遮陰對(duì)地黃生長(zhǎng)及生理特性的影響

劉春琰，黃 勇，郭 猛，張紅瑞，周 艷，李賀敏

（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南 鄭州 460000）

地黃為玄參科植物地黃（Rehmannia glutinosaL.）的新鮮或干燥塊根[1]，別名婆婆奶、地髓、小雞喝酒等，是常用大宗中藥材。地黃栽培歷史悠久，是著名的四大懷藥之一[2]，河南焦作的溫縣、武陟等為其道地產(chǎn)區(qū)?，F(xiàn)代藥理學(xué)和中藥化學(xué)研究表明，地黃的主要有效成分為環(huán)烯醚萜類、紫羅蘭酮類、苯乙醇苷類、糖類及其他化合物[3‐4]，具有增強(qiáng)免疫、抗糖尿病及其并發(fā)癥、抗骨質(zhì)疏松、抗炎、抗電離輻射等藥理作用[5‐6]。隨著人們醫(yī)療保健意識(shí)的增強(qiáng)，地黃的需求量逐年增加。

光是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育、生理代謝的重要生態(tài)因子之一，光照條件的改變會(huì)引起植物形態(tài)學(xué)、生理學(xué)上的一系列改變。有數(shù)據(jù)表明，華北平原全年太陽(yáng)總輻射呈顯著下降趨勢(shì)，1961—2020 年的年太陽(yáng)總輻射平均減少了14.3%[7]，且近年來(lái)河南省夏季多發(fā)生連陰雨天氣，造成寡照條件，嚴(yán)重影響作物生長(zhǎng)發(fā)育。有研究表明，玉米在生育期內(nèi)所受太陽(yáng)輻射減少1 kJ/cm2，生物量會(huì)減少337.5 kg/hm2[8]。遮陰對(duì)植物各方面的影響成為科研人員的研究重點(diǎn)。地黃為喜光植物，光照不足對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育影響較大。關(guān)于遮陰對(duì)地黃的影響已有研究，但主要集中在地黃遮陰后差異表達(dá)的基因方面[9‐10]，有關(guān)遮陰對(duì)地黃生長(zhǎng)發(fā)育、生理特性和有效成分含量影響的研究較少[11]。故設(shè)不同梯度遮陰處理，探究遮陰對(duì)地黃生長(zhǎng)發(fā)育、生理特性以及有效成分含量等的影響，以期為地黃在弱光環(huán)境中的高效栽培提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以河南省地黃主栽品種金九（河南省武陟縣沁懷四大懷藥研究所提供）作為試驗(yàn)材料，經(jīng)河南農(nóng)業(yè)大學(xué)李賀敏副教授鑒定，為玄參科植物地黃（Rehmannia glutinosaL.）的塊根。種植前一天將塊根分成3～4 cm 的小段，每段留3 個(gè)左右芽眼，用生石灰拌種，備用。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020 年4—10 月在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)原陽(yáng)基地（113°56′E、35°6′N）進(jìn)行。試驗(yàn)地前茬撂荒，肥力中等，試驗(yàn)地塊為砂質(zhì)壤土，8 a內(nèi)未種植過(guò)地黃。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為T1（正常光照，CK）、T2（20%遮陰）、T3（50%遮陰）、T4（80%遮陰）。遮陰處理選擇市售不同遮光率的黑色遮陽(yáng)網(wǎng)進(jìn)行遮陰模擬（實(shí)際遮光率分別為22.5%、48.7%、82.3%）。小區(qū)面積12 m2（3 m×4 m），隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。4 月中旬整地，小區(qū)內(nèi)起壟單行種植，壟高15 cm、壟距20 cm，株距25 cm。4 月23 日種植，6 月16 日齊苗后遮陰，用竹竿搭建支架，遮陽(yáng)網(wǎng)高50 cm，一般大田管理。

在地黃生長(zhǎng)的葉部形態(tài)建成期取樣2 次，取樣日期分別為7 月11 日和8 月5 日；在根部形態(tài)建成期取樣2次，取樣日期為8月31日和9月25日；在地黃的生育后期取樣1次，取樣日期為10月20日。共取樣5 次。各處理隨機(jī)取樣10 株，整株挖出，清除表面雜質(zhì)，進(jìn)行根部農(nóng)藝性狀和生理指標(biāo)的測(cè)定。于生育后期（10 月20 日）取樣進(jìn)行地黃有效成分含量的測(cè)定。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

