芩的產(chǎn)量和質(zhì)量［1－2］。

眾所周知，太陽光是由許多不同波長的光波組成，而太陽輻射光譜中只有5%左右的比例是對(duì)光合作用產(chǎn)生影響的。而其中以波長400～520 nm的藍(lán)光和610～720 nm的紅色光對(duì)光合作用貢獻(xiàn)最大。試驗(yàn)表明，光合作用中紅光有利于糖和碳水化合物的合成，加速提高植物的莖節(jié)發(fā)育，多余的能量轉(zhuǎn)化成熱能，使水分蒸發(fā)，藍(lán)光有利于蛋白質(zhì)的合成，對(duì)植物生長及幼芽形成有較大影響，能抑制植物的伸長而使植物形成矮壯形狀，也可以支配細(xì)胞分化，利于花色素和維生素的合成［3－5］。因此，藍(lán)光和紅光被稱為光肥，這是繼“化學(xué)肥料”之后的一類新型環(huán)保性“物理肥料”。所以，人工模擬植物作用的最佳光譜具有肥效和藥效功能，給發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)賦予了新的意義［6－8］。

因此，本研究以一年生商洛黃芩幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，通過采用紅光和藍(lán)光濾光膜處理的方法，測(cè)定了黃芩的相關(guān)生長指標(biāo)和黃芩苷含量，從而探討在紅光和藍(lán)光的處理下，黃芩生長和黃芩苷含量隨時(shí)間變化的規(guī)律，為黃芩的合理種植和高效開發(fā)利用研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

1.1.1 試驗(yàn)材料 選取一年生商洛黃芩幼苗進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，待植株盆中培養(yǎng)3個(gè)月時(shí)進(jìn)行處理，并測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.1.2 試驗(yàn)試劑 黃芩苷標(biāo)準(zhǔn)品，購自西安晶博生物科技有限公司。甲醇為色譜甲醇，其他試劑均為分析純。

1.1.3 試驗(yàn)儀器 主要試驗(yàn)儀器：KQ5200E型超聲清洗器，由昆山市超聲儀器有限公司生產(chǎn)；FA1204B型電子天平，由上海精密科學(xué)儀器有限公司生產(chǎn)；101型電熱古風(fēng)干燥恒溫干燥箱，由上海科恒實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司生產(chǎn)；AL－03型溶劑過濾器，由杭州格圖科技有限公司生產(chǎn)；，Agilent1200高效液相色譜儀，由安捷倫科技有限公司生產(chǎn)。

1.1.4 試驗(yàn)處理 選取通過種子育苗在大田已經(jīng)生長一年且無病蟲害的健康黃芩幼苗，直接種于15 cm×20 cm的塑料花盆中，每盆2株，在自制的鋼質(zhì)支架上覆蓋有色濾光膜（紅色、藍(lán)色）。選長勢(shì)一致的植株置棚內(nèi)接受處理，同時(shí)選一批于不覆膜環(huán)境中的植株作對(duì)照，每天調(diào)整盆在膜下的位置。為防止棚內(nèi)水珠凝結(jié)或溫度過高，膜下端距地20 cm處開口通氣。每隔5 d觀察1次莖色、葉片顏色、分枝數(shù)，記錄葉片長度和寬度、莖長、根分?jǐn)?shù)、根干重和根鮮重等相關(guān)指標(biāo)。每次取3組不同處理的黃芩根部多條，干燥，研磨，用甲醇超聲提取2次，然后采用HPLC法測(cè)定其黃芩苷含量，然后將所得數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析［9－15］。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 測(cè)定不同處理下黃芩根部長度、根粗、干重、鮮重 用直尺量取黃芩根部的長度，用游標(biāo)卡尺測(cè)量黃芩根基部的粗度，用電子天平稱得根部的鮮重后，將稱量后的植株放在80℃恒溫干燥箱中使其干燥，冷卻至室溫后再用電子天平稱得干重［4］。

