川牛膝侧根生长的影响因素研究

发布时间：2020-04-08 19:46

【摘要】：川牛膝为川产道地常用中药,来源于苋科杯苋属多年生草本植物川牛膝(Cyathula officinalis Kuan)的干燥根。临床用于治疗血滞经闭、风湿痹痛、跌打损伤。传统经验鉴别认为川牛膝以“侧根少者质量佳”,即以侧根数量的多少来评价川牛膝的品质优劣,但关于“川牛膝侧根数量的多少为哪些因素所影响?”的相关研究目前还较少,故本课题则以此问题为切入点,通过分析不同产地土壤中所含化学元素含量的差异,川牛膝植物内源激素含量的差异来探讨土壤中的化学元素与植物内源激素对川牛膝侧根发生的影响,并通过对川牛膝组培苗与土培苗施加外源生长素的方法进行刺激,以侧根密度、初生代谢产物糖积累含量、侧根发生显微构造、相关功能基因表达量等为观测指标来探究生长素对川牛膝侧根发生的内在调控影响。1.不同产地的土壤化学元素信息差异与川牛膝侧根数量的关联性目前我国川牛膝主产区有9个,其中川内产区3个(四川省乐山市金口河区、雅安市天全县、宝兴县),川外产区6个(重庆市巫山县、巫溪县、湖南省邵阳市隆回县、湖北省恩施宣恩县、建始县、南漳县),各主产地的川牛膝侧根数量具有差异,其中道地产区(四川省乐山市金口河)所产川牛膝在根部性状上表现为“条长顺直、侧根少”,而非道地产区所产川牛膝侧根数明显较道地产区多,各主产区川牛膝侧根数量比较结果为:重庆市巫溪县重庆市巫山县湖北省恩施建始县湖北省恩施南漳县湖北省恩施宣恩县湖南省邵阳市隆回县四川省雅安市天全县四川省雅安市宝兴县四川省乐山市金口河。另外,不同产地土壤中化学元素含量也具有差异,通过聚类分析发现四川省雅安市宝兴县、重庆市巫溪县、巫山县、湖北省恩施建始县、湖北省恩施宣恩县等地土壤中化学元素含量信息相近,聚为一大类,而湖南省邵阳市隆回县、四川省雅安天全县以及乐山市金口河等地土壤中化学元素含量信息与上述五个产地具有差异不为一类,但三者各自聚为一类。在土壤中已测得的13种化学元素指标中,交换性镁、全磷、总铅、有效锌以及全钾等5种化学元素指标相较于其余8种对川牛膝侧根密度的影响较大。而在这5中化学元素指标中,对植物侧根生长相关的是全磷与有效锌,另通过比较各主产地全磷与有效锌的含量后我们发现,作为所产川牛膝侧根密度最小的道地产区(四川省乐山市金口河),其全磷与有效锌含量却均较非道地产区高,此处具有矛盾,有待课题组进一步深入研究。2.植物内源激素含量差异与川牛膝侧根数量的关联性通过对采自四川省乐山市金口河1~4年生的川牛膝及其混淆品杂牛膝与麻牛膝体内四大植物激素(赤霉素GA3、生长素IAA、脱落酸ABA、细胞分裂素ZT)的测定分析发现,其体内植物内源激素含量存在一定差异,其中各年限的川牛膝植物内源激素含量信息相近且聚为一类,而各年限的杂牛膝与麻牛膝植物内源激素含量信息相近并各自聚为一类,可见,不同年限的川牛膝与杂牛膝及麻牛膝在植物内源激素水平上具有差异。从植物内源激素含量比较结果可见,在四年的生长时间内,杂牛膝的赤霉素及脱落酸含量高于川牛膝与麻牛膝,其中赤霉素与脱落酸对侧根生长产生一定负调节作用,但实际杂牛膝的侧根数却高于川牛膝与麻牛膝,即从赤霉素与脱落酸的角度来看二者具有矛盾之处,对此有待课题组的进一步探讨,另一方面,生长素含量川牛膝均低于杂牛膝与麻牛膝,而细胞分分裂素含量川牛膝却都高于杂牛膝与麻牛膝,其中生长素对侧根的生长具有一定正向调控作用,细胞分裂素对侧根生长素产生着一定负向调控作用,从实际观测可发现杂牛膝侧根密度高于麻牛膝与川牛膝,即三者的生长素与细胞分裂素的含量测定结果与三者实际侧根数量比较结果想吻合。3.生长素对川牛膝侧根生长影响的研究在分别对组培苗的根与土培苗的叶进行外源生长素的刺激处理后发现,川牛膝侧根的生长受到了外源生长素的影响,在外源生长素施加浓度由0mg/mL逐渐上升至1.83×10~(-2)mg/mL的过程中,组培苗与土培苗的侧根密度都有所增加,其中当生长素处理浓度为1.83×10~(-5)mg/mL时,组培苗与土培苗的侧根密度观测值均达到试验最大值,但当生长素处理浓度继续上升至1.83×10~(-2)mg/mL的过程中,组培苗的主根出现明显的缩短且导致主根与侧根无法区分,根系呈现“簇根”状态,而土培苗的侧根密度则出现下降的趋势。在通过对川牛膝进行侧根生长过程的显微结构观察后发现,川牛膝的根在完成初生构造与早期的次生生长后,其在中柱鞘部位的薄壁细胞恢复分身能力,形成新的形成层,并向外开始分裂产生大量薄壁细胞和一圈异型的无限外韧维管束,继而产生了具有多圈异型维管束的异常构造并最终形成多圈散在的异型维管束,而侧根原基在突破皮层的过程中,其细胞密集程度较周围薄壁细胞大,且细胞长度在侧根原基生长方向纵向伸长。在外源生长素的刺激下,组培苗与土培苗体内Aux/IAA基因家族中响应生长素调控侧根生长通路上的IAA14的表达量受到相应影响。且生长素浓度与IAA14表达量呈非线性关系,随着外源生长素施加浓度的逐渐升高,组培苗体内IAA14表达量在生长素施加浓度为1.83×10~(-8)mg/mL时开始下降,并于1.83×10~(-3)mg/mL出现最低值,而此时组培苗侧根密度达到最大,主根长度值最低。土培苗的IAA14表达量在生长素浓度达到1.83×10~(-5)mg/mL时开始下降,并在1.83×10~(-2)mg/mL时出现最低值,此时主根长度同时也达到最小,而其侧根密度则是在1.83×10~(-5)mg/mL达到最大,综合组培苗与土培苗侧根密度,主根长度以及IAA14表达量三者的变化趋势,我们发现三者存在一定的联系,即主根长度随着IAA14表达量的降低而出现下降,而侧根密度则是随着IAA14表达量的降低而出现上升,这种现象土培苗不及组培苗明显。
【图文】：

四川省乐山市,川牛膝,侧根

2.2 不同产地川牛膝根形态的比较2.2.1 实验方法将川牛膝样品从㧟80℃低温冷藏库中取出，于室温下自然解冻后开展根形比较以及侧根密度[50]的统计。侧根密度（lateral root density） =侧根数目（根）主根长度（厘米）其中，因川外产区川牛膝大多仅为 1~2 年生，而道地产区川牛膝大多为 3年生，为排除根的生长时间差异而带来的比对误差，故取各产地 2 年生川牛膝品用于分析比较。2.2.2 实验结果与分析各主产地的 2 年生川牛膝根形态对比结果见图 2-1~图 2-10，各产地 2 年生川牛膝平均侧根密度差异结果见图 2-11，，统计结果见表 2-3。

四川省乐山市,川牛膝,侧根

【参考文献】