CN101699984B - 一种铁皮石斛的人工光栽培方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁皮石斛的人工光栽培方法,是将驯化后的种苗移栽至含有基质的营养钵或穴盘内,置于人工光型密闭式植物工厂的立体栽培架上,在光照强度为60-150μmol·m-2·s-1,光照时间为9-12h·d-1,温度为24-27℃,相对湿度为65-80%,CO2浓度为400-800μmol·mol-1,气流速度为0.3-0.6m·s-1条件下;移栽后前2周用喷雾保持叶面湿润,移栽2周后浇水,每7-15天施1次大量元素营养液,每25-35天施1次微量元素营养液,每3-5天底面灌水一次;培养1.5-2.0年后进行采收,然后以每半年作为一个采收期。该方法生产周期短,品质均匀,产量高。
Description
技术领域
本发明属于药用植物栽培技术领域,具体涉及一种铁皮石斛的人工光栽培方法。
背景技术
铁皮石斛(Dendrobium officinale Kimura et Migo)是传统名贵中药材,位于中华九大仙草之首。具有滋阴清热,生津益胃,润肺止咳,补五脏虚劳等功效,并且在提高人体免疫能力、抗衰老、抑制肿瘤、改善糖尿病症状和萎缩性胃炎等方面有明显效果。根据药理研究,铁皮石斛的药用有效成分主要为可溶性多糖。由于生态环境的日益恶化和药农的掠夺性采挖,铁皮石斛的野生资源已濒临枯竭,1987年被国家列为重点保护的野生珍稀药材品种。目前,国内外铁皮石斛的市场需求量最少有近百万吨,但是市场供应量还不足1%,其加工品枫斗在国际市场的价格已达3000-5000美元/kg以上,且有价无货,成为名副其实的“植物黄金”。
铁皮石斛是多年生兰科草本,长期生长于温暖湿润的阴凉环境,属于弱光性阴生植物。近十多年来,国内学者通过研究,基本上确立了组培繁育种苗与相结合的人工栽培模式,即自然光栽培方法。有学者(顾慧芬等,1999,中成药,21(12):658-659;叶纪沟,2001,中药天地,10(1):53;朱艳等,2003,中国野生植物资源,4(22):56-57;朱艳等,2004,中国野生植物资源,6(4):62-6;廖俊杰等,2006,中药材,29(6):533-535;郑勇平等,2006,林业科技开发,20(6):56-58)分别就铁皮石斛如何进行组培、组培苗如何驯化栽培、组培产业化的技术探讨等各方面进行阐述,也有人就铁皮石斛如何进行繁殖、栽培、集约化生产等相关技术进行了详细的描述(袁正仿等,2002,中国医学生物技术应用杂志,4(3):54-56;李凤华等,2002,贵州师范大学学报,8(3):5-8;付开聪等,2003,中草药,(2):177;袁正仿等,2004,园艺学报,2:49;张泉锋等,2004,中草药,4(6):438-440)。专利号为ZL200410084496.1和ZL200410017380.6的发明专利、专利申请号为200710066268.5的发明专利也是利用自然光进行铁皮石斛的人工栽培。近年来,不少企业利用上述的铁皮石斛的自然光栽培方法进行人工栽培并相继取得了成功。但是,这种栽培模式进入采收期需要3-4年,且由于各地进行铁皮石斛栽培的温室/大棚等设施对植物生长环境的调控比较粗放,故药草品质较难控制,因此,较长的生产周期和不稳定的药草品质严重制约了铁皮石斛的生产规模和市场供应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁皮石斛的人工光栽培方法。本发明的栽培方法是对现有技术自然光栽培方法中后期栽培条件的改进,从而缩短生产周期,使产品品质均匀一致。
本发明的铁皮石斛的人工光栽培方法是利用与植物光合吸收光谱接近的特定高照度荧光灯作为光照源进行铁皮石斛的多层立体栽培。由于人工光照能够被植物直接吸收利用的光能较少,大部分的光源能耗被转化成热能,故在该铁皮石斛的人工光栽培空间内,还需有效地调控空气流从而为铁皮石斛生长发育提供适宜的温度、湿度、光照、CO2浓度、气流速度等物理环境。
