野地瓜立體栽培方式對(duì)葉片生理生化的影響研究

楊亞平,李佳豪,陳鄭偉,黃 萍,廖 敏,廖金花*

(1.樂山師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院,中國四川 樂山 614000;2.峨眉山生物多樣性保護(hù)與利用研究所,中國四川 樂山 614000)

野地瓜(Ficus tikoua),別名地板藤、霜坡虎等[1],隸屬?？?Moraceae)榕屬(Ficus),是多年生的匍匐木質(zhì)藤本[2]。野地瓜莖葉都含有豐富的乳汁,長(zhǎng)度可達(dá)10余米,匐地而生,攀附力極強(qiáng),對(duì)防沙固土有重要作用;其葉片翠綠茂密,長(zhǎng)年保持綠色,酷似一條綠色的生態(tài)地毯;其幼果碧綠色,成熟果實(shí)呈血紅色,直徑1.5～2.5 cm[3],聞起來芳香四溢,嘗起來甜香如蜜,頗具特色,深受人們喜愛;全植株藥用功能較多,可通經(jīng)絡(luò)、祛風(fēng)濕、止白帶[4]等。由此可見,野地瓜具有綠化、藥用、食用以及鑒賞等多種用途[5]。目前,野地瓜的人工種植以匍匐種植為主,此類植株的果實(shí)結(jié)在地上容易受潮腐爛,影響銷售和食用安全,且存在產(chǎn)量低、不易采摘、推廣難度大等問題,導(dǎo)致綜合種植效益較低。雖然相關(guān)研究對(duì)野地瓜的馴化栽培進(jìn)行了探討[1,6]。但是,李潔玉等[6]未嘗試采用立體栽培技術(shù)對(duì)野地瓜進(jìn)行馴化栽培;唐偉等[1]僅從生產(chǎn)成本、結(jié)果產(chǎn)量、采摘難易程度等宏觀角度對(duì)野地瓜的立體栽培進(jìn)行了初探,未準(zhǔn)確測(cè)量和比較立體栽培野地瓜與匍匐生長(zhǎng)野地瓜體內(nèi)有機(jī)物的含量和差異。

在立體栽培和匍匐栽培的預(yù)實(shí)驗(yàn)中,立體栽培的野地瓜不僅葉片體積大于匍匐栽培野地瓜葉片體積,而且植株長(zhǎng)度也比匍匐栽培野地瓜的長(zhǎng)度長(zhǎng)。由此推測(cè),立體栽培野地瓜單位時(shí)間和面積內(nèi)積累的有機(jī)物含量可能更多。葉綠素含量可直接影響野地瓜植株的光合作用強(qiáng)度;研究報(bào)道,野地瓜老葉中含有豐富的黃酮化合物,而黃酮化合物是藥用植物中的重要活性物質(zhì)[7];蛋白質(zhì)、淀粉、碳水化合物等物質(zhì)對(duì)植株成花物質(zhì)的合成具有至關(guān)重要的作用[2]。因此,對(duì)比立體栽培和匍匐栽培的野地瓜在葉綠素、黃酮、蛋白質(zhì)等方面的含量差異,可推測(cè)出提高野地瓜藥用價(jià)值和結(jié)果產(chǎn)量的種植方式。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 種植

在陽光充足、不受任何遮擋的田間,以同一母本的地瓜藤作為原材料,參考文獻(xiàn)[1]中的立體栽培模式一,采用扦插方式進(jìn)行繁殖、土培方式進(jìn)行栽種,共設(shè)置25個(gè)立體栽種組、25個(gè)匍匐栽種組。選取狀態(tài)一致的立體栽種組與匍匐栽種組每隔1 m交叉種植,以保證匍匐栽種的野地瓜和立體栽種的野地瓜每株所接受到的光照強(qiáng)度和光照時(shí)間基本相同。在野地瓜剛栽種的前兩周需要每天早晚兩次定時(shí)澆水(若當(dāng)天下雨則可不澆),待生長(zhǎng)穩(wěn)定后可每隔2～3 d澆1次水。

