光強(qiáng)在藥用植物研究中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.研究目的

      植物中有用化學(xué)物質(zhì)特別是藥用有效成分主要為植物的次生代謝產(chǎn)物。次生代謝產(chǎn)物在植物與生態(tài)環(huán)境關(guān)系中充當(dāng)著重要的角色。次生代謝實(shí)際上是植物在長(zhǎng)期進(jìn)化中對(duì)環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果。在某種程度上，次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生和變化比初生代謝產(chǎn)物與環(huán)境有著更強(qiáng)的相關(guān)性和對(duì)應(yīng)性。對(duì)環(huán)境因子影響植物次生代謝產(chǎn)物的探討，可以為某些具有重要藥用和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的次生代謝產(chǎn)物的高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)，因而這方面的研究工作顯得尤為重要。光強(qiáng)是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要環(huán)境因子，其對(duì)植物植物器官形態(tài)的建成、細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)、碳同化與光能利用、產(chǎn)品品質(zhì)及次生代謝產(chǎn)物都有重要的影響，長(zhǎng)期以來一直是眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。本文將綜述近年來有關(guān)光強(qiáng)在藥用植物研究中的研究進(jìn)展。

2.光強(qiáng)對(duì)植物的影響

2.1.光強(qiáng)對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

      許多研究表明，光照強(qiáng)度對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育有顯著影響。環(huán)境的光照條件通過影響光合速率、水分供需等影響植株的葉面積、植株性狀、生物量等。光是重要的生態(tài)因子，植物的生長(zhǎng)情況與光照強(qiáng)度有密切的關(guān)系。對(duì)喜光植物來說，蔭蔽一般會(huì)影響其生長(zhǎng)發(fā)育。而對(duì)耐蔭植物，適度的蔭蔽有利于其生長(zhǎng)和發(fā)育。

      在研究光強(qiáng)對(duì)花生植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)的影響中發(fā)現(xiàn)，遮光處理對(duì)花生的葉面積系數(shù)有很大影響，遮光處理植株生物產(chǎn)量隨處理光強(qiáng)的減弱顯著降低。較弱光照強(qiáng)度下水鬼蕉的株高、葉片數(shù)、葉片長(zhǎng)、生物量、葉生物量、葉綠素含量等生長(zhǎng)和理生態(tài)指標(biāo)都高于較強(qiáng)光照強(qiáng)度下的水鬼蕉。

2.2光強(qiáng)對(duì)植物光合特性的影響

      光合作用是植物、藻類和某些細(xì)菌利用葉綠素，在光照條件下，將二氧化碳、水或是硫化氫轉(zhuǎn)化為碳水化合物。光合作用可分為產(chǎn)氧光合作用(oxygenic photosynthesis)和不產(chǎn)氧光合作用(anoxygenic photosynthesis)。地球上存在大量的植物，他們通過不斷進(jìn)行光合作用產(chǎn)生有機(jī)物并且貯存能力，經(jīng)過食物鏈傳遞到其它消費(fèi)者，同時(shí)植物通過光合作用能釋放氧氣，供給生物進(jìn)行呼吸作用，是他們賴以生存的關(guān)鍵。

      光對(duì)光合作用主要有三方面的作用：提供同化力形成所需要的能量，活化參與光合作用的一些酶和促使氣孔開放，調(diào)節(jié)光合機(jī)構(gòu)的發(fā)育。當(dāng)光照不足時(shí)，不僅會(huì)因同化力的短缺而限制光合碳同化，而且還會(huì)由于光合作用的關(guān)鍵酶沒有充分活化而限制光合作用。另一方面，光能過量對(duì)光合機(jī)構(gòu)也不是好事，它會(huì)引起光合作用的光抑制，甚至光合機(jī)構(gòu)的光破。

