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光强对菘蓝生长、化学成分及抗氧化活性的影响

李鑫垚 ,  黄佳彬 ,  郭巧生 ,  刘俐君 ,  龚敏 ,  苏勇 ,  陆李仙 ,  赵坤

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文章导航 > 浙江农林大学学报  > 2023 >  40(2): 356-364
宋鹏, 李慧, 江厚龙, 等. 生物质炭基肥对重庆植烟区烤烟根系发育及产量和品质的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(6): 1232-1240. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230161
引用本文: 李鑫垚, 黄佳彬, 郭巧生, 等. 光强对菘蓝生长、化学成分及抗氧化活性的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(2): 356-364. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220263
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SONG Peng, LI Hui, JIANG Houlong, et al. Effect of biochar-based fertilizer on root development, yield and quality of flue-cured tobacco in Chongqing tobacco growing area[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(6): 1232-1240. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230161
Citation: LI Xinyao, HUANG Jiabin, GUO Qiaosheng, et al. Effects of light intensity on growth, chemical composition and antioxidant activity of Isatis indigotica[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(2): 356-364. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220263
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光强对菘蓝生长、化学成分及抗氧化活性的影响

DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220263

  • 南京农业大学 中药材研究所，江苏 南京 210095

基金项目: 国家级大学生创新创业训练计划项目(202110307015)
详细信息
    作者简介: 李鑫垚(ORCID: 0000-0002-9054-6810)，从事中药资源驯化与鉴定研究。E-mail: 14419215@njau.edu.cn
    通信作者: 郭巧生(ORCID: 0000-0001-8006-882X)，教授，博士，从事中药资源驯化与鉴定研究。E-mail: gqs@njau.edu.cn

  • 中图分类号: S718.43

Effects of light intensity on growth, chemical composition and antioxidant activity of Isatis indigotica

  • Institute of Chinese Medicinal Materials, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, Jiangsu, China

摘要

  • 摘要:   目的  探究光强对大青叶基原植物菘蓝Isatis indigotica生长、药材大青叶化学成分及抗氧化活性的影响，为大青叶基原植物菘蓝的人工栽培提供参考。  方法  在100%全光照、60%全光照、20%全光照下种植菘蓝，观测菘蓝生长旺盛期叶片生长情况，同时测定大青叶靛蓝、靛玉红、总黄酮、总多糖、总游离氨基酸等化学成分质量分数和抗氧化活性。  结果  菘蓝叶片生长与光强呈正相关，100%全光照组的菘蓝株高、叶长、叶宽、叶片数、叶面积均为最高；大青叶靛蓝、总黄酮、总多糖质量分数均随着光强的降低而降低，且各组间差异显著(P＜0.05)；靛玉红质量分数随光强的增加呈先升高后降低的趋势，60%全光照组显著高于其他处理(P＜0.05)，但100%全光照组与20%全光照组间差异不显著；总游离氨基酸质量分数随着光强的降低而升高。抗氧化活性与光强呈正相关，20%全光照组的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基半清除率(IC50)显著高于60%全光照组和100%全光照组(P＜0.05)。  结论  100%全光照下大青叶药材产量最高，且内在品质最好，较60%和20%全光照更适合栽培。表8参39
    Abstract:   Objective  The present study, with an exploration of the effects of light intensity on growth of Isatis indigotica, and chemical composition, antioxidant activity of isatidis folium, aims to provide reference for the artificial cultivation of I. indigotica.   Method  With seedlings of I. indigotica planted under 100%, 60% and 20% of full sunlight, their growth indexes were measured at the vigorous growth period, whereas chemical compounds such as indigo, indirubin, total flavonoids, total polysaccharides and total free amino acid, as well as antioxidant activity were determined after harvest.   Result  The growth of leaves was positively correlated with the light intensity, and the plant height, leaf length, leaf width, number of leaves, and the single leaf area in 100% of full sunlight treatment were the largest. Indigo, total flavonoids and total polysaccharides of isatidis folium were decreased with the decrease of light intensity, and there were significant differences among three groups (P＜0.05). Indirubin showed a trend of increasing first and then decreasing, with that of the 60% of full sunlight treatment being the highest (P＜0.05), yet no significant differences between the ones of 100% and 20% of full sunlight treatment. The total free amino acid was negatively correlated with light intensity and increased with the decrease of light intensity. The antioxidant activity was positively correlated with the light intensity and the IC50 (half maximal inhibitory concentration) for DPPH of 20% of full sunlight treatment was significantly higher than that in 60% and 100% of full sunlight treatment (P＜0.05).   Conclusion  The 100% of full sunlight treatment was the optimum light intensity condition to achieve high yield and intrinsic quality of isatidis folium, which is more conducive to the cultivation of isatidis folium than the 60% and 20% full sunlight treatment. [Ch, 8 tab. 39 ref.]

  • 生物质炭基肥是一种以生物质炭为基质，根据不同区域土地特点、不同作物生长特点以及科学施肥原理，添加有机质或无机质配制而成的生态环保型肥料。生物质炭具有微观孔隙结构、较大的比表面积和高吸附性等特点，这使得生物质炭基肥在优化土壤理化性质和调节土壤微生物群落及数量等方面效果显著[1]。研究表明：施用生物质炭基肥可以显著改善土壤的物理性状[2]，降低土壤容重[3]，增加田间持水量和透气性[4]，提高土壤pH和养分有效性[5]。在生产实践中，施用生物质炭基肥可实现化肥减施，提高当地烟农收益的目的[6−7]。根据不同用途，研究人员相继开发出多种生物质炭基肥类型，并已在北方壤土、砂土麦田和南方烟田进行应用[8]。

    尽管生物质炭基肥在烤烟Nicotiana tabacum种植中已经得到一定的推广，但相关研究多集中在施用生物质炭基肥对烤烟地上部生长及养分积累方面[9−10]，而对烤烟根系发育及其与烤后烟化学品质关系的研究鲜有报道。重庆植烟区烟叶品质和地方性香韵特色突出，是中国烟叶的重要产区。近年来，随着有机肥的使用比例过少和土壤连作效应的增加，重庆植烟区土壤有效养分严重失衡，土壤酸化、黏化、贫瘠以及微生物群落结构恶化已经成为丞待解决的问题[11]。研究显示：重庆植烟土壤在2005年已经出现了严重的酸化现象[12]，有一半以上的土壤严重酸化，其中黔江县、丰都县的酸化土壤面积均达65%以上[13]，酸碱度适宜的土壤不到35%。因此，在生产中应采取增施生物质炭基肥、种植绿肥等措施加强对酸化土壤的治理，为优质烟叶的生产提供保障。本研究选用‘云烟116’N. tabacum ‘Yunyan 116’为材料，在重庆彭水县设置常规施肥、生物质炭基有机肥和生物质炭基复混肥大田试验，研究生物质炭基肥对烤烟根系发育、产量产值和化学品质的影响，以期为指导当地烤烟生产和提高烟农收益提供理论依据和技术支持。

    1.   材料与方法

    1.1   研究区概况

    于2020年和2021年3—10月，在重庆市彭水县润溪镇重庆烟草科学研究所彭水试验站(29.14°N，107.96°E)开展研究。烟草种植制度为1年1熟，冬季休闲。该区属亚热带湿润季风气候，年均气温为17.5 ℃，年均降水量为1 241.0 mm。土壤类型为黄壤土，pH 5.4，有机质和有机碳质量分数分别为24.1和14.0 g·kg−1，碱解氮、速效磷、速效钾质量分数分别为88.8、12.8、147.8 mg·kg−1。

