不同栽培环境对甘草生长量和保护酶活性的影响
摘要 [目的]研究甘草在北京地区不同栽培环境下的生长特点及品种间的差异性。[方法]以乌拉尔甘草和胀果甘草为试验材料，测定在自然陆地和温室2种栽培环境下甘草的生长量和抗氧化酶活性。[结果]自然栽培下甘草的抗氧化酶活性高于温室栽培下，乌拉尔甘草在自然栽培模式下所表现出来的生长优势及较高的自然抗性有利于今后的生产研究。[结论]该研究为北京地区甘草品种的选择和生产提供理论支持。
关键词 甘草；生长量；抗氧化酶活性；温室栽培；自然栽培
中图分类号 S567.7+1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）04-0115-04
Effects of Different Cultivation Environment on Growth and Protective Enzyme Activity of Glycyrrhiza uralensis
ZOU Yuan-dong1， DING Guo-liang1， JIA Jian-xue2， FAN Ji-hong1*
（1.Department of Horticulture， Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing 102442；2. Beijing Daxing District Forestry Workstation， Beijing 102600）
Abstract [Objective] To study the growth characteristics and varieties of Glycyrrhiza uralensis under different cultivation conditions in Beijing area. [Method] With G. uralensis and Glycyrrhiza inflata as test material， the growth and antioxidant enzyme activities of G. uralensis in natural land and greenhouse were determined. [Result] The results showed that the activity of antioxidant enzymes in G. uralensis under natural cultivation was higher than that in greenhouse，G. uralensis shown the growth advantage in natural land and higher natural resistance was conducive to future production research. [Conclusion] The study can provide theoretical support for variety selection and production of G. uralensis variety in Beijing.
Key words Glycyrrhiza uralensis；Increment；Antioxidant enzyme activities；Greenhouse cultivation；Natural cultivation
甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch）在我國分布广泛，资源丰富[1]，其富含的化学成分和活性物质对治疗皮肤病、消化系统、心血管系统、免疫系统等疾病效果显著[2-6]。除此之外，近年来甘草在食品加工和治理环境方面也越来越受到关注[7-8]。了解并掌握甘草的生长特性以及在不同逆境环境下的伤害机理，有助于更好地发现甘草适合当地的气候、环境及生态特点，也具有重要的理论和实践意义。以往的研究主要集中于甘草的光合特性、生物量与水分胁迫、盐胁迫的关系上[9-12]。刘艳等[9]研究发现，干旱胁迫下温室甘草植株能通过调整生长和生物量分配来加大根冠比，通过提高渗透调节物质的含量来增强植株的吸水和保水能力；这一结果与唐晓敏等[10]的研究结果一致，随着水分胁迫的加剧，甘草的相对含水量和丙二醛含量及抗氧化酶活性显著提高，过度失水不利于甘草的生长。叶菊等[11]研究表明，不同甘草品种间主茎分枝数、叶片数、主茎高、主根长、地上部分干重、地下部分干重及总生物量存在一定的差异性。但关于甘草在大田和温室间的比较试验鲜见报道。笔者以乌拉尔甘草和胀果甘草为研究对象，测定温室、大田2种自然环境下甘草的生长量和抗氧化酶活性，观察不同栽培环境下不同甘草品种间生长状态及生理指标的差异，筛选出适合北京地区环境且优良的甘草品种，以期为甘草的生产和大面积推广提供理论支持。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
