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库拉索芦荟(Aloe vera.L)是多年生百合科芦荟属肉质草本植物,其叶片含有芦荟多糖、芦荟甙素等天然活性成分,这些功能因子已被确证具有抑菌抗炎、增强机体免疫力、抗肿瘤等功效;长春花(Catharanthus roseus(L.) G.Don)是夹竹桃科长春花属一种重要的珍稀药用植物,其所含的吲哚生物碱(Terpenoid Indole Alkaloids,TIAs)是一类极其珍稀的重要次生代谢物质,以其为主成分的药物已被美国、法国等认证为象紫彬醇一样的抗肿瘤、抗癌的一类新药,我国也开始这类药物的生产,但受到原料奇缺的限制而远远不能满足市场需求。 本论文以大田长期定位试验为主、温室盆栽试验为辅,研究了海水胁迫下不同碳代谢药用植物库拉索芦荟和长春花生长发育过程中适应海水胁迫的策略,阐述了肥、盐耦合调控主要功能因子动态变化特征,为我国南方广袤海涂种植珍稀药材提供理论依据与生产指导。研究结果表明: 1.在海南海涂,用不同浓度海水(全淡水CK、10%、25%、50%、75%和100%海水)进行大田长期连续灌溉库拉索芦荟。海水灌溉对库拉索芦荟的影响程度随着其生育期变化而变化,当海淡水配比在25%浓度范围以内时,芦荟苗期综合长势(苗期返青系数、叶片生长速率等)随着海水浓度的加大,呈增加趋势,在50%~100%海水浓度范围内,随着海水浓度的加大,芦荟地上部生长量呈递减趋势,但芦荟地下部根的生长未受海水浓度的显著影响;海水灌溉明显推迟芦荟从营养生长向生殖生长的时间,随着海水比例的增加,抽苔期明显推迟;经过4年海淡混合水连续灌溉,除100%海水灌溉下芦荟干重比对照降低14%外,10%、25%、50%、75%海水灌溉下芦荟的全叶干重与对照差异不显著;在海水灌溉各处理间,随海水比例增大,芦荟叶片中可溶性糖含量呈逐渐显著增加趋势;芦荟叶片中多糖含量与淡水灌溉处理没有显著差异,但芦荟甙含量随海水灌溉强度的增加而增加,75%海水处理达最大值。不同比例海淡混合水灌溉芦荟的试验是可行的,可以节约淡水,并在一定的海水稀释配比下(<75%海水)可以提高芦荟的主要药用功效成份芦荟甙的含量。综合大田生产芦荟生物量与活性物质含量两方面的因素,发现50%海水灌溉处理芦荟中各主要目标代谢产物单位面积产量达到最大值,显著高于淡水灌溉处理,多糖产量比淡水灌溉增加了31.1%,可溶性糖增加了33.1%,氨基酸增加了19.3%,蒽醌增加了52.6%,即使全海水灌溉,各主要目标代谢产物单位面积产量与淡水灌溉处理也没有显著差异。 2.大田30%海水灌溉下,在一定的施氮、磷量范围内,增施氮磷肥能提高芦荟叶片产量,最适施肥组合为施N138.0kg·hm-2、施P2O5量为84.0kg·hm-2,叶片产量达到28133kg·hm-2,比不施肥增产1.13倍;而且适量施肥能显著增加库拉索芦荟叶片中活性成分蒽醌和芦荟甙含量。 3.用不同浓度海水(全淡水CK、10%、20%和40%海水)处理长春花幼苗。随着海水浓度的增大,长春花幼苗植株高度呈下降趋势,而对叶片伸展速率影响不大。与淡水灌溉(CK)相比,10%、20%比例海水处理下植株地上部干物质量没有显著差异,40%又显著降低。10%海水处理长春花根系活力较对照显著增加,20%海水处理长春花根系活力与对照没有显著差异,40%海水处理下长春花根系活力较对照显著降低。随着海水比例的增加,长春花根、茎、叶中Na+、Cl-、Mg2+含量呈上升趋势,而K+、Ca+呈下降趋势;再从同一处理长春花不同器官离子分布特点来看,Na+含量为根部>茎部>叶片,而Cl-分布特征正好相反。40%海水灌溉处理长春花SOD酶活性显著高于其它处理,而10%、20%海水灌溉处理与淡水处理没有显著差异;POD活性呈现出先增加后降低的趋势,海水处理下的POD活性均大于对照,海水处理后,CAT活性呈现持续上升的趋势,均显著大于对照。通过扫描电镜,观察0%(CK)、10%、20%和40%海水胁迫下的长春花根系及叶片结构变化,与正常生长的长春花根系及叶片相比,10%和20%海水胁迫下,根系和叶片仅受到轻微的伤害;随着海水浓度的增大,长春花根系和叶片均受到了严重的伤害;不同浓度海水对长春花叶片中吲哚生物碱长春碱和长春新碱的积累均有明显的促进作用,与对照相比,10%海水胁迫下文多灵和长春质碱含量增幅最大,分别增加了52%和37%;40%海水胁迫下长春碱和长春新碱增幅最大,分别增加了69%和73%。 4.在同一海水浓度下,施用硝态氮能够显著增加高浓度海水胁迫下长春花植株的鲜重、干重、全氮、叶绿素含量和根系活力。长春花幼苗叶片保护性酶系SOD、POD、CAT的活性随着海水浓度的增加较对照显著提高。在同一海水水平下,增加硝态氮的浓度,叶片SOD、POD、CAT活性较对照进一步提高;不同浓度海水灌溉对长春花叶片中吲哚生物碱长春碱和长春新碱的积累均有明显的促进作用,与对照相比,10%海水胁迫下文多灵和长春质碱含量增幅最大,分别增加了52%和37%;40%海水胁迫下长春碱和长春新碱增幅最大,分别增加了69%和73%。同时施用硝态氮促进了长春花生物碱的合成,不同程度的提高了海水胁迫下长春花体内K+、Ca2+含量,在一定程度上抑制了叶片对Na+、Cl-的吸收量,明显提高叶片K+/Na+和Ca2+/Na+比值;K+在长春花植株内分布规律为:叶>茎>根,这有利于缓解长春花叶片Na+毒害。10%海水灌溉胁迫下,高氮处理比低氮处理产生的长春质碱、文多灵、长春碱、长春新碱含量分别增加了27.4%,50.2%,27.8%,73.2%,说明海水胁迫下增施氮肥可以显著提高长春花吲哚生物碱含量。 5.通过库拉索芦荟与长春花两种不同碳代谢植物应对海水灌溉试验结果的比较分析,发现他们的适应海水灌溉胁迫的策略有明显的差异:库拉索芦荟巧妙应用离子区域化与渗透调节等途径来提高其耐海水的能力,而长春花主要利用抗氧化酶系统来缓解离子毒害。