1.2.2 測(cè)定不同處理下黃芩莖部的長度、顏色、分枝數(shù) 觀察黃芩莖部的顏色，并記錄其分枝數(shù)，用直尺量取莖部的長度［4］。

1.2.3 測(cè)定不同處理下黃芩葉的長度、寬度、顏色觀察并記錄黃芩葉片的顏色，隨機(jī)選取長勢(shì)較好的黃芩葉片并用直尺量取葉片的長度（cm）、寬度（ cm）［4］。

1.2.4 測(cè)定不同處理對(duì)黃芩苷含量的影響

1.2.4.1 試驗(yàn)材料 Agilent 1200型高效液相色譜儀（美國Agilent公司）包括G1311A四元泵、G1329A自動(dòng)進(jìn)樣器、G1315B二極管陣列檢測(cè)器、G2170B色譜工作站；色譜柱：Agilent ZORBAX SB－C18（4.6 mm×150 mm，5 μm），流動(dòng)相∶甲醇∶水∶磷酸溶液＝47∶53∶0.2，流速 1.0 mL／min，柱溫 30 ℃，檢測(cè)波長 280 nm，運(yùn)行時(shí)間13 min。在上述色譜條件下檢測(cè)對(duì)照品和供試品的黃芩苷含量。

1.2.4.2 藥品供試品樣品的制備 每隔5 d采挖不同光質(zhì)處理的黃芩樣品編號(hào)，洗凈用恒溫干燥箱烘干，用萬能粉碎機(jī)粉碎后過四號(hào)藥篩，藥材粉末用恒溫干燥箱在80℃干燥至恒重。精密稱定取編號(hào)的每個(gè)樣品藥材粉末0.3 g，加70%乙醇40 mL，加熱回流3 h，放冷，過濾，濾液置100 mL量瓶中，用少量70%乙醇分次洗滌容器和殘?jiān)?，洗液濾入同一量瓶中，加70%乙醇至刻度，搖勻，精密量取1 mL，置于10 mL量瓶中，加入甲醇至刻度，搖勻即得供試品溶液［8］。

1.2.4.3 黃芩苷對(duì)照品溶液的制備 精密稱取在60℃減壓干燥4 h的黃芩苷對(duì)照品27.239 g，加甲醇制成1 mL含60μg黃芩苷的溶液，用0.45μm的微孔濾膜濾過，即得對(duì)照品溶液［8］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有處理每次測(cè)定3次，數(shù)據(jù)取多次測(cè)量求平均值，用 Excel 2003、DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅光和藍(lán)光濾光膜對(duì)黃芩根部的影響

由表1可知，與對(duì)照組相比，隨著光照天數(shù)的增加，經(jīng)過不同顏色濾光膜處理，黃芩根部的長度、根粗、干重和鮮重都有不同程度的上升，濾光膜處理25 d后，空白對(duì)照組的根長增加了6.1 cm，紅光和藍(lán)光照射后分別增加了9.4、8.12 cm；與對(duì)照相比，紅光和藍(lán)光對(duì)根粗也均有明顯的促進(jìn)作用；其中紅光和藍(lán)光處理25 d后，根粗增幅分別為73.3%和68.7%，而對(duì)照增幅僅為46.7%，差異達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。這表明紅光更有助于植物根部的生長。黃芩根部干重和鮮重的變化趨勢(shì)與根粗相似，紅光和藍(lán)光對(duì)黃芩的干重和鮮重均有促進(jìn)作用，經(jīng)藍(lán)光處理的黃芩干重增加了1.407 g，鮮重增加了1.043 g，而經(jīng)過紅光處理的黃芩根部干重和鮮重分別增加1.476和1.127 g。

2.2 紅色和藍(lán)色濾光膜對(duì)黃芩莖部的影響

由表2可知，與對(duì)照組的比較，可以看出經(jīng)過不同顏色濾光膜的處理，隨著處理天數(shù)的增加，空白對(duì)照組的黃芩莖部的顏色從紫色變成淺紫色，再變?yōu)榫G色，莖長增長了8.6 cm；藍(lán)色濾光膜處理后，黃芩莖部的長度增長了8.6 cm，與對(duì)照組增幅比較差異不明顯，莖部的顏色也由紫色直接變成綠色，并且莖部變得細(xì)嫩，易折；經(jīng)過紅色濾光膜處理25 d后，莖長增長了15.7 cm，增幅高達(dá)77.7%，差異達(dá)到了極顯著水平（P＜0.01），莖部的顏色也由紫色變成鮮綠色。

