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三、光与药用植物品质形成

了解光生态类型,在药用植物的合理栽培、间作套种、引种驯化等方面是非常重要的。在生产上,应根据不同药用植物种类或品种的光生态习性来调节栽培环境中的光照条件,使不同生态类型的药用植物得到正常的生长,这是药用植物栽培中选地、确定种植方式和栽培措施的重要依据之一。如要种植的药用植物是阴性植物,要选择背阴的地段,同时为了满足它们对适度荫蔽的需要,还要采用搭棚或与其他植物进行间套作等措施。有很多药用植物属于阴性植物,在野生状态下分布于阴坡和半阴坡,因此在人工栽培时,就要给以一定程度的遮阴。如栽培三七,必须搭棚栽种,并控制棚的透光度为20%~40%,这样植株生长才健壮,根系发达,开花结籽好;如光照过强,则植株生长缓慢,叶色变黄,严重时叶片出现“灼斑”。

(一)光质与药用植物品质形成

不同光质对药用植物的生长发育有一定的影响。一般红光促进茎的伸长,紫外光对植物生长有抑制作用,蓝紫光使植物茎粗壮,有利于培育壮苗。蓝光对三叶青的生长有利,光合速率也高于其他光质。在栽培药用植物时,可据此选择合适颜色的塑料薄膜,以满足药用植物的生长。如在人参、西洋参栽培中,宜选择淡色的色膜,以淡黄、淡绿膜为最佳。在丹桂的覆膜栽培中,薄膜色彩对增产的影响依次是黑色膜>蓝色膜>银灰色膜>红色膜>白色膜>黄色膜>绿色膜。在引种驯化和生产栽培中,应充分考虑不同药用植物对光的喜好。虽然某种单色光质有利于一些物质合成,但对植物整体的生长发育状况进行分析,效果不同。若不同光质按照一定比例进行组合,既可以促进植物生长,还有利于所需物质的合成。

光不仅决定糖的合成,还影响蛋白质和脂肪的形成。当提高光照强度并使长波光(如红光)占优势时,碳素向糖类转变的过程加强,促进糖的合成,亦即碳素沿着磷酸甘油酸被还原成糖的途径转变。当使短波光(如蓝光)占优势并增加氮素营养时,则促使碳素朝向氨基酸和蛋白质的合成,亦即碳素沿着磷酸甘油酸转化成丙酮酸,进而形成氨基酸、苹果酸及其他有机酸的途径转变。有报道指出,向日葵和玉蜀黍在红光下形成碳水化合物多,而在蓝光下形成的蛋白质增多。

此外,药用植物可以通过不同的光受体感受不同的光质,进而调控次生代谢物质的合成与积累。通常情况下,长波不利于黄酮类物质的积累。在红光处理下,黄芪根中生物量及有效成分显著低于对照,不仅抑制了黄酮的积累,还抑制了黄芪多糖和黄芪甲苷等有效成分的合成与积累。红光处理后,水母雪莲中黄酮的合成与积累受到显著抑制;红光对毛地黄中强心苷的合成也起抑制作用。

一般而言,蓝光比红光更有利于一些次生代谢物质的积累。例如,在蓝膜下生长的黄芪,黄芪黄酮、甲苷的含量均比自然光下有所增加。研究表明,蓝光可提高水母雪莲、金线莲、灯盏花、三叶青、远志等药用植物中黄酮类物质的合成与积累。蓝光还有利于耐阴植物绞股蓝及喜阴植物滇重楼总皂苷的积累。丹参植株中丹酚酸B含量在补充蓝光后显著提高;蓝光能够显著提高姜黄中姜黄素、去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素的含量。

绿光不仅会抑制大多数植物的生长,还会抑制植物次生代谢产物的合成与积累。例如,在绿光下,滇重楼的根茎总皂苷含量比对照低2.10%;夏枯草中的黄酮类物质含量降低;甘蓝中的花色苷、花青素都有所下降;姜黄素类化合物的合成也会受到抑制。此外,绿膜处理黄檗幼苗的3种生物碱的产量极低。

黄光有利于脱水穿心莲内酯的积累。在黄光照射下,三叶崖爬藤总黄酮含量最高。当强光处理时间加长的时候,淫羊藿苷类成分会产生一定的降解,但在黄光处理下,几乎没有发生降解。不同光质间应进行合理搭配,不仅促进植物的生长发育,更有利于生产出更优品质的产品。

