稀土镧对铁皮石斛不定芽诱导、植株生长及次生代谢产物合成的影响

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2020.06.006

摘要/Abstract

摘要：

采用培养基中添加30~150 μmol·L^-1 La（NO₃）₃的方式，研究La³⁺对铁皮石斛不定芽诱导、植株生长及次生代谢产物合成的影响。结果表明：70~90 μmol·L^-1的La³⁺对茎段不定芽诱导和促生效果最好；130 μmol·L^-1的La³⁺能显著提高叶绿素含量，植株在含110 μmol·L^-1 La³⁺培养基上生长最好，鲜重增加了15.22倍，显著高于对照，干鲜比为12.05∶100，比对照提高了64.39%；一定浓度的La³⁺显著提高干品中4种成分含量，110 μmol·L^-1 La³⁺处理下其多糖含量最高，为98.84 mg·g^-1，添加90 μmol·L^-1时，总黄酮、总酚和联苄含量最高，为4.31，7.56和21.01 mg·g^-1。联苄和总黄酮含量与其他5个指标相关性较大，而总酚和叶绿素含量与其他5个指标相关性小。本研究为进一步探究稀土对铁皮石斛促生及改善品质的作用机制奠定基础，为植物组培中如何科学合理使用稀土元素提供理论依据。

关键词: 铁皮石斛, 镧, 离体培养, 多糖, 总黄酮, 总酚, 联苄

Abstract:

The experiment was conducted to study the effects of rare earth element lanthanum on adventitious buds induction， plantlets growth and secondary metabolites synthesis of Dendrobium officinale by adding 30-150 μmol·L^-1 La（NO₃）₃ to the media. The effects of 70-90 μmol·L^-1 La³⁺on induction and growth of adventitious buds were the best. The treatment of 130 μmol·L^-1 La³⁺could significantly increase chlorophyll content of seedlings， and 110 μmol·L^-1 La³⁺ could significantly promote plant growth with 15.22 times of fresh weight， and 12.05∶100 of dry weight-fresh weight ratio， which was 64.39% higher than that of control. A certain concentration of La^{3 +} could significantly improve the content of four components in D.officinale. The polysaccharide content reached the peak value of 98.84 mg·g^-1 under 110 μmol·L^-1 La³⁺treatment. The contents of flavonoids， phenolic acid and bibenzyl reached maximum value of 4.31， 7.56 and 21.01 mg·g^-1， respectively， when 90 μmol·L^-1 La³⁺added to media. Both indexes of bibenzyl and flavonoids were highly correlated with other five indexes， while phenolic acid and chlorophyll content were little correlated with other indexes. This study laid the foundation for further exploring the mechanism of rare earth on promoting growth and improving quality of D.officinale， and provided a theoretical basis for scientific and rational utilization of rare earth elements in plant tissue culture.

Key words: Dendrobium officinale Kimura et Migo, lanthanum, culture in vitro, polysaccharides, total flavonoids, total phenols, bibenzyl

中图分类号:

S688.2

苗永美, 童元, 方达, 王宇豪. 稀土镧对铁皮石斛不定芽诱导、植株生长及次生代谢产物合成的影响[J]. 植物研究, 2020, 40(6): 839-845.

Yong-Mei MIAO, Yuan Tong, Da Fang, Yu-Hao Wang. Effects of Rare Earth Element Lanthanum on Adventitious Buds Induction, Plantlets Growth and Synthesis of Secondary Metabolites of Dendrobium officinale[J]. Bulletin of Botanical Research, 2020, 40(6): 839-845.

