全 文 :植物营养与肥料学报 2015,21(2):439-448 doi牶1011674/zwyf.20150219
JournalofPlantNutritionandFertilizer htp://www.plantnutrifert.org
收稿日期:2014-01-06 接受日期:2014-02-25
基金项目:四川省教育厅重点攻关项目“曼地亚红豆杉快繁技术研究”(2003A023)资助。
作者简介:刘柿良(1986—),男,四川南充人,博士研究生,主要从事植物营养及生理生态等方面研究。Email:liushiliang9@163com
通信作者 Email:mmingdong1958@gmail.com
曼地亚红豆杉(Taxusmediacv“Hicksi”)栽培基质中
适宜的锰、锌、铜浓度及采收时期研究
刘柿良,杨秀利,马明东,但 方,杨 君,胡 菊,邬梦希
(四川农业大学风景园林学院,四川成都 611130)
摘要:【目的】紫杉醇具有独特的抗癌机理和广谱强效的抗癌活性,被认证为目前最有效的天然抗癌药物之一。曼
地亚红豆杉作为提取紫杉醇重要地天然源料,而备受重视。本试验旨在分析锰(Mn)、锌(Zn)和铜(Cu)三种微量
元素对两种树龄曼地亚红豆杉植株生长及紫杉醇含量的影响,为曼地亚红豆杉药用原料林定向培育及通过合理施
用微肥确定适宜采收期提供科学借鉴。【方法】以3年和5年生曼地亚红豆杉“Hicksi”幼苗为材料,采用砂基培养
方式,使用高效液相色谱检测了施用不同浓度锰 (0、450、900、1350和1800μmol/L)、锌(0、015、030、
045和060μmol/L)和铜 (0、040、080、120和160μmol/L)对3年和5年生曼地亚红豆杉“Hicksi”树苗生
长及紫杉醇含量的影响。【结果】1)3种微量元素对两种不同年龄树苗的生长和枝叶紫杉醇含量影响显著。最适
宜3年和5年生树苗生长(株高、地径、新梢长度)和生物量(枝叶与根系鲜/干重)积累的Mn浓度为900μmol/
L,Zn浓度为040μmol/L;3年生树苗的最适宜 Cu浓度为030μmol/L,5年生为015μmol/L。3年生树苗的
Mn浓度为900μmol/L,5年生树苗为450μmol/L以及两种树龄树苗的 Zn浓度为040μmol/L和 Cu浓度为
030μmol/L时,微量元素有利于两种不同年龄树苗枝叶的紫杉醇积累。高于该适宜浓度则抑制树苗枝叶的紫杉
醇积累,且浓度越高抑制作用越强。2)3种微量元素处理下,5年生树苗紫杉醇含量显著高于3年生树苗,对两种
树苗紫杉醇含量影响效果顺序为Mn>Zn>Cu。3)在生长期3 10月,不同浓度Mn、Zn、Cu处理下的两种树苗
均表现出相同规律:3 6月树苗紫杉醇积累量逐渐降低,6月降到最低,7月开始逐渐升高,9 10月含量趋于稳
定。【结论】施用微量元素Mn900μmol/L、Zn040μmol/L和Cu015 030μmol/L,5年龄“Hicksi”树苗,在
9 10月份进行采收是紫杉醇含量高的关键点。
关键词:曼地亚红豆杉;紫杉醇;锰;锌;铜;生长发育;采收季节;采收年龄
中图分类号:S791.49;S725.5 文献标识码:A 文章编号:1008-505X(2015)02-0439-10
SuitableMn,ZnandCuconcentrationsintheculture
mediaandproperharvesttimeforTaxusmediacv“Hicksi”
LIUShiliang,YANGXiuli,MAMingdong,DANFang,YANGJun,HUJü,WUMengxi
(ColegeofLandscapeArchitecture,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu,Sichuan611130,P.R.China)
Abstract:【Objectives】Paclitaxel(Taxol)showsexcelentantitumoractivityagainstbreastcancer,ovarian
cancerandnonsmalcellungcancer,isoneofthebestchemotherapeuticagentsdevelopedfromplantsources.