表1 紅色和藍(lán)色濾光膜對(duì)黃芩根部的影響

表2 紅色和藍(lán)色濾光膜對(duì)黃芩莖部的影響

2.3 紅色和藍(lán)色濾光膜對(duì)黃芩葉片的影響

由表3可知，隨著處理時(shí)間的增加，與空白對(duì)照組相比較，紅光和藍(lán)光濾光膜的處理對(duì)黃芩葉片的生長均有不同程度的影響。其中空白對(duì)照組、紅色濾光膜處理和藍(lán)色濾光膜處理的葉片長度分別增加了0.7、1.0、1.2 cm，葉片寬度增加了 0.8、0.9、1.1 cm，藍(lán)光濾光膜處理顯著提高了黃芩葉片長度和寬度（P＜0.05）。從表4可以看出，在試驗(yàn)處理15 d后經(jīng)藍(lán)色濾光膜處理后的黃芩葉片有明顯的上升趨勢(shì)，而經(jīng)紅色濾光膜處理后的黃芩葉片生長幾乎與對(duì)照組處于相持平的狀態(tài)。說明藍(lán)光對(duì)黃芩葉片的生長有較好的促進(jìn)作用，而紅光對(duì)黃芩葉片生長的促進(jìn)作用則不明顯。

表3 紅色和藍(lán)色濾光膜對(duì)黃芩葉片生長的影響 cm

2.4 紅色和藍(lán)色濾光膜對(duì)黃芩苷含量的影響

2.4.1 系統(tǒng)適應(yīng)性檢驗(yàn) 精密吸取1.2.4.3中制得的對(duì)照品溶液2 mL置于10 mL容量瓶中，用甲醇定容，在上述色譜條件下，進(jìn)樣20μL進(jìn)行測(cè)定，黃芩苷被洗脫且達(dá)到基線分離，保留時(shí)間為9.657 min，理論塔板數(shù)不低于2000，表明該方法良好，對(duì)照品溶液HPLC色譜圖見圖1。

圖1 黃芩對(duì)照品溶液色譜圖

2.4.2 線性范圍考察 精密量取1.2.4.3中制得的對(duì)照品溶液 0.25、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL，置于 25 mL容量瓶，加入甲醇稀釋至刻度，每個(gè)樣品用0.45 μm的微孔濾膜過濾，按照上述色譜條件依次進(jìn)樣，以進(jìn)樣量（x）為橫坐標(biāo)，峰面積（y）為縱坐標(biāo)，進(jìn)行回歸分析得回歸方程：y＝650.14x＋1487（R2＝0.9996），這表明黃芩苷濃度在0.224～1.12μg／mL范圍內(nèi)，呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系（圖2）。

圖2 黃芩對(duì)照品線性關(guān)系圖

2.4.3 精密度試驗(yàn) 取對(duì)照品溶液重復(fù)進(jìn)樣5次，峰面積的RSD為0.2%（n＝5），表明儀器的精密度良好。

2.4.4 重復(fù)性試驗(yàn) 取同一供試品溶液5份，按照上述色譜條件，測(cè)定黃芩苷含量。結(jié)果樣品中黃芩苷含量的RSD為1.1%，表明該方法的重復(fù)性良好。

2.4.5 穩(wěn)定性試驗(yàn) 取同一供試品溶液，于0、1、2、4、6 h分別進(jìn)樣測(cè)定，記錄色譜峰面積。結(jié)果峰面積的RSD為0.6%（n＝5），表明供試品溶液在6 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.4.6 加樣回收率試驗(yàn) 精密稱定0.15 g黃芩苷細(xì)粉6份，置25 mL容量瓶，精密加入對(duì)照品溶液9 mL，加70%乙醇16 mL，按照供試品溶液的制備方法制備溶液，并測(cè)定黃芩苷含量，經(jīng)過計(jì)算得回收率依次為 99.5%、99.8%、100.2%、100.3%、100.1%、101.2%。

