根部半寄生植物大花胡麻草優(yōu)良寄主篩選試驗(yàn)

雷發(fā)林 倪軍 靳松 楊浩然 徐勝光 李育川

摘 要 以前期調(diào)查所得30種可能是大花胡麻草寄主的伴生植物為研究對象，將其與大花胡麻草分別進(jìn)行混栽和混播試驗(yàn)，觀測其生長情況及生物產(chǎn)量等指標(biāo)。結(jié)果表明，碎米莎草等11種植物是大花胡麻草的寄主，不同寄主植物對大花胡麻草生長發(fā)育的影響差異顯著，大花胡麻草對寄主的選擇偏好性明顯。其中碎米莎草和水虱草2種寄主表現(xiàn)最好，其與大花胡麻草混栽時，大花胡麻草地上部生長旺盛，地下部吸器連接明顯，大花胡麻草當(dāng)年能實(shí)現(xiàn)開花結(jié)實(shí)。因此，生產(chǎn)中可將水虱草和碎米莎草作為根部半寄生植物大花胡麻草人工種植的必需搭配混栽的優(yōu)勢寄主種類。

關(guān)鍵詞 大花胡麻草；根部半寄生；優(yōu)良寄主篩選；生物產(chǎn)量

中圖分類號：S567.21+9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.13.029

大花胡麻草（Centranthera grandiflora Benth.）為玄參科（Scrophulariaceae）胡麻草屬（Centranthera）一年生草本，屬根部半寄生植物，是云南珍稀道地名貴民族藥材紅根野蠶豆最主要的基源植物，主要產(chǎn)于我國廣西、貴州、云南等地區(qū)，越南、緬甸、印度也有分布[1-3]。據(jù)本草學(xué)中有關(guān)紅根野蠶豆（胡麻草屬）的記載：“性涼，微苦，具有祛濕、平肝、清熱利濕、散瘀活血等功效，主要用于治療心血管病、腫瘤、黃疸型肝炎、肝腫大、跌打傷瘀腫、痛經(jīng)等疾病”[3-6]。據(jù)相關(guān)學(xué)者對其化學(xué)成分和藥效研究表明：紅根野蠶豆抗癌、保肝、溶血栓療效顯著，無毒副不良反應(yīng)，是一種具有很高經(jīng)濟(jì)價值的草本，具有可開發(fā)為治療早期白血病、各類腫瘤，化血、溶血（瘀血、血栓），護(hù)肝保肝藥物的巨大前景[6-10]。前期研究發(fā)現(xiàn)其葉能進(jìn)行一定的光合作用，且根上凸起的瘤狀物與周圍其他植物根絞織連接在一起，對瘤狀物結(jié)構(gòu)的初步鏡檢發(fā)現(xiàn)與百蕊草[11]、甘肅馬先蒿[12]的吸器結(jié)構(gòu)相似，大花胡麻草根部具有典型寄生植物器官——吸器。大花胡麻草在無適宜寄主植物伴生的情況下，無論是種子實(shí)生苗、組培苗和2年生帶土球宿根大苗都無法長時間單獨(dú)生長成活，更無法完成生活史[13]，其正常生長發(fā)育必須依賴于適宜種類的寄主植物，且對一年生須根系草本類寄主的選擇性明顯，證實(shí)大花胡麻草為典型的根部半寄生植物。因不清楚大花胡麻草寄主種類，故人工種植存活率低，目前資源完全來源于野生，導(dǎo)致現(xiàn)階段供需矛盾突出，急需對人工種植中與大花胡麻草搭配的優(yōu)良寄主種類進(jìn)行篩選研究。

在前期對大花胡麻草開展根部半寄生證據(jù)搜集和野外伴生植物種類調(diào)查的基礎(chǔ)上，以可能是大花胡麻草的寄主植物的30種植物為研究對象，將這30種植物與大花胡麻草分別進(jìn)行人工混栽混播，通過觀測大花胡麻草的株高、生物產(chǎn)量、存活率、吸器等性狀，驗(yàn)證寄主種類，并篩選出適宜與大花胡麻草混栽混播的具體寄主種類，為實(shí)現(xiàn)大花胡麻草人工規(guī)?；N植中寄主的選擇提供理論依據(jù)，同時也為根部半寄生藥材資源的保護(hù)和產(chǎn)業(yè)化開發(fā)提供示范。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

