光照對藥用植物生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)的調(diào)控作用
藥用植物光環(huán)境需求根據(jù)各種植物對光照強度的需求差異,通常分為陽生植物、陰生植物和中間型植物。

①陽生植物(喜光植物或陽地植物)。要求生長在直射陽光充足的地方。其光飽和點為全光照的100%,光補償點為全光照的3%~5%,若缺乏陽光時,植株生長不良,產(chǎn)量低。例如北沙參、地黃、菊花、紅花、芍藥、山藥、顛茄、龍葵、枸杞、薏苡及知母等。
②陰生植物(喜陰植物或稱陰地植物)。不能忍受強烈的日光照射,喜歡生長在陰濕的環(huán)境或樹林下,光飽和點為全光照的10%~50%,而光補償點為全光照的1%以下。例如人參、西洋參、三七、石斛、黃連、細辛及淫羊藿等。

③中間型植物(耐陰植物)。處于喜陽和喜陰之間的植物,在日光照射良好環(huán)境能生長,但在微蔭蔽情況下也能較好地生長。例如天門冬、麥冬、冬花、豆蔻、款冬、萵苣、紫花地丁及大葉柴胡等。
植物對于白天和黑夜的相對長度的反應(yīng),稱光周期現(xiàn)象。植物由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)移之前,日照時數(shù)長短對各類藥用植物的發(fā)育是重要的因素。所謂光周期是指一天中日出至日落的理論日照時數(shù),而不是實際有陽光的時數(shù)。按照藥用植物對光周期的反應(yīng),可將藥用植物分為3類。
①長日照植物。日照必須大于某一臨界日長(一般12h以上),或者暗期必須短于一定時數(shù)才能成花的植物。例如,紅花、當(dāng)歸、牛蒡、蘿卜、紫菀、木槿及除蟲菊等。

②短日照植物。日照長度只有短于其所要求的臨界日長(一般14h以下)或者暗期必須超過一定時數(shù)才開花的植物。例如,紫蘇、菊花、穿心蓮、蒼耳、大麻及龍膽等。
③日中性植物。對光照長短沒有嚴格要求,任何日照下都能開花的植物。一些植物只能在一定的的日照長度下開花,延長或縮短日照時數(shù)都抑制開花,稱為中日性植物。
在引種過程中,必須首先考慮所要引進的藥用植物是否在當(dāng)?shù)氐墓庵芷谡T導(dǎo)下能夠及時地生長發(fā)育、開花結(jié)實;栽培中應(yīng)根據(jù)植物對光周期的反應(yīng)確定適宜的播種期;通過人工控制光周期,促進或延遲開花,這在藥用植物育種工作中可以發(fā)揮作用。
臨界日長是指晝夜周期中誘導(dǎo)短日植物開花所需的最長日照時數(shù)或誘導(dǎo)長日植物開花所需的最短日照時數(shù)。對長日植物來說,日照長度應(yīng)大于臨界日長,即使是24h日照也能開花;對短日植物來說,日照時數(shù)必須小于臨界日長才能開花。

光照對藥用植物生長發(fā)育的調(diào)控作用
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所植物環(huán)境工程創(chuàng)新團隊以桔梗、白術(shù)和瞿麥為研究對象,研究了不同LED光質(zhì)對桔梗、白術(shù)和瞿麥生長發(fā)育和生理參數(shù)的影響,以期明確三種藥用植物的光環(huán)境需求參數(shù),為將其在植物工廠里栽培提供參考。但是,很少關(guān)于LED在培養(yǎng)室或生長箱內(nèi)LED光源栽培藥用植物的研究報道。
Sabzalian 等(2014)研究LED100%紅光、100%藍光、70%紅光+30%藍光、100%白光條件下室內(nèi)栽培辣薄荷(Men-thapiperita)、綠薄荷(Mentha spicala)、長葉薄荷(Mentha longifolia)、扁豆(lentil)、羅勒(basil)和四種觀賞植物的可行性,檢驗不同LED光對植物生產(chǎn)力的影響,并與田間與溫室內(nèi)進行了比較。
結(jié)果表明,70%紅光+30%藍光處理增加了薄荷揮發(fā)油產(chǎn)量,植物光合作用和鮮重達到田間條件的4倍。紅藍LED培養(yǎng)室內(nèi)生長的扁豆、羅勒生長較好,與溫室條件下相比有更高的花芽數(shù),縮短了盆花的開花天數(shù)。研究結(jié)果證明,LED能提高植物種類經(jīng)濟特征通過刺激植物代謝。
任杰等(2014)探討適合黃芪生長及藥用成分合成積累的光照條件,提高黃芪藥材的產(chǎn)量與質(zhì)量,運用植物逆境生理和次生代謝研究理論,研究了藍光、黃光、紅光、白光和自然光條件下,黃芪3種主要藥用成分含量的動態(tài)變化。結(jié)果表明,藍光和黃光可以促進黃芪根部干物質(zhì)的積累,并可以有效提高藥用成分含量,而紅光則不利于黃芪干物質(zhì)的積累;藍光下黃芪黃酮的含量最高,比自然光下提高了51%,經(jīng)濟產(chǎn)量提高了56%;黃芪多糖和皂甙無論是含量還是經(jīng)濟產(chǎn)量都是在藍光下最為理想,其中,黃芪多糖的含量比自然光提高了23%,經(jīng)濟產(chǎn)量提高了19%,黃芪皂苷的含量比自然光提高了106%,經(jīng)濟產(chǎn)量提高了105%。

