药用植物光环境需求根据各种植物对光照强度的需求差异,通常分为阳生植物、阴生植物和中间型植物。
①阳生植物(喜光植物或阳地植物)。要求生长在直射阳光充足的地方。其光饱和点为全光照的%,光补偿点为全光照的3%~5%,若缺乏阳光时,植株生长不良,产量低。例如北沙参、地*、菊花、红花、芍药、山药、颠茄、龙葵、枸杞、薏苡及知母等。
②阴生植物(喜阴植物或称阴地植物)。不能忍受强烈的日光照射,喜欢生长在阴湿的环境或树林下,光饱和点为全光照的10%~50%,而光补偿点为全光照的1%以下。例如人参、西洋参、三七、石斛、*连、细辛及淫羊藿等。
③中间型植物(耐阴植物)。处于喜阳和喜阴之间的植物,在日光照射良好环境能生长,但在微荫蔽情况下也能较好地生长。例如天门冬、麦冬、冬花、豆蔻、款冬、莴苣、紫花地丁及大叶柴胡等。
植物对于白天和黑夜的相对长度的反应,称光周期现象。植物由营养生长向生殖生长转移之前,日照时数长短对各类药用植物的发育是重要的因素。所谓光周期是指一天中日出至日落的理论日照时数,而不是实际有阳光的时数。按照药用植物对光周期的反应,可将药用植物分为3类。
①长日照植物。日照必须大于某一临界日长(一般12h以上),或者暗期必须短于一定时数才能成花的植物。例如,红花、当归、牛蒡、萝卜、紫菀、木槿及除虫菊等。
②短日照植物。日照长度只有短于其所要求的临界日长(一般14h以下)或者暗期必须超过一定时数才开花的植物。例如,紫苏、菊花、穿心莲、苍耳、大麻及龙胆等。
③日中性植物。对光照长短没有严格要求,任何日照下都能开花的植物。一些植物只能在一定的的日照长度下开花,延长或缩短日照时数都抑制开花,称为中日性植物。
在引种过程中,必须首先考虑所要引进的药用植物是否在当地的光周期诱导下能够及时地生长发育、开花结实;栽培中应根据植物对光周期的反应确定适宜的播种期;通过人工控制光周期,促进或延迟开花,这在药用植物育种工作中可以发挥作用。
临界日长是指昼夜周期中诱导短日植物开花所需的最长日照时数或诱导长日植物开花所需的最短日照时数。对长日植物来说,日照长度应大于临界日长,即使是24h日照也能开花;对短日植物来说,日照时数必须小于临界日长才能开花。
伟照业LED植物生长灯
光照对药用植物生长发育的调控作用
中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所植物环境工程创新团队以桔梗、白术和瞿麦为研究对象,研究了不同LED光质对桔梗、白术和瞿麦生长发育和生理参数的影响,以期明确三种药用植物的光环境需求参数,为将其在植物工厂里栽培提供参考。但是,很少关于LED在培养室或生长箱内LED光源栽培药用植物的研究报道。
Sabzalian等()研究LED%红光、%蓝光、70%红光+30%蓝光、%白光条件下室内栽培辣薄荷(Men-thapiperita)、绿薄荷(Menthaspicala)、长叶薄荷(Menthalongifolia)、扁豆(lentil)、罗勒(basil)和四种观赏植物的可行性,检验不同LED光对植物生产力的影响,并与田间与温室内进行了比较。
结果表明,70%红光+30%蓝光处理增加了薄荷挥发油产量,植物光合作用和鲜重达到田间条件的4倍。红蓝LED培养室内生长的扁豆、罗勒生长较好,与温室条件下相比有更高的花芽数,缩短了盆花的开花天数。研究结果证明,LED能提高植物种类经济特征通过刺激植物代谢。
任杰等()探讨适合*芪生长及药用成分合成积累的光照条件,提高*芪药材的产量与质量,运用植物逆境生理和次生代谢研究理论,研究了蓝光、*光、红光、白光和自然光条件下,*芪3种主要药用成分含量的动态变化。结果表明,蓝光和*光可以促进*芪根部干物质的积累,并可以有效提高药用成分含量,而红光则不利于*芪干物质的积累;蓝光下*芪*酮的含量最高,比自然光下提高了51%,经济产量提高了56%;*芪多糖和皂甙无论是含量还是经济产量都是在蓝光下最为理想,其中,*芪多糖的含量比自然光提高了23%,经济产量提高了19%,*芪皂苷的含量比自然光提高了%,经济产量提高了%。
桔梗(Platycodongrandiforum)属桔梗科桔梗属多年生草本植物,别名铃铛花、四叶菜等,是一种以根入药的重要药用植物,主治感冒咳嗽、咳痰不爽、咽喉肿痛、支气管炎、胸闷腹胀。此外,桔梗还具有重要的食用和观赏价值。桔梗根可制作菜肴,也可酿酒,桔梗花冠蓝紫色,花枝长而挺拔,有较高的观赏价值,可作为鲜切花开发(杨耀文等,)。
近年来,由于桔梗越来越多的药用价值及经济价值被发现,桔梗用量大增,野生资源已不能满足需要,因此全国各地均开始人工栽培,但是目前仍以大田栽培为主。然而,由于各桔梗主产区栽培面积逐年增加,桔梗人工栽培用地与传统粮食作物的生产用地发生矛盾,在这种情况下各桔梗主产区均采取常年连作栽培,使桔梗生产病虫害加重,严重影响了桔梗的品质和产量(张雁等,)。
由于连作年限的延长,土壤中的病原菌等有害生物逐年积累,导致药材土传病害加重。特别是地道药材产区,因常年连作病虫危害极大,成为生产上的重要障碍(文家富等,)。根腐病和根结线虫病的危害逐年加重,导致丹参成片死亡,桔梗无法种植,且大多数被害部位常常就是药用部分。同时,在药用植物栽培过程滥用农药、化肥等引起药材品质下降、农药残留量与重金属含量超标。
设施无土栽培是提高人工栽培药用植物产量和品质的好途径,将无土栽培技术应用于药材栽培可实现规范化、集约化生产,保护环境,减少土壤病虫害,克服连作障碍,提高药材产量和质量。然而,药材的无土栽培技术刚刚起步,仅对西洋参(陈震等,)、石斛(李泉森等,)、荆芥(齐艳华等,)、细辛(陈志歆等,)、半夏引(费永俊等,)、番红花(罗玉明等,)等进行了无土栽培试验。
在植物的生长发育过程中,光具有特殊重要的地位,为植物进行光合作用提供能量,影响植物所有的生长发育阶段。光通过光质、光强和光周期对植物的生长发育、形态建成等产生影响。光质是影响植物形态建成的重要因素(齐连东等,),目前不同光质对植物影响的研究多集中在花卉(沈红香等,)、蔬菜(刘文科等,)、少数药材(梁宗锁等,;苏秀红等,)的研究上。植物对白日光照和黑夜时间长短的反应称为光周期现象,光周期对植物种子萌发(王进等,)、根系生长(李进等,)、花芽分化(杨娜等,)以及对植物的生理生化过程(刘磊等,)均有影响。
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