半夏組織培養中光照條件對生長和有效成分積累的影響

李冠男，黃惠英，王寶春，張慶霞，高 峰，安 賢

（1.甘肅農業職業技術學院，甘肅 蘭州 730020；2.西河縣天正農牧業發展有限公司，甘肅 西河 730020）

半夏（Pinellia ternata）是一種具有重要藥用價值的植物，廣泛應用于中藥領域。它含有多種生物活性成分，如生物堿、揮發油、多糖等，具有鎮咳、祛痰、消腫、止吐等藥理作用。研究光照條件對半夏組織培養中生長和有效成分積累的影響具有重要的背景和意義。傳統的半夏采集方式依賴于天然資源，存在著數量有限、生長環境受限、地域分布不均等問題，導致半夏的種植和供應受到限制，難以滿足藥用需求。而利用組織培養技術，可以通過無菌條件下培養植物組織，實現對半夏生長和有效成分積累的控制，從而提高半夏的產量和質量。光照是植物生長和代謝的重要環境因素之一。適宜的光照條件對植物的生長發育、光合作用和次生代謝產物的合成都有著顯著的影響。對于半夏組織培養而言，通過調控光照條件可以控制植物的生長速度、生物量積累以及有效成分的合成和積累。研究光照條件對半夏組織培養的影響，可以為優化半夏的生長條件、提高其產量和質量提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 試驗材料

選擇甘肅省農業職業技術學院組培中心半夏的組培苗為材料，隨機選取直徑為1.5～2 cm、質量2 g 左右完整無病的半夏塊莖，消毒后，栽種于塑料盆（上口直徑22 mm，高16 mm，下口直徑14 mm）內，播種深度5 cm。每盆種植5 顆半夏塊莖，共設9個重復。

1.2 試驗土壤

供試土壤為西河縣天正農牧業發展有限公司中藥材資源圃內耕作層土壤，砂壤土，含水量25.31%。

1.3 試驗設計

不同光照條件對半夏生長和有效成分積累設計：使用不同顏色的濾光膜獲得不同光質，共設置，設白膜、黃色膜、藍色膜、紅色、綠色膜5 個處理。當每盆半夏出苗過半時，移至西河縣天正農牧業發展有限公司中藥材資源圃濾光膜內，待倒苗后，收集塊蓮、珠芽、種子。

1.4 觀察指標

待半夏出苗后每5 d 對葉長、葉寬、株高進行一次測量。待倒苗后收取半夏塊莖計算有效成分積累量。

還原糖含量測定：將2 g菲林和0.5 g蘇丹藍溶解在1 L水中，并加熱攪拌至完全溶解。然后冷卻并過濾，得到菲林-蘇丹藍試劑。將半夏樣品研磨成細粉。取一定量的1 g 半夏粉末放入錐形瓶中。向錐形瓶中加入足夠的菲林-蘇丹藍試劑，使半夏粉末完全浸沒在溶液中。將錐形瓶放入沸水中加熱5 min。將錐形瓶冷卻至室溫。使用紫外可見光分光光度計將溶液的吸光度測定在515 nm 處。準備一系列含量已知的還原糖標準溶液，并按照相同的步驟測定吸光度。將吸光度與還原糖標準溶液的濃度繪制成標準曲線。根據樣品的吸光度值和標準曲線，確定還原糖的含量。

可溶性糖含量測定：將半夏研磨成細粉。取1 g 半夏粉末放入離心管中。向離心管中加入足夠的酚硫酸試劑（5 g酚和50 mL濃硫酸混合），使樣品完全浸沒在試劑中。用離心管蓋蓋好，輕輕震蕩混合，使樣品均勻接觸試劑。將離心管放入水浴中，加熱10 min。將離心管冷卻至室溫。使用離心機將離心管離心10 min，以分離固體殘渣和液相。將上清液（液相）轉移到另一個干凈的離心管中。根據樣品的濃度，適當稀釋液相，以確保在光度計范圍內進行測量。使用紫外可見光分光光度計，在特定波長下（通常為485 nm），測定溶液的吸光度。準備一系列含量已知的可溶性糖標準溶液，并按照相同的步驟測定吸光度。將吸光度與可溶性糖標準溶液的濃度繪制成標準曲線。根據樣品的吸光度值和標準曲線，確定可溶性糖的含量。