1.1.2 采集

栽種5個(gè)月后,隨機(jī)采集無黑斑、無病變、無腐爛、顏色均勻一致的野地瓜葉片(老葉和成熟葉片)若干,先用自來水輕輕沖洗黏附在野地瓜葉片上的泥土和污漬,并用剪刀剪去葉柄,再用蒸餾水清洗2～3次,晾干葉片表面水分。一部分新鮮成熟葉片用于測(cè)定葉綠素、還原糖、蛋白質(zhì)、可溶性糖的含量,一部分新鮮成熟葉片及全部老葉在自然狀態(tài)下陰干7 d后,粉碎過80目篩,用于測(cè)定淀粉、黃酮的含量[8]。

1.1.3 儀器設(shè)備

本研究所用的設(shè)備主要有:UV-2800A型紫外可見分光光度計(jì)(龍尼柯上海儀器有限公司);PHS-3C PH計(jì)(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司);KQ3200DA型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司);TD-4Z醫(yī)用離心機(jī)(四川蜀科儀器有限公司);B-220型恒溫水浴鍋(上海亞榮生化儀器廠);DS-1高速組織粉碎機(jī)(上海標(biāo)本模型廠)。

1.1.4 試劑

本研究所用的試劑主要有蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品(純度＞98%,江西佰草園生物科技有限公司產(chǎn))、考馬斯亮藍(lán)G-250(安徽酷爾生物工程有限公司)、牛血清白蛋白(安徽酷爾生物工程有限公司)、3,5-二硝基水楊酸(上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、蒽酮(上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)、高氯酸(濃度=52%,深圳市安澤科技有限公司產(chǎn))等,其他試劑均為分析純,水為蒸餾水。

1.2 分析方法

1.2.1 葉綠素的提取和測(cè)定

采用95%乙醇沸水浴法[9]提取葉綠素,在665 nm、649 nm處測(cè)定提取液的吸光度(A)[10],并按如下公式計(jì)算葉綠素a(Ca)、葉綠素b(Cb)的濃度:Ca=13.95A665nm-6.88A649nm;Cb=24.96A649nm-7.32A665nm。葉綠素的含量(mg/g)=[(Ca+Cb)×提取液體積×稀釋倍數(shù)]/樣品鮮重。

1.2.2 總黃酮的提取和測(cè)定

葉片中總黃酮的提取采用超聲波輔助法[11],提取時(shí)間為15 min,功率為128 w。采用亞硝酸鈉-硝酸鋁比色法[12～14]測(cè)定其含量。

1.2.3 蛋白質(zhì)的提取和測(cè)定

具體步驟參考文獻(xiàn)[15]。

1.2.4 淀粉的提取和測(cè)定

具體步驟參考文獻(xiàn)[16～17]。

1.2.5 還原糖、可溶性糖的提取和測(cè)定

具體步驟參考文獻(xiàn)[18～19]。

1.2.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

所有物質(zhì)的含量重復(fù)測(cè)定3次,取平均值進(jìn)行計(jì)算。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行整理,采用SPSS 26.0進(jìn)行多重分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素含量的測(cè)定結(jié)果

根據(jù)葉綠素的計(jì)算公式及樣品提取液在不同波長(zhǎng)下的吸光度值可得,立體栽培組野地瓜中葉綠素a、葉綠素b和葉綠素的含量分別為1.338 3 mg/g、0.473 8 mg/g和1.812 1 mg/g,匍匐生長(zhǎng)組野地瓜中葉綠素a、葉綠素b和葉綠素的含量分別為1.209 4 mg/g、0.590 3 mg/g 和 1.799 7 mg/g(表 1)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示,雖然匍匐栽培組野地瓜的葉綠素b含量比立體栽培野地瓜的葉綠素b含量高24.59%;立體栽培組野地瓜的葉綠素含量比匍匐生長(zhǎng)組野地瓜的葉綠素含量略高0.69%,但是兩組之間均無顯著性差異,提示立體栽培對(duì)野地瓜的葉綠素b和葉綠素含量無明顯影響。需要指出的是,立體栽培對(duì)野地瓜葉綠素a含量的影響顯著,相對(duì)于匍匐栽培組,立體栽培組野地瓜中葉綠素a含量增加10.66%。