Taxusproductionhasreceivedatentionasanimportantnaturalmaterialforextractingtaxol.Thepurposeofthis
studywastostudytheefectsofmircoalements(Mn,ZnandCu)onthegrowthandpaclitaxelaccumulationin
seedlingsofTaxus,providingabasisfortheoptimumharvestperiodandtherationalapplicationofmicronutrient
fertilizer.【Methods】Asandcultureexperimentwasconductedandtheseedlingsof3yearoldand5yearold
Taxusmediacv“Hicksi”weregrowen.FiveconcentrationofMn0,450,900,1350and1800μmol/L,Zn
0,015,030,045and060μmol/L,andCu:0,040,080,120and160μmol/Lweredesigned,each
treatmentreplicatedthreetimes.BranchesandleavesofplantswerecolectedmonthlyfromMarch15,2012to
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
October15,2012 Thepaclitaxelaccumulation contentswasdetermined with highperformanceliquid
chromatography(HPLC)method,theseedlinggrowthwereobservedinNovember15,2012,thebiomasswere
weighedatthesametime.【Result】1)Mn,ZnandCutreatmentlevelssignificantlyafectthegrowthand
paclitaxelcontents,increasetheplantsheights,crossingdiametersandshootlength,increasetheweightsof
branches,leavesandrootsofthesaplings.Forthegrowthofseedlings,theoptimumtreatmentisCu015μmol/L
for5yearoldseedlingsand030μmol/Lfor3yearoldseedlings,Mn900μmol/LandZn040μmol/Lforthe
twoagesofseedlings.Forpaclitaxelaccumulation,theoptimumlevelisZn040μmol/LandCu030μmol/Lfor
thebothages,andMn900μmol/Lforthe3yearoldand450μmol/Lfor5yearoldsaplings.Whenthe
micronutrienttreatmentlevelsexceededtheoptimumone,thepaclitaxelaccumulationwilbeinhibitedandthe
higherthetreatmentlevels,thestrongetheinhibition.2)Thepaclitaxelcontentin5yearoldplantsare
significantlyhigherthanin3yearoldonesunderalthetreatments,andthediferencesaresignificantatharvest.
3)ThepaclitaxelcontentstarttodecreasefromMarchtoJune,andislowestinJune,thenincreaseandkeep
relativelystabileinSeptemberandOctober.TheefectsofMnonthepaclitaxelaccumulationishigherthanZnand
higherthanCu,nomatertheirtreatmentconcentrations.【Conclusions】Thepaclitaxelcontentin5yearold
saplingsissignificantlyhigherthanthe3yearoldones,theproperharvesttimeforobtaininghighpaclitaxelcontent
ofsaplingsisSeptemberandOctober.TheoptimumtreatmentlevelisMn900μmol/L,Zn040μmol/LandCu
015-030μmol/L.
Keywords牶TaxusmediacvHicksi牷paclitaxel牷Mn牷Zn牷Cu牷ontogeneticdevelopment牷gatheringseason牷
gatheringyear
紫杉醇(Paclitaxel,Taxol)是 1971年由 Wani
等[1]从短叶红豆杉(Taxusbrevifolia)中分离而得的
一种高效、低毒抗癌萜类化合物,因其独特的抗癌机
理和广谱强效的抗癌活性,且对治疗乳腺癌、卵巢
癌和非小细胞肺癌等都具显著疗效[2],而被美国食
品和药物管理局(FDA)认证为目前最有效的天然
抗癌药物之一。曼地亚红豆杉(T.Media)是东北红
豆杉(T.cuspidate)与欧洲红豆杉(T.baccata)的杂
交种,生长迅速,且全株均含有高含量的紫杉醇[3]。
曼地亚红豆杉枝叶中紫杉醇含量一般为 0017%
0051%,高的可达0069%[4]。经大量筛选[5],以
T.mediacv“Hicksi”品系的含量最高[6],枝叶中紫
杉醇含量为 0023% 0032%[7],显著高于其他
物种或品种[8]。Castora和 Tylera等[9]对2 8年
生曼地亚红豆杉根系中的紫杉醇含量研究发现,小
于或等于8年生树苗根系紫杉醇含量随树龄增加而
增加,8年后降低,故认为人工栽培8年生树苗为
最佳采收树龄。史小娟等[10]调查发现,5年生曼地
亚红豆杉枝条中紫杉醇含量在 5月份高达 056
mg/g,显著高于 3年生树苗(034mg/g)[10]。然
而,关于不同树龄的曼地亚红豆杉“Hicksi”树苗在
不同时期的枝叶紫杉醇含量比较研究却鲜见报道,
至今尚无系统取样分析资料出现[11]。
本课题组已采用“Hicksi”带芽茎段外植体进
行腋芽增殖再生,成功实现其高效快速繁殖[12-13]。
然而,对获得组培苗最佳移植生长环境,以产生更
高含量紫杉醇的研究还未开展。药用植物的生长环
境所含微量元素不仅对其生长有着直接的影响[14],
还与其疗效密切相关[15]。因此,本研究选用3年
和5年生“Hicksi”树苗为对象,研究锰、锌和铜对
两种树龄植株的生长及紫杉醇含量的影响,为曼地
亚红豆杉药用原料林培育、采收以及合理施用微肥
确定提供借鉴。
1 材料和方法
11 研究材料与试验地概况
供试植物为 3年和 5年生曼地亚红豆杉(T.
