环境因子对黄芩植株代谢的影响

目的:探讨黄芩Scutellaria baicalensis Georgi种子萌发及植株生长过程中的初生与次生代谢变化规律以及温度、光照、水分、无机元素等外界环境因素对其产生的影响,为采取有效措施调控黄芩植株体内代谢、促进活性物质积累、提高和稳定黄芩药材质量提供理论依据。 方法:综合运用药用植物学、药用植物栽培学、植物生理学、生药学等学科的基本手段,观察植株形态变化,测定相关初生物质、次生物质含量以及关键酶活性。物质含量及酶活性测定采用分光光度法或高效液相色谱法。 结果:①黄芩种子发芽时,第1天种子吸胀,第3天就开始发芽露出胚根,第7天形成具备两片子叶的完整小苗。萌发前的种子不含黄酮类次生物质,萌发启动时PAL、C4H和CHS等关键酶活性很低,此后这些酶的活性迅速大幅度提高,同时野黄芩苷、黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素和千层纸素A等活性物质先后产生且逐步增加,酶活性与黄酮类物质含量密切相关。可溶性糖含量变化比较复杂,呈现出先降低后又急剧增加的趋势。②黄芩种子萌发适温为25℃,此温度虽然适合种子萌发,SOD、POD、CAT、CHS活性最高,但APX活性最低;PAL、C4H活性在20℃时最高,各种黄酮类物质含量随温度升高变化趋势并不一致,野黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素及总黄酮类物质含量也在20℃时最高。随着温度提高,可溶性糖含量是逐渐降低的。③光照促进黄芩种苗形态建成,提高可溶性糖含量。随光强增大、光照时间延长,PAL、C4H和CHS等酶活性增强,野黄芩苷、黄芩苷、汉黄芩苷、黄芩素、汉黄芩素和千层纸素A等物质含量增加。④PEG6000高渗处理后,脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质等初生物质含量得到提高。随着处理浓度的提高,PAL和C4H活性开始呈降低趋势,但在浓度达到20%时又有所提高,次生物质含量变化与其相似。⑤温度对生长2个月的黄芩植株代谢的影响与萌发种子具有一定差异。20℃或25℃时,光合色素、脯氨酸、可溶性糖、丙二醛等初生物质含量及抗氧化系统的酶类活性表现为最低,但PAL、C4H、CHS等酶活性及野黄芩苷、黄芩苷、汉黄芩苷、汉黄芩素含量和黄酮类物质总量却表现为最高,黄芩素和千层纸素A含量变化无明显规律。⑥干旱胁迫处理后,根、茎、叶的相对含水量一直呈下降趋势;随着干旱胁迫增强,叶片比叶重和叶绿素含量不断降低,而脯氨酸和可溶性糖含量却不断升高;根、茎、叶中黄芩苷含量的变化不一致,根黄芩苷含量不断上升,茎和叶黄芩苷含量在前期胁迫下不断升高,但当重度胁迫时则呈下降趋势。⑦N、P、K等大量元素可提高叶片叶绿素含量及根部可溶性糖含量,使根部苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羟化酶和查尔酮合成酶活性增强,黄酮类物质含量提高,提高顺序为K>N>P>CK。 结论:黄芩植株体内的代谢活动是复杂的,并且受着光照、温度、水分、无机元素等外界环境因素的影响,在药材生产中,通过采取有效措施、改善各种外界环境条件,可以达到调控植株代谢、提高药材产量与质量的目的。