不同光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)、生理和黃酮類成分積累的影響

代艾林， 張永剛， 艾強(qiáng)， 滕熙超， 楊利民

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院，長(zhǎng)春 130118）

朝鮮淫羊藿（Epimedium koreanum Nakai）為小檗科淫羊藿屬多年生草本植物，主要分布于中國(guó)東北長(zhǎng)白山地區(qū)、日本海沿岸、朝鮮北部[1]。朝鮮淫羊藿作為常用中藥淫羊藿的重要基原，1977年起被歷版《中國(guó)藥典》收載，以其干燥葉入藥，具有補(bǔ)腎陽(yáng)、祛風(fēng)濕、強(qiáng)筋骨的功效。朝鮮淫羊藿的主要活性成分為黃酮類物質(zhì)，其中，總黃酮、淫羊藿苷、朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C被2020年版《中國(guó)藥典》列為指標(biāo)性成分[2]。

吉林省長(zhǎng)白山地區(qū)是朝鮮淫羊藿的主要分布地。近年來(lái)，由于需求量增加和不合理采集，野生朝鮮淫羊藿資源急劇減少，亟需擴(kuò)大人工栽培以解決朝鮮淫羊藿資源短缺的現(xiàn)狀。栽培環(huán)境和生態(tài)因子是影響朝鮮淫羊藿產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。野生朝鮮淫羊藿多生于疏林下、灌叢間或林緣半陰環(huán)境，上層林木對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收、反射，使得林下透射光的光強(qiáng)和光質(zhì)發(fā)生改變[3]。研究表明，包括光質(zhì)在內(nèi)的光環(huán)境會(huì)影響藥用植物的生長(zhǎng)和品質(zhì)[4-6]。因此，光調(diào)控成為朝鮮淫羊藿栽培生產(chǎn)中的重要影響因素[7-8]。目前，有關(guān)光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)、生理和黃酮類成分積累的研究還較為缺乏。因此，本文以朝鮮淫羊藿為研究對(duì)象，設(shè)置4個(gè)光質(zhì)處理，探討不同光質(zhì)處理對(duì)其生長(zhǎng)、生理和黃酮類成分積累的影響，以期為朝鮮淫羊藿培育過(guò)程中的光照管理優(yōu)化、提高藥材的產(chǎn)量和品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

將由吉林省臨江市錯(cuò)草溝的野生朝鮮淫羊藿根莖繁殖而來(lái)的朝鮮淫羊藿栽植于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)藥用植物園，于2020年6月移栽于塑料盆（長(zhǎng)、寬、高分別為43.0、18.5、14.0 cm）中培養(yǎng)，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株作為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置白光（400～690 nm，對(duì)照）、紅光（600～690 nm）、黃光（560～580 nm）和藍(lán)光（400～510 nm）4種光質(zhì)處理。將試驗(yàn)材料移至具有不同光源的培養(yǎng)間培養(yǎng)（光照16 h·d-1，日間溫度24～27℃，夜間溫度15～19℃，空氣濕度60%），處理30 d后采收樣品，進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。LED光源購(gòu)自深圳宸華節(jié)能照明有限公司。

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)測(cè)定 采用直尺測(cè)量朝鮮淫羊藿株高；游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗；電子天平（德國(guó)Sartorius）測(cè)量其鮮重；CI-203葉面積儀（美國(guó)CID公司）測(cè)定葉面積；60℃干燥至恒重后測(cè)量干重，粉碎備用。

1.3.2 葉綠素含量測(cè)定 采用95%乙醇浸提法[9]測(cè)定朝鮮淫羊藿葉片中葉綠素a（chlorophyll a，Chl a）和葉綠素b（chlorophyll b，Chl b）含量，計(jì)算葉綠素a+b（chlorophyll a+b，Chl a+b）含量和葉綠素a/b（chlorophyll a/b，Chl a/b）的值。

1.3.3 葉片光合參數(shù)測(cè)定 使用LCpro+便攜式光合作用系統(tǒng)（英國(guó) ADC BioScientific Ltd.）在9:00—10:00測(cè)定4個(gè)光質(zhì)處理組的朝鮮淫羊藿葉片光合參數(shù)，包括凈光合速率（net photosynthetic rate，Pn）、蒸騰速率（transpiration rate，Tr）、氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，Gs）和 胞 間 CO2濃 度（intercellular CO2concentration，Ci）。