mediacv“Hicksi”)幼苗,从原产地加拿大引种栽
培于四川农业大学都江堰校区灵岩山实验基地
(31°01′N,103°35′E),海拔 400 1600m。基地
位于青藏高原向成都平原的过渡地带—都江堰市,
属四川盆地西缘山地。年平均气温 152℃,
#
10℃的年积温 46771℃,年降水量 1300 1800
mm。于2011年12月下旬选取生长良好且基本一
致(株高约28cm,地径约5cm)的3年和5年生树
苗以供盆栽试验。
12 试验方法
盆栽基质为河砂和蛭石。河砂消毒后洗净、晾
044
2期 刘柿良,等:曼地亚红豆杉(Taxusmediacv“Hicksi”)栽培基质中适宜的锰、锌、铜浓度及采收时期研究
干;蛭石用稀盐酸(HCl)溶液浸泡 72h后用水反复
冲洗(6次以上)后晾干。将河砂和蛭石各15kg均
匀装入盆中,盆底垫铺尼龙纱。将树苗根系洗净,
于2012年2月上旬移植到内径45cm、高35cm的
花盆中(带托盘),每盆栽植树苗2株,幼苗间互不
遮荫。试验大棚透光率为 80%;大棚内外温度接
近,为20±3℃;相对湿度为70%。所有处理均用
去离子水。
营养液为改进 Hoagland(霍格兰氏)完全营养
液[16]:KNO3 5mmol/L、Ca(NO3)2 5mmol/L、
KH2PO41mmol/L、MgSO42mmol/L、NaFeEDTA
01 mmol/L、 HBO3 46 μmol/L、 NaMoO4 0l
μmol/L、MnSO4 9μmol/L、ZnSO4 08μmol/L、
CuSO403μmol/L。铁(Fe)、硼(B)、钼(Mo)盐浓
缩到原标准的1000倍混合放置,Mn、Zn、Cu盐浓缩
1000倍单独放置;其余的大量元素浓缩到100倍低
温保存。施用时,当添加1种不同浓度的微量元素
时,其他2种微量元素以改进的营养液为基础浓度
作为基础溶液[10],其他按配制的浓缩液量取、稀释。
2012年2月 13日起,每盆植株浇施营养液 500
mL,每周更换1次营养液。
每个微量元素试验均采用5水平,每个处理重
复10次。Mn施用量(Mn0 Mn4)依次为0、450、
900、1350和 1800μmol/L;Zn施用量(Zn0
Zn4)依次为0、040、080、120和160μmol/L;
Cu施用量(Cu0 Cu4)依次为0、015、030、045
和060μmol/L。两个年龄树苗共30个处理。
13 HPLC测定条件和参数
131流动相选择 HPLC为岛津 LC-20AB高效
液相色谱仪(LC-20AB,ShimadzuInc.,Japan)。色
谱柱为phenomenexLunaC18(46mm ×250mm,
5μm),流动相为乙腈∶水∶异丙醇 =45∶55∶1(v
∶v∶v),检测波长为227nm,流速1.0mL/min,柱
温30℃,进样量为10μL时,保留时间30min。
132标准液制备 准确称取紫杉醇标准品
100000mg,置于25mL容量瓶中加甲醇溶解至刻
度,得到04mg/mL标准品储备液。
133测定可靠性检验 准确吸取标准品溶液05、
10、20、40、60、80mL,置于10mL容量瓶
中,加入甲醇定容,即得质量浓度为 002、004、
008、016、024、032mg/mL的系列标准溶液,
吸取10μL,进样检测得出峰面积测定结果。以紫
杉醇标准品质量浓度为横坐标,峰面积为纵坐标进
行线性回归,考察进样浓度(x)与峰面积(y)的线
性关系。线性回归方程为:y=25×107x+11679,
R2=09998,表明紫杉醇进样量在 002 040
mg/mL内线性关系良好。
取标准品制备测定液,峰面积测定值相对标准
偏差(RSD)值为 057%,表明试验仪器精密度良
好。将标准品溶液于4℃保存,于0、1、2、4、8、16
h取样测定,峰面积RSD为056%,表明标准品溶
液在16h内稳定性良好。
精确称取3年生曼地亚红豆杉样品粉末5份,
各1000g,按样品溶液的制备方法制备待测溶液
进行测定,5份样品峰面积相对标准偏差为084%,
表明试验重复性良好。
134加样回收考察 取已施加Hoagland标准溶液
的3年生曼地亚红豆杉样品粉末9份,各10g,每
3份为一组,各加入紫杉醇标准品粉末,按样品溶
液的配制方法制取待测液10μL,进样分析并计算
回收率。高、中、低三种水平的加样回收率平均值分
别为 9969%、9902%和 9900%,RSD分别为
122%、024%和 052%(n=3),均在允许范围
内,说明该法测定曼地亚红豆杉枝叶紫杉醇含量结
果可靠。
14 植株采样与测定
2012年2 10月期间,每月15日左右进行采
样。以2月样品测定值为植株的基础,每个处理破
坏性选取红豆杉树苗各2株,去离子水洗净,置于
85℃烘箱中杀青1h,再在 60℃ 条件下烘干至恒
重,用粉碎机粉碎,以枝叶烘干质量作为单株紫杉
醇含量计算[7-8]。称取样品10g,置于带塞试管中
各加甲醇溶液25mL,用超声清洗器超声提取1h,
摇匀、冷却、抽滤,再用25mL甲醇溶解滤渣超声提
取1h,重复3次,合并滤液,用045μm水溶性滤
膜过滤,存于 EP管[17]。测定结果与标准品对照,