参考文献

1	刘亚娟.铁皮石斛多糖对小鼠胚胎干细胞生长的影响及抗癌免疫活性研究［D］.杭州：浙江工业大学，2014.
1	Liu Y J.Effect of Dendrobium officinale polysaccharides on mouse embryonic stem cells and study on its antitumor and immune activity［D］.Hangzhou：Zhejiang University of Technology，2014.
2	陈世锋.铁皮石斛的快速繁殖及其次生代谢产物的研究［D］.武汉：华中农业大学，2006.
2	Chen S F.Study on the rapid propagation and secondary metabolites of Dendrobium officinale Kimura et Migo［D］.Wuhan：Huazhong Agricultural University，2006.
3	刘慧雯.LED光质对铁皮石斛组培拟原球茎和幼苗生长及主要有效成分的影响［D］.泰安：山东农业大学，2017.
3	Liu H W.Effects of LED light qualities on the growth and main effective ingredients of protocorm-like bodies and seedlings in vitro of Dendrobium officinale［D］.Tai’an：Shandong Agricultural University，2017.
4	张金艳.铁皮石斛两步培养法及有效成分积累的研究［D］.新乡：河南师范大学，2013.
4	Zhang J Y.Studies on two-step cultivation and the accumulation of active component of Dendrobium candidum［D］.Xinxiang：Henan Normal University，2013.
5	林弋凯.三种栽培对铁皮石斛C13生长与功效成分的影响［D］.杭州：浙江农林大学，2017.
5	Lin Y K.Effects of three cultivation environments on the growth and functional components in Dendrobium catenatum C13［D］.Hangzhou：Zhejiang A&F University，2017.
6	林啸.光质诱导钙信号对铁皮石斛原球茎生长及多糖积累的影响研究［D］.雅安：四川农业大学，2015.
6	Lin X.Influence of calcium signal on the growth and polysaccharide accumulation of Dendrobium officinale protocorm under photoinduction［D］.Ya’an：Sichuan Agricultural University，2015.
7	朱波，刘京晶，斯金平，等.铁皮石斛内生真菌对宿主组培苗生长与代谢成分的影响［J］.中国中药杂志，2016，41（9）：1602-1607.
7	Zhu B，Liu J J，Si J P，et al.Effects of endophytic fungi from Dendrobium officinale on host growth and components metabolism of tissue culture seedlings［J］.China Journal of Chinese Materia Medica，2016，41（9）：1602-1607.
8	卢敏.石斛种子内生真菌及对石斛苗生长和耐高温的影响［D］.重庆：西南大学，2018.
8	Lu M.Endophytes isolated from Dendrobium seeds and their effects on growth and high temperature resistance of Dendrobium seedlings［D］.Chongqing：Southwest University，2018.
9	段晓宇，汪维双，杨红，等.硝酸镧、硝酸铈对细茎石斛组培苗生长的影响［J］.四川农业大学学报，2012，30（2）：186-189.
9	Duan X Y，Wang W S，Yang H，et al.Effects of La（NO₃）₃ and Ce（NO₃）₃ on the growth of Dendrobium moniliforme plantlets in vitro［J］.Journal of Sichuan Agricultural University，2012，30（2）：186-189.
10	张桂芳，闫小巧，王艳，等.稀土元素镧、铈对铁皮石斛组培苗生长影响的研究［J］.广东药学院学报，2016，32（5）：559-564.
10	Zhang G F，Yan X Q，Wang Y，et al.Effects of rare-earth elements La，Ce on test-tube seedling growth of Dendrobium officinale Kimura et Migo［J］.Journal of Guangdong Pharmaceutical University，2016，32（5）：559-564.
11	徐晓燕，唐迪，蔡菁雯，等.镧对铁皮石斛幼苗生理特性及品质的影响［J］.湖北农业科学，2015，54（12）：2935-2938，3014.
11	Xu X Y，Tang D，Cai J W，et al.Effect of La³⁺ on physiological characteristics and quality of Dendrobium officinale seedlings［J］.Hubei Agricultural Sciences，2015，54（12）：2935-2938，3014.
12	李玲，邓晓兰，赵兴兵，等.铁皮石斛化学成分及药理作用研究进展［J］.肿瘤药学，2011，1（2）：90-94.
12	Li L，Deng X L，Zhao X B，et al.Advances in studies on chemical constituents in Dendrobium candidum and their pharmacological effects［J］.Anti-Tumor Pharmacy，2011，1（2）：90-94.
13	苗永美，孙佳琦，徐荣华，等.广东石豆兰多糖的提取工艺及其抗氧化活性［J］.天然产物研究与开发，2019，31（5）：779-785.
13	Miao Y M，Sun J Q，Xu R H，et al.Optimization of the extraction process of polysaccharide from Bublophyllum kwangtungense and its antioxidant activity［J］.Natural Product Research and Development，2019，31（5）：779-785.
14	苗永美，简兴，汪雁，等.广东石豆兰不同溶剂提取物抗氧化及与总黄酮、总酚含量的关系［J］.核农学报，2020，34（5）：1038-1046.