桔梗(Platycodon grandiforum)屬桔梗科桔梗屬多年生草本植物,別名鈴鐺花、四葉菜等,是一種以根入藥的重要藥用植物,主治感冒咳嗽、咳痰不爽、咽喉腫痛、支氣管炎、胸悶腹脹。此外,桔梗還具有重要的食用和觀賞價值。桔梗根可制作菜肴,也可釀酒,桔?;ü谒{紫色,花枝長而挺拔,有較高的觀賞價值,可作為鮮切花開發(fā)(楊耀文等,2002)。
近年來,由于桔梗越來越多的藥用價值及經(jīng)濟價值被發(fā)現(xiàn),桔梗用量大增,野生資源已不能滿足需要,因此全國各地均開始人工栽培,但是目前仍以大田栽培為主。然而,由于各桔梗主產(chǎn)區(qū)栽培面積逐年增加,桔梗人工栽培用地與傳統(tǒng)糧食作物的生產(chǎn)用地發(fā)生矛盾,在這種情況下各桔梗主產(chǎn)區(qū)均采取常年連作栽培,使桔梗生產(chǎn)病蟲害加重,嚴重影響了桔梗的品質(zhì)和產(chǎn)量(張雁等,2007)。
由于連作年限的延長,土壤中的病原菌等有害生物逐年積累,導(dǎo)致藥材土傳病害加重。特別是地道藥材產(chǎn)區(qū),因常年連作病蟲危害極大,成為生產(chǎn)上的重要障礙(文家富等,2008)。根腐病和根結(jié)線蟲病的危害逐年加重,導(dǎo)致丹參成片死亡,桔梗無法種植,且大多數(shù)被害部位常常就是藥用部分。同時,在藥用植物栽培過程濫用農(nóng)藥、化肥等引起藥材品質(zhì)下降、農(nóng)藥殘留量與重金屬含量超標。

設(shè)施無土栽培是提高人工栽培藥用植物產(chǎn)量和品質(zhì)的好途徑,將無土栽培技術(shù)應(yīng)用于藥材栽培可實現(xiàn)規(guī)范化、集約化生產(chǎn),保護環(huán)境,減少土壤病蟲害,克服連作障礙,提高藥材產(chǎn)量和質(zhì)量。然而,藥材的無土栽培技術(shù)剛剛起步,僅對西洋參(陳震等,1991)、石斛(李泉森等,2005)、荊芥(齊艷華等,2005)、細辛(陳志歆等,1994)、半夏引(費永俊等,2004)、番紅花(羅玉明等,2006)等進行了無土栽培試驗。
在植物的生長發(fā)育過程中,光具有特殊重要的地位,為植物進行光合作用提供能量,影響植物所有的生長發(fā)育階段。光通過光質(zhì)、光強和光周期對植物的生長發(fā)育、形態(tài)建成等產(chǎn)生影響。光質(zhì)是影響植物形態(tài)建成的重要因素(齊連東等,2006),目前不同光質(zhì)對植物影響的研究多集中在花卉(沈紅香等,2007)、蔬菜(劉文科等,2012)、少數(shù)藥材(梁宗鎖等,2012;蘇秀紅等,2010)的研究上。植物對白日光照和黑夜時間長短的反應(yīng)稱為光周期現(xiàn)象,光周期對植物種子萌發(fā)(王進等,2006)、根系生長(李進等,2004)、花芽分化(楊娜等,2007)以及對植物的生理生化過程(劉磊等,2005)均有影響。
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