北京地区为温带大陆性气候，年平均气温为11.9 ℃，历史最高气温曾达43.5 ℃，最低气温曾至-26 ℃；年平均降水量582.8 mm，年平均无霜期202 d。
1.2 材料选择
试验于2014年7月在北京农业职业学院绿色科技示范园进行，供试植物为乌拉尔甘草与胀果甘草，种子全部购于北京时珍中草药技术有限公司。栽培环境分为自然陆地栽培和温室栽培，具体组合如下：W—乌拉尔自然陆地栽培、X—胀果自然陆地栽培、Y—乌拉尔温室栽培、Z—胀果温室栽培；选用土壤为沙质土。
1.3 种子处理
播种前进行种子浸种，浸种前用1%高锰酸钾溶液将种子消毒30 min，以清水浸种1 d。浸种后将种子取出，用清水淘洗干净，再用1%高锰酸钾溶液消毒10 min，即可进行播种。
1.4 播种及管理
2014年5月中旬，平整试验地，分别在温室内、温室外进行播种，采用开沟点播，株距15 cm，行距25 cm，播种深度1 cm，播后覆土镇压。出苗前喷水保湿，出苗后进行常规管理。
1.5 测定指标及方法
选取甘草的生长初期、快速生长期、生长由快转慢时期3个阶段进行生长量（株高、地径、主根长、鲜重、干重）及抗氧化酶活性的测定，地径为距地面5 cm处直径。在上述每个生长阶段所有指标的4个处理（2种甘草在温室内栽培，2种甘草在自然陆地下栽培）都按照随机取点的方法选取3个重复进行测定。SOD活性测定采用四氮唑蓝（NBT）光还原法[13]。POD活性测定采用愈创木酚法[14]。CAT活性测定采用高锰酸钾滴定法[14]。
1.6 数据分析
数据采用多因素区组设计，用WPS 2016制图，并用统计软件SPSS 18.0进行组间组内方差分析、单因素方差分析（ANOVA）和LSD检验。
2 结果与分析
2.1 生长量比较
2.1.1 株高。
植株生长过程中高度的变化是植物最基本的形态变化，随着高度的增加，植株整体变得更加强壮，更利于进行生物量积累和抵御不良环境。而受不同品种、不同栽培环境的影响，株高间也会有所差异，从图1可以看出，9月20日w与x的差别达到12.60%，乌拉尔甘草高于胀果甘草；y与z的差别达到-4.29%，乌拉尔甘草略低于胀果甘草。仅从品种间来看，生长初期、快速生长期、生长由快转慢时期w与y的差别分别为28.19%、81.45%和2.14%，差别逐渐缩小；而x与z差别则分别为50.4%、51.51%和-14.96%。方差分析表明，w与y、z的差异显著（P<0.05）。
2.1.2 地徑。
从图2可以看出，随着生长期的推进，地径的增减表现为前期缓慢、中后期加快的特点。9月20日w、x、y、z的数值分别为8月9日的3.16、2.21、1.83和2.25倍，w增长的最快。方差分析显示，w、x与y、z的差异显著（P<0.05）。
2.1.3 主根长。
从图3可以看出，主根在整个甘草的生长期呈增加趋势，但增加的幅度在不同栽培环境下表现不同，自然栽培下表现出前期缓慢增加、后期快速增加，8月10日和7月2日相比，w、x分别增加15.69%和24.53%；9月21日和8月10日相比，w、x分别增加102.26%和58.46%；温室栽培下整体来看是增加的；9月21日y、z分别比8月10日高出55.93%和45.16%。方差分析表明，w、x与y、z的差异显著（P<0.05）。
2.1.4 鲜重。
由图4可见，甘草生长期间生物量的积累是不断增加的，很显然，自然栽培环境下的鲜重远大于温室栽培下的，就品种来看，自然栽培环境下乌拉尔甘草的鲜重积累量高于胀果甘草；温室栽培环境下胀果甘草的鲜重积累量高于乌拉尔甘草。从数值上来看，9月21日，w的地上鲜重比y的高出8.82倍，x的比z的高出2.34倍；w的地下鲜重比y的高出7.59倍，x的比z的高出2.08倍。方差分析表明，w、x与y、z的差异显著（P<0.05）。
2.1.5 干重。
