气雾栽培
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2016年6月25日 作者:xwz2367609 [返回]
雾培对药用植物车前生长及品质的影响

12何春梅2高健敏12王洪峰2( 1 广东省广州中医药大学,广东 广州 510405; 2 广东省林业科学研究院,广东 广州 510520)

摘要 文章以土壤栽培为对照,采用 1 /2 日本园试营养液配方研究气雾栽培对车前生长、产量和品质的影响,探索适合药用植物车前高效种植的新途径。结果表明,和土培组相比,雾培组车前生长周期缩短 82 d;株高、叶面积、根系体积、干重显著增加,分别提高了 10 4%

148 3% 218 0% 250 3% ; 植株可溶性蛋白质、Vc 含量、可溶性糖含量均高于土培组,分别是土培组的 1 071 411 31 ; 总黄酮、多糖和大车前苷含量均低于土培组,但仍达到药用质量标准。雾培有利于车前的生长,可缩短生长周期,提高生物量改善营养品质,但不利于药用成分的积累。

关键词 车前; 气雾栽培; 生长; 品质

中图分类号: S723 1 文献标识码: A 文章编号: 1006 4427( 2015) 01 0029 05

Effects of Aeroponics on the GrowthYield and Quality of Plantago asiatica

LING Min12HEChunmei2GAO Jianmin12WANG Hongfeng2( 1 Guangzhou University of Chinese MedicineGuangzhouGuangdong 510405China;2 Guangdong Academy of ForestryGuangzhouGuangdong 510520China)

Abstract

The growth and quality of medicinal herb Plantago asiatica in aeroponics ( soil as the control)were studied The results showed that the growth rate of P asiatica in areroponics was superior than that in soilthe growth period was shorted by 82 days than the control And plant heightleaf arearoot volume and dry weightsignificently increased by 10 4% 148 3% 218 0% and 250 3% respectively The contents of vitamin Csolu-ble protein and soluble sugar of P asiatica in aeroponics were 1 071 41 and 1 31 times as the control Howev-erthere were reduction in the contents of total flavonoidspolysaccharides and plantamajoside compared with soilculture The results suggested that aeroponics system could be an alternative production system for medicinal plantwhich could shorten the growth periodimprove yield and edible nutrition qualitybut the contents of medicinalcomposition decreased

Key words

Plantago asiatica; aeroponics; growth; quality

气雾栽培简称雾培,属于无土栽培的一种。雾培将植物的根系裸露于雾化空间,营养液由智能系统控制定时定量从泵中抽出形成气雾喷洒至植物根系,为植物根域创造优良的生长条件,是当前农业生产中先进的栽培模式之一。雾培能实现植物短期内的快速生长发育,与传统土培相比可以节省大量水和肥料的用量,已在以色列、日本、美国等多个国家得到推广应用,国内研究主要集中在马铃薯( Solanum tuberosum )1-3]、黄瓜( Cucumis sativus)4-6]、番茄( Lycopersicon esculentum )7]、生菜( Lactuca sativa )8]等果蔬方面。美国亚利桑那大学 Hayden 等[9-10]一直致力于探讨药用植物尤其是根及根茎类中药气雾栽培的可行性,已在牛蒡( Arctiumlappa ) 、紫锥菊( Echinaceapurpurea) 和异株荨麻( Urtica dioica)11]等品种上取得成功。

车前草( Planta goasiatica) 为车前科( Plantaginaceae) 车前属车前( Plantago asiatica ) 或平车前( Plantagodepressa ) 的干燥全草,车前草既是一味传统的常用中药,又可作为蔬菜食用,具有较高的药用和营养价值。其性味甘寒,入肝肺、膀胱经,有利尿通淋、清热明目、镇咳祛痰等作用,临床上主要用于热淋涩痛、水肿尿少、暑湿泄泻等病症[12]。车前草主要有效成分为黄酮类、环烯醚萜类和三萜类,黄酮类如黄芩素和 6-羟基木犀草素是作用较强的 HIV 逆转录酶抑制剂[13]。此外,车前草富含蛋白质、维生素 C、膳食纤维等多种营养成分[14],长至 6 7 片叶高 13 17 cm 时可采收作为菜用,又称车轮菜[15]。由于国内中药材人工栽培以土壤栽培为主,很少见基质栽培[16],还未见有学者将气雾栽培技术应用到药用植物的种植上。目前药用植物资源面临着野生资源枯竭,人工种植药材质量参差不齐,有效成分含量达不到用药标准等问题,这给临床用药的有效性带来了极大的隐患。因此,探讨适合于药用植物高产、优质、高效的新的栽培模式为大势所趋。本研究通过对药用植物车前的气雾栽培研究,探索适合车前高效栽培的新模式,旨在为气雾栽培技术应用到中药创新栽培提供理论基础。