蛋白質含量測定：取一定量的半夏粉末（例如1 g）放入離心管中。向離心管中加入足夠的Bradford 試劑，使樣品完全浸沒在試劑中。用離心管蓋蓋好，輕輕震蕩混合，使樣品均勻接觸試劑。將離心管孵育在室溫下15 min，使蛋白質與Bradford 染色劑發生反應。使用離心機將離心管離心5 min，以分離固體殘渣和液相。將上清液（液相）轉移到另一個干凈的離心管中。使用分光光度計，在595 nm波長下測定溶液的吸光度。制備標準曲線：根據Bradford 試劑盒中提供的標準蛋白溶液的濃度，制備一系列已知濃度的標準溶液，并按照相同的步驟測定吸光度。將吸光度與標準溶液的濃度繪制成標準曲線。根據樣品的吸光度值和標準曲線，確定蛋白質的含量。

生物堿含量測定：將一定量的半夏粉末稱取入離心管中，并加入適量的乙腈和磷酸鹽緩沖液，充分混合，并用超聲波提取儀進行提取。將提取后的樣品離心，以去除固體殘渣，得到待分析的提取液。根據需要測定的目標生物堿，準備一系列已知濃度的標準品溶液。將標準品溶液注入HPLC系統，按照分析方法進行分析，記錄各標準品峰面積和濃度的關系，繪制標準曲線。將提取液中的樣品注入HPLC 系統的進樣器中，按照分析方法進行分析。設置HPLC 系統的分析條件，包括色譜柱類型、流動相組成、流速、檢測器波長等參數，以確保目標生物堿在色譜柱上得到良好的分離和檢測。使用HPLC系統的數據采集軟件，記錄樣品峰面積，并通過標準曲線來定量計算生物堿的含量。

鳥苷、鳥苷含量測定方法與生物堿含量測定類似。

2 結果

2.1 半夏生產情況

3 種處理期間，黃色膜、藍色膜、紅色膜下的半夏葉面積都在增長中，白色膜和綠色膜下則不明顯。在黃色膜、藍色膜下的半夏葉片葉面積最大，紅色、白色膜次之，綠色膜下的半夏葉片葉面積最小，詳見表1。

表1 不同光照對半夏葉面積的影響（±s，n=3）Tab.1 Effect of different illumination on leaf area of Pinellia ternata

表1 不同光照對半夏葉面積的影響（±s，n=3）Tab.1 Effect of different illumination on leaf area of Pinellia ternata

15 d 處理5 d 10 d 21.45±1.321 4 14.26±1.124 5 21.25±1.231 5 23.75±1.482 1 27.34±4.458 4白色膜綠色膜紅色膜藍色膜黃色膜20.42±2.012 3 14.96±1.469 5 17.25±1.896 1 18.27±2.215 4 20.21±0.862 1 16.54±1.712 5 16.39±1.125 4 22.01±2.615 4 24.03±2.154 1 28.54±1.215 4

半夏的株高在處理期間都處于增長中，在處理后，白色膜和黃色膜下的半夏株高最大，紅色膜、綠色膜次之，藍色膜下的最小，詳見表2。

表2 不同光照對半夏株高的影響（±s，n=3）Tab.2 Effect of different illumination on plant height of Pinellia ternata

表2 不同光照對半夏株高的影響（±s，n=3）Tab.2 Effect of different illumination on plant height of Pinellia ternata

15 d 20.48±0.5954 18.02±0.8124 18.42±0.8154 16.11±0.6941 18.33±0.8412處理白色膜綠色膜紅色膜藍色膜黃色膜5 d 6.15±0.2621 5.19±0.2415 5.27±0.2145 5.02±0.2457 5.71±0.8512 10 d 16.11±1.0201 15.91±1.0454 13.61±1.0354 15.34±1.0324 15.03±1.0321

2.2 不同光強對半夏塊室鮮質量、干質量、繁殖系數的影響

黃色膜、白色膜下半夏塊蓮的鮮質量、干質量最大，紅色膜、黃色膜、綠色膜最小；紅色膜、白色膜下的半夏珠芽數最多，繁殖系數最大，藍色膜、綠色膜次之，黃色膜下最小。說明黃色膜可以促進半夏塊基質量的增長，而紅色膜促進半夏珠芽的形成，促進半夏的繁殖，詳見表3。

表3 不同光強對半夏塊室鮮質量、干質量、繁殖系數的影響（±s，n=3）Tab.3 Effects of different light intensity on fresh weight,dry weight and reproduction coefficient of Pinellia ternata

表3 不同光強對半夏塊室鮮質量、干質量、繁殖系數的影響（±s，n=3）Tab.3 Effects of different light intensity on fresh weight,dry weight and reproduction coefficient of Pinellia ternata