计算出粗提样品中紫杉醇含量和百分含量:
紫杉醇(%)=(S样 ×m标 ×V样 ×标准品纯度)/
(S样 ×m标 ×V样)×100
式中:S指色谱图峰面积;m指样品或标准品质量;
V指溶液体积。
15 生长指标测定
2012年2月10日,随机选取移栽后健康的3
年和5年生曼地亚红豆杉植株,使用卷尺和游标卡
尺准确测量幼苗株高、地径、新梢长,并测定单株枝
叶和根系的鲜重和干重。2012年11月15 18日,
每个处理选取3株树苗测定生长指标。
144
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
16 数据处理
采用SPSS170(SPSS,Chicago,USA)软件进
行单因素方差分析(onewayANOVA),并用最小显
著差数法(LSD)检验差异性。采用生长综合指标法
(OveralDesirability,OD)对生长进行综合评定,
OD即为同处理各生长指标测定值与参照测定值
(本试验为Mn0、Zn0、Cu0处理)的比值之和[18]。
2 结果与分析
21 微量元素对曼地亚红豆杉“Hicksi”树苗生长
的影响
移栽后未经处理的健康3年和5年生曼地亚红
豆杉“Hicksi”树苗的基础生长值为:3年生植株株
高2813cm,地径502cm,新梢长度138cm,枝
叶鲜重2467g/plant,根系鲜重1028g/plant,枝
叶干重236g/plant,根系干重124g/plant;5年
生植株株高 3108cm,地径 611cm,新梢长度
074cm,枝叶鲜重3127g/plant,根系鲜重2232
g/plant,枝 叶 干 重 315 g/plant, 根 系 干 重
228g/plant。
211锰 当施Mn为0 900μmol/L范围内,3
年和5年生树苗各项生长指标均随着锰浓度的增加
而增大;Mn处理为900μmol/L时,3年生树苗除
根系鲜重外,株高、地径、新梢长度、枝叶鲜重(干
重)和根系干重均达到最大值,且生长综合指标
(OD)最大为878;5年生树苗除株高外其他指标
也达到最大值,OD值为814。Mn浓度超过900
μmol/L后,出现负增长(表 1)。两个年龄树苗性
比,5年生树苗的株高、地径、枝叶鲜重(干重)和根
系鲜重(干重)均显著高于3年生树苗(P<005),
新梢长度却较低;3年和5年生树苗的根系鲜重和
干重在Mn浓度为1350和1800μmol/L时无显著
性差异。
表1 不同施锰量对曼地亚红豆杉“Hicksi”树苗生长的影响
Table1 EfectofMnapplicationamountsongrowthofT.mediacv“Hicksi”seedlings
树龄
Age
Mn
(μmol/L)
株高
Height
(cm)
地径
Diameter
(mm)
新梢长度
Shootlength
(cm)
枝叶重 (g/plant)
Shootweight
鲜Fresh 干Dry
根系重(g/plant)
Rootweight
鲜 Fresh 干Dry
OD
(a.u.)
3年
Threeyears
0 3859Bd 709Bc 268Aa 3358Bd 429Bc 1606Bd 316Bd —
450 4284Bbc 751Bbc 267Aa 3813Bc 433Bc 1898Bc 343Bc 758
900 4517Ba 827Ba 290Aa 4666Ba 487Ba 2472Ba 410Aa 878
1350 4367Bab 779Bb 218Ab 4218Bb 458Bb 2528Aa 406Aa 823
1800 4080Bc 713Bc 218Ab 3404Bd 410Bd 2239Ab 377Ab 743
5年
Fiveyears
0 5418Ac 879Ad 150Bb 4934Ac 530Ad 2328Ad 350Ad —
450 5778Ab 945Ab 200Ba 5231Ab 572Ab 2868Ab 392Ab 797
900 6085Aa 997Aa 139Bb 5825Aa 632Aa 3253Aa 414Aa 814
1350 6104Aa 925Abc 130Bb 5594Aa 587Ab 2563Ac 373Bc 745
1800 5529Ac 886Acd 089Bc 5217Ab 549Ac 2102Ae 313Be 651
注(Note):OD—综合指标 Overaldesirability.数值后不同大写字母表示相同处理下3年和5年生树苗间差异显著(P<005);不同小写
字母表示3年和5年生树苗在不同处理间差异显著(P<005)Valuesfolowedbydiferentcapitalletersaresignificantinthreeyearandfiveyear
oldseedlingsunderthesametreatments(P<005);Valuesfolowedbydiferentsmalletersaresignificantamongdiferenttreatmentsinthreeyearand
fiveyearoldseedlings(P<005).