1.3.1 根部農(nóng)藝性狀的測(cè)定 根條數(shù)：植株所有根的數(shù)量；根長(zhǎng)：植株最長(zhǎng)的3 條根長(zhǎng)度平均值；根直徑：植株最粗的3 條根直徑平均值；塊根數(shù)：直徑超過(guò)0.5 cm 的根的數(shù)量；根鮮質(zhì)量：取樣后將植株表面的雜質(zhì)清洗干凈，待植株表面水分晾干后，稱量地下部分鮮質(zhì)量；根干質(zhì)量：將植株地下部分切成0.5 cm 左右的小段，105 ℃下殺青30 min，然后在55 ℃下烘干稱量。

1.3.2 生理指標(biāo)的測(cè)定 生理指標(biāo)測(cè)定所需樣品于當(dāng)天9：00—11：00 取樣，塊根挖出后用蒸餾水迅速?zèng)_洗干凈，吸干表面水分，用錫箔紙包裹并標(biāo)記，迅速轉(zhuǎn)入液氮中，帶回實(shí)驗(yàn)室后放入-80 ℃冰箱保存，備用。超氧化物歧化酶（SOD）活性使用氮藍(lán)四唑法測(cè)定，過(guò)氧化物酶（POD）活性使用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，根系活力使用氯化三苯基四氮唑法測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮乙酸乙酯法測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定，游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測(cè)定。以上各指標(biāo)的測(cè)定均參照王學(xué)奎[12]方法進(jìn)行。

1.3.3 有效成分含量測(cè)定 地黃塊根中有效成分含量參照張留記等[13]的方法采用高效液相法進(jìn)行測(cè)定，高效液相色譜儀型號(hào)為Agilent Technologies 1260 InfinityⅡ，色譜柱為Dikma platisil（5 μm ODS，250 mm×4.6 mm），檢測(cè)器為DAD 檢測(cè)器。毛蕊花糖苷對(duì)照品購(gòu)自北京融誠(chéng)鑫德科技發(fā)展有限公司（CAS：61276-17-3）；梓醇對(duì)照品購(gòu)自北京融誠(chéng)鑫德科技發(fā)展有限公司（CAS：2415-24-9）；地黃苷D對(duì)照品購(gòu)自上海源葉生物科技有限公司（CAS：81720-08-3）。對(duì)照品純度均大于98%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016 和SPSS 24.0 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 遮陰對(duì)地黃根部生長(zhǎng)發(fā)育的影響

各處理地黃根長(zhǎng)、根直徑、塊根數(shù)和根條數(shù)在全生育期內(nèi)均呈逐漸增加趨勢(shì)（圖1），均在10月20日達(dá)到最大。T2 處理的地黃根長(zhǎng)較T1 處理增加，但差異不顯著；根直徑和塊根數(shù)較T1 處理減少，根直徑在7月11日和8月31日顯著低于T1處理，塊根數(shù)在9月25日顯著低于T1處理；根條數(shù)僅在9月25日和10 月20 日顯著低于T1，分別較T1 低16.67%、16.33%，其余時(shí)期與T1 無(wú)顯著差異。T3 和T4 處理在不同生育時(shí)期均顯著抑制地黃根長(zhǎng)、根直徑、塊根數(shù)和根條數(shù)，抑制作用為T4>T3。10 月20 日，T3處理的根長(zhǎng)、根直徑、塊根數(shù)和根條數(shù)分別較T1 降低22.07%、19.79%、16.22%、26.53%；T4 處理的根長(zhǎng)、根直徑、塊根數(shù)和根條數(shù)分別較T1 降低24.83%、49.10%、51.35%、48.98%。

圖1 遮陰對(duì)地黃根部生長(zhǎng)發(fā)育的影響Fig.1 Effect of shading on root growth and development of R.glutinosa

2.2 遮陰對(duì)地黃根部物質(zhì)積累的影響

全生育期內(nèi)各處理地黃根鮮質(zhì)量和干質(zhì)量呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)（圖2），均在10 月20 日達(dá)到最大。10月20 日，T1、T2、T3 和T4 處理的根鮮質(zhì)量分別為604.94、454.69、327.83、29.62 g。3 個(gè)遮陰處理均顯著抑制地黃根鮮質(zhì)量和干質(zhì)量，抑制作用為T4>T3>T2。10 月20 日，T4、T3 和T2 處理地黃根鮮質(zhì)量分別較T1 處理降低95.10%、45.81%、24.84%，根干質(zhì)量分別較T1 處理降低95.81%、50.09%、27.28%。遮陰使得地黃根鮮質(zhì)量的快速增長(zhǎng)期向后推遲，T1處理的根鮮質(zhì)量在8 月5—31 日快速增長(zhǎng)，期間增長(zhǎng)135.33%；T2 處理在8 月31 日—9 月25 日快速增長(zhǎng)，期間增長(zhǎng)111.58%；T3處理和T4處理的根鮮質(zhì)量無(wú)顯著的快速增長(zhǎng)期。