前期對大花胡麻草云南省4個野生基群集中分布區(qū)進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其伴生植物共有24科57種[13]，參考郭巧生[14]的方法將泥土沖洗干凈后進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)與大花胡麻草根系具有吸器連接的植物共11種，根系纏繞密切的19種，以這30種植物（見表1）為試驗(yàn)對象。于2021年5月取得大花胡麻草和30種伴生植物種子及野外大苗，分別在昆明學(xué)院農(nóng)學(xué)院組培室及溫室大棚培養(yǎng)備用，以上材料均經(jīng)昆明學(xué)院農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院李育川教授鑒定為大花胡麻草。上年采收的大花胡麻草種子在2022年4月上旬開展混播實(shí)驗(yàn)，混栽選取組培室培育的大花胡麻草組培生根苗，統(tǒng)一選取培育60 d、株高1.5 cm的幼苗開展混栽實(shí)驗(yàn)。

1.2? 30種伴生植物與大花胡麻草混栽的方法

將大花胡麻草組培苗分別與30種伴生植物進(jìn)行混栽盆栽試驗(yàn)，采用1株大花胡麻草搭配3株伴生植物的處理方法，伴生植物苗高5 cm左右，混栽間距1～3 cm，各處理10盆，設(shè)3次重復(fù)，空白對照為只定植大花胡麻草，不定植寄主植物。培養(yǎng)條件為昆明學(xué)院農(nóng)學(xué)樓溫室大棚內(nèi)的小拱棚，溫度（24 ± 3）℃，期間依據(jù)天氣，定期給小拱棚通風(fēng)，定時澆水。生長期間觀測大花胡麻草的存活及生長發(fā)育狀況，300 d后采收植株，統(tǒng)計(jì)植株存活情況，測定單株株高和鮮重的增加，觀察根部吸器發(fā)生情況及吸器個數(shù)，各處理取3次重復(fù)的平均值，由此判定寄生關(guān)系的建立情況。

1.3? 30種伴生植物與大花胡麻草種子混播的方法

將大花胡麻草種子與不同寄主植物種子按1∶0.7的比例混合播種于花盆中進(jìn)行處理，每處理共10盆，設(shè)3次重復(fù)，設(shè)置空白對照（只播種大花胡麻草種子）。播種前將花盆內(nèi)基質(zhì)澆透水，再將種子撒播于基質(zhì)上，播種后用白色薄膜套住盆口進(jìn)行保濕，置于大棚內(nèi)的小拱棚進(jìn)行培養(yǎng)，每天注意保濕和放風(fēng)，澆水采用壓力噴壺，以免將種子沖散，1個月后去除薄膜并拔除非寄主雜草。60 d測定最早出苗天數(shù)、出苗率；180 d觀測株高、葉數(shù)、存活率；300 d采挖植株稱量單株鮮重、單株根鮮重，并觀察根部寄生情況取3次重復(fù)的平均值進(jìn)行分析。

1.4? 寄生關(guān)系判定依據(jù)

依據(jù)移栽或混播后300 d時，大花胡麻草能否存活、兩種植物根部絞織狀況、大花胡麻草根部吸器發(fā)生情況檢測，來判斷伴生植物能否與大花胡麻草建立寄生關(guān)系，確定是否為大花胡麻草的寄主。

1.5? 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)使用Excel軟件、SPSS 13.0軟件進(jìn)行處理分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 混栽對大花胡麻草生長發(fā)育的影響

將30種植物分別與大花胡麻草進(jìn)行混栽，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2?；煸园l(fā)現(xiàn)大花胡麻草能與水虱草等11種伴生植物建立寄生關(guān)系，對比CK及19種非寄主伴生植物大花胡麻草個體間及吸器質(zhì)量都有所差別。

單獨(dú)移栽大花胡麻草（CK）和與非寄主伴生植物混栽的兩個處理，大花胡麻草生長遲緩長勢不佳，自60 d時開始逐漸衰亡，不能正常完成生活史；11種能與之寄生的處理中，存活率、植株高度與鮮重的增加、吸器數(shù)量這幾個指標(biāo)中，水虱草和碎米莎草表現(xiàn)最好，300 d時大花胡麻草地上部生長旺盛，葉色翠綠，葉片較厚，莖稈粗壯，株高和鮮重的增加能達(dá)到27.8、28.2 cm和42.2、42.0 g，吸器數(shù)量分別達(dá)9.8、6.8個，其對大花胡麻草生長發(fā)育促進(jìn)效果顯著優(yōu)于其他處理，表現(xiàn)較好的是兩岐飄拂草、扁穗莎草和淡竹葉三種寄主，300 d時吸器數(shù)量分別為5.6、5.3、2.0個，地上部能完成生活史開花結(jié)實(shí)，株高和鮮重的增加分別達(dá)到18.6、13.6、13.4 cm和29.4、20.6、20.9 g。碎米莎草、水虱草、兩岐飄拂草、扁穗莎草和淡竹葉5種伴生植物與大花胡麻草能快速建立寄生關(guān)系，顯著促進(jìn)大花胡麻草生長發(fā)育速度，實(shí)現(xiàn)當(dāng)年開花結(jié)實(shí)，是大花胡麻草的優(yōu)勢寄主。