一种铁皮石斛的人工光栽培方法,包括如下操作步骤:
(1)将驯化后的种苗移栽至含有基质的营养钵或穴盘内,置于人工光型密闭式植物工厂的立体栽培架上,其中,栽培条件是光照强度为60-150μmol·m-2.s-1,光照时间为9-12h·d-1,温度为24-27℃,相对湿度为65-80%,CO2浓度为400-800μmol·mol-1,气流速度为0.3-0.6m·s-1;
(2)移栽后前2周用喷雾保持叶面湿润状态,移栽2周后浇水,按照保持基质湿润的原则,每7-15天施1次大量元素营养液,每25-35天施1次微量元素营养液,每3-5天底面灌水一次;
(3)按照步骤(2)的方法培养1.5-2.0年内进行采收,然后以0.5-1.0年作为一个采收期。
所述栽培条件优选光照强度为120μmol·m-2·s-1,光照时间为12h·d-1。
在自然光栽培方法中使用的种苗可用于本发明的人工光栽培方法中。
所属种苗优选人工光照培育的无糖组培生根苗,常规方法培育的有糖组培生根苗,或香蕉添加物的培养基中培育的组培生根苗。
无论哪种组培生根苗,都需在移栽前进行适当驯化。对于人工光照培育的无糖组培生根苗,驯化时只需将带透气孔的组培容器放置在栽培室(光照强度约60-70μmol·m-2·s-1)内7-15天后即可进行移栽。移栽时,如果是以琼脂为支持材的培养基培育的组培生根苗,需要清洗根部培养基,并用800倍甲基托布津或百菌清蘸根部进行消毒后,晾干根部并移栽到栽培用基质容器中;如果是以蛭石为支持材的培养基培育的组培生根苗,即可以直接移栽到栽培用基质容器中(穴盘或营养钵或营养槽)。对于常规方法培育的有糖组培生根苗或香蕉添加物的培养基中培育的组培生根苗,一般要将带透气孔的组培容器放置在栽培室(光照强度约50-70μmol·m-2·s-1)内15-30天后再进行移栽;如果是不带透气孔的组培容器,要将其放置在栽培室内(光照强度约30-50μmol·m-2·s-1)内15-30天后,再打开组培容器的盖子(留部分透气空隙就可)在光照强度约30-50μmol·m-2·s-1的弱光条件下培育30-60天后进行移栽。上述常规方法培育的组培生根苗在移栽时,一般也需要清洗根部培养基,并用800倍甲基托布津或百菌清蘸根部进行消毒后,晾干根部再移栽到栽培用基质容器中。注意,在组培生根苗的驯化期间可以不进行水分管理,但是一定要保持栽培室内组培容器周围空气的相对湿度在60-80%。对于生长发育较柔弱的组培生根苗,也可以先使用透气性较好的水苔作为基质进行移栽,待发育强壮后再移栽到栽培容器中。
本发明所述人工光照培育的无糖组培生根苗的培养过程中使用的生根培养基为添加NAA的MS培养基,其中,NAA浓度为0.5mg/L,且在无糖添加活性炭的条件下培育2个月。
其他方法培育的组培生根苗可参见以下文献:
Lin L.Y.,Y.C.Hew,S.C.Wong et al.Effects of light intensity,sugar and CO2concentrations on growth and mineral uptake of Dendrobium plantlets.J.of Hort.Sci.1992,67(5):601-611;
Lee Y.H.,J.D.Park,N.I.Baek,et al.In vitro and in vivo antitumoral phenanthrenesfrom the aerial parts of Dendrobium nobile.Planta Med,1995,61(2):178-182;
曾宋君,程式君.石斛的试管苗快速繁殖.中药材,1996,19(10):490-491;
刘骅,张治国.铁皮石斛试管苗壮苗培养基的研究.中国中药杂志,1998,(11);
刘端驹,蒙爱冬,邓锡清等.铁皮石斛试管苗快速繁殖的研究.药学学报,1998,23(8):636-640;
