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Suitable Mn, Zn and Cu concentrations in the culture media and proper harvest time for Taxus media cv “Hicksii”

曼地亚红豆杉(Taxus media cv “Hicksii”)栽培基质中适宜的锰、锌、铜浓度及采收时期研究



全 文 :植物营养与肥料学报 2015,21(2):439-448 doi牶1011674/zwyf.20150219
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。Email:liushiliang9@163com
 通信作者 Email: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、450、900、1350和1800μmol/L)、锌(0、015、030、
045和060μmol/L)和铜 (0、040、080、120和160μmol/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900μmol/
L,Zn浓度为040μmol/L;3年生树苗的最适宜 Cu浓度为030μmol/L,5年生为015μmol/L。3年生树苗的
Mn浓度为900μmol/L,5年生树苗为450μmol/L以及两种树龄树苗的 Zn浓度为040μmol/L和 Cu浓度为
030μmol/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Mn900μmol/L、Zn040μmol/L和Cu015 030μmol/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”
LIUShiliang,YANGXiuli,MAMingdong,DANFang,YANGJun,HUJü,WUMengxi
(ColegeofLandscapeArchitecture,SichuanAgriculturalUniversity,Chengdu,Sichuan611130,P.R.China)
Abstract:【Objectives】Paclitaxel(Taxol)showsexcelentantitumoractivityagainstbreastcancer,ovarian
cancerandnonsmalcellungcancer,isoneofthebestchemotherapeuticagentsdevelopedfromplantsources.
Taxusproductionhasreceivedatentionasanimportantnaturalmaterialforextractingtaxol.Thepurposeofthis
studywastostudytheefectsofmircoalements(Mn,ZnandCu)onthegrowthandpaclitaxelaccumulationin
seedlingsofTaxus,providingabasisfortheoptimumharvestperiodandtherationalapplicationofmicronutrient
fertilizer.【Methods】Asandcultureexperimentwasconductedandtheseedlingsof3yearoldand5yearold
Taxusmediacv“Hicksi”weregrowen.FiveconcentrationofMn0,450,900,1350and1800μmol/L,Zn
0,015,030,045and060μmol/L,andCu:0,040,080,120and160μmol/Lweredesigned,each
treatmentreplicatedthreetimes.BranchesandleavesofplantswerecolectedmonthlyfromMarch15,2012to
植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
October15,2012 Thepaclitaxelaccumulation contentswasdetermined with highperformanceliquid
chromatography(HPLC)method,theseedlinggrowthwereobservedinNovember15,2012,thebiomasswere
weighedatthesametime.【Result】1)Mn,ZnandCutreatmentlevelssignificantlyafectthegrowthand
paclitaxelcontents,increasetheplantsheights,crossingdiametersandshootlength,increasetheweightsof
branches,leavesandrootsofthesaplings.Forthegrowthofseedlings,theoptimumtreatmentisCu015μmol/L
for5yearoldseedlingsand030μmol/Lfor3yearoldseedlings,Mn900μmol/LandZn040μmol/Lforthe
twoagesofseedlings.Forpaclitaxelaccumulation,theoptimumlevelisZn040μmol/LandCu030μmol/Lfor
thebothages,andMn900μmol/Lforthe3yearoldand450μmol/Lfor5yearoldsaplings.Whenthe
micronutrienttreatmentlevelsexceededtheoptimumone,thepaclitaxelaccumulationwilbeinhibitedandthe
higherthetreatmentlevels,thestrongetheinhibition.2)Thepaclitaxelcontentin5yearoldplantsare
significantlyhigherthanin3yearoldonesunderalthetreatments,andthediferencesaresignificantatharvest.
3)ThepaclitaxelcontentstarttodecreasefromMarchtoJune,andislowestinJune,thenincreaseandkeep
relativelystabileinSeptemberandOctober.TheefectsofMnonthepaclitaxelaccumulationishigherthanZnand
higherthanCu,nomatertheirtreatmentconcentrations.【Conclusions】Thepaclitaxelcontentin5yearold
saplingsissignificantlyhigherthanthe3yearoldones,theproperharvesttimeforobtaininghighpaclitaxelcontent
ofsaplingsisSeptemberandOctober.TheoptimumtreatmentlevelisMn900μmol/L,Zn040μmol/LandCu
015-030μmol/L.