(二)光强与药用植物品质形成

在进行药用植物引种时,必须考虑到原产地和引种地之间光照条件的不同,从而采取相应的栽培措施,才不致使引种工作失败。如药用植物向南引种时,由于纬度减低,光照强度增强,有些药用植物不能很快适应低纬地区的强光照,特别是在夏季和幼苗阶段,因此也需要采取遮阴等措施。在进行野生的林下药用植物家种时,同样要考虑到光照强度的改变而采取相应的措施。植物对光的需要量也常随着年龄、地区的不同而异。如某些阳性树种在幼龄时往往稍能耐阴,但随着年龄的增长,需光性就逐渐增强。植物对光照强度的要求也涉及其他因子的变化,如光照增强相应地会引起温度升高、大气湿度下降等。所以这也是以光照强度为主导因子时,光、温度、大气湿度等因子综合影响的结果。如阴性植物相对地说也是要求在大气和土壤含水量较多的环境中生长的植物,这说明各种环境因子都不是单独起作用的,而是相互影响、相互制约、综合地对植物起作用的。

药用植物品质的物质基础多是药用植物的次生代谢物质,次生代谢物是植物在生长发育过程中对环境的适应产生的一类小分子有机化合物,是植物在长期进化过程中与环境相互作用的结果。药用植物次生代谢物的生源途径复杂,其合成与积累受到自身遗传和环境中各种生物因子和非生物因子的调控,影响了药材的品质控制及有效成分的开发利用。其中,光照强度是影响植物光合作用的主要环境因素之一。光强对不同药用植物的有效成分积累有促进作用,也有抑制作用。如喜树幼苗叶片的喜树碱含量随着遮阴程度的增长而增加,但严重遮阴时喜树碱含量降低。当光照强度为全光照85%的时候,莪术中的挥发油和莪术醇的含量最高。不同的遮阴度对鼓槌石斛的氨基酸、多糖、总酚、毛兰素含量的影响显著,光照影响各氨基酸关键酶的生成量从而改变氨基酸的组成;光强过强或过弱,鼓槌石斛的多糖、总酚、毛兰素的含量均减少。

(三)光周期对引种、育种的重要性

光照时间对于药用植物的引种、育种和驯化工作极为重要。在临近赤道的低纬度地带,如果栽培长日植物,由于日照时间不足,不会开花结实,不能繁殖后代;而在高纬度地带(纬度66.5°以上),在夏季几乎24小时都有日照,因此,短日植物栽培在温带和寒带也会因光照时间过长而不开花;而在中纬度地带,各种光周期类型的植物都可生长,只是开花的季节不同。这对植物的引种、育种工作有极为重要的意义。

1.光照时间对药用植物引种的影响 在进行药用植物引种时,必须考虑到原产地和引种地之间光照条件的不同,从而采取相应的栽培措施。首先,要了解该植物原产地(或原分布区)和引种地日照长度的季节变化,以及该种植物对日照长度的反应特性和敏感程度,敏感性低的则适应性强一些,敏感性高的则对日照要求比较严格。再结合考虑该植物对温度等的需要,才不致使引种工作失败。一般来说,短日植物由南方(短日照、高温条件)向北方(长日照、低温条件)引种时,由于北方生长季节内的日照时数比南方长、气温比南方低,往往出现营养生长期延长、发育推迟的现象。如爵床科药用植物穿心莲(短日植物)引种到北方后,不能开花结实。药用菊花为短日药用植物,安徽、河南等地为其栽培北界,因为其秋季开花,再向北分布,日照时间相对较长,生长期延长,推迟到深秋才开花,容易冻死,越往北栽培,越易受冻伤。短日植物在由北向南引种时,则往往出现生育期缩短、发育提前的现象,所以,短日植物北种南引时,应引种晚熟品种。而长日植物则相反,由南向北移时,发育提前;由北向南移时,则发育延迟,甚至不能开花。

2.光照时间在药用植物育种中的作用 在育种方面,利用温度和光照的控制,可加速或延迟药用植物的开花期。对于原来开花期相差很久不能进行有性杂交的品种,可以用人为地避光或补充光照,延迟或提早其中的一种植物开花,从而使两者花期相遇,达到传粉受精的目的。

在杂交育种时,为了选择合乎要求的杂种后代,稳定所获得的优良遗传特性,常常需要连续培养十几代,才能最后得到一个新品种。采用人工遮光的办法,那么一年能够繁殖几代。在自然条件下,可以利用异地种植、南繁北育的方法来满足植物发育对温度和日照的要求。如短日作物的品种冬季到海南岛繁育,长日作物品种夏季到黑龙江、冬季到云南繁育,这样可以加速育种工作,节约育种时间。 88bSav7XXjlD/LwiUviHbAgPSwdgzyCnf6Nj7Pm4TOxUdYgiIqwEzQgJpGd/tkk3

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