鑭對鐵皮石斛幼苗生理特性及品質的影響

徐曉燕等

摘要：為了研究稀土鑭（La3+）對鐵皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）幼苗生理特性和品質的影響，在溫室里用5～120 mg/L的鑭溶液分別對鐵皮石斛幼苗進行了噴施試驗。結果顯示，隨著鑭溶液濃度的升高，幼苗葉片和莖稈中葉綠素、可溶性蛋白、脯氨酸、多糖、石斛堿的含量呈先增加、后降低的變化趨勢，而丙二醛的含量先降低、后增加。綜合而言，用20 mg/L鑭溶液濃度噴施鐵皮石斛幼苗為最佳處理濃度，此時葉片中葉綠素的含量比空白對照增加54.37%、可溶性蛋白含量增加53.64%、脯氨酸含量增加99.20 %、丙二醛含量降低44.71%、多糖含量增加56.60%、石斛堿含量增加14.06%；莖稈中葉綠素的含量比空白對照增加17.48%、可溶性蛋白含量增加56.57%、脯氨酸含量增加253.64%、丙二醛含量降低74.91%、多糖含量增加88.73%、石斛堿含量增加24.54%。表明20 mg/L的鑭溶液濃度處理能有效的促進鐵皮石斛的光合作用、增強抗逆性和提高品質。

關鍵詞：鑭；鐵皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）；生理指標；品質

中圖分類號：O614..33+1；S567.23+9；Q945 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）12-2935-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.12.032

Effect of La3+ on Physiological Characteristics and Quality of

Dendrobium officinale Seedlings

XU Xiao-yan， TANG Di， CAI Jing-wen， ZHU Hui-fei， SHI Jun

（Jiangsu Polytechnic College of Agriculture & Forestry， Jurong 212400， Jiangsu， China）

Abstract： In order to study the effect of different concentration of Lanthanum （La3+） on some physiological characteristics and quality of Dendrobium officinale Kimura et Migo seedlings， the seedlings was sprayed by 5 to 120 mg/L La3+ in the greenhouse. The results showed that the content of chlorophyll， proline， soluble protein， polysaccharide and dendrobine in leaves and stems increased and then decreased with the increasing of La3+ concentration； while the content of malondialdehyde decreased before it increased. Combined with all the indexes， 20 mg/L La3+ solution was the best treatment concentration as the content of chlorophyll increased by 54.37%； soluble protein increased by 53.64%， proline increased by 99.20%， malondialdehyde decreased by 44.71%， polysaccharide increased by 56.60% and dendrobine increased by 14.06% in leaves compared with the control. The content of chlorophyll increased by 17.48%， soluble protein increased by 56.57%， proline increased by 253.64%， malondialdehyde decreased by 74.91%， polysaccharide increased by 88.73% and dendrobine increased by 24.54% in stems， respectively. The concentration of 20 mg/L La3+ could effectively promote the photosynthesis， enhance the resistance and improve quality of D. officinale seedlings.

Key words： Lanthanum； Dendrobium officinale Kimura et Migo； physiological characteristics； quality

鐵皮石斛（Dendrobium officinale Kimura et Migo）是多年生草本植物，屬于國家二級保護植物，為《中華人民共和國藥典》中記載的一種名貴中藥材，具有益胃生津、滋陰清熱等功效[1]。鐵皮石斛的主要成分為多糖和生物堿，以及微量的茋類、糖苷類等化合物[2]。現代藥理學研究表明，鐵皮石斛具有增強免疫力、抗氧化、抗腫瘤、降血糖等功效[3，4]，是部分中藥制劑、中成藥、保健品的必需原料。近年來，由于過度采挖和生態環境的破壞，致使野生資源瀕臨枯竭；加上鐵皮石斛的生長對環境條件要求苛刻，所以人工栽培的鐵皮石斛生長較緩慢，產量也低。但是，通過施用葉面微肥來改善鐵皮石斛的生長或許是一種有效途徑。