干物质量（干重）是植物的生物量（鲜重）在丧失水分等物质后的剩余物质，在某种程度上往往与鲜重趋势表现相近。从图5可以看出，生长期间甘草在自然栽培下干重增加量也大于温室栽培下，就品种来看，自然栽培环境下乌拉尔甘草的干重积累量高于胀果甘草；温室栽培环境下胀果甘草的干重积累量高于乌拉尔甘草。从数值上来看，9月21日，w的地上干重比y的高出14.54倍，x的比z的高出2.27倍；w的地下干重比y的高出7.83倍，x的比z的高出1.92倍。方差分析显示，w、x与y、z的差异显著（P<0.05）。
2.2 保护酶活性比较
2.2.1 SOD活性。
从图6可以看出，7月5日至8月11日，SOD活性增加幅度较小，w、x、y、z分别增加44.48%、3.43%、54.55%和74.79%；而8月11日至9月21日，SOD活性升高较快，w、x、y、z分别升高149.22%、256.87%、239.50%和97.10%。方差分析显示，x与z的差异显著（P<0.05）。
2.2.2 POD活性。
从图7可以看出，随着生长期推进，甘草POD活性呈上升趋势，至9月21日4种组合的POD活性从大到小依次为w、x、y、z，w与z的差别最大，达到28.44%。方差分析显示，w、x、y、z间的差异不显著（P>0.05）。
2.2.3 CAT活性。
从图8可以看出，甘草CAT活性总体呈上升趋势，w、x表现一致，CAT活性上升的幅度大。从数值上看，9月22日与7月6日相比，w、x分别上升130.67%和226.70%；y、z表现一致，上升较平稳，9月22日与7月6日相比，分别上升66.02%和51.27%。方差分析显示，w、x、y、z的差异不显著（P>0.05）。
3 结论和讨论
随着植株的生长，在生长初期和快速生长期自然陆地栽培下的甘草株高明显高于温室栽培下的株高；而生长进入到由快转慢时期后，胀果甘草的株高与乌拉尔甘草的较为接近，甚至表现出温室下的胀果甘草株高高于其他3种组合的株高。可见，受温室小环境的影响，甘草的株高增长较快，优势表现明显。
甘草的地径在快速生长期后增长明显，就品种的比较来看，乌拉尔甘草的地径大于胀果甘草的，2种甘草在自然陆地栽培下的地径均大于温室下的，4种组合中乌拉尔甘草在自然陆地下的地径最大。由此可见，在自然栽培环境下的地径高于温室栽培下的。
在进入到快速生长期后，乌拉尔甘草主根长在2种栽培模式下增长均较快，而胀果甘草主根长在2种栽培模式下增长均比乌拉尔甘草低，但总体上是增加的。4种组合中主根长增加最快的是自然陆地栽培下的乌拉尔甘草。
生长初期，甘草的鲜重低，这与甘草前期的生物量积累不高有关。从整个生长期来看，地上、地下鲜重在2种栽培模式下的表现一致，在2种栽培下乌拉尔甘草的鲜重高于胀果甘草的鲜重，乌拉尔甘草在自然栽培下的鲜重高于温室栽培下的，胀果甘草在温室栽培下的鲜重高于自然栽培下的。
干重在整个生长期的变化与鲜重较为相似，在2种栽培模式下乌拉尔甘草的干重含量高于胀果甘草的干重，自然栽培下乌拉尔甘草的干重含量高于温室下的，温室下胀果甘草的干重含量高于自然栽培下的，自然栽培下乌拉尔甘草的干重含量在4种组合中最高。
植物的生长、发育、衰老、死亡是生命的循环，是自然规律，在这一过程中植物自身所形成的保护系统在适宜的范围内能够抵御来自外界不良环境的干扰。现代学说普遍认为，植物衰老和逆境中体内的活性氧和氧自由基含量升高，而活性氧主要包括过氧化氢、羟自由基和超氧阴离子，其体内SOD、POD、CAT是植物体内广泛存在的3种保护酶，在清除活性氧方面能够形成保护酶系统，有效发挥协同作用，而POD和CAT同样具有清除过氧化氢的功能[15-17]。靖长柏等[18]研究发现，桉树在自然低温条件下SOD活性升高，并维持在较高的水平来适应低温环境。而在逆境条件下（如干旱胁迫、盐胁迫、淹水胁迫等），SOD、POD、CAT的升高对膜系统有一定的保护作用，但也受不同栽培环境、不同栽培基质和不同胁迫时间的影响[19-21]。
该试验研究发现，在由生长初期进入快速生长期这一阶段，甘草的SOD含量上升缓慢，在快速生长期后直至生长由快转慢时期，甘草的SOD含量上升快速，在自然栽培下，胀果甘草的SOD含量高于其他组合。在甘草生长过程中，2个品种在2种栽培模式下的POD含量持续上升，自然栽培下乌拉尔甘草的POD含量高于其他组合。总体来看，自然栽培下甘草的CAT含量高于温室栽培下的CAT含量。综上所述，在自然栽培模式下，乌拉尔甘草所表现出来的生长优势及较高的自然抗性有利于今后的生产研究，也为北京地区的环境改善提供了一种很好的植被选择[22]。
参考文献
[1] 黄明进，王文全，魏胜利.我国甘草药用植物资源调查及质量评价研究[J].中国中药杂志，2010，35（8）：947-952.