    1.2   试验设计

    大田试验选择肥力中等、地势平坦、无严重病害史的田块，采取完全随机设计，共设3个处理：①常规施肥(T1)。按照当地农户习惯，施农家肥2 250 kg·hm−2和烟草复合肥750 kg·hm−2；②生物质炭基有机肥(T2)。在T1处理基础上增施生物质炭基有机肥1 350 kg·hm−2；③生物质炭基复混肥(T3)。在农家肥2 250 kg·hm−2的基础上增施生物质炭基复混肥750 kg·hm−2。其中T1和T2处理中的烟草复合肥氮磷钾质量比为6∶12∶25，生物质炭基复混肥中的氮磷钾和生物质炭的质量比为8∶10∶20∶18，生物质炭基有机肥发酵原料含质量分数为85%的杏鲍菇渣和15%的生物质炭。各处理分别用尿素、过磷酸钙和硫酸钾补充配平，保证各处理氮磷钾肥用量相同。每个处理重复3次，共9个小区。生物质炭基有机肥和生物质炭基复混肥均由贵州金叶丰农业科技有限公司提供。供试品种为‘云烟116’，由重庆市烟草公司彭水县分公司提供。烟苗采用漂浮育苗，于5月上旬移栽，移栽密度为16 492 株·hm−2，移栽行距为120 cm，株距为50 cm，垄高为40 cm。其他田间管理按照规范化栽培技术进行。

    1.3   样品采集与处理

    1.3.1   根系样品采集与处理

    分别在移栽后的30、60、90和120 d，选取每个处理具有代表性的烤烟3株，取烟株根系20 g在超低温冰箱−80 ℃内保存，用于测定生理指标，余下部分，在105 ℃下杀青15 min，65 ℃烘干至恒量后用粉碎机进行粉碎，过60目筛，装入封口袋保存，用于测定根系氮钾和烟碱质量分数。

    1.3.2   烤后样品采集与处理

    将移栽后120 d的烟叶从下部叶自下而上进行采收，采收后按照小区进行统一编杆烘烤。依据GB 2635—92对烘烤后的烟叶样品进行分级，每处理分别取上部叶、中部叶和下部叶烟叶各2.5 kg，置于65 ℃烘箱烘至恒量，粉碎过60目筛，用于测定烤后烟叶的化学成分。

    1.4   测定项目及方法

    1.4.1   根系生理活性指标

    根系活力采用改良氯化三苯基四氮唑法测定[14]；根系氮质量分数采用凯氏定氮法测定，根系钾质量分数采用火焰光度计法测定，根系烟碱质量分数采用提取脱色法测定[15]。

    1.4.2   经济性状指标

    各处理小区烟叶单独采收编杆，单独计产量。待烟叶全部采收烘烤完毕后，依照GB 2635—1992对烤后烟叶进行分级，计算产值、产量与上等烟比例。

    1.4.3   化学品质指标

    分别测定分析各处理烤后烟叶的常规化学成分(质量分数)[16]。全氮采用凯氏定氮法测定；总糖和还原糖采用3,5-二硝基水杨酸(DNS)比色法测定；烟碱采用提取脱色法测定；氯离子采用浸提法(热蒸馏水法)测定；全钾采用火焰光度计法测定。

    1.5   数据统计与分析

    使用Excel整理数据，采用SPSS 22.0对烤烟的根系活力、根条数、根系氮、钾和烟碱质量分数以及烤后烟的经济性状和化学品质等进行多重比较和相关分析，其中多重比较采用Duncan的SSR检验法(显著性水平为0.05)，相关分析采用Pearson相关系数中的双尾检验，采用Origin 2021绘图。

    2.   结果与分析

    2.1   不同生物质炭基肥对烤烟根系性状的影响

    2.1.1   不同生物质炭基肥对烤烟根系活力的影响

    由图1可知：随着烟株移栽时间的延长，3个处理的根系活力均呈先上升后下降的抛物线式变化，以移栽后60 d时最高，移栽后120 d时最低。在移栽后30 d时，3个处理的烟株根系活力无显著差异。在移栽后60 d时，T2处理的根系活力较T1处理显著提高(P＜0.05)。在移栽后90 d时，T2与T3处理的根系活力无显著差异，但较T1处理分别显著提高了46.8%和34.4%(P＜0.05)。在移栽后120 d时，T2处理的根系活力与T3和T1处理差异显著(P＜0.05)。生物质炭基肥可以提高烟株根系活力，总体上以T2处理效果最好。

    图 1  移栽后不同生物质炭基肥处理下烤烟根系活力的变化
    Figure 1  Change of root activities of flue-cured tobacco under different biochar-based fertilizers after transplantation
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    2.1.2   不同生物质炭基肥对烤烟根条数的影响

    如表1所示：烟株的侧根条数在移栽后的30 d时，3个处理间无显著性差异。在移栽后60 d时，T2和T3处理的侧根条数显著高于T1处理(P＜0.05)。在移栽后90 d时，3个处理侧根条数从大到小依次为T3、T2、T1，T3处理相比T1处理增加了17.5% (P＜0.05)。在移栽后120 d时，T2和T3处理比T1处理提高14.7%和26.4% (P＜0.05)。

    表 1  移栽后不同生物质炭基肥处理下烤烟根条数的变化
    Table 1  Change of root number of flue-cured tobacco under different biochar-based fertilizers after transplantation
    移栽后时间/d处理侧根/条不定根/条
    30T113.8±4.1 a62.4±1.3 b
    T214.3±1.2 a74.9±2.6 a
    T315.4±0.8 a76.6±3.1 a
    60T117.5±1.4 b89.2±1.5 c
    T222.7±2.9 a117.2±1.9 b
    T324.7±1.6 a136.6±2.0 a
    90T125.7±3.8 b59.0±4.8 c
    T226.3±1.0 ab68.6±0.5 b
    T330.2±2.4 a75.0±3.3 a
    120T123.1±1.3 b44.8±0.8 b
    T226.5±1.6 a54.7±1.5 a
    T329.2±1.7 a53.3±1.9 a
    　　说明：不同字母表示同时间不同处理间差异显著(P＜0.05)。
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    移栽后30 d时，T2和T3处理烟株的不定根条数均高于T1处理，且与T1处理呈显著差异(P＜0.05)。移栽后60和90 d时，3个处理的不定根条数从大到小依次为T3、T2、T1，且3个处理间均存在显著差异(P＜0.05)。移栽后120 d时，以T2处理的不定根条数最多，其次为T3处理，最后为T1处理，且T2、T3与T1处理差异达显著水平(P＜0.05)。总体上，烟株的侧根条数和不定根条数以T3处理最多。

    2.1.3   不同生物质炭基肥对烤烟根系钾、氮和烟碱质量分数的影响

    由图2可以看出：3个处理根系钾质量分数随烟株的生长呈逐渐下降趋势。移栽后30和60 d时，T2和T3处理的烟株根系钾质量分数均高于T1处理，其中T3处理显著高于T1处理(P＜0.05)。移栽后90和120 d时，3个处理的烟株根系钾质量分数无显著差异。