2.3光強(qiáng)對(duì)光合色素的影響

      光合作用的原初過程起始于太陽光能被葉綠素吸收利用。植物中的葉綠素有兩種類型：葉綠素a和葉綠素b。葉綠素a呈藍(lán)綠色，葉綠素b呈黃綠色。兩者捕獲光能并將其傳遞至光反應(yīng)中心。葉綠素含量隨光量子密度的降低而增加，但葉綠素a／b值卻隨光量子密度的降低而減小。低的葉綠素a／b值能提高植物對(duì)遠(yuǎn)紅光的吸收。因而在弱光下，具有較低葉綠素a／b值及較高的葉綠素含量的植物，也具有較高的光合活性。在農(nóng)學(xué)研究上，育種工作者常常將葉綠素含量作為衡量植物光合能力的一項(xiàng)指標(biāo)。目前大多數(shù)研究證明：植物在較低的光照條件下葉綠素含量會(huì)增加。處于嚴(yán)重遮陰條件下的陰生植物比處于強(qiáng)光條件下的陽生植物具更低的葉綠素a／b比值。這在多項(xiàng)研究中己得到證實(shí)。

2.4光強(qiáng)對(duì)植物生理指標(biāo)的影響

      植物的光合作用離不開光能，光對(duì)不同植物的生長(zhǎng)發(fā)育起的作用有異，有促進(jìn)作用，也有抑制作用；喜陽植物的生長(zhǎng)或達(dá)到生長(zhǎng)良好的狀態(tài)需要充足的光照來滿足其光合作用，而喜陰植物適宜生長(zhǎng)在陰涼背光的環(huán)境中，其在全日照下生長(zhǎng)會(huì)對(duì)發(fā)育不利，更嚴(yán)重的則無法生長(zhǎng)。

      研究表明，可溶性糖是植物進(jìn)行光合作用的產(chǎn)物，在一定范圍的光照強(qiáng)度葡萄糖分的累積有顯著的顯著的影響，且光強(qiáng)越大糖分累積越高，光強(qiáng)減弱糖分累積減少。藍(lán)百合葉片中的可溶性糖和淀粉含量基本隨著遮蔭的增加而增加。對(duì)假儉草遮蔭的試驗(yàn)中，假儉草植株的可溶性糖含量隨遮蔭度的增加有所上升，但在75％遮蔭下其增加率有所下降。3種景天科地被植物進(jìn)行了光適應(yīng)性的研究，發(fā)現(xiàn)3種植物的葉片可溶性糖和可溶性蛋白含量隨光強(qiáng)減弱而降低。

2.5光強(qiáng)對(duì)植物葉片膜系統(tǒng)的影響

      弱光造成植物葉片細(xì)胞膜脂過氧化程度提高，使膜脂受到傷害。丙二醛(MDA)是膜脂過氧化的產(chǎn)物，它的產(chǎn)生和積累又可反過來加劇膜脂過氧化作用，因而可作為鑒定膜脂過氧化程度的指標(biāo)。馬德華圈等研究發(fā)現(xiàn)，弱光處理前，兩個(gè)番茄品種的丙二醛(MDA)含量沒有明顯差異。經(jīng)弱光處理后，MDA含量均有不同程度的提高。處理4天后，增加明顯；處理8天后，MDA含量繼續(xù)增加，但增加幅度降低。

      目前，國(guó)內(nèi)外就光強(qiáng)對(duì)作物的影響已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究，但在藥用植物的研究相對(duì)較少，且研究多集中在生理方面，缺乏對(duì)光強(qiáng)的深入研究。在以后的研究中應(yīng)從以下幾個(gè)方面：第一，自然條件下的長(zhǎng)期觀測(cè)和研究。由于植物在自然環(huán)境下對(duì)光環(huán)境的適應(yīng)是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，而目前的光處理實(shí)驗(yàn)更多的是短期，需要進(jìn)行大量的野外觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)。第二，采用多種研究手段如分子生物學(xué)、生物細(xì)胞學(xué)等，并把這些手段有機(jī)配合起來，以全面的了解光效，為深入研究光效應(yīng)機(jī)理奠定基礎(chǔ)。第三，嘗試，建立光控作物生長(zhǎng)模型，以便在生產(chǎn)上培育壯苗、提高產(chǎn)量和品質(zhì)，為生產(chǎn)技術(shù)水平進(jìn)一步提高奠定基礎(chǔ)。