稀土有鑭、銣、鈰等多種元素，對植物的生長、光合作用、營養代謝及抗逆性均有一定的影響，對部分植物有增產和提高品質的作用[5]。陳穎等[6]用不同濃度的鑭溶液葉面噴施馬褂木[Liriodendron chinense （Hemsl.）Sarg.]苗木，結果50～200 mg/L的鑭溶液對其苗高與地徑的生長均有明顯的促進作用，年苗高生長比空白對照增加10～19 cm、年地徑增加1.07～2. 99 mm，而且葉片中蛋白質和葉綠素的含量比對照均有提高。楊寧生等[7]將適量的硝酸鑭（15 mg/L）作為附加成分加入大花蕙蘭（Cymbidium hookerianum Rchb. f.）培養基中，結果利于原球莖的生長、分化和生根。科研人員對鑭在鐵皮石斛組織培養快速繁殖過程中的作用進行了研究，發現在鑭濃度為10～20 mg/L的培養基中，鐵皮石斛試管苗的質量、總葉綠素含量和石斛多糖的含量均有顯著的增加[8]。在鑭濃度為0.2～7.0 mg/L的培養基中，細葉石斛（Dendrobium hancockii Rolfe）的丙二醛、可溶性糖、脯氨酸、葉綠素含量等生理指標均產生顯著變化[9]。謝寅峰等[10]在霍山石斛（Dendrobium huoshanense C Z Tang et S J Cheng）培養基中添加20 mg/L的硝酸鑭后，霍山石斛試管苗的多糖含量顯著增加。但鑭在鐵皮石斛栽培過程中的使用技術尚未獲得突破，對其光合作用、抗逆性及內在品質是否有促進作用鮮有報道。

為此，試驗研究了稀土鑭溶液對鐵皮石斛部分生理特性和品質的影響，旨在找出適合鐵皮石斛生長的最佳施用濃度，為鐵皮石斛高產優質栽培提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

選擇長勢一致的二年生鐵皮石斛盆栽苗，每盆5株，生長基質為松鱗，由江蘇農林職業技術學院鐵皮石斛基地提供；將參試的鐵皮石斛盆栽苗置于基地的智能溫室[（25±3） ℃，RH 70%]內進行培育，稀土鑭（LaCl3·7H2O）由成都格雷西亞化學技術有限公司生產，其含量≥99%。

1.2 方法

1.2.1 稀土微肥處理 2013年9月15日，用濃度分別為5、10、20、40、80、120 mg/L的鑭（La3+）溶液噴施鐵皮石斛地上部分，每天噴施1次，每個處理3個重復，以噴清水為空白對照。在噴施后30 d時，取鐵皮石斛幼苗的葉片和莖稈樣品，保存于超低溫（-80 ℃）冰箱內，用于生理活性物質含量和品質指標的測定。

1.2.2 生理活性物質和品質指標的測定 鐵皮石斛幼苗的葉綠素含量采用丙酮-乙醇混合液（體積比1∶1）浸提比色法測定[11]；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定[11]；脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定[11]；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸顯色法測定[11]；多糖含量采用3，5-二硝基水楊酸法測定[12]；石斛堿含量采用酸性染料比色法測定[13]。

1.3 數據分析

試驗數據用Microsft Office Excel 2003和SPSS 17.0軟件進行相關統計分析。

2 結果與分析

2.1 鑭對鐵皮石斛幼苗葉片和莖稈生理活性物質含量的影響

2.1.1 鑭對葉綠素含量的影響 試驗測定的鑭溶液對鐵皮石斛幼苗葉綠素含量的影響情況見圖1。由圖1可見，葉片用5～20 mg/L的鑭溶液處理后，幼苗葉片葉綠素含量隨鑭溶液處理濃度的升高而快速增加；而在40～120 mg/L的鑭溶液處理后，隨著處理濃度的不斷升高，葉綠素含量開始明顯降低；以20 mg/L的鑭溶液處理葉綠素含量最高，其與大部分處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05），比空白對照的葉綠素含量提高了54.37%。在莖稈方面，葉綠素含量同樣隨著鑭溶液濃度的增加，呈現出先增加、后降低的變化趨勢，但莖稈的葉綠素含量在10 mg/L的鑭溶液處理后達最大值，并與其他處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05），比對照的葉綠素含量提高了33.42%，而20 mg/L的鑭溶液處理后出現次高值，比對照提高了17.48%。說明鑭溶液處理后可使鐵皮石斛幼苗葉片和莖稈中葉綠素含量出現顯著的變化。