2.2 黃酮含量的測(cè)定結(jié)果

根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線,獲得蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程:y=12.185x-0.023,R2=0.996 9(圖1)。根據(jù)野地瓜老葉片的吸光度值和蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程可得,立體栽培組野地瓜的黃酮含量為186.166 7 mg/g,匍匐生長(zhǎng)組野地瓜的黃酮含量為141.908 3 mg/g(表1)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示,立體栽培對(duì)野地瓜黃酮含量的影響顯著,相對(duì)于匍匐栽培組,立體栽培組野地瓜的黃酮含量增加了31.19%。

圖1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 The Rutin standard curve

2.3 蛋白質(zhì)含量的測(cè)定結(jié)果

根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,獲得考馬斯亮藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程:y=0.000 2x-0.004 3,R2=0.997 4(圖2)。根據(jù)野地瓜葉片的吸光度值和考馬斯亮藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程可得,立體栽培野地瓜的蛋白質(zhì)含量為701.666 7 mg/g,匍匐栽培野地瓜的蛋白質(zhì)含量為699.333 3 mg/g(表1)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示,立體栽培對(duì)野地瓜的蛋白質(zhì)含量影響顯著,相對(duì)于匍匐栽培組,立體栽培組野地瓜的蛋白質(zhì)含量增加了0.33%。

圖2 考馬斯亮藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.2 The Coomassie brilliant blue standard curve

2.4 淀粉含量的測(cè)定結(jié)果

根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,獲得淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程:y=0.004x-0.014 7,R2=0.999 7(圖3)。根據(jù)野地瓜葉片的吸光度值和淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程可得,立體栽培野地瓜的淀粉含量為0.455 0 mg/g,匍匐栽培野地瓜的淀粉含量為0.435 4 mg/g(表1)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示,立體栽培對(duì)野地瓜的淀粉含量影響顯著,立體栽培野地瓜的淀粉含量比匍匐栽培野地瓜的淀粉含量增加了4.50%。

圖3 淀粉標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3 The starch standard curve

2.5 還原糖、可溶性糖含量的測(cè)定結(jié)果

根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,獲得葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程:y=0.603 8x+0.022 4,R2=0.994 3(圖4)。根據(jù)野地瓜葉片的吸光度值和葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程可得,立體栽培野地瓜中還原糖和可溶性糖的含量分別為0.672 5 mg/g、2.353 7 mg/g,而匍匐栽培野地瓜中還原糖和可溶性糖的含量分別為 0.695 4 mg/g、3.190 7 mg/g(表 1)。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示,立體栽培對(duì)野地瓜還原糖含量的影響不明顯,但對(duì)可溶性糖含量的影響顯著,匍匐栽培組野地瓜的可溶性糖含量比立體栽培組野地瓜的可溶性糖含量高35.56%。

表1 不同栽培方式對(duì)野地瓜葉片生理生化的影響Table 1 The effects of different cultivation methods on leaf physiology and biochemistry of F.tikoua

圖4 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.4 The glucose standard curve

3 結(jié)論與討論

3.1 立體栽培對(duì)野地瓜葉片生理生化的影響及其原因

3.1.1 葉綠素含量方面

不同栽培方式對(duì)野地瓜葉片中葉綠素含量的影響顯著,立體栽培組的葉綠素含量高于匍匐栽培組。由于野地瓜屬于陽生植物,而立體栽培的方法可有效減少植株葉片的遮擋,從而增加植株葉片單位面積的光照總量,增加植株對(duì)光能的吸收和利用需求,所以相對(duì)匍匐生長(zhǎng)的野地瓜植株,立體栽培的野地瓜植株中葉綠素含量較高。