1 材料与方法

1 1 材料

车前种子购买自广东省深圳津村药业有限公司,置于广东省林业科学研究院试验大棚培养。

1 2 试验方法

试验于 2013 7 月至 2014 9 月进行,设置 2 个处理,雾培与土培,每个处理重复 3 次。

1 2 1

雾培 采用育苗棉播种,待种子发芽、具有 3 片真叶时放入定植篮移至气雾栽培架进行培养。气雾栽培系统分为栽培架、控制器、水泵、雾化喷头、输液管道、过滤系统、储液池 7 个部分。栽培架的长、宽、高分别为 625858 cm,以 2 cm 玻璃纤维杆为骨架,外面用 8 mm 不透光的防水篷布包围,上部以 1 cm 厚双色板支撑植株,顶部与旁侧篷布以拉链缝合,可灵活打开来调节喷头或查看植株的根系生长情况。进液口开口于栽培架的侧部以防止渗漏,出液口直接开口于底部,每个栽培架安装雾化喷头 8 个。定植孔直径为 2 5 cm,间隔距离为 13 cm × 13 cm,每个栽培架共计 16 个定植孔。营养液采用 1 /2 日本园试营养液配方,调节 p H 5 6 6 5EC 值为 1 5 2 5 ms/cm。营养液的输送由水泵供给,通过控制器控制,白天( 8: 00—18:00) 每隔 10 min 供给营养液 45 s,夜晚( 18: 00—8: 00) 每隔 15min 供给营养液 45 s。贮液桶半地下式,便于营养液回流和循环利用,每周更换营养液 1 次。

1 2 2

土培 土壤经 0 1% 高锰酸钾消毒处理,组成比例为河沙∶ 红壤 = 2 1。采用穴盘育苗,15 d 后选择长势一致具有 3 片真叶的车前幼苗带土移栽,种植密度为 30 cm × 30 cm,每穴 3 株。待缓苗期后进行间苗,保持每穴 1 株。早晚各浇淋 1 次营养液,营养液配方同雾培。

1 3 指标测定

1 3 1 生长指标 车前抽穗现蕾但未开花时药用成分含量最高,为以全草入药的采收标准[17]。待车前达到药用采收标准,每个处理选取 3 株进行株高、根长、鲜重、干重测量; 采用叶面积根系扫描仪对植物的叶面积、根系体积、根系表面积进行扫描。

1 3 2

营养成分 于车前幼苗长至 6 7 片叶、高 13 17 cm 时取样,3 次重复,液氮速冻磨粉后于 40 ℃冰箱保存。维生素 C 含量采用钼蓝比色法测定[18],可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝 G-250 染色法测定[19],可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定[19],硝酸盐含量测定参照李合生的水杨酸法[19],根系活力测定采用 TTC 法[19]。

1 3 3

药用成分 待车前抽穗现蕾且未开花时取样,105 杀青,60 过夜干燥至恒重,粉碎,备用。采用60% 乙醇 60 超声提取 2 次,510 nm 波长下测定吸光度,按回归方程计算样品溶液中总黄酮含量。多糖含量采用热水浸提法提取,液料比为 30 195 ℃恒温浸提 2 h,提取 2 次,石油醚脱脂,Sevage 试剂去蛋白,蒽酮硫酸法进行含量测定。大车前苷含量测定参考 2010 版《中国药典》,采用安捷伦 Zorbax SB C18 色谱柱( 4 6mm × 250 mm5 μm) ,以乙腈∶ 0 1% 甲酸( 比例为 17 83) 为流动相,流速 1 m L·min-1进行等度洗脱,进样量10 μL,柱温为 30 ,检测波长为 330 nm 进行 HPLC 检测。

1 4 数据处理

所有数据均采用 Excel 2012 SPSS 17 0 软件进行分析处理,并用 LSD 法检验差异显著性。

2 结果与分析

2 1 不同栽培方式对车前物候期的影响

由表 1 可知,土培组与雾培组同时播种,车前种子在土培沙土中发芽速度快,最快 4 d 即可发芽,在雾培的育苗棉中,车前 7 d 左右出苗。选择长势一致的车前幼苗同时进行移栽,从播种到现蕾但并未开花雾培组最快只需 58 d,此时车前的药用成分含量最高,达到采收标准,而土培组车前则需 5 个月。因此雾培能促进车前快速生长,缩短生长周期。

2 2 不同栽培方式对车前生长和生物量的影响

对雾培与土培车前的株高、叶面积、鲜重及干重进行差异比较。从表 2 可看出,土培组车前株高、叶面积、鲜重、干重 4 项指标均小于雾培组。雾培组车前株高比土培组提高 10 4% ,叶面积提高 148 3% ,鲜重提高了 218 0% ,干重提高了 250 3% ,差异均达极显著。因此雾培车前与土培相比,地上部营养器官能在短时间内快速的生长。

2 3

不同栽培方式对车前根系生长和根系活力的影响由表 3 可知,不同栽培方式下,车前的根系长度、根系体积和根系表面积均有显著性差异。雾培组车前根系长度是土培组的 5 2 倍,根系表面积是土培处理的 5 4 倍,根系体积则达到了土培组的 15 6 倍,根系活力是土培组的 1 2 倍,均达到极显著差异水平。因此雾培能够提供良好的根系生长环境,有利于车前根系的生长。