    图 2  不同生物质炭基肥对根系钾质量分数的影响
    Figure 2  Effects of different biochar-based fertilizers on potassium contents in roots
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    从图3可见：在移栽后的30~90 d，T3和T1处理的烟株根系氮质量分数均高于T2处理。其中在移栽后30 d时，T3与T2处理烟株根系氮质量分数差异显著(P＜0.05)，在移栽后60 d时，3个处理之间的根系氮质量分数差异不显著。在移栽后90 d时，T1和T3处理根系氮质量分数均显著高于T2处理(P＜0.05)，而在移栽后120 d时，T2处理根系氮质量分数最高，且与T1处理差异显著(P＜0.05)。

    图 3  不同生物质炭基肥对根系氮质量分数的影响
    Figure 3  Effects of different biochar-based fertilizers on nitrogen contents in roots
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    图4表明：3个处理的烟碱质量分数均在移栽后90 d时达最高值。移栽后30 d时，3个处理的根系烟碱质量分数无显著差异。移栽后60 d时，以T3处理烟株根系的烟碱质量分数最高，且显著高于T1与T2处理(P＜0.05)。移栽后90 d时，仍以T3处理最高，且与T2处理间差异显著(P＜0.05)。移栽后120 d时，T1和T3处理降幅较大，以T2处理烟碱质量分数最高，且与T1处理间差异显著(P＜0.05)。

    图 4  不同生物质炭基肥对根系烟碱质量分数的影响
    Figure 4  Effects of different biochar-based fertilizers on nicotine contents in roots
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    2.2   不同生物质炭基肥对烤后烟产量和品质的影响

    2.2.1   对烤后烟经济性状的影响

    从表2可见：T2处理的烟叶产量最高，比T1处理高16.9% (P＜0.05)。T3与T1处理差异不显著，但比T1处理增加了11.4%。3个处理的产值与产量从大到小依次为T2、T3、T1。3个处理间的均价差异不显著(P＞0.05)，其中T2和T3处理的均价高于T1处理。各处理间的上中等烟比例差异显著(P＜0.05)，其中以T2处理最高，其次为T3处理，最后为T1处理。总体上，与T1处理相比，T2和T3处理的产量、产值、均价和中上等烟比例均呈增加趋势，整体以T2处理效果最佳，说明施用生物质炭基肥对烤后烟的产量产值及上中等烟比例均有明显的促进作用。

    表 2  不同生物质炭基肥处理下烤后烟经济性状的比较
    Table 2  Comparison of economic traits of different biochar-based fertilizer treatments
    处理产量/
    (kg·hm−2)    		产值/
    (万元·hm−2)    		均价/
    (元·kg−1)    		上中等烟
    比例/%
    T11 933 b 5.3 b27.4 a83.1 c
    T22 260 a 6.5 a28.5 a86.0 a
    T32 153 ab6.0 ab28.0 a84.6 b
    　　说明：同列不同字母表示差异显著(P＜0.05)。
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    2.2.2   对烤后烟化学品质的影响

    烟叶内在化学成分及其协调性是衡量烤烟品质的重要指标[17]。由表3可知：T2处理烤后烟上部叶中的氯离子、还原糖、烟碱质量分数最高，且糖碱比高于其他2个处理。但T3处理的烤后烟叶的钾和总氮质量分数较为突出，在3个处理中钾氯比和氮碱比最高。T1处理的总糖质量分数占比最高，与T2、T3处理差异显著(P＜0.05)。T2处理烤后烟中部叶的氯离子、还原糖、总糖和烟碱质量分数仍然最高，其中，3个处理的上部叶和中部叶的氯离子质量分数均差异显著(P＜0.05)，且T2和T3处理的还原糖质量分数均差异显著(P＜0.05)。T3处理的钾和总氮质量分数最高，与T1处理差异显著(P＜0.05)，T3处理的钾氯比和氮碱比最高，与其他2个处理差异显著(P＜0.05)，糖碱比则以T1处理最高。烤后烟下部叶中3个处理的氯离子、烟碱和总氮质量分数及钾氯比差别不显著，但钾、还原糖和总糖质量分数均以T2处理最高，且与T1或T3处理差异显著(P＜0.05)，氮碱比则以T1处理最高。

    表 3  烤后烟叶化学成分比较
    Table 3  Comparison of chemical composition of flue-cured tobacco
    等级处理氯/%钾/%钾氯比还原糖/%总糖/%烟碱/%糖碱比总氮/%氮碱比
    上部叶T10.24 c1.51 b6.43 b19.82 ab27.35 a2.44 a8.12 a2.73 a1.07 a
    T20.28 a1.51 b5.41 c20.73 a25.61 b2.55 a8.13 a2.57 b0.97 b
    T30.26 b1.90 a7.32 a17.74 b23.17 c2.61 a6.80 b2.89 a1.11 a
    中部叶T10.35 c1.65 b4.75 b21.84 a28.01 a2.18 b10.02 a2.31 b0.93 b
    T20.40 a1.70 b4.23 b22.39 a28.64 a2.56 a8.75 b2.46 ab0.96 b
    T30.37 b2.09 a5.63 a20.58 b27.66 a2.17 b9.48 ab2.74 a1.11 a
    下部叶T10.31 a1.91 b6.12 a20.87 b31.21 ab1.86 a11.22 b2.15 a0.92 a
    T20.33 a2.53 a7.57 a24.66 a32.43 a1.89 a13.05 a2.02 a0.87 b
    T30.34 a2.18 b6.53 a21.39 b28.89 b1.93 a11.08 b2.10 a0.87 b
    　　说明：不同字母表示同等级不同处理间差异显著(P＜0.05)；氯、钾、还原糖、总糖、烟碱、总氮均为质量分数。
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    2.3   烤烟根系生长指标与烟叶化学品质指标的相关分析

    相关分析(表4)可知：移栽后30 d时，根系钾与烟叶氯离子呈显著正相关(P＜0.05)；移栽后60 d时，烟叶钾与根系活力呈显著正相关(P＜0.05)，与氮碱比呈显著负相关(P＜0.05)，根系氮与烟叶总氮呈显著正相关(P＜0.05)，但与烟叶钾呈显著负相关(P＜0.05)；移栽后90 d时，根系烟碱与烟叶总氮呈显著负相关(P＜0.05)，与烟叶钾氯比呈显著正相关(P＜0.05)，而根系氮与烟叶还原糖呈显著负相关(P＜0.05)；移栽后120 d时，根系烟碱与烟叶钾呈显著正相关(P＜0.05)。根系钾与烟叶总糖呈显著正相关(P＜0.05)，根系氮与烟叶钾氯比呈极显著正相关(P＜0.01)。

    表 4  烤烟根系性状与烟叶化学品质的相关分析
    Table 4  Correlation analysis of flue-cured tobacco root traits and chemical properties
    移栽后时间/d根系性状烟叶化学成分
    还原糖总糖总氮钾　　　烟碱　　糖碱比氮碱比钾氯比氯离子
    30根系活力0.395−0.410−0.6210.6650.9360.2130.9700.5280.996
    烟碱　　−0.835−0.9700.663−0.6180.512−0.9240.068−0.7430.262
    钾　　　0.252−0.543−0.4960.5450.9780.064−0.9230.3940.998*
    氮　　　−0.899−0.9300.754−0.7140.3970.9660.196−0.8230.135
    60根系活力0.9190.332−0.990.997*0.4340.828−0.8700.9680.660
    烟碱　　−0.075−0.785−0.1880.2450.993−0.263−0.7480.0760.924
    钾　　　0.573−0.216−0.7670.8030.8440.407−0.999*0.6900.957
    氮　　　−0.955−0.4280.999*−0.999*0.339−0.8820.814−0.989−0.579
    90根系活力0.7890.081−0.9220.9430.6490.658−0.9670.8720.830
    烟碱　　0.9760.499−0.999*0.9950.2620.917−0.7650.998*0.512
    钾　　　−0.858−0.2010.962−0.976−0.552−0.7450.929−0.925−0.756
    氮　　　−0.999*−0.6980.957−0.939−0.015−0.9870.582−0.984−0.284
    120根系活力0.9580.860−0.8490.817−0.2450.995−0.3500.9030.024
    烟碱　　0.9220.339−0.9910.997*0.4270.832−0.8660.9700.655
    钾　　　0.6160.997*−0.3890.335−0.7590.7540.2540.491−0.556
    氮　　　0.9890.562−0.9930.9840.1890.944−0.7150.999**0.446
    　　说明：*表示P＜0.05；**表示P＜0.01。
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    综合来看，根系性状与化学品质之间在移栽后存在不同的相关关系，且在移栽后60、90和120 d时更为突出，根系钾和氮与烤后烟的化学品质指标相关性均达到显著水平(P＜0.05)。在移栽后90和120 d时，根系烟碱与化学品质指标相关性同样也达到显著水平(P＜0.05)。

