不同强度的红蓝光质对丹参根系形态和有效成分积累的影响

摘要：目的研究不同强度的白光、红光和蓝光对丹参根系形态和有效成分积累的影响。方法分别利用4 个光照强度的白光、红光和蓝光处理丹参植株，测定各处理组中丹参侧根数、侧根直径等根系形态学指标和7 种有效成分的含量。结果在选定的光强范围内，不同的光质对丹参地上部分形态指标的影响不同。100 、200 μmol/(m 2 ∙s) 的红光可以促进侧根的发生，200 、300 μmol/(m 2 ∙s) 的蓝光则可显著提高根生物量。不同成分的积累对光质和光强的响应不同，丹参酮类成分的合成积累较酚酸类成分对光响应更为敏感。结论光对丹参根系形态和有效成分积累具有双重的调控作用，合理地利用光质和光强是提高丹参药材产量和品质的有效途径之一。

丹参Salvia miltiorrhiza Bge. 为唇形科鼠尾草属多年生草本植物，以根茎入药，是我国常用的中药材之一，具有活血化瘀、安神消脓、抗氧化、抗感染、抗血小板聚集等作用[1-3] 。丹参药材的价格由根系形态和有效成分含量2 个主要因素决定，市场上以根粗皮红，头大无芦者为佳[4] 。

光是影响植物生长发育的重要环境因子，参与光形态建成[5] 、侧根发育[6] 及种子萌发[7] 等各个生理过程。同时光也调控多种植物中次生代谢物的合成积 累，如Lee等[8] 用LED光源对甜荞Fagopyrum esculentumMoench和苦荞F.tataricum (L.) Gaertn. 种芽补充不同的光质，发现红光可以显著提高甜荞种芽中芦丁、荭草素等成分的含量。Shiga等[9] 用红光、蓝光和白光分别处理罗勒Ocimumbasilicum L. 苗，发现红光处理14 d后植株中迷迭香酸的质量分数达到了6 mg/g鲜质量，显著高于对照组。本研究设置不同的光照强度，探讨白光、红光及蓝光3种光质对丹参部分生长指标、根系形态指标及有效成分含量的影响，以期为利用光质提高丹参药材的产量和品质提供理论参考。

1材料与仪器

Agilent 1260 型高效液相色谱仪，Agilent 1260 Infinity II 可变波长检测器（美国Agilent 公司），5804R 型高速冷冻离心机离心机（德国Eppendorf 公司），SK5210HP 型超声清洗机（上海人和科学仪器有限公司），LED 灯管（南京欧谱润生物科技有限公司）。

2方法

2.1丹参幼苗的培养

将丹参种子直播于营养钵中，放入植物培养室内进行培养，出苗60 d 后选取生长良好且长势一致的植株，20 株/ 组用于光处理。以1.2 m 的LED 灯管为光源，分别进行红光、白光和蓝光处理。每种光质设置50 、100 、200 、300 μmol/(m 2 ∙s) 4 个光量子通量密度梯度。各光质处理均在同一植物培养室中进行，各处理组植株用黑色不透光不反光遮光布隔开以避免相互影响。植物培养室光暗周期设定为16 h/8 h ，温度设定为25/20 ℃昼夜变温，利用ApogeeMQ-500 光量子计每3 天测定1 次植物表面的光强，并调整光源与植物的距离以保证照射到植物表面的光强恒定。处理60 d 后收集样品。

2.2丹参生长指标的测定

用直尺测量每株丹参的株高、冠幅和根长，记录其叶片数、一级侧根数和二级侧根数，并用游标卡尺测量各自侧根的直径。

2.3丹参酚酸类成分和丹参酮类成分的HPLC测定

成分提取和测定方法参照张顺仓等[10]的方法进行，将样品45 ℃烘至恒定质量，用研砵研磨成粉后过40目筛，精确称取粉末0.03 g，加6 mL甲醇-水（7∶3）超声提取45min，120 000×g离心10min后取上清，用提取液补足原体积后用于HPLC成分测定。色谱条件为以乙腈（A）和0.01%磷酸水溶液（pH2.6，B）为流动相进行二元梯度洗脱，0～10 min，5%～20% A；10～15 min，20%～25% A；15～25 min，25%～20% A；25～28 min，20%～30% A；28～40 min，30%A；40～45min，30%～45%A；45～50min，45%～50%A；50～58min，50%～58%A；58～67min，58%～50%A；67～70min，50%～60%A；70～80min，60%～65%A；80～85min，65%～100%A。体积流量1.0 mL/min，柱温30 ℃。色谱图见图1。