14	Miao Y M，Jian X，Wang Y，et al.Antioxidant activities and their relationship with contents of total flavonoids and total phenols of various solvent extracts from Bublophyllum kwangtungense［J］.Journal of Nuclear Agricultural Sciences，2020，34（5）：1038-1046.
15	贾芳，夏厚林，黄萍，等.紫外可见分光光度法测定叠鞘石斛中联苄类化合物的含量［J］.成都中医药大学学报，2014，37（1）：7-10.
15	Jia F，Xia H L，Huang P，et al.Determination of bibenzyl compounds content in Dendrobinm denneanum by UV-visible spectrophotometry［J］.Journal of Chengdu University of Traditional Chinese Medicine，2014，37（1）：7-10.
16	高叶青，任冬梅.稀土元素对短叶对齿藓生理生化的研究［J］.植物研究，2018，38（5）：675-681.
16	Gao Y Q，Ren D M.Influence of rare earth elements on physiological and biochemical characteristics of Didymodon tectorum［J］.Bulletin of Botanical Research，2018，38（5）：675-681.
17	王建安，沙莎，李艳芝，等.Ce（NO₃）₃对盾叶薯蓣茎段愈伤组织生长和不定根诱导影响的研究［J］.南京师大学报：自然科学版，2010，33（1）：94-97.
17	Wang J A，Sha S，Li Y Z，et al.Effect of Ce（NO₃）₃ on callus growth and adventitious root of stem from Dioscorea zingberensis［J］.Journal of Nanjing Normal University：Natural Science Edition，2010，33（1）：94-97.
18	Ge F，Wang X D，Zhao B，et al.Effects of rare earth elements on the growth of Arnebia euchroma cells and the biosynthesis of shikonin［J］.Plant Growth Regulation，2006，48（3）：283-290.
19	王艳，郭鸽，闫小巧，等.稀土元素镧、铈对霍山石斛试管苗离体生长的影响［J］.中药材，2017，40（3）：528-531.
19	Wang Y，Guo G，Yan X Q，et al.Effects of lanthanum and Cerium on in vitro growth of Dendrobium huoshanense［J］.Journal of Chinese Medicinal Materials，2017，40（3）：528-531.
20	De Oliveira C，Ramos S J，Siqueira J O，et al.Bioaccumulation and effects of lanthanum on growth and mitotic index in soybean plants［J］.Ecotoxicology and Environmental Safety，2015，122：136-144．
21	Hu H Q，Wang L H，Li Y L，et al．Insight into mechanism of lanthanum（Ⅲ） induced damage to plant photosynthesis［J］．Ecotoxicology and Environmental Safety，2016，127：43-50．
22	Wu J Y，Wang C G，Mei X G.Stimulation of taxol production and excretion in Taxus spp. cell cultures by rare earth chemical lanthanum［J］.Journal of Biotechnology，2001，85（1）：67-73.
23	杨世海，刘晓峰，果德安.稀土元素镧对掌叶大黄毛状根和非转化根生长及蒽醌产量的影响［J］.中草药，2004，35（10）：1171-1174.
23	Yang S H，Liu X F，Guo D A.Effect of rare-earth elements La³⁺ on growth of hairy roots and normal roots of Rheum palmatum and their yield of anthraquinone［J］.Chinese Traditional and Herbal Drugs，2004，35（10）：1171-1174.
24	张儒，张变玲，黄雪梅，等.镧对人参发根中皂苷积累及合成关键酶基因表达的影响［J］.中国稀土学报，2019，37（3）：361-370.
24	Zhang R，Zhang B L，Huang X M，et al.Effects of lanthanum on accumulation of ginsenosides and expression of key enzymes genes of ginsenosides biosynthesis in hairy roots of Panax ginseng［J］.Journal of the Chinese Society of Rare Earths，2019，37（3）：361-370.
25	边丽华，邹琳，周冰谦，等.稀土元素镧对丹参活性物质积累及其合成途径中酶基因表达的影响［J］.中国中药杂志，2016，41（23）：4244-4249.
25	Bian L H，Zou L，Zhou B Q，et al.Effect of lanthanum on accumulation of active constituent and key enzymes expression of Salvia miltiorrhiza hairy root［J］.China Journal of Chinese Materia Medica，2016，41（23）：4244-4249.
26	罗建平，曹磊，潘利华，等.稀土元素对怀槐悬浮培养细胞异黄酮合成及氧化还原态的影响［J］.应用与环境生物学报，2008，14（3）：362-365.
26	Luo J P，Cao L，Pan L H，et al.Effects of rare earth elements on isoflavone biosynthesis and redox status of maackia amurensis cells in suspension cultures［J］.Chinese Journal of Applied & Environmental Biology，2008，14（3）：362-365.