    3.   讨论

    根系不仅是作物吸收水分和养分的重要器官，也是激素、氨基酸和有机酸等生物大分子的合成器官，其形态建成和生理功能将直接影响作物地上部分的生长发育、产量和品质[18]。不仅如此，对于烤烟来说烟株根系还是次生代谢产物烟碱的重要合成器官，其生长发育状况对烤烟品质有直接影响。在烤烟的生产实践中，烟株的主根长度、须根条数、根总体积和根尖数等根系形态指标与烤烟农艺性状表现出显著正相关[19]。本研究表明：T2和T3处理烟株的根系活力相比常规施肥均有所提升，其中T2处理的根系活力最高，这与韩毅等[20]的研究结果一致；另外，也有研究表明：添加生物质炭可以有效提高烟株的根系活力[21]。这说明生物质炭和生物质炭基肥本身具有的多孔和大比表面积结构有利于土壤通气性的增加，这对烟株根系活力的提高起到重要的调控作用。与此同时，施用生物质炭基肥能够显著增加烟株的不定根条数与侧根条数，这表明生物质炭基肥能够对烟株根系发育提供良好的生态环境[22−23]。根系钾和总氮质量分数均随着烟株的生长而逐渐降低，生物质炭基肥处理相比T1处理的降幅较小，可能是生物质炭具有缓释氮肥的作用，从而保证了烤烟各生长期所需的氮肥量，但要注意与氮肥的配施比例[24]。根系烟碱质量分数则在移栽后90 d达到峰值，可能与打顶后烟株体内的激素平衡状态被破坏有关，这与范江等[25]的研究结果一致。烟株的根系生长受到刺激，其生物量显著高于未打顶的烟株，发达的根系可促进烟株对养分的吸收。根系是合成烟碱的主要部位，打顶后烟株合成烟碱的能力大幅提升，进而提高烟株的烟碱积累量[26]。除了能够改善土壤的通透性之外，生物质炭基肥还含有丰富的大量元素与微量元素，从而为烟株根系的生长发育、后期烤烟产量和品质提供了保障[27]。

    生物质炭基肥对常见农作物的生长具有促进作用，可达到增产的目的[28]。本研究结果表明：施用生物质炭基肥显著增加了烤烟产量、产值、均价和上中等烟比例，其中以施用生物质炭基有机肥处理烟株的产量、产值最佳。王晓强等[29]研究表明：生物质炭基肥与氮肥配施可提高烟叶产量和中上等烟比例，从而提高烟叶的均价及产值。同时施用生物质炭基肥可减少氮素化肥的施用量，从而改善烟叶内在化学成分的协调性，增加中性致香物质[30]。从不同生物质炭基肥对烤后烟常规化学成分的影响来看，T2和T3处理对烤烟内在常规化学成分有显著的影响。其中T2处理能显著提高上中下部叶的还原糖质量分数及中下部叶的总糖质量分数，这与李青山等[31]的研究结果一致。上中部叶的氯质量分数高于其他处理，减低总氮和烟碱质量分数处于适中稳定的范围，从而提高糖碱比。糖碱比高，有助于提高烟叶的安全性，柔和烟气。中上部叶钾质量分数差异不明显，钾氯比变化不大；T3处理可提高上中部叶的钾质量分数、钾氯比、氮碱比和总氮质量分数，T3处理的全氮、烟碱质量分数较高，可能由于施用生物质炭基复混肥可减少土壤养分的淋溶损失有关。T3处理的氯离子质量分数高，可能与淋溶损失能力与生物质炭基复合肥的施用成正比有关。据烟叶采收后对中部烟叶化学成分的分析表明：T2和T3处理烟叶在各指标上都符合优质烟叶的标准，T1处理在优质烟叶协调性方面略差。这表明施用生物质炭基肥不但能够促进烤烟生长，而且能提高烟叶内在化学成分的协调性，改善烟叶品质。

    4.   结论

    施用生物质炭基肥能促进烤烟根系发育，有效提升烟株的根系活力，增加侧根和不定根条数，延缓根系钾、氮质量分数流失，提高烟株根系的烟碱积累量。同时，施用生物质炭基肥可增加烤烟的产量产值，提升烤后烟的化学品质。本研究的生物质炭基有机肥更有利于促进烤烟根系的生长发育，改善烤后烟叶化学成分质量分数，提高烤烟产量、产值、均价和中上等烟比例。

  • 表  1  不同光强处理下菘蓝的植株形态

    Table  1.   Morphology of I. indigotica under different light intensities

    处理株高/cm叶长/cm叶宽/cm叶柄长/cm叶片数/片单片叶面积/cm2
    100%全光照27.30±2.82 a25.57±1.59 a5.97±0.74 a4.68±0.71 c13.20±1.23 a75.55±10.60 a
    60%全光照 26.60±2.28 ab25.47±2.33 a5.30±0.64 ab5.85±1.02 b12.50±1.27 a56.06±12.66 b
    20%全光照 24.95±1.69 b23.27±1.61 b4.93±0.91 b9.01±1.27 a10.50±1.72 b46.93±10.51 b
    　　说明：不同字母表示同一指标不同处理间差异显著(P＜0.05)
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    表  2  靛蓝和靛玉红的标准曲线方程

    Table  2.   Standard curves for indigo and indirubin

    活性成分回归方程决定系
    数R2    		质量浓度/
    (mg·L−1)
    靛蓝　y=53 115x−11 584.00.999 93.125 00~50.000 00
    靛玉红y=45 271x+869.30.999 90.156 25~10.000 00
    　　说明：x为对照品的质量浓度，y为峰面积积分值
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    表  3  不同光强处理下大青叶靛蓝和靛玉红的质量分数

    Table  3.   Contents of indigo and indirubin of isatidis folium under different light intensities

    处理靛蓝/(mg·g−1)靛玉红/(mg·g−1)
    100%全光照8.095±0.126 a0.307±0.004 b
    60%全光照 7.042±0.276 b0.377±0.015 a
    20%全光照 5.310±0.229 c0.314±0.002 b
    　　说明：不同字母表示同一指标不同处理间差异显著(P＜0.05)
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    表  4  低、中、高梯度下的加样回收率

