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林药间作对掌叶半夏产量和质量的影响及生理生态机制研究

徐立军

  林药间作是一种集经济效益和生态效益为一体的高效栽培生产模式。在林药间作过程中,由于林木遮荫而造成的光强和光质的变化,以及药用植物和间作树种之间的化感作用是决定林药间作成功与否的关键因素。掌叶半夏(Pinellia peda-tisecta Schott)又名虎掌南星,其块茎有祛风定惊、化痰散结之功效。本文以掌叶半夏为研究材料,通过采用遮荫网设置的人工模拟遮荫试验,采用不同颜色薄膜设置的光质试验以及选择不同板栗林设置的掌叶半夏与板栗间作试验,分别考察了光强、光质以及林下间作对掌叶半夏药材产量和和药用成分含量(药材质量指标)影响,此外,还基于不同试验处理下掌叶半夏生长性状、光合生理特性、叶绿素荧光特性、细胞保护酶体系的变化情况,对光强、光质以及林下间作对其药材产量和质量影响的生理生态学机制进行了探讨。作为林药间作的基础研究,还对板栗与掌叶半夏间作的化感作用进行了初步研究。主要研究结果如下: 1.人工模拟遮阴试验结果表明:①适度遮荫有利于掌叶半夏药材高产。在100%(不遮光对照)、60%、40%和20%四种相对光强处理下,随着光强减弱掌叶半夏的药材产量呈现低-高-低的变化趋势,其中以40%相对光强下的药材产量最高。对不同遮荫处理下掌叶半夏的生长指标和生理指标的测定结果表明,适度遮荫能够提高单株叶片数,增大单叶面积。同时,遮荫能够提高总叶绿素含量,降低叶绿素a/b值,提高叶绿素荧光参数Fv/Fm值。对光合日进程和光响应曲线的测定结果表明,100%相对光强下掌叶半夏会发生光合午休现象。40%相对光强处理下的掌叶半夏在有效辐射0-200μmol.m-2.s-1的弱光范围内的光利用效率最高,这都是掌叶半夏对遮荫环境具有良好适应性的变现。对SOD、POD、CAT酶的测定结果表明,随着光强减弱三种酶的活性均呈现为高-低-高的变化趋势,说明100%相对光强的强光环境和20%相对光强的弱光环境均对掌叶半夏产生了一定的胁迫伤害。综合上述结果,掌叶半夏在40%相对光强下产量最高的生态学机理与掌叶半夏在这个光强条件下单株叶面积大、叶绿素含量高、光合速率高和未受到光逆境胁迫几项综合因素有关。②遮荫对胡芦巴碱、胸腺嘧啶、6-氧嘌呤、腺嘌呤以及掌叶半夏总生物碱、掌叶半夏多糖和可溶性蛋白的含量影响规律不同。10月份采收期的测定结果表明,掌叶半夏总生物碱在100%相对光强(无遮荫)条件下含量最高;胸腺嘧啶、6-氧嘌呤和腺嘌呤三种含氮化合物在60%相对光强处理下含量最高;掌叶半夏多糖在40%相对光强处理下含量最高;胡芦巴碱和可溶性蛋白在20%相对光强处理下含量最高。对不同遮荫条件掌叶半夏药材指纹图谱分析结果表明:不同遮荫条件下掌叶半夏的化学成分种类没有发生明显变化。 2.光质试验结果表明:在白光(自然光)、红光、蓝光和绿光四种色膜处理下,以白光处理下药材产量最高,总体呈现白光>红光>蓝光>绿光的趋势。对不同色膜处理下生长性状和生理指标测定结果表明,掌叶半夏叶片数随光质变化的趋势与药材产量一致。与白光处理比较,蓝光、红光能够提高叶绿素含量,而绿光则降低了叶绿素及胡萝卜素的含量;在光合日进程中,掌叶半夏叶片光合速率Pn的白光>蓝光>红光>绿光,光响应曲线测定结果表明,白光处理下掌叶半夏在0-2000μmol.m-2.s-1有效辐射范围内的光能利用率均高于其他光质处理。在红光-蓝光-白光-绿光处理下,SOD、POD和CAT的变化趋势为高-低-高的趋势,蓝光下三种酶活性最高。总结上述结果,白光处理下药材产量最高与白光增加了掌叶半夏的叶片数,进而增强其光合能力有关。更为重要的是,基于光合生理的基础理论,植物进行光合作用主要利用红光和蓝紫光,白光属于复合光,包括植物进行光合需要的各波段光源,而绿光则为植物光合作用无法利用的光,绿光处理下药材产量最低也势在必然。②在6月-9月期间,不同光质处理对胡芦巴碱、6-氧嘌呤和腺嘌呤三种含氮化合物的积累具有显著影响,全部表现为红光能够促进这三种化合物的积累,而对于胸腺嘧啶含量却没有显著影响。不同光质处理的总生物碱含量在6-7月份表现为绿光>白光>红光>蓝光处理,而到8-10月期间却表现为相反的趋势。掌叶半夏多糖在7-10月期间表现为红光处理下含量高的趋势;掌叶半夏可溶性蛋白在9-10月期间表现为蓝光>白光>红光>绿光的趋势。HPLC指纹图谱分析结果表明,不同光质处理对于药用成分种类未产生影响。 3.板栗与掌叶半夏间作试验结果表明:①T1(株行距为3×5米)处理下,掌叶半夏的药材产量最高。对生长和生理指标分析表明,随着板栗株行距的减小,遮荫程度的加大,叶绿素含量、叶绿素a含量和叶绿素b含量均大致为升高趋势;掌叶半夏的LSP、LCP、Rd等光合参数降低,AQY随之减弱,Pmax先是升高,后是降低。随着板栗株行距的减小,遮荫度的增加,SOD、POD和CAT的变化趋势为高-低-高的趋势,说明:掌叶半夏在全光下或弱光胁迫下通过维持较高的三种酶活性,减轻自身活性氧的伤害。②在T1间作系统下,葫芦巴碱(10月份除外)等四种含N化合物最高。③总生物碱、多糖在T1间作系统下含量最高,而可溶性蛋白含量在T2间作系统下最高。这说明:适宜的间作系统,适当的遮荫,能够促进总生物碱和多糖含量的积累,而板栗株行距较小的间作系统,则能更促进可溶性蛋白含量的积累。不同间作系统下,掌叶半夏指纹图谱峰面积不同。 4.化感试验结果表明:板栗落叶水浸提液对掌叶半夏种子发芽率和幼苗生长有一定的他感作用,浓度较低时,对种子的发芽率和幼苗生长抑制作用较小,从他感作用的研究结果可以认为板栗和掌叶半夏能够间作。 本研究的创新点主要有以下几个方面:(1)通过对光强、光质及间作处理下掌叶半夏药材几种活性成分积累的测定分析,发现适度的光强处理、光质和间作条件够促进几种活性成分的积累;(2)通过对不同处理下掌叶半夏药材指纹图谱的测定分析,发现不同处理在不同时间对其指纹图谱影响不同;(3)系统的研究了光强、光质及间作处理处理对掌叶半夏的光合生理特性的影响,分析了光合特性和产量、活性成分的关系。……   
[关键词]:掌叶半夏;间作;光强和光质;生理生化;产量;质量
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京中医药大学2011年