2.2? 混播處理大花胡麻草生長情況

將30種伴生植物種子與大花胡麻草種子，按1∶0.7進(jìn)行混播，對比CK，期間對大花胡麻草出苗情況、幼苗生長狀況、生長發(fā)育狀況和產(chǎn)量進(jìn)行觀察，結(jié)果見表3。

可以看出，優(yōu)勢伴生植物種子與大花胡麻草種子混播促進(jìn)作用明顯，不同伴生植物種子與大花胡麻草種子混播時，大花胡麻草萌發(fā)和出苗時間存在顯著差異。種子在單獨(dú)播種時和19種非寄主植物種子混播時，大花胡麻草種子在（22±10） d以后才萌發(fā)，出苗期顯著推遲，第60 d時田間平均出苗率低于0.5%，已萌發(fā)的幼苗也生長不良，180 d內(nèi)逐漸死亡。

大花胡麻草與水虱草、碎米莎草、兩岐飄拂草等11 種伴生植物種子混播時，第7 d開始逐漸出苗，出苗速率高，到第60 d時出苗率能達(dá)到10%以上，其出苗速率極顯著快于非寄主處理和空白對照處理。

大花胡麻草與水虱草、碎米莎草、兩岐飄拂草、扁穗莎草、淡竹葉混播處理，大花胡麻草當(dāng)年能開花結(jié)實(shí)，完成生活史，在300 d時單株根鮮重分別達(dá)到（58.8±0.2）g、（56.4±0.2）g、（30.2±0.2）g、（24.6±0.1）g、（24.2±0.1）g，較非寄主植物能顯著提高根的生物產(chǎn)量。

在吸器質(zhì)量方面，水虱草和碎米莎草處理仍然表現(xiàn)最佳，顯著優(yōu)于其他處理，兩岐飄拂草、扁穗莎草和淡竹葉三種寄主植物次之，種子混播處理下，5種寄主與大花胡麻草根部均明顯纏繞，吸盤明顯，吸器數(shù)量分別為7.4、5.3、5.0、4.8、1.0個，較其他科屬能明顯促進(jìn)種子萌發(fā)、幼苗生長和成株生長發(fā)育。

種子混播研究結(jié)果與組培苗盆栽表現(xiàn)基本一致，表明水虱草、碎米莎草、兩岐飄拂草、扁穗莎草、淡竹葉這5種寄主是大花胡麻草的優(yōu)勢寄主，適宜作為根部半寄生植物大花胡麻草人工種植中的選擇使用和搭配應(yīng)用的優(yōu)良寄主種類。

3? ?小結(jié)與討論

大花胡麻草是典型的根部半寄生植物，在無適宜寄主植物混栽混播情況下，大花胡麻草無法長時間獨(dú)立存活、生長發(fā)育，更無法完成生活史。因此要實(shí)現(xiàn)大花胡麻草的人工種植，明確其寄主植物種類，篩選出優(yōu)良寄主是解決和實(shí)現(xiàn)其人工種植最關(guān)鍵、最基本的科學(xué)問題。研究結(jié)果表明大花胡麻草寄主范圍并不廣泛，在選擇的13個科共30多種伴生植物中，僅發(fā)現(xiàn)了莎草科和禾本科11種伴生植物與大花胡麻草能建立寄生關(guān)系，說明大花胡麻草寄主選擇專一性不強(qiáng)，屬廣譜性寄生植物，但寄生在不同的寄主植物上時，吸器發(fā)生的大小、個數(shù)具有差異性，試驗(yàn)觀察到的5種莎草科、1種禾本科優(yōu)勢寄主植物表現(xiàn)最好，其余科屬植物根系交織密切，但并未產(chǎn)生吸器，與之相反的是優(yōu)勢寄主即使其根系交織區(qū)域少，但交織部分仍可觀察到吸器連接，這表明其對寄主的選擇存在明顯偏好性。