2.1.2 鑭對可溶性蛋白含量的影響 試驗測定的鑭溶液對鐵皮石斛幼苗可溶性蛋白含量的影響情況見圖2。由圖2可見，鐵皮石斛幼苗葉片中可溶性蛋白的含量隨著鑭溶液濃度的不斷增加呈先增加、后降低的變化趨勢，在鑭溶液濃度為20 mg/L時，可溶性蛋白含量達到最大值，并與其他處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05），尤其是比空白對照提高了53.64%。莖稈中可溶性蛋白含量的變化趨勢與葉片相同，也是先增加、后降低，在鑭溶液濃度為20 mg/L時達到最大值，與其他大部分處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05），也比對照提高了56.57%。表明20 mg/L的稀土鑭溶液能有效的促進鐵皮石斛幼苗可溶性蛋白的合成與積累。需要注意的是，鐵皮石斛幼苗可溶性蛋白含量隨鑭溶液濃度的升高與葉綠素含量的變化相似，2種生理活性物質的含量增減同步。

2.1.3 鑭對脯氨酸含量的影響 脯氨酸有利于提高植物的抗逆性[5]，試驗測定的鑭溶液對鐵皮石斛幼苗脯氨酸含量的影響情況見圖3。由圖3可見，鐵皮石斛幼苗葉片中脯氨酸含量在鑭溶液濃度為20 mg/L時達到最大值，比空白對照提高99.20%，幾乎提高了1倍，與其他處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05）。莖稈中脯氨酸含量在鑭溶液濃度為10 mg/L時達到峰值，而且比對照差不多提高了3倍，與其他處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05），并且鑭溶液濃度為20 mg/L處理的脯氨酸含量比對照提高了253.64%，也與其他處理和空白對照差異顯著（P<0.05）。試驗中脯氨酸含量隨鑭溶液濃度的升高與葉綠素、可溶性蛋白含量的變化相似，也呈現出先升高、后降低的變化趨勢。

2.1.4 鑭對丙二醛含量的影響 丙二醛含量用來衡量膜脂過氧化的程度，含量越高質膜受到的損傷就越大[5]。試驗測定的鑭溶液對鐵皮石斛幼苗丙二醛含量的影響情況見圖4。由圖4可見，隨著鑭溶液濃度的增加（5～120 mg/L），丙二醛含量呈先降低、后增加的變化趨勢，在20 mg/L鑭溶液處理下丙二醛含量達到最低值，與其他處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05）；其中葉片的丙二醛含量比空白對照減少了44.71%，莖稈的丙二醛含量比對照減少了74.91%。

2.2 鑭對鐵皮石斛幼苗品質的影響

2.2.1 鑭對多糖含量的影響 多糖是鐵皮石斛主要的藥用成分[2]，試驗測定的鑭溶液對鐵皮石斛幼苗多糖含量的影響情況見圖5。由圖5可見，不同濃度鑭溶液處理后，鐵皮石斛葉片和莖稈中多糖含量總體趨勢是先增加、后降低。在葉片中，鑭溶液濃度為10 mg/L處理的多糖含量達到最大值，與其他處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05），比空白對照提高了85.84%；并且鑭溶液濃度為20 mg/L處理的多糖含量比空白對照增加了56.60%，也與其他處理和空白對照相比差異顯著（P<0.05）。在莖稈中，鑭溶液濃度為20 mg/L處理時的多糖含量達到最大值，與其他處理相比差異顯著（P<0.05），比對照增加了88.73%。這個結果表明，鐵皮石斛幼苗的葉片用10 mg/L的鑭溶液處理、莖稈用20 mg/L的鑭溶液處理能增加鐵皮石斛幼苗藥用成分多糖的含量，這對于提高鐵皮石斛的藥用品質具有重要意義。

