外源鈣對蒼術(shù)幼苗生理特性的影響

赫 衛(wèi), 顏 龍, 高欣晨

(貴州中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，貴州 貴安 550025)

鈣離子是植物生長發(fā)育的必需元素之一[1]。王小琴等[2]研究表明，15 mmol·L-1CaCl2處理可以延遲甘肅貝母倒苗期，增強(qiáng)苗期根系活力和鱗莖抗氧化能力；付雪嬌等[3]研究發(fā)現(xiàn)，9 mmol·L-1CaCl2處理下，馬鈴薯脫毒試管苗根系生長較好、葉片數(shù)最多、抗氧化能力最強(qiáng)；馬承彪等[4]認(rèn)為，鈣離子可促進(jìn)桉樹幼苗生長，并提高其葉綠素含量；200～400 mg·kg-1鈣處理可顯著促進(jìn)麻櫟幼苗的生長[5]。適當(dāng)施加鈣還可以在一定程度上緩解逆境脅迫對植物的傷害[6]，如改善植物的光合結(jié)構(gòu)效應(yīng)[7]、提高葉綠素和可溶性蛋白含量并降低丙二醛含量[8]、提高酶活性[9]等，從而改善植物的生長狀況[10]。不同植物對鈣離子濃度的敏感性不同，低濃度(5～10 mmol·L-1)CaCl2處理可有效緩解高溫脅迫對蒼術(shù)生長和生理的影響[11]；隨著鈣離子濃度的增加以及處理時間的延長，寬葉雀稗的形態(tài)指標(biāo)、生理指標(biāo)及光合參數(shù)均呈先增大后減小的趨勢[12]；隨著鈣離子濃度的增加，金蕎麥種子的含水量逐漸降低，可溶性糖和丙二醛含量逐漸升高，過氧化氫酶、過氧化物酶和超氧化物歧化酶活性則呈先升高后下降的趨勢[13]。

蒼術(shù)為菊科草本植物茅蒼術(shù)[Atractylodeslancea(Thunb.) DC.]或北蒼術(shù)[Atractylodeschinensis(DC.) Koidz]的干燥根莖[14]，具有抗腫瘤、抗炎、抗?jié)?、抗病毒以及保肝等多種藥理功效[15]，常作為化濕敗毒方、宣肺敗毒方和中藥香囊的主要成分，在我國臨床新冠治療中發(fā)揮重要作用[16-17]。蒼術(shù)是大宗藥材，我國湖北、陜西、江蘇、四川等地是茅蒼術(shù)的重要生產(chǎn)地，黑龍江、遼寧、河北、山西等地則是北蒼術(shù)的重要生產(chǎn)地[18]。目前，有關(guān)蒼術(shù)的人工栽培技術(shù)已有相關(guān)研究[19-20]，但鈣離子濃度對蒼術(shù)栽培的影響尚未見報道。因此，本文以蒼術(shù)幼苗為試材，探討不同濃度CaCl2處理對其生理特性的影響，以期為蒼術(shù)的栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試北蒼術(shù)種子購自河北省安國市農(nóng)泰中藥材種植有限公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)于2021年4月在貴州中醫(yī)藥大學(xué)中藥材種植(養(yǎng)殖)及加工研究所進(jìn)行。以草炭土為育苗基質(zhì)，平鋪在6 cm×11 cm的32孔穴盤上，穴深度2 cm。選取飽滿的北蒼術(shù)種子，播種覆土后用水澆透。播種后15 d出苗，出苗后用遮陽網(wǎng)遮陰，苗期僅澆灌清水、不施用肥料。CaCl2濃度分別設(shè)置為5、10、15、20 mmol·L-1，以未噴施為對照(CK)。待幼苗長至4葉1心時(出苗后40 d)，采用葉面噴施法將不同濃度的CaCl2溶液噴灑在幼苗葉片直至滴落，每2天噴施1次，共計3次，各處理設(shè)3次重復(fù)。處理7 d后采收新鮮蒼術(shù)幼苗，及時清洗根部泥土并擦干水分，將葉和根莖分離。

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 生長指標(biāo) 用千分之一天平分別測量蒼術(shù)幼苗葉和根莖的鮮質(zhì)量，3次重復(fù)。