2 4 不同栽培方式对车前食用营养品质的影响

与土培比较,雾培车前中可溶性蛋白、维生素 C、可溶性糖含量均有所增加,分别是土培的 1 071 411 31倍,均达到极显著差异水平( 4) 。雾培组车前中硝酸盐含量是土培的 3 29 倍,显著高于土培组,但未超过国家规定的食用标准 432 mg·kg-1,不影响其作为蔬菜食用。因此雾培对车前的食用品质有明显的改善作用。

2 5 不同栽培方式对车前药用成分的影响

由表 5 所知,雾培车前中主要有效成分总黄酮、总多糖和大车前苷含量分别只有土培的 66% 67% 53% ,均有所减少,且均达到极显著差异水平。由此可见,雾培条件下车前主要有效成分没有得到充分的积累。

3 结论与讨论

通过与土壤栽培对比,气雾栽培模式在缩短车前生长周期、提高生物量方面具有明显的优势,这与雾培在马铃薯[1]、番茄[7]、黄瓜[4]、生菜[8]、网纹甜瓜( Cucumis melon var raticulalus)20]等研究结果一致。这一结果可能与雾培对植物根系生长环境的改善有关,因为在雾培条件下根系生长没有土壤阻力,具有充足的伸展空间,同时喷雾过程中营养液不断溶解空气中的氧气,可保持根系较高的活性,促进根系对矿质元素的吸收和利用,减小水分压力,从而使气孔张开时间延长,开度更大,促进了植物叶片的光合作用,植株生长速度迅速增加[121]。雾培条件下,车前不仅生长周期缩短、生物量显著提高,而且食用营养品质得到改善,雾培处理的车前可溶性蛋白质、Vc、可溶性糖均比土培组高,这与香菜( Coriandrum sativum)22]和生菜[8]上的研究结果一致。雾培黄瓜果实中 Vc、可溶性糖的含量有所下降[4],雾培网纹甜瓜可溶性糖降低[20],说明雾培在提高果实产量的同时果实品质有所下降。这可能是由于雾培与土壤栽培相比植物生长速度快,营养物质未充分积累与转运导致果实的营养品质有所下降。雾培车前中主要有效成分黄酮类、多糖类、大车前苷的含量均低于土培,这与 Pagliarulo 等[9]研究结果一致,在雾培中牛蒡的地上部分生物量显著高于对照,但其主要药效成分绿原酸的含量并没有显著性增加; 加州假蕺菜( Anemopsis californica) 土培处理组 5 个指标性药效成分胡椒酮、百里香酚、甲基丁香酚、异丁香酚及榄香精均显著高于雾培组,其中土培组甲基丁香酚达到雾培组的 2 62 倍[10; Frederic 等[23]则发现雾培条件下藏红花( Crocus sativus ) 体内的藏红花素、藏花酸含量高于土培处理,而藏红花苦甙低于土培组,藏花醛则含量均低。这一结果可能与次生代谢产物积累的时间以及水肥条件的改善有关,因为雾培车前 2 个月即可达到采收标准,而土培处理的车前草达到药用采收标准需用时 5 个月,干物质累积时间不同,导致含量差异。此外,药用植物次生代谢产物的形成还受到环境中的温度、水分、光照的影响[24],水分条件直接影响到药材的产量和质量,许多药用植物在干旱条件下活性物质含量较高,何丙辉等[25]发现干旱胁迫对银杏( Ginkgobiloba) 叶中槲皮素含量的提高有一定促进作用; 刘金花等[26]发现随着干旱胁迫的增强,根中的黄芩苷的含量不断上升。在雾培条件下,水肥供应充足,植株生长快速,不利于次生代谢产物的积累。2010 版《中国药典》规定,车前草质量以大车前苷含量为质量控制标准,以干燥品计不得少于 0 10%12]。雾培车前中总黄酮、总多糖、大车前苷含量与土培相比虽然有所下降,但同样达到药典用药标准,可作为中药创新栽培的一种模式。

药用植物的栽培与传统农作物栽培有所不同,其最适生长与其次生代谢物质合成对生态环境条件的要求有一定的矛盾,多数研究认为不利于植物生长的胁迫环境却有利于药用植物次生代谢产物的积累,产量和质量无法在生产中得到统一保证[27],如晏校[28]研究发现一定的逆境胁迫的次适宜环境虽然不是柑橘栽培生长发育最适的条件,却有利于柑橘叶片和根系黄酮的积累。雾培车前虽然生物量显著提高,但主要有效成分含量降低,影响其药用价值。因此,在后续研究中需要根据车前次生代谢的生态适应性特点,选择具有一定环境压力的次适宜生态环境以兼顾其生物量增长和次生代谢产物积累的平衡,以期探讨出车前[20]优质高产的雾培条件方案,为中药材高效培育提供一条新的途径。

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