212锌 随着 Zn施加量的增大,两种树苗的生
长指标值均呈先升高后降低的趋势。3年生
“Hicksi”树苗的株高和地径在 Zn08μmol/L最
大,而新梢长度、枝叶鲜重(干重)和根系鲜重(干
重)在Zn04μmol/L最大,且 OD值为893(表
2)。5年生树苗的株高、新梢长度、根系鲜重(干
重)在Zn04μmol/L处理时最大,OD值达到最高
(871)。比较3年和5年生树苗可知,5年生树苗
的株高、地径及鲜重(干重)均显著高于3年生树苗
(P<005),而新梢长度却相反。
244
2期 刘柿良,等:曼地亚红豆杉(Taxusmediacv“Hicksi”)栽培基质中适宜的锰、锌、铜浓度及采收时期研究
表2 不同施锌量对曼地亚红豆杉“Hicksi”树苗生长的影响
Table2 EfectofZnapplicationamountsongrowthofT.mediacv“Hicksi”seedlings
树龄
Age
Zn
(μmol/L)
株高
Height
(cm)
地径
Diameter
(mm)
新梢长度
Shootlength
(cm)
枝叶重 (g/plant)
Shootweight
鲜Fresh 干Dry
根系重(g/plant)
Rootweight
鲜 Fresh 干Dry
OD
(a.u.)
3年
Threeyears
0 3725Bc 713Bd 315Ab 4303Bd 456Bd 1495Bd 280Bc —
040 3977Bb 785Bb 384Aa 5643Ba 545Ba 2706Ba 344Ba 893
080 4595Ba 811Ba 290Ac 5409Ba 504Bb 2553Bb 351Ba 862
120 4015Bb 753Bc 243Ad 4986Bb 486Bc 2050Bc 303Bb 758
160 3436Bd 738Bc 240Ad 4620Bc 432Be 1982Bc 265Bc 701
5年
Fiveyears
0 5216Ac 784Ac 132Bb 5855Ac 574Ac 2562Ac 343Ad —
040 6317Aa 870Ab 195Ba 6544Aa 660Aa 3550Aa 432Aa 871
080 6183Aa 950Aa 129Bb 6726Aa 673Aa 3025Ab 411Ab 807
120 5778Ab 826Abc 091Bc 6114Ab 611Ab 2943Ab 385Ac 723
160 5375Ac 793Ac 115Bbc 5724Ac 583Ac 2664Ac 321Ae 688
注(Note):OD—综合指标 Overaldesirability.数值后不同大写字母表示相同处理下3年和5年生树苗间差异显著(P<005);不同小写
字母表示3年和5年生树苗在不同处理间差异显著(P<005)Valuesfolowedbydiferentcapitalletersaresignificantinthreeyearandfiveyear
oldseedlingsunderthesametreatments(P<005);Valuesfolowedbydiferentsmalletersaresignificantamongdiferenttreatmentsinthreeyearand
fiveyearoldseedlings(P<005).
213铜 随着施Cu量的逐渐增加,树苗的新梢长
度和枝叶鲜重呈现先降低后升高的趋势,而其他生
长指标均呈明显的“先升后降”的趋势(表3)。除
枝叶鲜重外,3年生树苗其他生长指标均在 Cu
030μmol/L达到最大值,且OD值也高达911,而
5年生树苗的地径、根系鲜重(干重)和枝叶干重在
Cu015μmol/L时最大。比较两种树龄幼苗可知,
不同施 Cu量处理下5年生树苗的新梢长度均显著
低于3年生树苗(P<005),而两种树龄幼苗的地
径和根系干重在 Cu015 060μmol/L范围内无
显著性差异。
22 微量元素对曼地亚红豆杉“Hicksi”树苗紫杉
醇含量的影响
移栽后未经处理的健康3年和5年生曼地亚红
豆杉“Hicksi”树苗的紫杉醇基础值为:3年生植株
枝叶紫杉醇含量为 216%,5年生植株枝叶紫杉醇
含量为 302%。
221锰 图1为锰处理中3年(图1a)和5年(图