1.3.2 生理指標(biāo) 采用丙酮提取蒼術(shù)新鮮葉片的葉綠素，計算葉綠素a和葉綠素b含量[21]。采用紫外分光光度法[22]測定可溶性蛋白含量、蒽酮比色法[21]測定可溶性糖含量、亞硝酸鈉—硝酸鋁絡(luò)合分光光度法[23]測定黃酮含量，以50%乙醇、1∶25料液比，在70 ℃下超聲25 min提取黃酮。

1.4 統(tǒng)計與分析

采用Excel 2010與SPSS 18.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源鈣對蒼術(shù)幼苗生長的影響

外源氯化鈣對蒼術(shù)幼苗生長的影響見圖1。蒼術(shù)幼苗單株根莖鮮質(zhì)量為0.10～0.16 g、葉鮮質(zhì)量為0.06～0.08 g(圖1A)。其中，10 mmol·L-1CaCl2處理蒼術(shù)的根莖鮮質(zhì)量最大，且與CK差異達(dá)顯著水平。由圖1B可知，5和10 mmol·L-1CaCl2處理后蒼術(shù)根莖與葉的鮮質(zhì)量比分別為1.85和1.92，顯著大于CK(1.53)；15和20 mmol·L-1CaCl2處理后根莖與葉的鮮質(zhì)量比分別為1.77 和 1.65，與CK差異不顯著。說明低濃度CaCl2處理可顯著提高蒼術(shù)幼苗根莖與葉的鮮質(zhì)量比，高濃度CaCl2處理對其影響不顯著。外源氯化鈣可能是通過增加根莖鮮質(zhì)量來提高根莖與葉的鮮質(zhì)量比。

A.鮮質(zhì)量；B.根莖鮮質(zhì)量/葉鮮質(zhì)量。

2.2 外源鈣對蒼術(shù)幼苗生理指標(biāo)的影響

2.2.1 葉綠素 由圖2可知，10 mmol·L-1CaCl2處理后，蒼術(shù)幼苗葉片葉綠素含量為2.16 mg·g-1，顯著高于CK(1.72 mg·g-1)；5、15 和20 mmol·L-1CaCl2處理后，葉綠素含量分別為1.60、1.67 和 1.68 mg·g-1，且與CK差異不顯著。說明適度的外源氯化鈣可以提高蒼術(shù)幼苗葉綠素含量。

圖2 外源鈣對蒼術(shù)幼苗葉綠素含量的影響

2.2.2 可溶性蛋白 由圖3可知，5、10、15和20 mmol·L-1CaCl2處理后，蒼術(shù)幼苗根莖可溶性蛋白含量分別為19.63、19.16、17.40和17.62 mg·g-1，分別比CK(14.05 mg·g-1)提高了39.72%、36.39%、23.87%和25.44%，且差異達(dá)顯著水平；5、10 mmol·L-1CaCl2處理根莖可溶性蛋白含量顯著大于15和20 mmol·L-1CaCl2處理?？傮w上看，低濃度CaCl2處理蒼術(shù)幼苗根莖的可溶性蛋白含量顯著高于高濃度CaCl2處理。

5、10和20 mmol·L-1CaCl2處理蒼術(shù)幼苗葉的可溶性蛋白含量分別為9.30、10.93 和 9.17 mg·g-1，分別比CK(7.42 mg·g-1)提高了25.28%、47.23%、23.52%，且差異達(dá)顯著水平；10 mmol·L-1CaCl2處理葉的可溶性蛋白含量顯著高于其他處理；15 mmol·L-1CaCl2處理葉的可溶性蛋白含量為8.56 mg·g-1，比CK提高了15.26%，但兩者差異不顯著?？傮w上，外源氯化鈣處理可明顯提高蒼術(shù)幼苗葉的可溶性蛋白含量。

2.2.3 可溶性糖 可溶性糖以小分子狀態(tài)溶于水或其他溶劑，以維持植物細(xì)胞正常滲透勢[24]。由圖4可知，5、10和15 mmol·L-1CaCl2處理蒼術(shù)幼苗根莖可溶性糖含量分別為12.35、10.08和16.44 mg·g-1，顯著高于CK(8.32 mg·g-1)；20 mmol·L-1CaCl2處理與CK差異不顯著。5 mmol·L-1CaCl2處理葉的可溶性糖含量為1.24 mg·g-1，顯著低于CK(1.89 mg·g-1)；10和20 mmol·L-1CaCl2處理葉的可溶性糖含量分別為3.08和3.94 mg·g-1，顯著高于CK；15 mmol·L-1CaCl2處理與CK差異不顯著。綜合來看，施加適宜的外源氯化鈣可以提高蒼術(shù)幼苗根莖和葉的可溶性糖含量。