    Table  4.   Recoveries at low, medium and high concentration levels

    化合物
    名称    		称样
    量/g    		样品
    量/μg    		对照品加
    入量/μg    		测得
    量/μg    		平均回
    收率/%    		RSD/%
    靛蓝　0.10014.2035.43619.45496.6040.562
    10.87324.64195.999
    16.30929.78295.526
    靛玉红0.1000.5630.2740.82495.2791.195
    0.5481.09495.793
    0.8221.36597.544
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    表  5  不同光强处理下大青叶总黄酮、总多糖和总游离氨基酸的质量分数

    Table  5.   Contents of total flavonoids, total polysaccharides and total free amino acid of isatidis folium under different light intensities

    处理总黄酮/
    (mg·g−1)    		总多糖/
    (mg·g−1)    		总游离氨基
    酸/(mg·g−1)
    100%全光照54.01±2.88 a13.41±0.05 a38.81±0.71 c
    60%全光照 43.87±0.27 b7.74±0.13 b45.59±0.47 b
    20%全光照 31.09±0.93 c5.41±0.06 c57.53±0.68 a
    　　说明：不同字母表示同一指标不同处理间差异显著(P＜0.05)
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    表  6  不同光强处理下大青叶提取物的抗氧化活性　　　　　　

    Table  6.   Antioxidant activity of isatidis folium extracts under different light intensities

    处理DPPH IC50/(g·L−1)
    100%全光照4.51±0.27 b
    60%全光照 4.80±0.32 b
    20%全光照 6.61±0.24 a
    　　说明：不同字母表示不同处理间差异显著(P＜0.05)
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    表  7  大青叶化学成分及抗氧化活性的相关性分析　　　　　　

    Table  7.   Correlation analysis of chemical composition and antioxidant activity for isatidis folium

    项目总黄酮总多糖总游离
    氨基酸    		靛蓝靛玉红DPPH IC50
    总黄酮 1
    总多糖 0.946 1
    总游离氨基酸 −0.998* −0.923 1
    靛蓝 0.999* 0.930 −1.000* 1
    靛玉红 0.003 −0.322 −0.067 0.049 1
    DPPH IC50 −0.955 −0.807 0.972 −0.968 −0.299 1
    　　说明：*表示显著相关(P＜0.05)
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    表  8  大青叶化学成分与植株形态间的相关性分析　　　　　　　　

    Table  8.   Correlation analysis of chemical composition and morphology for isatidis folium

    项目株高叶长叶宽叶柄长叶片数叶面积
    总黄酮　　　 0.991 0.924 0.966 −0.986 0.984 0.959
    总多糖　　　 0.893 0.750 0.998* −0.879 0.874 0.999*
    总游离氨基酸 −0.997* −0.947 −0.947 0.995 0.995 −0.938
    靛蓝　　　　 0.996 0.941 0.953 −0.993 −0.993 0.944
    靛玉红　　　 0.138 0.384 −0.257 −0.168 −0.168 −0.282
    　　说明：*表示显著相关(P＜0.05)
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-02
  • 修回日期:  2022-09-27
  • 录用日期:  2022-10-23
  • 网络出版日期:  2023-04-03
  • 刊出日期:  2023-04-20

光强对菘蓝生长、化学成分及抗氧化活性的影响

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220263
  • 南京农业大学 中药材研究所，江苏 南京 210095
    • 基金项目:  国家级大学生创新创业训练计划项目(202110307015)
    作者简介:

    李鑫垚(ORCID: 0000-0002-9054-6810)，从事中药资源驯化与鉴定研究。E-mail: 14419215@njau.edu.cn

    通信作者: 郭巧生(ORCID: 0000-0001-8006-882X)，教授，博士，从事中药资源驯化与鉴定研究。E-mail: gqs@njau.edu.cn
  • 收稿日期: 2022-04-02
  • 录用日期: 2022-10-23
  • 修回日期: 2022-09-27
  • 网络出版日期: 2023-04-03
  • 刊出日期: 2023-04-20

  • 中图分类号: S718.43

摘要:   目的  探究光强对大青叶基原植物菘蓝Isatis indigotica生长、药材大青叶化学成分及抗氧化活性的影响，为大青叶基原植物菘蓝的人工栽培提供参考。  方法  在100%全光照、60%全光照、20%全光照下种植菘蓝，观测菘蓝生长旺盛期叶片生长情况，同时测定大青叶靛蓝、靛玉红、总黄酮、总多糖、总游离氨基酸等化学成分质量分数和抗氧化活性。  结果  菘蓝叶片生长与光强呈正相关，100%全光照组的菘蓝株高、叶长、叶宽、叶片数、叶面积均为最高；大青叶靛蓝、总黄酮、总多糖质量分数均随着光强的降低而降低，且各组间差异显著(P＜0.05)；靛玉红质量分数随光强的增加呈先升高后降低的趋势，60%全光照组显著高于其他处理(P＜0.05)，但100%全光照组与20%全光照组间差异不显著；总游离氨基酸质量分数随着光强的降低而升高。抗氧化活性与光强呈正相关，20%全光照组的1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基半清除率(IC50)显著高于60%全光照组和100%全光照组(P＜0.05)。  结论  100%全光照下大青叶药材产量最高，且内在品质最好，较60%和20%全光照更适合栽培。表8参39

English Abstract

宋鹏, 李慧, 江厚龙, 等. 生物质炭基肥对重庆植烟区烤烟根系发育及产量和品质的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(6): 1232-1240. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230161
引用本文: 李鑫垚, 黄佳彬, 郭巧生, 等. 光强对菘蓝生长、化学成分及抗氧化活性的影响[J]. 浙江农林大学学报, 2023, 40(2): 356-364. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220263
shu
SONG Peng, LI Hui, JIANG Houlong, et al. Effect of biochar-based fertilizer on root development, yield and quality of flue-cured tobacco in Chongqing tobacco growing area[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(6): 1232-1240. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20230161
Citation: LI Xinyao, HUANG Jiabin, GUO Qiaosheng, et al. Effects of light intensity on growth, chemical composition and antioxidant activity of Isatis indigotica[J]. Journal of Zhejiang A&F University, 2023, 40(2): 356-364. DOI: 10.11833/j.issn.2095-0756.20220263
shu

    全文HTML

  • 大青叶为十字花科Brassicaceae菘蓝属Isatis 2年生草本植物菘蓝Isatis indigotica的干燥叶，具有清热解毒、凉血消斑的功效[1]，主要含有生物碱类、黄酮类、多糖、有机酸、氨基酸等活性成分[2]。其中，靛玉红是《中华人民共和国药典》2020版(一部)中大青叶的指标成分。研究表明：大青叶中的靛蓝、靛玉红具有抗病毒、抗肿瘤等多种药理活性[3]；黄酮类化合物具有抗菌、抗氧化作用[4]；多糖类化合物具有一定的免疫调节作用[5]；氨基酸类化合物具有体外抗内毒素作用[6]。

    近年来关于菘蓝的研究集中在水分、氮素、盐胁迫等对其生长、生理的影响，鲜见光强对大青叶生长、化学成分及抗氧化活性影响的研究报道。光是影响植物生长的重要环境因素之一，能调控植物的生长、发育和形态建成[7]；此外光强与植物茎、叶的生长及形态结构有密切关系，直接决定植物的生长和产量，影响植物体内次生代谢物的生物合成和积累。植物可通过调节自身形态和生理特性从而调节光合性能以适应不同环境。根据“光照-寒热药性”假说[8]，大青叶性寒，推测强光照条件更适合其基原植物菘蓝的栽培。鉴于此，本研究通过设置不同光强梯度，研究了光强对菘蓝生长、药材大青叶化学成分与抗氧化活性的影响，进一步验证“光照-寒热药性”假说，以期为菘蓝栽培提供依据。