1b)生曼地亚红豆杉“Hicksi”树苗在不同月份的枝
叶紫杉醇积累量,不同施锰量间各月份累积量差异
显著(P<005)。3年生树苗枝叶紫杉醇含量在
Mn2处理积累量最高,为不施锰的144 186倍;
5年生树苗枝叶紫杉醇积累量均在 Mn1处理时最
高,比不施锰升高了583% 2188%。施Mn对3
年生幼树枝叶紫杉醇积累量的影响大于 5年生
幼树。
试验从3月到10月,树苗枝叶紫杉醇积累量
先降低后升高,以6月最低,此时3年生树苗枝叶紫
杉醇含量为 082% 143%,5年生为 168%
248%;而后紫杉醇积累量逐渐增大到10月份趋
于稳定。相同月份,5年生树苗枝叶紫杉醇积累量
显著高于3年生树苗(P<005)。
222锌 同锰处理相同,两树龄幼树枝叶紫杉醇
含量从3月到10月均先降后升,6月份达到最低,
之后逐渐增加至10月份趋于稳定。与3月相比,6
月份3年和5年生树苗枝叶紫杉醇积累量分别下降
3810% 5529% 和 3279% 4899%,10月分
别维持在206 343 和177 368。
不同施锌量显著影响3年(图2a)和5年 (图
2b)生幼树枝叶紫杉醇积累量(P<005)。3—10
月,幼树枝叶紫杉醇积累量均在 Zn2处理达到最大
值,3年生幼树积累量为 Zn0处理的 050 089
倍,5年生为027 108倍。相同月份不同施 Zn
量处理的5年生幼树枝叶紫杉醇积累量显著均高于
3年生(P<005),仅10月份Zn0处理的3年生幼
树积累量(184)略高于5年生树苗(177)。
344
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
表3 不同施Cu量对曼地亚红豆杉“Hicksi”树苗生长的影响
Table3 EfectofCuapplicationamountsongrowthofT.mediacv“Hicksi”seedlings
树龄
Age
Cu
(μmol/L)
株高
Height
(cm)
地径
Diameter
(mm)
新梢长度
Shootlength
(cm)
枝叶重 (g/plant)
Shootweight
鲜Fresh 干Dry
根系重(g/plant)
Rootweight
鲜 Fresh 干Dry
OD
(a.u.)
3年生
Threeyears
0 3379Bc 843Bd 224Ab 4309Bc 1635Bd 535Bd 236Bd —
015 3916Bb 937Bb 212Ab 4274Bc 1941Bbc 585Bc 268Bc 762
030 4731Ba 978Aa 290Aa 5232Ba 2438Ba 652Ba 313Aa 911
045 4088Bb 932Ab 285Aa 5318Ba 2042Bb 611Bb 287Ab 843
060 3628Bc 897Ac 226Ab 4594Bb 1828Bc 525Bd 246Ad 735
5年生
Fiveyears
0 4435Ab 906Ac 126Ba 5661Ac 2968Ac 652Ad 287Abc —
015 4373Ab 994Aa 121Ba 5978Ab 3831Aa 768Aa 393Aa 794
030 5147Aa 986Aa 129Ba 6754Aa 3453Ab 715Ab 307Ab 780
045 4625Ab 943Ab 112Ba 6549Aa 3141Ac 664Acd 284Ac 720
060 4060Ac 889Ac 089Bb 5765Abc 3136Ac 677Ac 258Ad 662
注(Note):OD—综合指标 Overaldesirability.数值后不同大写字母表示相同处理下3年和5年生树苗间差异显著(P<005);不同小写
字母表示3年和5年生树苗在不同处理间差异显著(P<005)Valuesfolowedbydiferentcapitalletersaresignificantinthreeyearandfiveyear
oldseedlingsunderthesametreatments(P<005);Valuesfolowedbydiferentsmalletersaresignificantamongdiferenttreatmentsinthreeyearand
fiveyearoldseedlings(P<005).