2.2.2 鑭對石斛堿含量的影響 石斛堿也是鐵皮石斛重要的有效藥用成分[2]，鑭溶液處理對鐵皮石斛幼苗葉片和莖稈中石斛堿含量的影響情況見圖6。從圖6可見，鐵皮石斛幼苗葉片中的石斛堿含量在鑭溶液處理濃度分別為5、10、20 mg/L時相互之間差異不顯著（P>0.05），但與空白對照相比，3個處理都比對照顯著增加（P<0.05），其中鑭溶液濃度為10 mg/L處理的石斛堿含量最高，比對照提高了16.27%，鑭溶液濃度為20 mg/L處理的石斛堿含量次高，比對照提高了14.06%；之后隨著鑭溶液濃度的增加石斛堿含量逐漸降低。莖稈中的石斛堿含量在鑭溶液濃度分別為10、20、40 mg/L時達到高值，與空白對照相比，3個處理都比對照顯著增加（P<0.05），其中以鑭溶液濃度為20 mg/L處理的最高，其比對照增加了24.54%，且與鑭溶液低濃度的5 mg/L處理和高濃度的80、120 mg/L處理的差異顯著（P<0.05）。因此10～40 mg/L鑭溶液濃度處理能顯著增加鐵皮石斛幼苗的石斛堿含量。

3 小結與討論

試驗結果表明，稀土鑭對鐵皮石斛幼苗的光合作用，抗逆性及內在品質等方面存在明顯的劑量效應，隨著鑭溶液處理濃度的增加，各測定指標呈現出先促進生長、而后抑制作用逐漸增強的變化趨勢。綜合葉片和莖稈中的各項指標，結合鐵皮石斛入藥和食用部分主要是莖稈的實際，提出用20 mg/L稀土鑭溶液噴施鐵皮石斛幼苗為最佳處理濃度。此處理濃度使幼苗葉片中葉綠素的含量比空白對照增加54.37%、可溶性蛋白含量增加53.64%、脯氨酸含量增加99.20%、多糖含量增加56.60%、石斛堿含量增加14.06%、丙二醛含量降低44.71 %；使莖稈中葉綠素的含量比對照增加17.48%、可溶性蛋白含量增加56.57%、脯氨酸含量增加253.64%、多糖含量增加88.73%，石斛堿含量增加24.54%，丙二醛含量降低74.91%。表明20 mg/L鑭溶液處理可以顯著提高鐵皮石斛幼苗的光合能力、增強抗逆性、提高品質，加之稀土鑭成本低、用量少、作用穩定和施用方便等特點，使該項技術對鐵皮石斛改進人工栽培規程具有較高的潛在價值。

光合作用是植物生長的基礎，葉綠素是光合作用中重要的基礎物質，其含量的增加可以提高葉片光合效率，加快植株體內營養物質的積累；蛋白質是構建植物光合系統和影響植物光合效能的重要物質，其含量變化可反映植物光合系統效能的高低程度[14]。試驗結果顯示，在5～120 mg/L鑭溶液處理下，葉綠素含量的變化與蛋白質含量的變化一致，沈博禮等[15]認為，一定濃度的稀土可促進植物PSⅡ蛋白復合體的活性及加快光合電子傳遞的速率，從而促進整個光能轉換與光化學反應過程。鄭銀錸等[16]研究發現，稀土鈰在橡膠[Hevea brasiliensis（Willd. ex A. Juss.）Muell. Arg.]幼苗中主要與蛋白質結合，稀土元素通過與氨基酸中氧原子配位形成絡合物，從而提高蛋白質的穩定性。本試驗結果表明，10～20 mg/L的鑭溶液濃度處理最有利于鐵皮石斛幼苗葉綠素和蛋白質的積累。

脯氨酸是一種小分子滲透物質，當植株處于逆境條件下時，植物細胞就會主動快速累積大量的脯氨酸，以緩解或修復逆境所造成的危害[17]。丙二醛作為膜脂過氧化物的最終產物之一，其含量的高低是反映膜脂過氧化作用強弱和質膜被破壞程度的重要指標[18]。試驗里在10～20 mg/L的鑭溶液處理后，鐵皮石斛幼苗脯氨酸的含量可達到較高水平，而丙二醛的含量處于較低水平，這表明適量的鑭溶液處理（10～20 mg/L）可保護細胞膜免受傷害，增強鐵皮石斛幼苗的抗逆性。但隨著鑭溶液處理濃度的逐漸增加（20 mg/L以上），脯氨酸的含量開始逐漸降低，丙二醛的含量逐漸升高，說明隨著鑭溶液處理濃度的增加會逐漸抑制鐵皮石斛的生長，導致抗氧化能力減弱，破壞細胞膜的穩定性，并對植株產生傷害，其具體機制還需進一步研究確認。