刘骅,张治国.铁皮石斛试管苗壮苗培养基的研究.中国中药杂志,1998,23(11):654-656;
Lau,-D.T.W.;Shaw,-P.C.;Wang,-J.;But,-P.P.H.Authentication of medicinalDendrobium species by the internal transcribed spacer of ribosomal DNA.Planta-med.Stuttgart:Georg Thieme Verlag,2001.67(5):456-460;
Shiau Y.J.,S.M.Nalawade SM,C.N.Hsia,V.Mulabagal and H.S.Tsay.In vitropropagation of the Chinese medicinal plant,Dendrobium candidum Wall.Ex Lindl.,from axenic nodal segments.In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant.2005.41(5):666-670;
苏有勇,孔祥莹,昊桢芬,王督,一种铁皮石斛茎尖组培繁殖方法,发明专利申请号:200710066480.1。
蒙平,张向军,何新民,铁皮石斛组培苗移栽新技术,中国热带农业,2007(4):52-53;
所述基质为以下组分按体积比混合后加水发酵而成:粒径5-10mm的松磷∶粒径3-8mm的松磷∶蛭石∶锯末为1∶1∶1∶0.5。
所述大量元素营养液中氮、磷、钾、钙、镁离子的当量浓度比为(3.5-4)∶1∶1∶2.5∶1。
所述微量元素营养液中锰、硼、铁、铜、锌、钼离子的当量浓度比为(0.1-0.2)∶(0.1-0.2)∶(1-2)∶(0.01-0.02)∶(0.01-0.02)∶(0.003-0.006),所述微量元素营养液作为大量元素营养液的补充。
所述人工光型密闭式植物工厂的结构设计和环境控制参见以下文献:
贺冬仙,发明专利:密闭式完全利用人工光的环境控制型植物工厂;申请号:200610076205.3。
贺冬仙、朱本海、杨珀、李保明,人工光型密闭式植物工厂的设计与环境控制,2007,农业工程学报,23(3):151-157。
所述营养钵或穴盘优选规格为10*12cm的营养钵或50穴盘,在组培生根苗移栽后1年内可选用规格8*10cm的营养钵或128穴盘,到组培生根苗移栽后1年后再移栽到规格为10*12cm的营养钵或50穴盘。
所述光照的光源由与铁皮石斛叶片的光合吸收光谱特性相近的三基色超高亮度荧光灯(色温4200K)提供。
本发明有益效果:
(1)缩短了生产周期。利用本发明方法栽培铁皮石斛植株在1.5-2.0年以后可以采收,以后连续0.5-1.0年均可采收一次,而自然光栽培的铁皮石斛需在组培苗移栽3年以后才能采收。因为自然光栽培中在夏季和冬季由于设施环境得不到有效调控,铁皮石斛几乎都处于生长缓慢或维持生存状态。
(2)保证了均匀一致的品质。自然光栽培的铁皮石斛植株常年生长于波动的环境条件中,且每年的气候条件有很大的差异,故每期收获的植株品质有很大差异。人工光栽培的铁皮石斛长期生长于固定的适宜环境,故其生长发育比较均一,品质也比较稳定。
(3)提高了产量。由于人工光栽培为铁皮石斛提供了适宜的光、温、水、气、肥等环境,不仅可以提高栽培密度,还促进了生长发育,因此,铁皮石斛在人工光下栽培的产量比在自然光下有很大程度的提高。
(4)易于实现标准化、工厂化、规模化生产。由于铁皮石斛的人工光栽培方法有效地利用了设施建筑结构与环境调控技术,可以不受外界环境和地理位置的影响在全国各地建场生产,从而实现真正意义上的药用植物工厂化生产,还可实现周年可连续性计划生产与质量控制。
(5)环保与节能。铁皮石斛的人工光栽培方法一般利用多层立体栽培,大大提高了替地利用效率,其水、电、气等都能得到循环利用和有效利用,与外界隔绝的环境还能进一步降低病虫害的危险和对周边环境的污染。因此,与自然光栽培方法相比,人工光栽培放在在环保与节能方面有很大的优势。