1.3.4 抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)測(cè)定 采集4個(gè)處理組新鮮朝鮮淫羊藿葉片各0.50 g，3次重復(fù)。加適量液氮徹底研磨成粉末，轉(zhuǎn)入10 mL離心管中，加磷酸鹽緩沖液（phosphate buffer saline，PBS）至終體積5 mL，混勻，12 000 r·min-1、4 ℃低溫離心20 min，取上清液使用酶標(biāo)儀進(jìn)行檢測(cè)。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性采取NBT光化還原法于560nm測(cè)定；過(guò)氧化物酶（peroxidase，POD）活性采取愈創(chuàng)木酚法于420 nm測(cè)定；過(guò)氧化氫酶（catalase，CAT）活性采取可見(jiàn)光法于405 nm測(cè)定；丙二醛（malondialdehyde，MDA）含量采取硫代巴比妥酸比色法于532 nm測(cè)定；可溶性蛋白質(zhì)含量采取考馬斯亮藍(lán)染色法于595 nm測(cè)定[9]。

1.3.5 黃酮類成分含量測(cè)定 取4個(gè)處理組朝鮮淫羊藿烘干樣品各0.50 g，3次重復(fù)。參照《中國(guó)藥典》[2]測(cè)定總黃酮、淫羊藿苷、朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C的含量，總黃酮醇苷含量為淫羊藿苷、朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C含量的總和。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS軟件對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，利用Origin 2017軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿生長(zhǎng)的影響

由表1可知，不同光質(zhì)處理對(duì)朝鮮淫羊藿株高、莖粗影響不顯著。藍(lán)光、黃光、紅光處理下的葉面積與對(duì)照白光處理均無(wú)顯著差異；藍(lán)光和黃光處理的葉面積顯著高于紅光處理（P＜0.05）。與白光處理相比，黃光和藍(lán)光處理均顯著增加了朝鮮淫羊藿的葉鮮重和干重（P＜0.05），其中，黃光和藍(lán)光處理的葉干重分別較對(duì)照增加25.9%和13.9%。綜合各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)表明，與對(duì)照白光相比，短期黃光和藍(lán)光處理對(duì)株高、莖粗及葉面積無(wú)顯著影響，但葉鮮重和干重顯著增加。

表1 不同光質(zhì)下朝鮮淫羊藿的生長(zhǎng)指標(biāo)Table 1 Growth indexes of Epimedium koreanum under different light quality

2.2 光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿葉片葉綠素含量的影響

由圖1可知，光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿葉片中葉綠素含量有顯著影響。葉綠素a、葉綠素b和葉綠素a+b含量均以藍(lán)光處理最高，表現(xiàn)為：藍(lán)光處理＞白光處理＞黃光處理和紅光處理。藍(lán)光處理的葉綠素a/b值最高，顯著高于黃光處理，但與白光和紅光處理差異不顯著。綜合表明，藍(lán)光處理增加了朝鮮淫羊藿葉片中葉綠素含量，而黃光處理和紅光處理不利于朝鮮淫羊藿葉片中葉綠素的積累。

圖1 不同光質(zhì)下朝鮮淫羊藿的葉綠素含量Fig.1 Chlorophyll contents of Epimedium koreanum under different light quality

2.3 光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿葉片光合參數(shù)的影響

由圖2可知，光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿葉片的光合參數(shù)有顯著影響。藍(lán)光處理下朝鮮淫羊藿葉片的凈光合速率最高，顯著高于紅光和黃光處理，但與對(duì)照白光處理無(wú)顯著差異。藍(lán)光處理下葉片的Gs也最高，顯著高于其他處理；而紅光和黃光處理葉片的Gs顯著低于白光對(duì)照。不同處理間的Tr和Ci均存在顯著差異，但Tr表現(xiàn)為藍(lán)光處理＞白光處理＞黃光處理＞紅光處理；Ci表現(xiàn)為白光處理＞藍(lán)光處理＞黃光處理＞紅光處理。以上結(jié)果表明，藍(lán)光處理能夠更有效地誘導(dǎo)氣孔開(kāi)放，有利于朝鮮淫羊藿葉片的光合作用；而紅光和黃光處理則會(huì)抑制其光合作用。

圖2 不同光質(zhì)下朝鮮淫羊藿的光合參數(shù)Fig.2 Photosynthetic parameters of Epimedium koreanum under different light quality

2.4 光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿葉片MDA和可溶性蛋白含量及抗氧化酶活性的影響