    • 1.   材料

      1.1.   种子

    • 试验种子于2020年采自河北省保定市，经南京农业大学中药材研究所郭巧生教授鉴定为十字花科菘蓝属植物菘蓝的种子。

      • 1.2.   仪器

    • 数字式照度计(VICTOR 1010D型，西安北城电子有限责任公司)；分析天平(FA1104型，上海精科天平)；高效液相色谱仪(Agilen 1290型，美国安捷伦公司)；紫外-可见分光光度计(Alpha-1506型，上海谱元仪器有限公司)；台式高速冷冻离心机(5810R型，Eppendorf公司)；PS-60A型超声波清洗机；水浴锅(HH-S型，巩义市苏华仪器有限责任公司)；旋转蒸发仪(RE-2000A型，上海亚荣生化仪器厂)；循环水真空泵(SHZ-D型，巩义市予华仪器有限责任公司)；有机滤头(0.22 μm，江苏康健医疗用品有限公司)。

      • 1.3.   试剂

    • 靛蓝(CAS：482-89-3)、靛玉红(CAS：479-41-4)、芦丁(CAS：153-18-4)、L-精氨酸(CAS：74-79-3)等对照品购自上海源叶科技有限公司；D(+)-无水葡萄糖(CAS：50-99-7)对照品购自国药集团化学试剂有限公司。

    2.   方法

      2.1.   试验设计

    • 本研究于2021年3—10月进行。2021年3月31日播种，基质为V(营养土)∶V(珍珠岩)∶V(蛭石)=5∶3∶2[9]；苗高为3~5 cm时选取健康、长势均一的植株移于花盆(直径25 cm，高18 cm)中并遮光处理。选择晴朗正午，使用不同针数遮阳网搭建遮光棚，遮光棚之间留有一定间距，避免交叉遮光。根据数字式照度计将遮光度分别调整为100%全光照(无遮光)、60%全光照、20%全光照共3个处理，分别代表强、中、弱3个水平的光强，每个处理种植32盆，每盆2株，种植管理模式相同。随机排列，每周随机调换位置以减小试验误差。同年10月下旬，采收健康、完整、无病虫害的叶片。105 ℃杀青15 min，60 ℃烘干后，粉碎过60目筛，保存于药品阴凉柜(4 ℃)中备用。

      • 2.2.   菘蓝生长指标测定

    • 菘蓝生长旺盛期，每组随机选取10盆，测量菘蓝株高并记录叶片数，同时选取自地上部分开始第3片完全展开的成熟叶，测量叶长、叶宽、叶柄长、叶面积等植株形态性状[10]。

      • 2.3.   靛蓝和靛玉红测定

      2.3.1.   色谱条件

    • Agilent EclipsePlus C18色谱柱(70 mm×2.1 mm，1.8 μm)；流动相为水-甲醇，体积比为25%∶75%；柱温为30 ℃；检测波长为289 nm；流速为0.2 mL·min−1；进样量2 μL；洗脱方法为0 min 25%水，5 min 25%甲醇，检测时间共5 min，大青叶检测方法参考文献[1]。

      • 2.3.2.   线性关系考察

    • 称取干燥至恒量的靛蓝和靛玉红对照品各2 mg，分别加N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)，制得标准品溶液质量浓度靛蓝为1.562 5~100.000 0 mg·L−1，靛玉红为0.156 25~10.000 00 mg·L−1，注入高效液相色谱仪，以峰面积积分值为纵坐标，对照品的质量浓度为横坐标，计算靛蓝和靛玉红标准曲线。

      • 2.3.3.   样品质量分数测定

    • 称取大青叶粉末0.100 0 g，加入DMF 10 mL，超声提取30 min，放冷，抽滤，取滤液，再加入DMF定容至25 mL，用0.22 μm有机滤头过滤，取续滤液，得供试品溶液。精密吸取各供试品溶液2 μL，注入高效液相色谱仪测定峰面积积分值，根据标准曲线分别计算样品中靛蓝、靛玉红质量分数。

      • 2.3.4.   方法学考察

    • 同一供试品溶液重复进样6次，计算相对标准偏差(RSD，%)，以测验精密性。同一组样品粉末重复称取6次并制备供试品溶液，分别进样并计算RSD，以测验重复性。同一供试品溶液分别于0、2、4、6、12、24 h后进样，计算RSD，以测验24 h稳定性。

      • 2.3.5.   加样回收试验

    • 称取同一组大青叶样品6份，设置低、中、高3个梯度，分别加入一定量的靛蓝和靛玉红标准对照品，按2.3.3中操作方法制备供试品溶液，并测定靛蓝和靛玉红质量分数，分别计算回收率及RSD。

      • 2.4.   其他化学成分测定

      2.4.1.   总黄酮质量分数测定

    • 以芦丁为对照品测定总黄酮质量分数，采用亚硝酸钠-硝酸铝比色法[11]，测定510 nm波长处吸光度，通过芦丁的标准曲线计算样品中总黄酮质量分数，重复5次。

      • 2.4.2.   总多糖测定

    • 以D(+)-无水葡萄糖为对照品测定总多糖质量分数，采用苯酚-硫酸法[12]，测定490 nm波长处吸光度，通过葡萄糖标准曲线计算样品中总多糖质量分数[13]，重复5次。

      • 2.4.3.   总游离氨基酸测定

    • 以L-精氨酸为对照品测定总游离氨基酸质量分数，采用茚三酮比色法[14]，测定570 nm波长处吸光度，通过精氨酸标准曲线计算样品中总游离氨基酸质量分数，重复5次。

      • 2.5.   体外抗氧化活性测定

    • 1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)自由基清除法常被用作评价植物提取物的抗氧化活性[15]，具有简单便捷、快速灵敏的优点[16]。称取各组大青叶粉末0.200 0 g，重复3次，加入体积分数为50%的乙醇20 mL，在64 ℃下超声提取85 min，抽滤，得到大青叶提取液。用体积分数为50%的乙醇将大青叶提取液配置成0.8~8.0 g·L−1 10个等梯度的样品溶液。分别取0.1 mL样品溶液加入3.9 mL的DPPH溶液，室温下避光反应30 min，测定517 nm波长处吸光度D(517)样品；以50%乙醇代替DPPH溶液，测得的吸光度为D(517)对照；以50%乙醇代替样品溶液，测得的吸光度为D(517)空白，并分别计算清除率。以清除率为纵坐标，样品浓度为横坐标，计算标准曲线，根据标准曲线计算DPPH自由基半清除率(IC50)及RSD。

      $$ I_{{\rm{C}}50}={\{D(517)_{空白}-[D(517)_{样品}-D(517)_{对照}]\}/D(517)_{空白}}\times 100\%。 $$

      其中：D(517)空白表示反应前DPPH的吸光度；D(517)样品表示反应后DPPH的吸光度；D(517)对照表示大青叶提取液的吸光度。

      • 2.6.   数据分析

    • 数据采用Excel和SPSS 26.0进行统计与分析，结果均以平均值±标准误表示。不同处理相同指标进行Duncan多重比较，显著性水平为0.05。

    3.   结果与分析

      3.1.   光强对菘蓝植株形态的影响

    • 从表1可见：100%全光照组的菘蓝株高、叶长、叶宽、叶片数，均显著高于20%全光照组(P＜0.05)，但与60%全光照组无显著差异；其中60%全光照组的叶长、叶片数显著高于20%全光照组(P＜0.05)，但株高、叶宽无显著差异。随着光强降低，菘蓝叶面积逐渐减少，100%全光照组的叶面积最大，与60%全光照组和20%全光照组存在显著差异(P＜0.05)。随着光强降低，菘蓝叶柄长逐渐升高，20%全光照组叶柄长最大，与100%全光照组和60%全光照组存在显著差异(P＜0.05)。