[1]	朱翰林, 赵恒, 翟博文, 张卯玉, 付玉杰. 超声辅助酶解提取五味子多糖及其抗细胞氧化应激研究[J]. 植物研究, 2023, 43(4): 631-640.
[2]	安文杰, 王银杰, 刘清泉, 杨永恒, 张婷, 范少茹, 张永侠, 原海燕. 马蔺幼胚高效再生体系的建立[J]. 植物研究, 2023, 43(3): 333-339.
[3]	郭梦桥, 陈轩宇, 洪森荣, 李娇, 樊洁, 程薪宇. 三叶青叶表型多样性与地上部分总黄酮含量相关性[J]. 植物研究, 2022, 42(5): 876-885.
[4]	孙彤彤, 王忠娟, 张秀娟, 杨诗涵, 陈小强, 张莹. 响应面法优化提取虎耳草总酚及其抑制五步蛇毒PLA₂酶活性的相关性[J]. 植物研究, 2022, 42(2): 259-267.
[5]	焦骄, 刘婧, 付玉杰, 王馨, 盖庆岩, 鹿瑶, 徐晓杰, 王紫莹. 3种红豆杉茎段腋芽启动组培繁育技术研究[J]. 植物研究, 2021, 41(5): 721-728.
[6]	朱亚伟, 王立涛, 安娟艳, 吕慕洁, 孙建航, 郭娜, 付玉杰. 响应面优化酶解—微波辅助提取桑叶多糖的工艺研究[J]. 植物研究, 2020, 40(4): 635-640.
[7]	蒋素华, 梁芳, 张燕, 周一冉, 郭梦园, 袁秀云, 崔波. 冰冻切片技术在铁皮石斛显微结构上的应用[J]. 植物研究, 2019, 39(4): 613-618.
[8]	姜守刚, 谭笑, 吴磊, 吴比, 袁颖洁, 祖元刚. 向日葵茎芯多糖的提取工艺优化及其体外抗肿瘤活性研究[J]. 植物研究, 2018, 38(5): 795-800.
[9]	张圆圆, 孟永斌, 徐蕾, 贾楠, 孟庆焕, 项凤影, 路祺. 匀浆法提取沙枣果总黄酮工艺研究[J]. 植物研究, 2018, 38(4): 625-631.
[10]	李占君, 刘运伟, 张忠林, 张志环, 马珂, 杨逢建. 塔拉多糖的脱色工艺化研究[J]. 植物研究, 2018, 38(3): 475-480.
[11]	袁德成, 赵寒梅, 杨逢建. 塔拉种子多糖脱蛋白的正交优化及其抗氧化性研究[J]. 植物研究, 2018, 38(1): 155-160.
[12]	罗猛, 乔琪, 牟璠松, 阮鑫, 杨璇, 邢文淼, 杨雨春, 祁永会, 段喜华. 胡桃楸活性成分时空动态及抗肿瘤活性初步研究[J]. 植物研究, 2017, 37(6): 947-952.
[13]	邸雪颖, 贾舒涵, 薛煜, 杨光, 赵博, 瓮岳太. 松栎柱锈菌春孢子多糖体外抗氧化活性[J]. 植物研究, 2017, 37(4): 628-634.
[14]	赵寒梅, 袁德成, 杨逢建. 响应面优化塔拉种子多糖的超声波提取及其抗氧化性研究[J]. 植物研究, 2017, 37(4): 635-640.
[15]	胡仲义, 付涛, 何月秋, 李文, 林立. 铁皮石斛EST-SSR引物的评价、甄选与应用研究[J]. 植物研究, 2017, 37(1): 78-87.