2.4.7 樣品黃芩苷含量的測(cè)定 分別吸取對(duì)照品溶液和不同編號(hào)的供試品溶液，測(cè)定其黃芩苷含量。從表4可以看出，伴隨著植株生長和處理時(shí)間延長，對(duì)照組和2種濾光膜處理下黃芩苷含量均表現(xiàn)出逐漸升高趨勢(shì)，但處理25 d后與處理前對(duì)比，各組黃芩苷含量增幅表現(xiàn)為：對(duì)照47.8%、紅色濾光膜處理83.2%、藍(lán)色濾光膜處理58%，紅色濾光膜處理效果顯著，有利于黃芩苷含量的積累。

表4 不同光質(zhì)處理下黃芩苷含量 %

3 討論

植物莖部具有強(qiáng)大的支持和抗御能力。因此，莖的外形，大多數(shù)呈圓柱形。黃芩的莖部也不例外，與對(duì)照相比，紅光和藍(lán)光處理對(duì)黃芩莖部的生長均有促進(jìn)作用，但是藍(lán)光促進(jìn)作用不及紅光明顯，藍(lán)光照射后莖長增長8.6 cm，而紅光則增長了15.7 cm，結(jié)果表明：紅光能促進(jìn)黃芩莖部的生長，而藍(lán)光能抑制植物的伸長生長，其原因可能是由于藍(lán)光還是支配細(xì)胞分化最重要的光線，從而影響了植物的向光性。

光對(duì)葉片發(fā)育和成熟有一種全面的刺激效果。紅光和藍(lán)光作為一種“光肥”，更能在很大程度上刺激植物葉片的生長［16－17］。本研究采用紅光和藍(lán)光處理，探討了紅光和藍(lán)光對(duì)黃芩葉片生長的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：藍(lán)光對(duì)黃芩葉片生長的促進(jìn)作用極為顯著，紅光和太陽光則不太明顯。

黃芩為多年生草本植物，其采收季節(jié)應(yīng)該根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境而定。干旱、半干旱地區(qū)種植的黃芩需生長2～3年方可入藥。黃芩的根是一種中草藥，主要含黃芩苷、漢黃芩素、千層紙素A、黃芩苷元、黃芩黃酮和14種氨基酸和揮發(fā)油等，黃芩苷是黃芩的主要成分，也是評(píng)價(jià)黃芩質(zhì)量優(yōu)劣的指標(biāo)成分。由于黃芩苷屬于植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物，植物在一年中的生長發(fā)育也存在周期性，季節(jié)不同，植物生長與代謝的快慢程度也不同，因此，黃芩中級(jí)代謝產(chǎn)物黃酮類的含量在不同的季節(jié)里也會(huì)有差異。《中國藥典》規(guī)定黃芩苷不得低于9.0%。本試驗(yàn)采用一年生黃芩，在5月份開始采挖，經(jīng)過紅光和藍(lán)光照射后，紅光能夠明顯提高黃芩根部的長度、根粗、根干重和根鮮重，黃芩苷含量也增加83.2%，而藍(lán)光和太陽光對(duì)黃芩根部生長和黃芩苷含量作用不明顯。

綜上所述，與空白對(duì)照組相比，經(jīng)過藍(lán)色濾光膜處理能夠促進(jìn)黃芩葉片生長，經(jīng)過紅色濾光膜照射能夠顯著促進(jìn)黃芩莖和根的生長，有利于黃芩根部黃芩苷含量提高，從而為藥用植物的開發(fā)和利用提供了理論和科學(xué)依據(jù)。本試驗(yàn)是對(duì)處于生長期的黃芩進(jìn)行紅光和藍(lán)光處理，至于在采收期研究紅光和藍(lán)光處理對(duì)黃芩形態(tài)和黃芩苷含量的影響，還有待于進(jìn)一步研究。

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