3结果与分析

3.1不同强度的红、蓝、白光对丹参部分形态学指标的影响

如图2-A所示，除300 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组中株高显著高于同种强度的另外2种光质外，其他光质处理对丹参株高未产生显著性影响。不同强度的同种光质处理组间相比较，白光和红光处理组中冠福未呈现明显的规律性，200 μmol/(m 2 ∙s) 和300 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组中冠幅较另外2个强度的蓝光处理组则显著增大。300 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理后丹参植株的冠幅显著高于同强度的白光和红光处理组（图2-B）。50μmol/(m 2 ∙s) 红光处理组中叶片数显著高于同强度的白光和蓝光处理组，其他处理组间则未呈现明显差异（图2-C）。白光和红光处理组中地上部分的生物量随着光照强度的增加呈上升趋势，蓝光处理组中则未呈现明显的规律性。在光强为200 μmol/(m 2 ∙s) 时，蓝光处理组中地上部分生物量最大，分别达到了同强度白光和红光处理组的1.67倍和1.85倍（图2-D）。根生物量的变化在不同处理组中不同，白光处理组中根干质量随着光照强度的升高呈下降趋势，红光和蓝光处理组中根干质量则随着光照强度的的增加而升高。在相同强度条件下，蓝光处理对根生物量积累具有明显的促进作用，如200 、300 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组中根干质量分别是对应强度白光处理组的2.46 倍和1.82 倍（图2-E ）。根冠比的变化未呈现明显的规律性，其中光照强度为100 μmol/(m 2 ∙s) 的蓝光处理组根冠比最大，为4.69 （图2-F ）。

3.2不同强度的红、蓝、白光对丹参根系形态的影响

不同强度的同种光质处理组间相比，丹参根长只在个别处理组呈现出明显的变化，如50 μmol/(m 2 ∙s) 白光处理组显著小于其他3个白光处理组，100 μmol/(m 2 ∙s) 红光处理组显著大于其他3个红光处理组，200 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组显著小于其他3个蓝光处理组（图3-A）。4个不同强度的白光处理组中，一级侧根数最多的是300 μmol/(m 2 ∙s) 处理组。4个不同强度的红光处理组中，100 μmol/(m 2 ∙s) 和200 μmol/(m 2 ∙s) 处理组一级侧根数显著高于另外2组。值得注意的是100 μmol/(m 2 ∙s) 和200 μmol/(m 2 ∙s) 红光处理组一级侧根数显著高于相同强度的另外2种光质，如100μmol/(m 2 ∙s) 红光处理组一级侧根数是相同强度白光和蓝光处理组的3倍（图3-B）。除50μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组中未出现二级侧根外，其他处理组中二级侧根数没有呈现明显的变化（图3-C）。4个强度的白光处理组中，一级侧根直径最大的是50 μmol/(m 2 ∙s) 处理组，4个强度的蓝光处理组中一级侧根直径差异不大。与其他两种光质相比，红光处理显著降低了一级侧根直径，如当光照强度为200 μmol/(m 2 ∙s) 时，红光处理组一级侧根直径分别是白光处理组和蓝光处理组的54.46%和61.58%（图3-D）。与一级侧根直径相似，红光处理显著降低了二级侧根直径，当光照强度为200 μmol/(m 2 ∙s) 时，红光处理组二级侧根直径分别是白光处理组和蓝光处理组的47.72%和47.89%（图3-E）。

3.3不同强度的红、蓝、白光对丹参中丹酚酸类成分积累的影响

不同的光质处理对丹参3种酚酸类成分积累的影响各不相同。在4个白光处理组中迷迭香酸的含量随着光照强度的增加呈升高趋势，如300 μmol/(m 2 ∙s) 白光处理组中迷迭香酸的含量是50 μmol/(m 2 ∙s) 白光处理组的1.52倍。在4个红光处理组中迷迭香酸的含量随着光照强度的增加则呈先升高后降低的趋势，200 μmol/(m 2 ∙s) 红光处理组中迷迭香酸的含量是50 μmol/(m 2 ∙s) 红光处理组的的1.51倍。当光照强度为50 μmol/(m 2 ∙s) 时蓝光更有利于迷迭香酸的积累，当光照强度为100 μmol/(m 2 ∙s) 和300 μmol/(m 2 ∙s) 时，白光更有利于迷迭香酸的积累（图4-A）。丹酚酸A的积累受光处理的影响未呈现一定的规律性，但200 μmol/(m 2 ∙s) 的3种光质处理组中丹酚酸A的含量均为同种光质4个强度组中最低（图4-B）。丹酚酸B的积累与迷迭香酸呈现出相似的趋势，白光处理组中含量随着光照强度的增强而上升，300 μmol/(m 2 ∙s) 白光处理组中丹酚酸B的含量为50 μmol/(m 2 ∙s) 白光处理组的1.45倍。红光和蓝光处理组中迷迭香酸的含量随着光照强度的增加呈现先升高后降低的趋势。总体而言，白光更有利于丹酚酸B的积累（图4-C）。