具体实施方式
种苗的来源:将云南西双版纳思茅市郊区自然野生的一株铁皮石斛苗进行脱毒培育为圆球茎,其后多次繁殖、继代后培育为组培生根苗。具体实施例中所有种苗均来源于该株母本。
繁殖种苗的方法参照发明名称为一种铁皮石斛茎尖组培繁殖方法的中国专利,申请号为200710066480.1。
种苗的驯化方法:将带透气孔的组培容器放置在栽培室(光照强度约60-70μmol·m-2·s-1)内7天后即可进行移栽。移栽时,清洗根部培养基后并用800倍百菌清蘸根部进行消毒后,晾干根部再进行移栽。
栽培设施:人工光型密闭式植物工厂为中国农业大学按照上述参考文献自建。
栽培容器:10*12cm的营养钵
栽培基质:松磷(粒径5-10mm)、松磷(3-8mm)、蛭石、锯末按照体积比为1∶1∶1∶0.5进行混合,加水使其湿透,65℃以上发酵3天以上后使用。
大量元素营养液的配制:将硝酸钙Ca(NO3)2·4H2O、硫酸镁MgSO4·7H2O、磷酸二氢钾KH2PO4、硝酸铵NH4NO3溶于水中,上述溶质的浓度依次为205mg/L、60mg/L、136mg/L、80mg/L,配制成的溶液为营养液原液,在使用时按照1000倍稀释进行营养液灌溉。
微量元素营养液的配制:将硫酸锰MnSO4·H2O、硼酸H3BO3、硫酸亚铁FeSO4·7H2O、硫酸铜CuSO4·5H2O、硫酸锌ZnSO4·7H2O和钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O溶于水中,各组分浓度依次为3.6mg/L、2.7mg/L、13.4mg/L、0.1mg/L、0.4mg/L、0.1mg/L,配制的溶液为微量元素营养液原液,在使用时按照1000倍稀释进行微量元素的灌溉。
栽培方法:将驯化一周左右的无糖组培生根苗移栽至含有基质的营养钵或穴盘内,置于人工光型密闭式植物工厂的立体栽培架上,其中,温度:26±1℃;湿度:60±5%;CO2浓度:500±50μmol mol-1;气流速度:0.5±0.1m·s-1;
按照上述栽培条件结合以下8组光照强度(PPF)和光照时间(H)对种苗进行栽培:(1)光照强度(PPF)60μmol·m-2·s-1、光照时间(H)9h·d-1;简写为:PPF60和H9;(2)光照强度(PPF)90μmol·m-2·s-1、光照时间(H)9h·d-1;简写为:PPF90和H9;(3)光照强度(PPF)120μmol·m-2·s-1、光照时间(H)9h·d-1;简写为:PPF120和H9;(4)光照强度(PPF)150μmol·m-2·s-1、光照时间(H)9h·d-1;简写为:PPF150和H9;(5)光照强度(PPF)60μmol·m-2·s-1、光照时间(H)12h·d-1;简写为:PPF60和H12;(6)光照强度(PPF)90μmol·m-2·s-1、光照时间(H)12h·d-1;简写为:PPF90和H12;(7)光照强度(PPF)120μmol·m-2·s-1、光照时间(H)12h·d-1;简写为:PPF120和H12;(8)光照强度(PPF)150μmol·m-2·s-1、光照时间(H)12h·d-1;简写为:PPF150和H12。
移栽后前2周用喷雾保持叶面湿润状态,移栽2周后浇水,按照保持基质湿润的原则,其后每3-5天进行底面灌水1次,每7-17天施1次大量元素营养液,每25-35天施1次微量元素营养液。
采用自然光栽培法作为对照,同时将相同的种苗移栽后置于温室中,进行培养。温室冬季由水暖提供加温,夏季通过湿帘降温,温度基本上控制在15-40度,湿度无控制,温室的覆盖材料为阳光板。水分和营养液的管理方法与人工光栽培方法相同。