图1 不同施锰量曼地亚红豆杉“Hicksi”3年
(a)和5年(b)生树苗紫杉醇含量
Fig.1 Taxolcontentin3year(a)and5year
(b)“Hicksi”scalpsdependentonMnapplicationrates
223铜 铜处理紫杉醇积累量6月最低值3年生
幼树为 195 343,5年生为 246
368。3年和5年生树苗枝叶紫杉醇积累量6月
份比 3月份显著下降 3902% 6869% 和
图2 不同施锌量曼地亚红豆杉“Hicksi”
3年(a)和5年(b)生树苗紫杉醇含量
Fig.2 Taxolcontentinthreeyear(a)andfiveyearold
(b)HicksiscalpelsdependentonZnapplicationrates
3279% 4497% (P<005)。
不同施铜量处理 3到10月紫杉醇积累量与施
锰和锌的变化趋势相同(图3)。相同月份不同施铜
量处理5年生幼树紫杉醇积累量均显著高于3年生
444
2期 刘柿良,等:曼地亚红豆杉(Taxusmediacv“Hicksi”)栽培基质中适宜的锰、锌、铜浓度及采收时期研究
图3 不同施铜量对曼地亚红豆杉“Hicksi”
3年(a)和5年(b)生树苗紫杉醇含量
Fig.3 Taxolcontentinthreeyear(a)andfiveyear
old(b)scaplesofT.mediacv“Hicksi”dependent
onCuapplicationrate
树苗(P<005)。3年生和5年生幼树紫杉醇含量
均在Cu2处理达到最高,分别为 Cu0处理的175
329倍和113 216倍。
3 讨论与结论
31 适量微量元素能显著提高曼地亚红豆杉
“Hicksi”树苗的生长
微量元素在植株体内作为酶或辅酶组成成分具
有较强的专一性[19],适宜浓度Mn被吸收后能直接
参与光合作用氧发生过程,从而刺激植株生长[20],
增加枝叶和根系生物量。Mn量过高,激活硝酸还
原酶(NR)能力降低,硝酸盐(NO-3/NO
-
2)积累使植
株中毒,从而阻碍输导组织,降低粗蛋白合成与光
合作用效率[21]。Zn作为多种酶的组分或活化剂,
参与叶绿素、蛋白质和生长素的合成和参与碳水化
合物转化,适宜的锌可提高植株产量[14-15],缺 Zn
时,植株体内氮代谢紊乱,氮大量积累,抑制蛋白
质合成[19]。Cu形成稳定络合物的能力很强,能与
氨基酸、肽、蛋白质等络合[15],Cu作为重金属却普
遍存在着双相剂量-效应现象,低浓度 Cu可促进酶
与底物结合,增强活性,过量则与酶络合,使酶类
蛋白质变性或活性降低,导致活性氧(ROS)积
累[22]。本研究中,施不同浓度的Mn、Zn、Cu对3年
和5年生树苗的生长指标均产生了显著影响,在一
定施用范围内,两种树龄树苗的株高、地径、新梢长
度及生物量均显著增加,过量时则抑制幼树的生长
和紫杉醇的积累。以生长综合指标值(OD)评价,3
年和5年生幼树均在锰900μmol/L达到最高。不
施锌时,幼树生物量低,新梢较短,生长受到抑制,
施锌 040μmol/L后,树苗枝叶和根系鲜重和干重
显著增加(P<005),超过此用量后,幼树的生长显
著受到抑制。3年生树苗在 Cu03μmol/L与5年
生树苗在 Cu015μmol/L下,各项生长指标较不
施Cu显著升高(P<005)。随着 Cu2+浓度增大,
两种树苗均产生明显抑制效应。不同浓度 Mn、Zn、
Cu处理的 5年生树苗各项生长指标均高于 3年生
树苗(表1 表3),表明不同树龄对微量元素需求
量的差异。李凤等[19]研究也表明,微肥(含 Zn、Mn
等)对 2年生黄芩(Scutelariabaicalensi)生长的影
响比 1年生更显著。
32 适量微量元素能显著提高树苗紫杉醇的积累
紫杉醇是红豆杉科 (Taxaceae)红豆杉属
(Taxus)植物次生代谢的抗癌萜类化合物,受其防
御性基因的调控,紫杉醇的合成量与外界诱导子
(生物和非生物)刺激密切有关[23-24]。诱导子可诱
导细胞产生抗逆反应,启动次生代谢途径,从而导
致紫杉醇大量合成[24]。微量元素不仅对植物新陈
代谢不可或缺,同时也与药用植物药理活性紧密相
关[15]。大量研究表明,适量的微量元素能显著影
响药用植物产生次生代谢产物,但其含量过
$
则会
产生毒害[23,25-26]。本研究表明,3月 10月期间,
施不同浓度Mn、Zn和Cu微量元素的3年和5年生
树苗枝叶紫杉醇积累量均呈低浓度促进积累,高浓
度抑制紫杉醇积累的趋势(图 1 图 3)。李家儒
等[27]在中国红豆杉(T.chinensis)悬浮培养中添加
Cu2+促进了紫杉醇形成,以浓度为30μmol/L的诱
导效果最佳。汤璐等[23]研究表明,适量 Zn能提高
菊花(Chrysanthemummorifolium)总黄酮和绿原酸含
量,而高剂量 Cu却严重抑制其有效成分生成。同