處理鮮質量/g干質量/g珠芽數/個繁殖系/數白色膜綠色膜紅色膜藍色膜黃色膜3.132 4±0.102 1 2.661 2±0.081 2 2.516 5±0.098 1 2.596 1±0.109 2 3.042 5±0.130 1 0.841 2 0.712 5 0.541 5 0.631 5 0.853 5 9.651±0.691 2 7.1025±0.712 5 10.152±0.614 5 8.921±0.612 4 6.569±0.779 5 16.77±0.564 1 14.09±0.712 5 17.91±0.451 2 16.09±0.471 5 14.02±0.771 5

2.3 不同光強對半夏有效成分積累的影響

黃色膜下的半夏塊墓可溶性還原糖、總糖、生物堿及琥泊酸含量最高，可溶性蛋白和鳥苦含量最低。藍色膜下，半夏塊蓮總糖最低，可溶性還原糖、生物堿及琥拍酸含量較低，可溶性蛋白和鳥苷含量最高。紅色膜下的半夏塊蓮生物堿、鳥苦含量最低，總糖含量較高，其他成分含量較低。綠色膜下半夏塊蓮除琥拍酸含量較高外，其他各化學成分都較低。白色膜下，有效成分積累含量都較高，詳見表4。

表4 不同光強對半夏有效成分積累的影響對比（-x±s，n=3）Tab.4 Comparison of effect of different light intensity on accumulation of effective components in Pinellia ternata

3 討論

光對植物的形態發育具有重要影響。植物對光的方向、強度和光周期的感知能力決定其的生長方向、葉片展開和莖伸長等。植物對不同光質的光具有感知和響應能力，并通過不同的光形態建成反應來調節生長和發育過程。第一類光形態建成反應主要受紅光和遠紅光的調節。在植物生長環境中，紅光主要來自于陽光和白熾燈等光源，而遠紅光主要來自于遠紅外線輻射。植物對紅光和遠紅光的比例變化非常敏感，并根據其接收到的光質信息來調節生長和發育。紅光主要促進植物的光合作用和伸長生長。當植物接收到較高比例的紅光時，可以促進葉綠素的合成和光合作用的進行，從而增加光合產物（如碳水化合物）的積累。此外，紅光還可以促進莖的伸長和細胞分裂，影響植物的形態和構型。遠紅光主要參與植物的光形態建成反應。當植物接收到較高比例的遠紅光時，會抑制莖的伸長、促進側芽的分化和開花的誘導。遠紅光可以影響植物的形態建成，如控制植物的高度和側枝的分布。第二類光形態建成反應主要受藍光和近紫外光的調節。藍光和近紫外光主要來自于天空的光線。植物對藍光和近紫外光的比例變化也會引發一系列生理反應。藍光對植物的生長和發育具有多種影響，可以促進植物體內蛋白質的合成和積累，對葉片的展開和莖的伸長有促進作用。此外，藍光還參與光敏感色素的合成、調控植物的開花時間和根的形成等過程。近紫外光對植物的影響較少研究，但已知它可以參與植物的光形態建成反應，調控植物的開花、莖伸長和根的形成。不同光質對植物的生長和發育具有不同的調節作用。紅光和遠紅光主要調節植物的光合作用、伸長生長和形態建成；藍光和近紫外光主要調節植物的蛋白質合成、開花時間和根的形成。深入了解光質的作用機制有助于優化植物的生長環境和提高農作物產量。

本次研究通過使用不同光照條件對半夏生產進行干預，發現黃色膜下的半夏植物表現出葉面積增長、株高增加、塊蓮質量增加以及較高的可溶性還原糖、總糖、生物堿和琥拍酸含量。紅色膜下的半夏植物則促進了珠芽的形成和繁殖，且總糖含量較高。藍色膜下的半夏植物總糖含量較低，可溶性還原糖、生物堿和琥拍酸含量較低，但可溶性蛋白和鳥苷含量較高。綠色膜下的半夏植物除了琥拍酸含量較高外，其他化學成分含量較低。白色膜下各化學成分的積累含量較高。說明黃色膜能夠促進半夏的生長發育和塊蓮質量的增加，且增加了可溶性還原糖、總糖、生物堿和琥拍酸的含量；紅色膜促進了半夏的繁殖，特別是珠芽的形成，同時增加了總糖的含量；藍色膜下的半夏植物在化學成分上表現出與其他膜下不同的特點，可溶性蛋白和鳥苷含量較高，但總糖含量較低；綠色膜下的半夏植物除了琥拍酸含量較高外，其他化學成分的含量相對較低；白色膜下半夏植物各化學成分的積累較高。

綜上，黃色膜可促進半夏生長發育，紅色膜可促進半夏株芽形成，且紅色膜下繁殖系數最大，可使用紅光提高半夏產量。