圖2 遮陰對(duì)地黃根部物質(zhì)積累的影響Fig.2 Effect of shading on material accumulation in roots of R.glutinosa

2.3 遮陰對(duì)地黃根部細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

不同遮陰處理對(duì)地黃根部可溶性糖含量的影響不同（圖3）。T3 和T4 處理在全生育期內(nèi)均降低可溶性糖含量，T2處理在不同生育時(shí)期對(duì)可溶性糖含量的影響不同。7 月11 日，T2 處理顯著提高地黃可溶性糖含量，較T1 處理提高7.59%；9 月25 日，T2處理顯著降低可溶性糖含量，較T1 處理降低11.58%；其余時(shí)期與T1 處理無(wú)顯著差異。全生育期內(nèi)，T2處理提高地黃可溶性蛋白含量，但8月5日和10月20日與T1處理無(wú)顯著差異；T3和T4處理的地黃可溶性蛋白含量?jī)H在7月11日低于T1處理，其余時(shí)期均高于T1 處理，但T4 處理僅在10 月20 日與T1處理的差異達(dá)顯著水平。7月11日，T2、T3、T4處理的游離脯氨酸含量顯著低于T1 處理，分別較T1處理降低30.39%、35.63%、60.62%；8 月5 日、9 月25日和10 月20 日，T2、T3、T4 處理的游離脯氨酸含量均高于T1 處理；8 月31 日，T2 處理的地黃游離脯氨酸含量顯著低于T1處理，T4處理顯著高于其他3個(gè)處理，T3處理和T1處理無(wú)顯著差異。

圖3 遮陰對(duì)地黃根部細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響Fig.3 Effect of shading on osmoregulation substance content of R.glutinosa tuber cells

2.4 遮陰對(duì)地黃根部SOD、POD活性和根系活力的影響

遮陰對(duì)地黃SOD和POD活性的影響見圖4。各處理SOD 活性變化趨勢(shì)不同，T1、T2、T3 處理的地黃SOD 活性總體表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，而T4 處理表現(xiàn)為先上升后下降趨勢(shì)。7 月11 日、8 月5 日和10 月20 日，遮陰抑制SOD 活性，8 月31 日和9 月25日，遮陰提高SOD 活性。T2 處理僅在9 月25 日提高POD活性，T4 處理僅在8 月31 日對(duì)POD 活性有提高作用，其余時(shí)期2 個(gè)遮陰處理均抑制POD 活性；T3 處理在9 月25 日對(duì)POD 活性提高不顯著，在10 月20日顯著提高POD 活性，其余時(shí)期均抑制POD 活性。全生育期內(nèi)各處理地黃根系活力表現(xiàn)為先上升后下降趨勢(shì)，8 月31 日各處理根系活力最高，分別為6.25、5.49、4.43、3.88 mg/（g·h）。遮陰抑制地黃根系活力，T2 處理的抑制作用最小，T4 處理的抑制作用最強(qiáng)。

圖4 遮陰對(duì)地黃根部SOD（A）、POD（B）活性和根系活力（C）的影響Fig.4 Effect of shading on SOD（A）、POD（B）activity and root activity（C）in R.glutinosa root tuber

2.5 遮陰對(duì)地黃有效成分含量的影響

參照張留記等[13]的方法，進(jìn)行對(duì)照品溶液的配制和樣品溶液的提取，并進(jìn)行線性關(guān)系、精密度、穩(wěn)定性、重復(fù)性、加樣回收率的考察。毛蕊花糖苷、梓醇、地黃苷D 這3 種成分在檢測(cè)范圍內(nèi)有良好的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)（r）分別為0.999 4、0.999 1、0.999 3，且穩(wěn)定性、重復(fù)性和加樣回收率均滿足試驗(yàn)要求，儀器的精密度滿足試驗(yàn)要求。