石斛中多糖和總生物堿的含量常被認為是評價其藥用品質的重要指標[3，19]。稀土對鐵皮石斛品質有明顯的影響，通過對鐵皮石斛葉片和莖稈中有效成分的測定，發現隨著鑭溶液處理濃度的增加，石斛多糖和石斛堿含量呈先升高后降低的變化趨勢。謝寅峰等[10]在霍山石斛組培苗中添加20 mg/L的鑭，可使石斛多糖含量增加76.33%，可見適量的鑭可顯著提高石斛多糖的含量。在此次試驗中，10 mg/L的鑭處理能有效提高鐵皮石斛幼苗葉片的藥用品質，而莖稈是20 mg/L的鑭處理最佳。考慮到鐵皮石斛入藥和食用部分主要是莖稈部位，建議用20 mg/L鑭溶液處理噴施鐵皮石斛的地上部分。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家藥典編纂委員會.中華人民共和國藥典（一部）[M].北京：中國醫藥科技出版社，2010.265-266.

[2] 陳曉梅，郭順星.石斛屬植物化學成分和藥理作用的研究進展[J]. 天然產物研究與開發，2001，13（1）：70-75.

[3] LIU X F，ZHU J，REN F Z，et al.Orally administered Dendrobium officinale and its polysaccharides enhance immune functions in BALB/c mice [J].Nat Prod Commun，2011，6（6）：867-870.

[4] LUO A X，HE X J， ZHOU S D，et al. Purification composition analysis and antioxidant activity of the polysaccharides from Dendrobium nobile Lindl[J]. Carbohydrate Polymers，2010，79（4）：1014-1019.

[5] 周正朝，張希彪，上官周平.植物對稀土元素的生理生態響應[J].西北農業學報，2004，13（2）：119-123.

[6] 陳 穎，謝寅峰，陳裕菊，等.稀土對馬褂木苗生長及生理指標的影響[J].南京林業大學學報（自然科學版），2003，27（1）：37-40.

[7] 楊寧生，楊柏云，劉 敏，等.硝酸鑭對大花蕙蘭（Cymbidium hybridum）組織培養影響的研究[J].南昌大學學報（理科版），1994，18（1）：89-92.

[8] 周 偉，沈亞芳，劉材材，等.稀土微肥對鐵皮石斛試管苗壯苗的影響[J].中草藥，2006，37（11）：1719-1723.

[9] 莫昭展，韋莉美，黃新誠，等.硝酸鑭對細葉石斛試管苗生理生化指標的影響[J].河南農業科學，2009（12）：107-110.

[10] 謝寅峰，徐 麗.稀土等對霍山石斛組培苗石斛多糖含量的影響[J].南京林業大學學報（自然科學版），2008，32（6）：39-42.

[11] 孔祥生，易現鋒.植物生理學實驗技術[M].北京：中國農業出版社，2008.

[12] 韋 練，郭 力，陳佳江，等.3，5-二硝基水楊酸法測定石斛多糖含量的研究[J].時珍國醫國藥，2013，24（6）：1330-1332.

[13] 徐 寧.石斛中總生物堿的含量測定方法研究[J].基層中藥雜志，2001，15（3）：24.

[14] 林 候.鑭稀土對鵝毛竹光合作用及葉綠素熒光特性的影響[D].南京：南京林業大學，2007.

[15] 沈博禮，戴新賓.稀土對小麥葉綠體光化學反應的效應[J].稀土，1994，15（2）：71-72.

[16] 鄭銀錸，徐步進，沈毓渭，等.稀土元素鈰在橡膠苗體內的分布及其存在形態的初步研究[J].科技通報，1988，4（2）：30-33.

[17] 朱 虹，祖元剛，王文杰，等.逆境脅迫條件下脯氨酸對植物生長的影響[J].東北林業大學學報，2009，37（4）：86-89.

[18] 陳少裕.膜脂過氧化與植物逆境脅迫[J].植物學通報，1989， 6（4）：211-217.

[19] 王康正，高文遠.石斛屬藥用植物研究進展[J].中草藥，1997， 28（10）：633-635.