Keywords牶TaxusmediacvHicksi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 0017%
0051%,高的可达0069%[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 0023% 0032%[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 056
mg/g,显著高于 3年生树苗(034mg/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
11 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 152℃,
#
10℃的年积温 46771℃,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。
12 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
01 mmol/L、 HBO3 46 μmol/L、 NaMoO4 0l
μmol/L、MnSO4 9μmol/L、ZnSO4 08μmol/L、
CuSO403μmol/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、450、
900、1350和 1800μmol/L;Zn施用量(Zn0
Zn4)依次为0、040、080、120和160μmol/L;
Cu施用量(Cu0 Cu4)依次为0、015、030、045
和060μmol/L。两个年龄树苗共30个处理。
13 HPLC测定条件和参数
131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(46mm ×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。
132标准液制备 准确称取紫杉醇标准品
100000mg,置于25mL容量瓶中加甲醇溶解至刻
度,得到04mg/mL标准品储备液。
133测定可靠性检验 准确吸取标准品溶液05、
10、20、40、60、80mL,置于10mL容量瓶
中,加入甲醇定容,即得质量浓度为 002、004、
008、016、024、032mg/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=25×107x+11679,
R2=09998,表明紫杉醇进样量在 002 040
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 057%,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056%,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1000g,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084%,
表明试验重复性良好。
134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10g,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 9969%、9902%和 9900%,RSD分别为
122%、024%和 052%(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。
14 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10g,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045μm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。
15 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
16 数据处理
采用SPSS170(SPSS,Chicago,USA)软件进
行单因素方差分析(onewayANOVA),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
21 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2813cm,地径502cm,新梢长度138cm,枝
叶鲜重2467g/plant,根系鲜重1028g/plant,枝
叶干重236g/plant,根系干重124g/plant;5年
生植株株高 3108cm,地径 611cm,新梢长度
074cm,枝叶鲜重3127g/plant,根系鲜重2232
g/plant,枝 叶 干 重 315 g/plant, 根 系 干 重
228g/plant。
211锰 当施Mn为0 900μmol/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900μmol/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878;5年生树苗除株高外其他指标
也达到最大值,OD值为814。Mn浓度超过900
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<005),
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1350和1800μmol/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 3859Bd 709Bc 268Aa 3358Bd 429Bc 1606Bd 316Bd —
450 4284Bbc 751Bbc 267Aa 3813Bc 433Bc 1898Bc 343Bc 758
900 4517Ba 827Ba 290Aa 4666Ba 487Ba 2472Ba 410Aa 878
1350 4367Bab 779Bb 218Ab 4218Bb 458Bb 2528Aa 406Aa 823
1800 4080Bc 713Bc 218Ab 3404Bd 410Bd 2239Ab 377Ab 743
5年
Fiveyears
0 5418Ac 879Ad 150Bb 4934Ac 530Ad 2328Ad 350Ad —
450 5778Ab 945Ab 200Ba 5231Ab 572Ab 2868Ab 392Ab 797
900 6085Aa 997Aa 139Bb 5825Aa 632Aa 3253Aa 414Aa 814
1350 6104Aa 925Abc 130Bb 5594Aa 587Ab 2563Ac 373Bc 745
1800 5529Ac 886Acd 089Bc 5217Ab 549Ac 2102Ae 313Be 651
  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<005);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<005)Valuesfolowedbydiferentcapitalletersaresignificantinthreeyearandfiveyear
oldseedlingsunderthesametreatments(P<005);Valuesfolowedbydiferentsmalletersaresignificantamongdiferenttreatmentsinthreeyearand
fiveyearoldseedlings(P<005).