3.1.2 黃酮含量方面

不同栽培方式對(duì)野地瓜葉片中黃酮含量的影響顯著,立體栽培組的黃酮含量高于匍匐栽培組。黃酮類化合物是植物中普遍存在的代謝產(chǎn)物,對(duì)植物自身的生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要,光保護(hù)和抗氧化是其主要的作用。光照(主要是紫外光和藍(lán)光)對(duì)黃酮類化合物的合成具有十分顯著的影響,其可調(diào)控黃酮合成酶基因的表達(dá),從而間接影響黃酮類化合物的含量[20～21]。有研究表明,重度遮蔭不利于植株葉片中總黃酮的積累,并且在光照強(qiáng)度相同時(shí),植株生長(zhǎng)后期的黃酮總含量遠(yuǎn)大于生長(zhǎng)前期[22]。相對(duì)于匍匐生長(zhǎng),立體栽培條件下野地瓜葉片的遮陰率更低,因此立體栽培可能更有利于黃酮的積累;同時(shí),在野地瓜生長(zhǎng)后期,也就是黃酮積累的高峰期,極低的遮陰率可能更有利。

3.1.3 蛋白質(zhì)含量方面

不同栽培方式對(duì)野地瓜葉片中蛋白質(zhì)含量的影響顯著,立體栽培組野地瓜的蛋白質(zhì)含量高于匍匐栽培組野地瓜的蛋白質(zhì)含量。蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)承擔(dān)者。一方面,立體栽培的野地瓜具有更強(qiáng)的攀升能力、光合作用能力,甚至可能有更強(qiáng)的繁殖能力,這就需要野地瓜具有較多的高活性蛋白質(zhì),以維持正常的生命活動(dòng);另一方面,立體栽培野地瓜體內(nèi)的生物反應(yīng)速率和強(qiáng)度也可能高于匍匐生長(zhǎng)的野地瓜,這就需要其具有較多的氧化還原酶、水解酶等生物酶,以滿足體內(nèi)的反應(yīng)需求。

3.1.4 淀粉含量方面

不同栽培方式對(duì)野地瓜葉片中淀粉含量的影響顯著,立體栽培組野地瓜的淀粉含量高于匍匐栽培組野地瓜的淀粉含量。有研究表明,20%～80%的遮陰處理均會(huì)降低水稻的淀粉含量,且降低的幅度隨遮陰程度的增加而增加[23]。本文結(jié)果顯示,立體栽培野地瓜的淀粉含量增加,這可能是因?yàn)楣馐且暗毓线M(jìn)行光合作用的主要?jiǎng)恿?而立體栽培使野地瓜更容易獲得光照,只有在光照較強(qiáng)的條件下,野地瓜細(xì)胞才能產(chǎn)生葉綠素進(jìn)行光合作用,進(jìn)而制造淀粉等有機(jī)物質(zhì)供野地瓜生長(zhǎng),最終提高野地瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。

3.1.5 還原糖和可溶性糖含量方面

立體栽培方式對(duì)野地瓜葉片的可溶性糖含量影響顯著,而對(duì)野地瓜葉片的還原糖含量影響不顯著。立體栽培組野地瓜的還原糖含量和可溶性糖含量均低于匍匐栽培組野地瓜。有研究表明,適度遮陰可使半夏還原糖和可溶性糖的含量有所增加[24]。因此,文中立體栽培組還原糖和可溶性糖含量偏低的原因可能有以下兩點(diǎn):一是立體栽培野地瓜大面積曝曬在陽光下,而匍匐栽培野地瓜由于立體栽培野地瓜的遮擋或者自身葉片重疊只有很少一部分葉片在陽光下下曝曬,這樣適度的遮陰使匍匐栽培野地瓜還原糖和可溶性糖的含量都高于立體栽培組;二是立體栽培組野地瓜的莖葉較為粗壯,其消耗的有機(jī)物也就較多,從而使得還原糖和可溶性糖含量較少。