移栽铁皮石斛种苗2年后进行了采收,并在其后以每半年作为一个采收期,5年内共采收了6次,不同时期的铁皮石斛在多糖检测中均为26-30%左右,试验区之间未显示出显著性差异。以2009年2月收获以后的营养钵栽培的新芽在3个月之内的生长发育为例,对铁皮石斛在8种光照环境下的生长发育情况做一统计,主要包括以下几个方面:茎节数、株高、茎粗、干物率和光合速率,具体结果见表1。由表1可见,光照时间12h·d-1和光照强度120μmol·m-2·s-1组合的试验区表现最好。而在5年期内的各期收获中都表现出同样的趋势。12个月的生长量比温室栽培的对照增加150%;人工光栽培的2年期植株与自然光栽培的3年期的多糖含量均能达到25%以上。
其中,铁皮石斛的多糖含量采用了苯酚硫酸法进行比色测量(李亚芳等,2002,中国药事,16(7):426-428),具体的测量方法如下:
(1)对照品溶液的制备
称取干燥至恒重的无水葡萄糖对照品0.100g,置于100ml容量瓶中,加水溶解,并加水稀释至刻度,摇匀,准确量取5ml置10ml容量瓶中,加水稀释至刻度,摇匀,即得每1ml含0.5mg的对照品溶液。
(2)标准曲线的制备
量取对照品溶液0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6ml分别置10ml具塞试管中,分别加水适量至1.0ml,并加入5%苯酚溶液1.0ml,摇匀;然后迅速加入浓硫酸5ml,充分摇匀,置80℃水浴中,放置10min取出,立即置冰水中冷却2min,再取出振荡3min混匀,在室温中放置5min,利用分光光度计(UV-3150,Shimadzu Co.,Japan)测量其在488nm波长处的吸光度。以吸光度为横坐标(x)、葡萄糖含量为纵坐标(y,μg/ml)进行标准曲线的绘制并求得回归方程。
(3)样品测定方法
称取不同样本的铁皮石斛过筛细粉0.5g,置离心管中,每种样品做3个平行。加水20ml,微火煮沸1h(在加热过程中适时添加少量水,以维持原水体积),用脱脂棉滤过,滤液置100ml容量瓶中。如上重复提取3次(1h,0.5h,0.5h),滤液合并至100ml容量瓶中,冷却至室温,加水至刻度,摇匀;用移液管取1ml溶液,加乙醇10ml,搅拌,离心(4000r/m,20min),弃去上层清液,沉淀置滤纸上,用80%乙醇25ml洗涤,弃去稀乙醇液。沉淀用热水溶解,滤入10ml容量瓶中,放置冷却至室温,然后定容10ml摇匀。分别精取各铁皮石斛样品0.1mL,利用分光光度计(UV-3150,Shimadzu Co.,Japan),测量样品的吸光度,根据标准曲线的回归公式计算样本溶液中的葡萄糖浓度,按下式折算出多糖含量:
Cs(μg/mL):供试品中葡萄糖的浓度;
D:供试品的稀释因素(D=1000);
F:换算因素(F=1.042);
V(mL):供试品的体积(V=0.5mL);
W(μg):供试品的质量(W=500000μg)。
参考文献
1、顾慧芬,忻晓君,周文婷,等.铁皮石斛试管苗快速生长与栽培研究及多糖含量测定.中成药,1999,21(12):658-659。
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4、朱艳,秦民坚.促进铁皮石斛试管苗移栽成活的研究.中国野生植物资源,2004,6(4):62-6。
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13、寿伟康.一种铁皮石斛的培育方法,发明专利号:ZL200410017380.6。
14、苏文华,张光飞,王冰.铁皮石斛的全光照栽培方法,发明专利申请号:200710066268.5。
15、Lin L.Y.,Y.C.Hew,S.C.Wong et al.Effects of light intensity,sugar and CO2 concentrationson growth and mineral uptake of Dendrobium plantlets.J.of Hort.Sci.1992,67(5):601-611。