3.4不同强度的红、蓝、白光对丹参中丹参酮类成分积累的影响

随着光照强度的增加，4 个白光处理组中二氢丹参酮I 的含量呈现先上升后下降的趋势，4 个红光处理组中其含量则呈现先下降后上升的趋势。200、300 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组中二氢丹参酮I的含量显著高于50 、100 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组。值得注意的是，200 μmol/(m 2 ∙s) 的白光处理可显著提高二氢丹参酮Ⅰ的积累，该组中二轻丹参酮Ⅰ的含量分别是相同强度红光和蓝光处理组中的10.00倍和3.08倍（图5-A）。隐丹参酮的积累同样受光质处理的影响，除4个白光处理组间含量无显著变化外，蓝光与红光处理后隐丹参酮的含量随着光照强度的增加呈现下降趋势，如50 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组中隐丹参酮含量是300 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组的2.66倍（图5-B）。光质处理后丹参酮I的含量被显著改变，但未呈现一定的规律性，白光处理组中300 μmol/(m 2 ∙s) 处理组质量分数最高，达到了0.53 mg/g，红光处理组中100 μmol/(m 2 ∙s) 处理组含量最高，达到了0.36 mg/g，蓝光处理组中300 μmol/(m 2 ∙s) 处理组质量分数最高，达到了0.44 mg/g（图5-C）。较低强度的光质处理更利于丹参酮ⅡA 的积累，如100 μmol/(m 2 ∙s) 白光处理组中丹参酮ⅡA 的含量是300 μmol/(m 2 ∙s) 白光处理组含量的1.57倍，100 μmol/(m 2 ∙s) 红光处理组中丹参酮ⅡA 的含量是300 μmol/(m 2 ∙s) 红光处理组含量的2.08倍，50 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组中丹参酮ⅡA 的含量是300 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理组含量的1.65倍。相同光照强度条件下，白光处理更有利于丹参酮ⅡA 的积累（图5-D）。

4讨论

综合本研究的结果，光质处理显著影响了丹参的形态建成和有效成分积累。不同的形态学指标对光质处理的响应不同，如200 、300 μmol/(m 2 ∙s) 蓝光处理可以提高根生物量，100 、200 μmol/(m 2 ∙s) 红光处理则可以增加丹参一级侧根数，这些变化均有利于提高丹参药材的产量。丹参有效成分的组成复杂，结构多样，不同成分的含量在光质处理后呈现出不同的变化。与酚酸类成分相比，丹参酮类成分的积累对光质处理的响应更为敏感，如在50 μmol/(m 2 ∙s) 光照强度下，不同光质处理组中丹酚酸A 的含量差异最大，白光处理中丹酚酸A 的含量是红光处理组中的2.10 倍，而200 μmol/(m 2 ∙s) 白光处理组中二氢丹参酮Ⅰ 的含量是相同强度红光处理组中的10.00 倍。

光在植物形态建成过程中发挥着重要的调控作用[11-12]。单色光可通过调节植物中光合系统（如PSI、PSII）控制植物的生长[13]。研究表明，蓝光可以作为植物生长的正向调控因子，促进植物形态建成及生长发育[14]。如曹刚等[15]研究发现相较于红光和白光，蓝光能显著促进黄瓜Cucumissativus L. 幼苗的生长，本研究得到了相似的结果，一定光照强度下，蓝光可以提高多个形态学指标的数值。该研究结果与苏俊等[16]对烟草Nicotianatabacum L. 及梁宗锁等[17]对丹参研究的结果有所不同，可能与选择的光源及光量子通量密度有关。同时，光还可以调控植物根系激素的合成或分布来影响根系的形态建成，如红光可以改变烟草根尖的生长素（IAA）浓度梯度，促进其根系的发育[6]，白光可以促进拟南芥Arabidopsisthaliana (L.) Heynh. 根尖油菜素内酯（BR）的积累从而增加其根长[18]。本研究中红光和蓝光处理显著改变了丹参的侧根数和侧根直径，是否是由于改变了根系中的激素水平或分布导致有待于深入探讨。

作为环境因子，光同样可以调控多种次生代谢物的积累，如Jing等[19]利用不同的光质组合处理甜瓜Cucumismelo L. ，显著改变了甜瓜叶片中酚酸、类黄酮及鞣质的含量。Estell等[20]过滤掉太阳辐射中的紫外光后，明显提高了焦油灌木Flourensiacernua DC. 中挥发性成分的积累。不同次生代谢物的生源合成对光质和光强的响应不同，如蓝光可以促进龙眼Dimocarpuslongan Lour. 胚性愈伤组织中表儿茶素的积累，却降低了该组织中芦丁的量[21]。降低白光的光照强度，可以提高茶树Camelliasinensis (L.) O. Kuntze. Shuchazao 中羟基肉桂酸衍生物和茶树酯型儿茶素的含量，却抑制β-葡糖倍苷和没食子酰基儿茶素的积累量[22]。丹参酚酸类成分的生源途径是苯丙烷代谢网络的一部分，丹参酮类成分则通过萜类途径进行生源合成，二者具有不同的合成路径和合成关键酶。2类成分的合成积累对光处理的不同响应，可能与其各自关键酶基因表达受光诱导的程度不同有关，其中涉及的具体光信号转导机制有待于进一步研究。

来 源：冯思念，王 瑞，顾 雯，佘冰雨，王幼平，冯立国，张顺仓. 不同强度的红蓝光质对丹参根系形态和有效成分积累的影响 [J]. 中草药, 2019, 50(21):5313-5318.