时,在不同浓度 Cu和 Mn影响化橘红(Citrus
grandis)黄酮类成分合成的研究中也证实了该观
点[28]。紫 杉 醇 的 合 成 主 要 是 通 过 MVA
(Mevalonate,存在细胞质)途径和DXP(ldeoxyD-
xylulose5-phosphate,存在于质体)途径完成,多种
限速酶控制紫杉醇的有效合成[11]。Koepp等[29]认
为?牛儿基?牛儿基焦磷酸环化成为紫杉4(5),11
(12)二烯烃taxa4(5),11(12)-diene的环化酶为紫
杉醇合成代谢途径中的限速酶,稀土元素可取代此
544
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
酶的Ca2+和Mg2+从而激活酶活性。然而,Mn、Zn、
Cu是如何调控次生代谢过程的酶系统还有待进一
步研究。
不同浓度 Mn、Zn、Cu处理下,3年和5年生树
苗在试验期间(3月 10月)表现出相同的规律:3
月 6月树苗枝叶紫杉醇含量逐渐减少,6月减少
到最低,7月开始增加,到9月时含量趋于稳定(图
1 图3)。与王朝晖等[30]的结论相悖,研究发现南
方红豆杉(T.chinensis)从3月至6月紫杉醇含量逐
渐增加,6月含量最高,7月开始含量却逐渐减少。
究其原因,这可能与环境条件以及植物代谢及枝叶
的生长发育特性有关[8,10]。6月是试验地(都江堰
地区)气温最高的时期,不利于紫杉醇的积累,且
生长需消耗部分,故造成该月积累最低。紫杉醇属
于二萜类生物碱,是植物在长期的生态环境适应过
程中为抵御动物、微生物、病毒及其他植物的攻击而
形成的次生代谢产物[4,10]。与其他次生代谢产物相
同,总以最高浓度分布在植物组织中最容易受到环
境侵害的部位[8,23]。本试验地都江堰9月开始气温
显著降低,寒冷潮湿的天气可能有利于次级代谢合
成紫杉醇。进一步研究发现,3月 10月间5年生
树苗枝叶紫杉醇积累量显著高于3年生(图1 图
3),表明紫杉醇含量随树龄的增加而增加。同时,
对2年 8年生曼地亚红豆杉紫杉醇研究发现,小
于或等于8年生树苗的紫杉醇含量随树龄增加而增
加,生长到8年后反而降低[9]。这也显示人工栽培
曼地亚红豆杉具有周期短、紫杉醇含量高的优势。
红豆杉细胞合成紫杉醇的能力除了受遗传特性
影响之外,外界逆境信号激活细胞的防御反应是改
变细胞合成紫杉醇速率和积累的重要途径[24]。本
试验中,3种微量元素对树苗紫杉醇含量影响效果
的顺序为Mn>Zn>Cu,与王建安等[31]的研究结论
相似,盾叶薯蓣(Dioscoreazingiberensis)薯蓣皂苷元
对施Mn肥的敏感性高于Zn。可能原因是 Mn对代
谢合成酶具有高度专一性,促进植物吸收土壤中氮
和磷,高 Mn可抑制吲哚乙酸(IAA)氧化酶活性,
从而促进产量增加[32]。Zn通过参与叶绿素合成,
改变光能利用率,影响有机物合成[14,17]。Liu[20]指
出,Zn2+可能首先与细胞膜上受体的结合,改变膜
离子通道,促使诱导过程迅速完成。Zn2+与其受体
高度亲合,引起位于原生质膜上的离子通道改变,
引起 Ca2+内流并迅速发生 H2O2,胞内依赖 Ca
2+的
蛋白质磷酸化作用,激活核内防御基因(如 TCH基
因),引起防御反应,诱导合成植保素酶合成植保
素而完成信号传递作用。当氧迸发(OXB)达到最
大时,胞内苯丙氨酸鲜氨酶(PAL)活性、Taxol和酚
的合成开始激活[20-21,23]。因此,防御应答的强弱可
能与 Taxol的合成有密切的正相关性。而 Cu影响
紫杉醇积累主要是通过与过氧化氢酶(Catalase,
CAT)活性中心结合,影响酶与底物的结合能
力[33]。同时,高浓度的 Cu2+可能会导致细胞活性
氧(ROS)的积累。ROS积累和次生代谢产物都是
植物在响应外界刺激过程中强有力的化学武器,
Cu2+诱导次生代谢产物的合成而抗氧化剂的加入
则阻止次生代谢物的生成[15,23]。ROS可能作为第
二信使调控防卫基因的表达和启动与植保素合成基
因相关的基因转录,因此推断 ROS对植保素的调
控作用可能发生在转录水平上,也可能使 mRNA
稳定性有所提高[14]。
综上所述,微量元素 Mn、Zn和 Cu对3年和5
年生“Hicksi”树苗生长和枝叶紫杉醇含量影响显
著。适宜微量元素施加浓度下,3年和5年生幼树
的株高、地径、新梢长度、枝叶鲜重/干重和根系鲜
重/干重以及紫杉醇积累量均显著增加。两种树龄
幼树的适宜 Zn浓度为040μmol/L,适宜 Cu浓度
为030μmol/L,3年生幼树的适宜Mn浓度为900
μmol/L,5年生幼树为450μmol/L。5年生树苗紫
杉醇含量显著高于3年生树苗;一年之中,幼树紫
杉醇积累量3月 6月逐渐降低,7月后开始升高,
9月 10月含量趋于稳定,因此,适宜采收时期为9
月 10月份。
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