由圖3可知，光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿葉片中抗氧化酶活性及可溶性蛋白和MDA含量有顯著影響。朝鮮淫羊藿葉片中SOD、POD、CAT活性總體呈現(xiàn)黃光和紅光處理較高，藍(lán)光處理低于對(duì)照白光處理，即黃光和紅光處理增強(qiáng)了葉片中SOD、POD和CAT活性，有利于葉片中活性氧的清除。藍(lán)光處理顯著提高了葉片中可溶性蛋白含量，較對(duì)照白光處理提高12.7%；而紅光、黃光處理可溶性蛋白含量分別較對(duì)照白光處理顯著降低22.8%和22.2%。紅光、黃光、藍(lán)光處理葉片中MDA含量均顯著低于對(duì)照白光處理，減輕了膜脂過(guò)氧化程度。

圖3 不同光質(zhì)下朝鮮淫羊藿的抗氧化酶活性及MDA和可溶性蛋白含量Fig.3 Antioxidant enzyme activity，MDA and soluble protein content of Epimedium koreanum under different light quality

2.5 光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿葉片黃酮類成分含量的影響

由表2可知，不同光質(zhì)對(duì)朝鮮淫羊藿葉中總黃酮、朝藿定A、淫羊藿苷、總黃酮醇苷含量的影響趨勢(shì)一致。藍(lán)光處理朝鮮淫羊藿葉中總黃酮、淫羊藿苷和總黃酮醇苷含量最大，較對(duì)照白光處理分別顯著提高12.9%、14.3%和8.6%。紅光和黃光處理葉中總黃酮、淫羊藿苷和總黃酮醇苷含量顯著低于藍(lán)光和對(duì)照白光處理。綜上表明，藍(lán)光處理促進(jìn)了朝鮮淫羊藿黃酮類成分的積累，而紅光、黃光處理不利于黃酮類成分的積累。

表2 不同光質(zhì)下朝鮮淫羊藿的黃酮類成分含量Table 2 Content of flavonoids in Epimedium koreanum under different light quality

3 討論

光是植物生長(zhǎng)發(fā)育的基本環(huán)境因素，光質(zhì)對(duì)植物的形態(tài)建成具有重要的調(diào)節(jié)作用。研究顯示，紅光促進(jìn)莖伸長(zhǎng)，而藍(lán)光則抑制莖伸長(zhǎng)、增加葉面積，補(bǔ)充藍(lán)光顯著降低了丹參種子直播苗以及根栽苗的株高[10]。遠(yuǎn)志的株高在紅光、黃光處理下顯著增加，葉寬則表現(xiàn)為藍(lán)光處理下顯著高于紅光和黃光處理[11]。草珊瑚幼苗進(jìn)行紅光處理，表現(xiàn)為促進(jìn)莖伸長(zhǎng)，但抑制莖的橫向增長(zhǎng)，葉面積相對(duì)較小，根部發(fā)育明顯弱化，導(dǎo)致鮮重和干重較白光和藍(lán)光處理顯著降低[12]。本研究中，朝鮮淫羊藿在各光質(zhì)處理30 d后，株高、莖粗雖差異不顯著，但藍(lán)光處理有降低趨勢(shì)；葉面積在藍(lán)光和黃光處理下顯著高于紅光處理，但與對(duì)照白光處理差異不顯著；葉鮮重在紅光、黃光、藍(lán)光處理下較對(duì)照增加；葉干重在黃光和藍(lán)光處理下顯著高于對(duì)照白光處理。即光質(zhì)在一定程度上對(duì)朝鮮淫羊藿的生長(zhǎng)起調(diào)控作用，與前人研究結(jié)果相一致。但對(duì)分布于我國(guó)貴州、廣西等省（自治區(qū)、市）的同屬植物擬巫山淫羊藿的研究顯示，藍(lán)光和紅光處理顯著降低了擬巫山淫羊藿的葉面積，而黃光處理與白光處理差異不顯著[6,13]。由此表明，環(huán)境可能影響植物對(duì)光調(diào)控的響應(yīng)，且不同植物對(duì)同種光質(zhì)的應(yīng)答也可能存在差異。

光質(zhì)通過(guò)植物體內(nèi)光敏色素來(lái)調(diào)控植物的光合作用，不同光質(zhì)對(duì)葉綠素的調(diào)節(jié)可能因植物種類、組織器官的不同而存在差異。Johkan等[14]發(fā)現(xiàn)藍(lán)光可提高葉片葉綠素a和類胡蘿卜素含量；不同光質(zhì)下紫蘇葉片凈光合速率表現(xiàn)為：藍(lán)光＞紅光＞綠光＞黃光，可能是藍(lán)光和紅光有利于提高葉綠素a、b和類胡蘿卜素的含量[15]。本研究中，藍(lán)光處理下朝鮮淫羊藿葉片中葉綠素a、b和葉綠素a+b含量均較高，表現(xiàn)為：藍(lán)光處理＞白光處理＞黃光處理＞紅光處理。凈光合速率與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)。藍(lán)光促進(jìn)葉片氣孔開(kāi)放，增加了胞間CO2濃度，凈光合速率高于其他處理。