圖4 外源鈣對蒼術(shù)幼苗可溶性糖含量的影響

2.2.4 黃酮 由圖5可知，5、10和15 mmol·L-1CaCl2處理下，蒼術(shù)幼苗根莖黃酮含量分別為9.96、9.87 和 9.98 mg·g-1，顯著低于CK(10.40 mg·g-1)；20 mmol·L-1CaCl2處理黃酮含量為10.31 mg·g-1，與CK差異不顯著。5、10和20 mmol·L-1CaCl2處理下，蒼術(shù)幼苗葉的黃酮含量分別為4.99、6.10和4.85 mg·g-1，顯著低于CK(6.66 mg·g-1)；15 mmol·L-1CaCl2處理葉的黃酮含量為6.57 mg·g-1，與CK差異不顯著?？傮w上，外源氯化鈣處理可明顯降低蒼術(shù)幼苗根莖和葉的黃酮含量。

3 討論

葉綠素含量隨植物生境中的無機(jī)鹽變化而改變[25]。本研究表明，10 mmol·L-1CaCl2處理蒼術(shù)幼苗葉片葉綠素含量(2.16 mg·g-1)最高，且與其他處理差異達(dá)顯著水平，說明適宜的鈣離子濃度可提高蒼術(shù)幼苗葉綠素含量。這與夏蘊(yùn)等[11]認(rèn)為10 mmol·L-1CaCl2處理可減緩高溫造成茅蒼術(shù)葉綠素分解的結(jié)論相似。本研究還發(fā)現(xiàn)，低濃度CaCl2處理可顯著提高蒼術(shù)根莖與葉的鮮質(zhì)量比，其中10 mmol·L-1CaCl2處理最佳。這可能是由于適宜CaCl2處理使得蒼術(shù)葉綠素含量增加，光合作用增強(qiáng)，從而將更多的光能轉(zhuǎn)換為根莖的鮮質(zhì)量。

可溶性蛋白和可溶性糖是植物維持細(xì)胞滲透勢的重要物質(zhì)[24,26]。本研究表明，隨著CaCl2濃度的增加，根莖與葉的可溶性蛋白含量呈先升高后下降的趨勢，且除15 mmol·L-1CaCl2處理葉的可溶性蛋白含量與CK差異不顯著外，其他處理均顯著高于CK?？赡苁堑蜐舛菴aCl2處理時，植物細(xì)胞內(nèi)部相關(guān)基因表達(dá)增加了蛋白質(zhì)的合成量[11]。隨著CaCl2濃度的增加，脅迫增強(qiáng)，蛋白質(zhì)合成酶活性下降，分解酶活性上升，最終導(dǎo)致可溶性蛋白質(zhì)含量回落。本研究還發(fā)現(xiàn)，一定濃度的CaCl2(10 mmol·L-1)可以顯著提高葉和根莖的可溶性糖含量，這與外源氯化鈣處理樟樹幼苗的研究結(jié)論一致[27]。說明一定濃度的外源氯化鈣增強(qiáng)了細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力。逆境可誘導(dǎo)植物黃酮類化合物富集[28]，黃酮類化合物通過激活機(jī)體的抗氧化系統(tǒng)發(fā)揮作用[29]。本研究表明，外源氯化鈣處理降低了蒼術(shù)幼苗根莖和葉的黃酮含量。王丹等[30]認(rèn)為，鈣元素可降低艾納香根、莖和葉的總黃酮含量，這與本研究結(jié)果一致。隨外源氯化鈣濃度的增加，根莖的黃酮含量呈先下降后上升的趨勢，葉的黃酮含量呈先下降后上升再下降的趨勢。沙棘葉片總黃酮含量隨干旱脅迫程度的增強(qiáng)呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢[31]，這與本研究結(jié)果相似。

綜上所述，低濃度外源鈣可以提高蒼術(shù)幼苗根莖與葉鮮重比以及葉綠素、可溶性蛋白和可溶性糖含量，并降低黃酮含量，有助于增強(qiáng)其抗逆性。