由圖5 可知，不同遮陰處理對(duì)地黃塊根中有效成分含量的影響不同。與T1 處理相比，T2 處理對(duì)地黃塊根中梓醇含量無(wú)顯著影響，T3 和T4 處理顯著降低梓醇含量，分別較T1 處理降低22.02%、63.33%。遮陰抑制地黃塊根中地黃苷D 含量，抑制作用為T4>T3>T2，T4、T3、T2 處理地黃苷D 含量較T1 處理分別降低38.70%、26.36%、7.69%，大多數(shù)處理間差異達(dá)顯著水平。遮陰提高毛蕊花糖苷含量，遮陰度越高，提高幅度越大，T1 處理的毛蕊花糖苷含量為0.216%，T2、T3、T4 處理地黃毛蕊花糖苷含量分別較T1提高26.11%、37.47%、50.44%。

圖5 遮陰對(duì)地黃塊根中有效成分含量的影響Fig.5 Effect of shading on the content of effective components in R.glutinosa root tuber

3 結(jié)論與討論

地黃塊根既為貯藏器官也為收獲部位，其生長(zhǎng)發(fā)育和物質(zhì)積累量直接決定經(jīng)濟(jì)效益。前人研究表明，遮陰條件下植物所接受的有效光輻射減少，光合作用降低，合成的有機(jī)物質(zhì)量減少，最終導(dǎo)致貯藏器官物質(zhì)積累量減少[14‐15]。本研究中，遮陰條件下地黃根干鮮質(zhì)量降低，根部不能正常生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致其根長(zhǎng)、根直徑、塊根數(shù)等均減少，和前人研究結(jié)果一致[16]。

可溶性糖、可溶性蛋白和游離脯氨酸是植物體內(nèi)重要的細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境脅迫下三者協(xié)同作用，共同維持植物細(xì)胞滲透壓穩(wěn)定[17‐19]。本研究結(jié)果顯示，遮陰條件下地黃體內(nèi)可溶性糖含量降低，可溶性蛋白和游離脯氨酸含量增加，因?yàn)檎陉帡l件下地黃植株呼吸作用減弱，導(dǎo)致作為呼吸底物的可溶性糖含量降低；逆境脅迫下植物會(huì)增加體內(nèi)游離脯氨酸含量，以減輕逆境脅迫對(duì)自身帶來(lái)的傷害；遮陰條件下地黃可溶性蛋白含量增加，表明氮代謝對(duì)遮陰下地黃的滲透調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)比碳代謝更大，本研究結(jié)果支持前人結(jié)論[19‐20]。SOD 和POD 是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶，可以有效清除植物體內(nèi)過(guò)量的活性氧并使活性氧含量在一定范圍內(nèi)保持平衡[21‐22]。本研究中，生育中期遮陰處理提高SOD 活性，但在生育后期遮陰處理抑制SOD 活性，因?yàn)樵谏衅?，遮陰處理?duì)植物產(chǎn)生逆境脅迫，導(dǎo)致其體內(nèi)SOD 活性升高，在生育后期，因遮陰延緩植物衰老，對(duì)照組地黃較遮陰地黃衰老明顯，此時(shí)對(duì)SOD 活性起決定作用的因素是植物體衰老程度。本研究中，遮陰處理下POD 活性在不同生育時(shí)期的變化規(guī)律不一致，具體原因需進(jìn)一步深入研究。

前人研究表明，逆境脅迫下植物次生代謝加強(qiáng)，次生代謝產(chǎn)物含量增加[23‐30]。本研究中，遮陰使得地黃塊根中毛蕊花糖苷含量顯著升高，80%遮陰下地黃塊根中毛蕊花糖苷含量較CK 提高50.44%。王豐青等[11]的研究結(jié)果表明，遮陰逆境下地黃塊根中毛蕊花糖苷含量較CK 顯著升高，這與本研究所得結(jié)論一致。趙文吉等[31]的研究表明，遮陰降低獨(dú)一味幼苗根部2種環(huán)烯醚萜苷類化合物的含量。本研究結(jié)果表明，遮陰條件下地黃塊根中2 種環(huán)烯醚萜苷類化合物梓醇和地黃苷D 含量較CK 均下降，其中，梓醇含量在50%、80%遮陰下較CK 分別降低22.02%、63.33%，地黃苷D 含量在50%、80%遮陰下分別較CK 降低26.36%、38.70%，與趙文吉等[31]的研究結(jié)果一致。

綜上，遮陰處理下地黃生理特性改變，根部生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，品質(zhì)變差，故生產(chǎn)上地黃應(yīng)在光照充足的地塊栽培，或盡量降低遮陰程度。