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西洋参(Panax quinquefolium L.)为人参属多年生名贵药材,在栽培生产中存在严重的连作障碍问题,连作障碍产生的原因很多。本文选用根腐病菌、根残体以及化感酚酸为研究对象,从生物因子的角度探讨它们对西洋参生长及人参皂苷合成的影响,旨在为西洋参的人工栽培、克服连作障碍等工作提供理论依据。具体工作包括以下五部分。
一、HPLC测定西洋参根内人参皂苷含量的方法学研究
建立了同时检测西洋参根内6种人参皂苷的HPLC方法,方法学考察表明,两方法准确度高、重复性好、线性良好、稳定性高。
二、西洋参根内人参皂苷对根腐病菌侵染的化学防御
采用对离体西洋参根人工接种病原真菌的方法,研究北京地区西洋参根腐病的主要病原茄病镰刀菌Fusarium solani日尖孢镰刀菌F. oxysporum对人参皂苷含量的影响,结果表明,两种根腐病菌分别侵染72h、120h后西洋参根内原人参二醇类皂苷Rb1含量升高,原人参三醇类皂苷Rg1、Re不变,孢子萌发试验表明人参皂苷Rb1对两种根腐病菌有抑制作用,从而推断Rb1具有化学防御功能;而西洋参根对两根腐病菌做出防御反应的时间不同。采用PCR扩增技术判断根腐病菌在植物组织中的侵染部位,检测不同部位中皂苷含量,从而研究受真菌侵染组织与未受侵染组织之间的化学传导作用,研究发现茄病镰刀菌侵染的韧皮部中Rb1、Rb2、Rd含量上升,尖孢镰刀菌侵染的韧皮部中Rb1、Rb2、Rc、Rd含量上升,两菌处理后未受到侵染的木质部中Rb2含量上升,初步表明皂苷对根腐病菌的化学响应在受侵染组织与未受侵染组织之间具有一定传导性。
三、根残体对西洋参生长及人参皂苷的作用及生理机制研究
采用室内水培试验以及田间盆栽试验,通过添加西洋参根的粉碎物模拟根残体,测定其对成株西洋参生长的影响。结果表明水培溶液中添加0.02~0.5 mg/mL根残体,可显著抑制西洋参自身地上部分生长,推迟展叶期;抑制光合作用,降低结果期生物量;对地下部分的影响主要表现为在展叶期显著促进须根生长,降低人参皂苷Rb1、Rc、Rd、Re含量。与水培试验相比,盆栽土壤中添加0.1mg/g根残体同样导致西洋参展叶期推迟;不同的是处理组的地上、地下部及须根的平均生物量均高于对照。以上结果可以初步确认根残体对西洋参早期生长具有自毒和促进的双重作用;但在田间环境下,自毒作用可能受根残体降解速度以及土壤对降解产物吸附的影响有所减弱,使促进作用更为明显。
四、化感酚酸对西洋参生长及人参皂苷的作用及生理机制研究
采用室内水培试验以及田间盆栽试验,通过在栽培基质中添加9种田间土壤中存在的化感酚酸(p-羟基苯甲酸、p-香豆酸、水杨酸、肉桂酸、苯甲酸、香草酸、丁香酸、肉桂酸、阿魏酸),观察混合酚酸作用下成株西洋参的化感作用及生理机制。结果表明,水培溶液中添加0.02-0.5mg/mL混合酚酸,可显著抑制西洋参地上部分生长,推迟展叶;抑制光合作用,降低地上部植株生物量;对地下部分的影响主要表现为显著降低现蕾期根的生物量,并降低收获期根内人参皂苷Rb1、Rc、Rd含量。盆栽土壤中添加1.0mg/g混合酚酸对西洋参生长的抑制作用不显著。由此推论,连作参地土壤中的酚酸类化合物主要导致成株西洋参地上部分生长受阻,抑制叶绿素含量和叶片光合能力,降低人参皂苷含量;在田间这种化感抑制作用可能受土壤微生物及土壤吸附的影响而有所减弱。
五、酚酸与根腐病菌对西洋参生长及人参皂苷的综合作用研究
通过盆栽播种实验初步研究了酚酸与根病菌茄病镰刀菌Fusarium solani和尖孢镰刀菌F.oxysporum对西洋参生长和人参皂苷的综合作用。结果表明,在土壤基质中,化感酚酸对一年生西洋参化感作用不明显,增加地下部生物量和6种人参皂苷的总含量。两种菌单独处理组6种人参皂苷的总含量降低,接种F.oxysporum处理组6种人参皂苷的含量均低于接种F.solani组。酚酸与根腐病菌共同处理组存苗率低于单独接种根腐病菌组或酚酸组,证明化感酚酸与根腐病菌对抑制植株地上部生长方面具有一定的协同作用;6种人参皂苷的总含量与对照差异不大。