光質(zhì)對(duì)植物氮代謝有重要的調(diào)節(jié)作用，藍(lán)光區(qū)光量子能量較高，有利于提供較多能量用于合成蛋白質(zhì)[16]。MDA含量常被用來(lái)作為膜脂過(guò)氧化指標(biāo)，間接測(cè)定膜脂受損傷程度。SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)重要的保護(hù)酶，其活性高低反映了某一時(shí)期植株體內(nèi)代謝和抗逆性的變化及受活性氧毒害的程度。研究表明，草珊瑚幼苗在長(zhǎng)時(shí)間藍(lán)光誘導(dǎo)后，葉片MDA含量增加，植株膜系統(tǒng)受到一定程度損傷，SOD和POD活性增高以應(yīng)對(duì)并減緩活性氧對(duì)植株的毒害；而紅光誘導(dǎo)下MDA含量及SOD和POD活性均顯著低于藍(lán)光和白光，認(rèn)為紅光誘導(dǎo)下草珊瑚幼苗并未受到活性氧毒害[12]。盧素萍等[17]研究顯示，藍(lán)光和紫光處理后烤煙葉片CAT活性較白光降低，葉片中H2O2和MDA含量顯著高于對(duì)照；紅光和黃光處理后煙葉CAT活性升高，降低了煙葉中H2O2和MDA含量。本研究中，黃光和紅光處理增強(qiáng)了朝鮮淫羊藿葉片SOD、POD、CAT活性，且顯著降低了朝鮮淫羊藿葉片中MDA含量，減輕了膜脂過(guò)氧化程度；藍(lán)光處理后，朝鮮淫羊藿葉中MDA含量及SOD、POD、CAT活性均低于對(duì)照白光處理，且藍(lán)光處理后葉片的光合速率和可溶性蛋白含量也較高，表明其受到活性氧毒害的程度較低。

光質(zhì)不僅影響植物的生長(zhǎng)和初生代謝，還影響植物的次生代謝過(guò)程。研究表明，藍(lán)光對(duì)黃酮、生物堿、萜類內(nèi)酯、糖苷等次生代謝產(chǎn)物有顯著影響[18]；可促進(jìn)水母雪蓮中黃酮合成[19-20]；提高苦蕎麥芽中酚類化合物含量[21]；短波段的藍(lán)光更有利于植物葉內(nèi)黃酮類化合物的積累，而長(zhǎng)波段的紅光對(duì)葉中黃酮類化合物積累有抑制作用[22]；不同光質(zhì)對(duì)金線蓮中總黃酮含量的促進(jìn)效果表現(xiàn)為藍(lán)光＞黃光＞紅光＞白光，對(duì)總黃酮、槲皮素、異鼠李素和山柰酚的促進(jìn)作用均表現(xiàn)為藍(lán)光大于黃光，紅光效果最差[23]；LED藍(lán)光處理更有利于青錢(qián)柳葉中異槲皮苷、山奈酚和槲皮素黃酮類化合物的積累[24]。本研究表明，藍(lán)光處理后，朝鮮淫羊藿葉中總黃酮、淫羊藿苷和總黃酮醇苷含量均較高，表明藍(lán)光有利于黃酮類成分的積累，與前人研究結(jié)果一致。

朝鮮淫羊藿作為常用中藥材和保健品的重要原料，其黃酮類成分產(chǎn)量的高低，不僅與葉中黃酮類成分的含量高低有關(guān)，也與葉生物量的多少密切相關(guān)。本研究顯示，和其他光質(zhì)比較，補(bǔ)充藍(lán)光會(huì)更有利于提高葉片產(chǎn)量和葉中黃酮類物質(zhì)的積累。因此，在朝鮮淫羊藿栽培過(guò)程中可通過(guò)覆蓋藍(lán)色透光膜或在夜晚補(bǔ)充藍(lán)色LED光源，從而提高葉片產(chǎn)量和葉中黃酮類成分含量。另外，本研究?jī)H對(duì)朝鮮淫羊藿進(jìn)行了30 d光質(zhì)調(diào)控，關(guān)于階段性及長(zhǎng)期光質(zhì)調(diào)控對(duì)朝鮮淫羊藿的影響還有待進(jìn)一步研究。