綜上可知,立體栽培組野地瓜的葉綠素、黃酮、蛋白質(zhì)、淀粉含量都高于匍匐栽培組,這使得立體栽培野地瓜的藥用價(jià)值和結(jié)果產(chǎn)量較匍匐生長(zhǎng)野地瓜都可能處于更高水平。立體栽培野地瓜莖葉較粗,葉片較寬,葉片之間的相互遮擋較少,直接影響葉片之間的遮陰率。較低的遮陰率使得葉綠素含量處于較高水平,野地瓜經(jīng)光照和葉綠素進(jìn)行同化作用而產(chǎn)生的黃酮、蛋白質(zhì)、淀粉等物質(zhì)的含量也相應(yīng)增加;而由于立體生長(zhǎng)的野地瓜莖粗葉寬,所以可溶性糖含量較難達(dá)到匍匐生長(zhǎng)野地瓜的相應(yīng)水平?？偟膩碇v,立體栽培是可以提高野地瓜藥用價(jià)值和結(jié)果產(chǎn)量的優(yōu)質(zhì)栽培方式。

3.2 立體栽培技術(shù)在野地瓜種植中的啟發(fā)

一方面,通過本實(shí)驗(yàn)可知,立體栽培大大降低了葉片之間的遮陰率,這有助于增強(qiáng)光合強(qiáng)度,促進(jìn)有機(jī)化合物的形成,從而使野地瓜的葉綠素、黃酮、蛋白質(zhì)、淀粉等化合物的含量得到顯著提升,這與水稻[23]、苦蕎[25]、玉米[26]等其他經(jīng)濟(jì)作物中的研究結(jié)果相似。因此,鼓勵(lì)野地瓜種植戶采用立體栽培技術(shù),有望提高野地瓜的結(jié)果產(chǎn)量和黃酮類化合物的含量,相應(yīng)地,可在社會(huì)范圍內(nèi)收到較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和藥用價(jià)值。

另一方面,合理密植立體栽培能最大限度地提高野地瓜植株對(duì)空間的利用率,增加單位面積內(nèi)的野地瓜植株種植數(shù),從而提高產(chǎn)量;同時(shí)還可避免野地瓜葉片因雨水過多或所處環(huán)境過于潮濕等而腐爛,從而減少野地瓜的植株損耗。這不僅可在一定程度上解決當(dāng)前土地資源緊缺的問題,而且為野地瓜高差優(yōu)質(zhì)栽培奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。因此,可鼓勵(lì)野地瓜種植戶在實(shí)際種植過程中采用立體栽培技術(shù),并合理密植,以充分利用陽光和土地,開辟野地瓜種植新模式。

3.3 展望

唐偉等[1]的研究證實(shí),立體栽培的野地瓜具有更高的結(jié)果產(chǎn)量,本研究認(rèn)為這可能與立體栽培野地瓜體內(nèi)葉綠素、黃酮、蛋白質(zhì)、淀粉等重要化合物的含量提高有關(guān)。在今后的研究中,建議對(duì)比相同情況下立體生長(zhǎng)野地瓜和匍匐生長(zhǎng)野地瓜的果實(shí)在蛋白質(zhì)、淀粉、可溶性糖和還原糖等物質(zhì)含量上的差異,分析不同栽培方式對(duì)果實(shí)中相關(guān)物質(zhì)含量的影響及可能的原因。

野地瓜果實(shí)具有較高的安全性和營養(yǎng)價(jià)值,其維生素、氨基酸等有機(jī)物以及礦物質(zhì)的種類和數(shù)量在常見的新鮮水果中處于較高水平[5]。在今后的研究中,建議對(duì)比相同情況下立體生長(zhǎng)野地瓜和匍匐生長(zhǎng)野地瓜的果實(shí)在維生素、氨基酸等有機(jī)物以及礦物質(zhì)的種類和含量方面的差異,分析不同栽培方式對(duì)果實(shí)營養(yǎng)成分的影響及可能的原因。若立體栽培野地瓜果實(shí)的營養(yǎng)成分同比高于匍匐生長(zhǎng),則立體栽培可提高野地瓜的藥用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值、營養(yǎng)價(jià)值,值得大面積推廣;若不然,則應(yīng)在藥用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值與營養(yǎng)價(jià)值中選擇平衡點(diǎn),探討野地瓜在不同需求領(lǐng)域的最優(yōu)化種植方式。