      表 1  不同光强处理下菘蓝的植株形态

      Table 1.  Morphology of I. indigotica under different light intensities

      处理株高/cm叶长/cm叶宽/cm叶柄长/cm叶片数/片单片叶面积/cm2
      100%全光照27.30±2.82 a25.57±1.59 a5.97±0.74 a4.68±0.71 c13.20±1.23 a75.55±10.60 a
      60%全光照 26.60±2.28 ab25.47±2.33 a5.30±0.64 ab5.85±1.02 b12.50±1.27 a56.06±12.66 b
      20%全光照 24.95±1.69 b23.27±1.61 b4.93±0.91 b9.01±1.27 a10.50±1.72 b46.93±10.51 b
      　　说明：不同字母表示同一指标不同处理间差异显著(P＜0.05)

      • 3.2.   光强对大青叶靛蓝和靛玉红质量分数的影响

    • 靛蓝和靛玉红的标准曲线方程见表2。不同光强处理下大青叶靛蓝和靛玉红质量分数见表3。靛蓝质量分数随着光强减弱而降低，100%全光照组靛蓝质量分数最高，与60%全光照组和20%全光照组差异显著(P＜0.05)。但随着光强减弱，靛玉红质量分数先升高再降低，60%全光照组的靛玉红质量分数最高，与100%全光照组和20%全光照组差异显著(P＜0.05)，但100%全光照组与20%全光照组的靛玉红质量分数无显著差异。

      表 2  靛蓝和靛玉红的标准曲线方程

      Table 2.  Standard curves for indigo and indirubin

      活性成分回归方程决定系
      数R2      		质量浓度/
      (mg·L−1)
      靛蓝　y=53 115x−11 584.00.999 93.125 00~50.000 00
      靛玉红y=45 271x+869.30.999 90.156 25~10.000 00
      　　说明：x为对照品的质量浓度，y为峰面积积分值

      表 3  不同光强处理下大青叶靛蓝和靛玉红的质量分数

      Table 3.  Contents of indigo and indirubin of isatidis folium under different light intensities

      处理靛蓝/(mg·g−1)靛玉红/(mg·g−1)
      100%全光照8.095±0.126 a0.307±0.004 b
      60%全光照 7.042±0.276 b0.377±0.015 a
      20%全光照 5.310±0.229 c0.314±0.002 b
      　　说明：不同字母表示同一指标不同处理间差异显著(P＜0.05)

      从表4可见：靛蓝在低、中、高浓度下加样回收率分别为96.604%、95.999%、95.526%，RSD为0.562%；靛玉红在低、中、高浓度下加样回收率分别为95.279%、95.793%、97.544%，RSD为1.195%。说明该方法满足检测要求。

      表 4  低、中、高梯度下的加样回收率

      Table 4.  Recoveries at low, medium and high concentration levels

      化合物
      名称      		称样
      量/g      		样品
      量/μg      		对照品加
      入量/μg      		测得
      量/μg      		平均回
      收率/%      		RSD/%
      靛蓝　0.10014.2035.43619.45496.6040.562
      10.87324.64195.999
      16.30929.78295.526
      靛玉红0.1000.5630.2740.82495.2791.195
      0.5481.09495.793
      0.8221.36597.544

      • 3.3.   光强对大青叶其他化学成分的影响

    • 从表5可见：不同光强处理的大青叶总黄酮、总多糖质量分数随着光强减弱而降低，100%全光照组的大青叶总黄酮、总多糖质量分数均最高，与60%全光照组和20%全光照组差异显著(P＜0.05)。总游离氨基酸质量分数随着光强减弱而升高，20%全光照组的总游离氨基酸质量分数最高，与60%全光照组和100%全光照组差异显著(P＜0.05)。

      表 5  不同光强处理下大青叶总黄酮、总多糖和总游离氨基酸的质量分数

      Table 5.  Contents of total flavonoids, total polysaccharides and total free amino acid of isatidis folium under different light intensities

      处理总黄酮/
      (mg·g−1)      		总多糖/
      (mg·g−1)      		总游离氨基
      酸/(mg·g−1)
      100%全光照54.01±2.88 a13.41±0.05 a38.81±0.71 c
      60%全光照 43.87±0.27 b7.74±0.13 b45.59±0.47 b
      20%全光照 31.09±0.93 c5.41±0.06 c57.53±0.68 a
      　　说明：不同字母表示同一指标不同处理间差异显著(P＜0.05)

      • 3.4.   光强对大青叶体外抗氧化活性的影响

    • 从表6可知：100%全光照组大青叶提取液对DPPH自由基的清除能力最强，DPPH IC50最低，60%全光照组的清除能力次之，20%全光照组的清除能力最弱。20%全光照组的DPPH IC50显著高于60%全光照组和100%全光照组(P＜0.05)，但60%全光照组与100%全光照组DPPH IC50无显著差异。

      表 6  不同光强处理下大青叶提取物的抗氧化活性　　　　　　

      Table 6.  Antioxidant activity of isatidis folium extracts under different light intensities

      处理DPPH IC50/(g·L−1)
      100%全光照4.51±0.27 b
      60%全光照 4.80±0.32 b
      20%全光照 6.61±0.24 a
      　　说明：不同字母表示不同处理间差异显著(P＜0.05)

      • 3.5.   大青叶化学成分、抗氧化活性及植株形态的相关性分析

    • 从表7可见：大青叶总黄酮、总多糖、靛蓝之间呈正相关，其中靛蓝和总黄酮呈显著正相关(P＜0.05)，相关系数为0.999；总游离氨基酸与总黄酮、总多糖、靛蓝、靛玉红均呈负相关，其中总游离氨基酸与总黄酮、靛蓝呈显著负相关(P＜0.05)，相关系数分别为−0.998、−1.000。DPPH IC50与总黄酮、总多糖、靛蓝、靛玉红呈负相关，其中DPPH IC50与总黄酮、总游离氨基酸、靛蓝的相关系数分别达−0.955、−0.968，但均未达到显著水平；DPPH IC50与总游离氨基酸呈正相关，其相关系数达0.972，但未达到显著水平。

      表 7  大青叶化学成分及抗氧化活性的相关性分析　　　　　　

      Table 7.  Correlation analysis of chemical composition and antioxidant activity for isatidis folium

      项目总黄酮总多糖总游离
      氨基酸      		靛蓝靛玉红DPPH IC50
      总黄酮 1
      总多糖 0.946 1
      总游离氨基酸 −0.998* −0.923 1
      靛蓝 0.999* 0.930 −1.000* 1
      靛玉红 0.003 −0.322 −0.067 0.049 1
      DPPH IC50 −0.955 −0.807 0.972 −0.968 −0.299 1
      　　说明：*表示显著相关(P＜0.05)

      从表8可见：大青叶总多糖与叶宽、叶面积呈显著正相关(P＜0.05)，相关系数分别为0.998、0.999；总游离氨基酸与株高呈显著负相关(P＜0.05)，相关系数为−0.997。

      表 8  大青叶化学成分与植株形态间的相关性分析　　　　　　　　

      Table 8.  Correlation analysis of chemical composition and morphology for isatidis folium