[2] 张淙，戴雪伶，林昌君，等.甘草中的活性物质在心脑血管疾病治疗中的应用[J].北京联合大学学报（自然科学版），2010，24（4）：69-72，82.
[3] 田莉，曾斌芳，燕雪花.甘草在消化系统和免疫系统的药理作用及临床应用[J].新疆中医药，2009，27（4）：91-93.
[4] 王惠敏.甘草药理作用及其临床应用[J].天津中医学院学报，2004，23（4）：184-185.
[5] 张明发，沈雅琴，张艳霞.甘草及其有效成分的皮肤药理和临床应用[J].药物评价研究，2013，36（2）：146-156.
[6] 王巧娥，任虹，曹学丽.甘草研究开发与利用现状[J].中国农学通报，2011，27（4）：290-295.
[7] 郑炯，黄明发，张甫生.甘草甜素的生理功能及其在食品工业中的应用[J].中国食品添加剂，2007（2）：165-168.
[8] 杨文斌，王涛，冯伟，等.低覆盖度治沙理论及其在干旱半干旱区的应用[J].干旱区资源与环境，2017，31（1）：1-5.
[9] 刘艳，陈贵林，蔡贵芳，等.干旱胁迫对甘草幼苗生长和渗透调节物质含量的影响[J].西北植物学报，2011，31（11）：2259-3364.
[10] 唐晓敏，王文全，马春英.长期水分胁迫下甘草叶片的抗旱生理响应[J].河北农业大学学报，2008，31（2）：16-20.
[11] 叶菊，蔺海明，邱黛玉，等.几种甘草（Glycyrrhiza）光合特性、形态特征及生物量比较[J].中国沙漠，2014，34（2）：456-463.
[12] 万春阳，王丹，侯俊玲，等.氯化钠胁迫对甘草生长、生理及有效成分含量的影响[J].中国实验方剂学杂志，2011，17（18）：118-122.
[13] 中国科学院上海植物生理研究所.现代植物生理学实验指南[M].北京：科学出版社，2004.
[14] 李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2001.
[15] 田国忠，李怀芳，裘维蕃.植物过氧化物酶研究进展[J].武汉植物学研究，2011，19（4）：332-344.
[16] 王晶懋，张楚涵，闫庆伟，等.植物抗旱的生理渗透调节及保护酶活性研究进展[J].黑龙江生态工程职业学院学报，2012，25（2）：31-33.
[17] 南芝润，范月仙.植物过氧化氢酶的研究进展[J].安徽农学通报，2008，14（5）：27-29.
[18] 靖长柏，张利阳，童再康，等.自然低温胁迫对 3种桉树生理生化特性的影响[J].防护林科技，2010（6）：18-19，35.
[19] 王海帆，王有国.干旱与盐胁迫下不同栽培基质碧玉兰POD活性的变化[J].亚热带农业研究，2013，9（4）：235-238.
[20] 高蕾，刘丽君，董守坤，等.干旱脅迫对大豆幼苗叶片生理生化特性的影响[J].东北农业大学学报，2009，40（8）：1-4.
[21] 朱丽华，龚繁荣.淹水胁迫对嫁接甜椒幼苗几种抗氧化酶活性和渗透调节物质的影响[J].江西农业学报，2013，25（10）：30-32.
[22] 赵艳芬，潘伯荣，童莉，等.3种甘草种子苗和根茎苗在同一生境下的生长差异[J].中国园艺文摘，2013（12）：5-7，40.