16、Lee Y.H.,J.D.Park,N.I.Baek,et al.In vitro and in vivo antitumoral phenanthrenes from theaerial parts of Dendrobium nobile.Planta Med,1995,6l(2):178-182。
17、曾宋君,程式君.石斛的试管苗快速繁殖.中药材,1996,19(10):490-491。
18、刘骅,张治国.铁皮石斛试管苗壮苗培养基的研究.中国中药杂志,1998,(11)。19、刘端驹,蒙爱冬,邓锡清等.铁皮石斛试管苗快速繁殖的研究.药学学报,1998,23(8):636-640。
20、刘骅,张治国.铁皮石斛试管苗壮苗培养基的研究.中国中药杂志,1998,23(11):654-656。
21、Lau,-D.T.W.;Shaw,-P.C.;Wang,-J.;But,-P.P.H.Authentication of medicinal Dendrobiumspecies by the internal transcribed spacer of ribosomal DNA.Planta-med.Stuttgart:Georg ThiemeVerlag,2001.67(5):456-460。
22、Shiau Y.J.,S.M.Nalawade SM,C.N.Hsia,V.Mulabagal and H.S.Tsay.In vitro propagation ofthe Chinese medicinal plant,Dendrobium candidum Wall.Ex Lindl.,from axenic nodal segments.In Vitro Cellular & Developmental Biology-Plant.2005.41(5):666-670。
23、苏有勇,孔祥莹,昊桢芬,王督,一种铁皮石斛茎尖组培繁殖方法,发明专利申请号:200710066480.1。24、李亚芳,张晓华,孙国明.石斛中总生物碱和多糖的含量测定.中国药事,2002,16(7):426-428。
Claims (5)
1.一种铁皮石斛的人工光栽培方法,其特征在于,包括如下操作步骤:
(1)将驯化后的种苗移栽至含有基质的营养钵或穴盘内,置于人工光型密闭式植物工厂的立体栽培架上,其中,栽培条件是光照强度为60-150μmol·m-2·s-1,光照时间为9-12h·d-1,温度为24-27℃,相对湿度为65-80%,CO2浓度为400-800μmol·mol-1,气流速度为0.3-0.6m·s-1;
(2)移栽后前2周用喷雾保持叶面湿润状态,移栽2周后浇水,按照保持基质湿润的原则,每7-15天施1次大量元素营养液,每25-35天施1次微量元素营养液,每3-5天底面灌水一次;
(3)按照步骤(2)的方法培养1.5-2.0年进行采收,然后以0.5-1.0年作为一个采收期;
其中基质由以下组分按体积比混合后加水发酵而成,粒径5-10mm的松磷∶粒径3-8mm的松磷∶蛭石∶锯末为1∶1∶1∶0.5。
2.根据权利要求1所述的铁皮石斛的人工光栽培方法,其特征在于,所述光照强度为120μmol·m-2·s-1,光照时间为12h·d-1。
3.根据权利要求1所述的铁皮石斛的人工光栽培方法,其特征在于,所述种苗为人工光照培育的无糖组培生根苗、常规方法培育的有糖组培生根苗或香蕉添加物的培养基中培育的组培生根苗。
4.根据权利要求1所述的铁皮石斛的人工光栽培方法,其特征在于,所述大量元素营养液中氮、磷、钾、钙、镁离子的当量浓度比为(3.5-4)∶1∶1∶2.5∶1。
5.根据权利要求1所述的铁皮石斛的人工光栽培方法,其特征在于,所述微量元素营养液中锰、硼、铁、铜、锌、钼离子的当量浓度比为(0.1-0.2)∶(0.1-0.2)∶(1-2)∶(0.01-0.02)∶(0.01-0.02)∶(0.003-0.006)。
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