      项目株高叶长叶宽叶柄长叶片数叶面积
      总黄酮　　　 0.991 0.924 0.966 −0.986 0.984 0.959
      总多糖　　　 0.893 0.750 0.998* −0.879 0.874 0.999*
      总游离氨基酸 −0.997* −0.947 −0.947 0.995 0.995 −0.938
      靛蓝　　　　 0.996 0.941 0.953 −0.993 −0.993 0.944
      靛玉红　　　 0.138 0.384 −0.257 −0.168 −0.168 −0.282
      　　说明：*表示显著相关(P＜0.05)
    4.   讨论与结论

      4.1.   光强与植物形态特征的关系

    • 光强的变化会使植物体改变生物量分配以及形态结构，以适应外界光照环境的变化[17]。张锋等[18]研究发现：菘蓝属于典型的阳生植物，光适应性较强，能在自然光与中度郁闭以上的弱光环境中维持光合产物的净积累。本研究发现：各光强处理的菘蓝均能正常生长，其株高、叶长、叶宽、叶片数和叶面积均与光强呈正相关，即自然光照下的菘蓝长势旺盛，且各项指标随光强减小而降低，这与张锋等[18]的研究相似。而叶柄长与光强呈负相关，推测原因是植株在弱光照条件下，通过主动的“觅食”行为，增加叶柄长度以获取更有利的生存资源[19]。

      • 4.2.   光强与大青叶活性成分的关系

    • 不同药用植物的生物碱类成分对光强的响应存在一定的差异。铁皮石斛Dendrobium officinale生物碱量的最高峰出现在中、低光强的条件下[20]；而益母草Leonurus japonicus在阴生条件下，总生物碱量较低，仅为1.13%，在自然光照充足条件下，总生物碱量高达2.30%[21]。靛蓝、靛玉红为大青叶生物碱中的主要成分，其中靛玉红是大青叶药材品质评价指标性成分[1]。研究表明：板蓝Strobilanthes cusia叶中靛蓝、靛玉红的累积具有相似的趋势，且单层遮光与双层遮光对板蓝叶中靛蓝、靛玉红影响较小[22]。覃军等[23]研究指出：仅从靛玉红质量分数看，各光照条件均适宜马蓝Baphicacanthus cusia的种植，在综合考虑生长和产量等影响因素后，全阴及半阴条件更适宜马蓝的种植。而本研究发现：大青叶靛蓝质量分数随光强减弱而降低，即强光有利于靛蓝积累；而中度光强有利于靛玉红的积累，强光与弱光处理下靛玉红质量分数均降低。两者对光强变化响应较大，存在一定差异，且目前相关研究较少，因此大青叶生物碱类成分对光强变化的响应机制还需进一步探究。

      光强对于不同植物黄酮类成分的影响不同，但大多数植物的黄酮类成分质量分数随着光强的增强而增加[24]。严晓芦等[25]研究表明：紫花地丁Viola philippica总黄酮质量分数与光强呈正相关。谢小翌等[26]研究发现：减弱光强会明显降低蒲公英Taraxacum mongolicum总黄酮质量分数。本研究发现：大青叶总黄酮质量分数与光强间的关系基本符合上述规律，即增大光强可促进黄酮类成分的累积。

      总多糖和总游离氨基酸属于植物的初生代谢产物，其中氨基酸是植物次生代谢过程的重要前体物质。邵尉等[27]研究发现：全光照有利于铁皮石斛叶中多糖的积累，而茎中多糖的积累则不需要太多光照。在本研究中，总多糖质量分数在100%全光照条件下最高。李影影等[28]研究表明：遮光前后南方红豆杉Taxus wallichiana var. chinensis的游离氨基酸质量分数差异不明显。吴晓红[29]研究表明：无光或弱光胁迫下，迷迭香Rosmarinus officinalis中氨基酸质量分数显著提高。本研究发现：大青叶中总游离氨基酸质量分数随光强减弱而升高，推测在弱光条件下植物通过光合作用形成腺苷三磷酸(ATP)较少，碳水化合物积累量也较少，为了维持正常的碳氮循环，蛋白质水解产生氮以游离氨基酸的形式储存，导致总游离氨基酸质量分数增加[30−32]。

      • 4.3.   光强与药用植物抗氧化活性的关系

    • 光强对植物抗氧化活性的影响不一致。朱志国等[33]研究发现：适度遮光后随着光强的降低，马蹄金Dichondra micrantha抗氧化活性增强；张跃进等[34]研究发现：遮光条件下半夏Pinellia ternata超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性以及丙二醛(MDA)质量分数较全光照下降低；刘新等[35]发现：过高或过低的光强均使忍冬Lonicera japonica植株产生大量的活性氧，导致抗氧化酶的活性增强；王萌等[36]发现：在一定范围内，随着光强的提高，菊花Chrysanthemum × morifolium的抗氧化能力逐渐增强。本研究发现大青叶提取液对DPPH自由基的清除能力与光强呈正相关，100%全光照组的清除能力最强。

      黄酮类化学成分具有较高的抗氧化活性，如刘富康等[37]研究表明：在一定范围内大青叶中粗黄酮质量分数与抗氧化活性成正比。而靛蓝、靛玉红互为同分异构体，属于吲哚类生物碱，具有较高的抗氧化能力，靛蓝和靛玉红在较低质量分数下也对DPPH具有较强的清除作用[38]。研究表明：植物多糖也具有一定的抗氧化活性[39]。本研究发现：大青叶提取液对DPPH自由基的清除能力与光强呈正相关，同时与总黄酮、总多糖、靛蓝、靛玉红呈正相关，与总游离氨基酸呈负相关。

      综上所述，当光强为100%全光照时，大青叶药材产量、多种化学成分和抗氧化活性均为最高，适应生产需求。大青叶性味苦、寒，具有清热解毒，凉血消斑的作用。本研究结果表明：菘蓝适合生长在强光照条件下，符合“光照-寒热药性”假说。后续仍需进行药理研究加以验证光强对大青叶药材品质的影响。

参考文献 (39)

目录

  • 全文HTML

  • 1.   材料

  • 1.1.   种子

  • 1.2.   仪器

  • 1.3.   试剂

  • 2.   方法

  • 2.1.   试验设计

  • 2.2.   菘蓝生长指标测定

  • 2.3.   靛蓝和靛玉红测定

  • 2.3.1.   色谱条件
  • 2.3.2.   线性关系考察
  • 2.3.3.   样品质量分数测定
  • 2.3.4.   方法学考察
  • 2.3.5.   加样回收试验

  • 2.4.   其他化学成分测定

  • 2.4.1.   总黄酮质量分数测定
  • 2.4.2.   总多糖测定
  • 2.4.3.   总游离氨基酸测定

  • 2.5.   体外抗氧化活性测定

  • 2.6.   数据分析

  • 3.   结果与分析

  • 3.1.   光强对菘蓝植株形态的影响

  • 3.2.   光强对大青叶靛蓝和靛玉红质量分数的影响

  • 3.3.   光强对大青叶其他化学成分的影响

  • 3.4.   光强对大青叶体外抗氧化活性的影响

  • 3.5.   大青叶化学成分、抗氧化活性及植株形态的相关性分析

  • 4.   讨论与结论

  • 4.1.   光强与植物形态特征的关系

  • 4.2.   光强与大青叶活性成分的关系

  • 4.3.   光强与药用植物抗氧化活性的关系

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