莎草科植物作為單子葉植物中的第三大科，在我國境內(nèi)廣泛分布。值得注意的是同為草本莎草科對環(huán)境的偏好性與大花胡麻草相似，除大花胡麻草本身含環(huán)烯醚萜苷化合物外，研究發(fā)現(xiàn)莎草科內(nèi)含有機(jī)酸、黃酮、內(nèi)酯、香豆素及其苷類、甾體及三萜類、強(qiáng)心苷等活性成分[15]，且黃酮類物質(zhì)含量較高[16]。寄生植物通過吸器與寄主根部的維管組織產(chǎn)生“生理橋”不斷地交換除水分、糖類、氨基酸等小分子代謝產(chǎn)物及很多大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、病毒等 [17]，寄生植物密切地獲取這些物質(zhì)以供自身生長、開花與結(jié)實(shí)[18-19]，試驗(yàn)中5種優(yōu)勢寄主在生長發(fā)育情況、根部顏色深淺表現(xiàn)不一，但無一例外，優(yōu)勢寄主能促進(jìn)開花結(jié)實(shí)，且混播、混栽結(jié)果一致，激素、多肽、RNA這些可移動的信號分子可協(xié)調(diào)植物細(xì)胞代謝、基因表達(dá)及系統(tǒng)發(fā)育過程 （如開花等） ，那么可以推測這些莎草科植物應(yīng)該為其提供了此類物質(zhì)，其次大花胡麻草能否寄生、與莎草科植物是否能產(chǎn)生某類物質(zhì)及其提供這類物質(zhì)的多寡，也可能是影響寄生效果及其對寄主選擇偏好性最重要的因素。國內(nèi)學(xué)者觀察到不同寄主[20-21]對藥材活性成分及其含量等性狀也有顯著差異，可以肯定不同種類寄主內(nèi)含物與大花胡麻草所交換的物質(zhì)是不同的，不同寄主對大花胡麻草藥材的化學(xué)組分及活性成分也有所差異，因此篩選出有利于提高其藥材質(zhì)量的寄主植物種類，是解決大花胡麻草藥材“質(zhì)量可控”的最關(guān)鍵因素，此外不同的產(chǎn)地[22]、采收時間[23]、用藥部位等差異所造成的藥材活性成分含量也不同。因此，探索不同因素對其藥材內(nèi)在質(zhì)量影響的差異，篩選出有利于提高藥材產(chǎn)量、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的寄主植物種類，是解決大花胡麻草藥材種植中“藥材質(zhì)量可控” 和“提質(zhì)增效”另一關(guān)鍵因素。

研究發(fā)現(xiàn)并驗(yàn)證了水虱草、碎米莎草、兩岐飄拂草、扁穗莎草、淡竹葉、白茅、黃茅、雙穗雀稗等11 種植物能與大花胡麻草建立寄生關(guān)系，是大花胡麻草的寄主，但不同的寄主對大花胡麻草生長發(fā)育的影響存在差異顯著，說明大花胡對寄主選擇存在明顯偏好性。在發(fā)現(xiàn)的11種大花胡麻草的寄主中，水虱草、碎米莎草、兩岐飄拂草、扁穗莎草、淡竹葉5種寄主與大花胡麻草能迅速建立良好的寄生關(guān)系，其能顯著促進(jìn)大花胡麻草種子萌發(fā)、幼苗生長、植株生長發(fā)育、產(chǎn)量積累，這5種寄主是大花胡草的優(yōu)勢寄主，適宜作大花胡麻草人工種植選用搭配的優(yōu)良寄主。

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（責(zé)任編輯：易? 婧）

收稿日期：2023-02-16

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（32360098）；云南省科技計(jì)劃重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目（202202AE090015）；昆明市產(chǎn)業(yè)技術(shù)人才領(lǐng)軍人才項(xiàng)目；云南省教育廳碩士研究生優(yōu)秀導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目；云南省教育廳研究生項(xiàng)目（2020Y0477）。

作者簡介：雷發(fā)林（1999—），女，湖南藍(lán)山人，在讀碩士，研究方向?yàn)樗幱弥参镔Y源利用與評價。E-mail：1483103180@qq.com。

*為通信作者，E-mail：lychuan72@163.com。