212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 Zn08μmol/L最
大,而新梢长度、枝叶鲜重(干重)和根系鲜重(干
重)在Zn04μmol/L最大,且 OD值为893(表
2)。5年生树苗的株高、新梢长度、根系鲜重(干
重)在Zn04μmol/L处理时最大,OD值达到最高
(871)。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<005),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 3725Bc 713Bd 315Ab 4303Bd 456Bd 1495Bd 280Bc —
040 3977Bb 785Bb 384Aa 5643Ba 545Ba 2706Ba 344Ba 893
080 4595Ba 811Ba 290Ac 5409Ba 504Bb 2553Bb 351Ba 862
120 4015Bb 753Bc 243Ad 4986Bb 486Bc 2050Bc 303Bb 758
160 3436Bd 738Bc 240Ad 4620Bc 432Be 1982Bc 265Bc 701
5年
Fiveyears
0 5216Ac 784Ac 132Bb 5855Ac 574Ac 2562Ac 343Ad —
040 6317Aa 870Ab 195Ba 6544Aa 660Aa 3550Aa 432Aa 871
080 6183Aa 950Aa 129Bb 6726Aa 673Aa 3025Ab 411Ab 807
120 5778Ab 826Abc 091Bc 6114Ab 611Ab 2943Ab 385Ac 723
160 5375Ac 793Ac 115Bbc 5724Ac 583Ac 2664Ac 321Ae 688
  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<005);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<005)Valuesfolowedbydiferentcapitalletersaresignificantinthreeyearandfiveyear
oldseedlingsunderthesametreatments(P<005);Valuesfolowedbydiferentsmalletersaresignificantamongdiferenttreatmentsinthreeyearand
fiveyearoldseedlings(P<005).
213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
030μmol/L达到最大值,且OD值也高达911,而
5年生树苗的地径、根系鲜重(干重)和枝叶干重在
Cu015μmol/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<005),而两种树龄幼苗的地
径和根系干重在 Cu015 060μmol/L范围内无
显著性差异。
22 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 216%,5年生植株枝叶紫杉醇
含量为 302%。
221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<005)。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144 186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583% 2188%。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 082% 143%,5年生为 168%
248%;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<005)。
222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
3810% 5529% 和 3279% 4899%,10月分
别维持在206 343 和177 368。
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<005)。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 050 089
倍,5年生为027 108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<005),仅10月份Zn0处理的3年生幼
树积累量(184)略高于5年生树苗(177)。
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 3379Bc 843Bd 224Ab 4309Bc 1635Bd 535Bd 236Bd —
015 3916Bb 937Bb 212Ab 4274Bc 1941Bbc 585Bc 268Bc 762
030 4731Ba 978Aa 290Aa 5232Ba 2438Ba 652Ba 313Aa 911
045 4088Bb 932Ab 285Aa 5318Ba 2042Bb 611Bb 287Ab 843
060 3628Bc 897Ac 226Ab 4594Bb 1828Bc 525Bd 246Ad 735
5年生
Fiveyears
0 4435Ab 906Ac 126Ba 5661Ac 2968Ac 652Ad 287Abc —
015 4373Ab 994Aa 121Ba 5978Ab 3831Aa 768Aa 393Aa 794
030 5147Aa 986Aa 129Ba 6754Aa 3453Ab 715Ab 307Ab 780
045 4625Ab 943Ab 112Ba 6549Aa 3141Ac 664Acd 284Ac 720
060 4060Ac 889Ac 089Bb 5765Abc 3136Ac 677Ac 258Ad 662
  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<005);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<005)Valuesfolowedbydiferentcapitalletersaresignificantinthreeyearandfiveyear
oldseedlingsunderthesametreatments(P<005);Valuesfolowedbydiferentsmalletersaresignificantamongdiferenttreatmentsinthreeyearand
fiveyearoldseedlings(P<005).
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 Taxolcontentin3year(a)and5year
(b)“Hicksi”scalpsdependentonMnapplicationrates
223铜 铜处理紫杉醇积累量6月最低值3年生
幼树为 195 343,5年生为 246
368。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 3902% 6869% 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 Taxolcontentinthreeyear(a)andfiveyearold
(b)HicksiscalpelsdependentonZnapplicationrates
3279% 4497% (P<005)。
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 Taxolcontentinthreeyear(a)andfiveyear
old(b)scaplesofT.mediacv“Hicksi”dependent
onCuapplicationrate
树苗(P<005)。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175
329倍和113 216倍。
3 讨论与结论
31 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900μmol/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 040μmol/L后,树苗枝叶和根系鲜重和干重
显著增加(P<005),超过此用量后,幼树的生长显
著受到抑制。3年生树苗在 Cu03μmol/L与5年
生树苗在 Cu015μmol/L下,各项生长指标较不
施Cu显著升高(P<005)。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。
32 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(ldeoxyD-
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taxa4(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040μmol/L,适宜 Cu浓度
为030μmol/L,3年生幼树的适宜Mn浓度为900
μmol/L,5年生幼树为450μmol/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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