楊 旭 楊志玲 汪麗娜

(中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所 富陽 311400)

平茬更新代次及生長年限對厚樸生長和藥用有效成分含量的影響*

楊 旭 楊志玲 汪麗娜

(中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所 富陽 311400)

【目的】 探討平茬更新不同代次及生長年限對厚樸生長和藥用有效成分的積累動態(tài)，為其可持續(xù)速生豐產(chǎn)栽培技術提供理論依據(jù)。【方法】 以湖南省安化縣不同平茬代次及生長時間的厚樸林分為研究對象，采用單因素方差分析方法研究其樹高、胸徑、樹皮產(chǎn)量、樹皮厚度及厚樸酚類成分的含量差異?！窘Y(jié)果】 平茬能顯著提高厚樸樹高、胸徑、樹皮產(chǎn)量的年平均增長率，1～2代厚樸生長6年后，其樹高、胸徑及樹皮產(chǎn)量分別與生長8年的對照厚樸相似； 生長8年的1～2代厚樸，則分別與生長10～12年的對照厚樸相似。樹皮厚度與平茬代次呈顯著負相關，平茬后樹皮厚度的年增加率顯著低于未平茬厚樸。平茬后萌生植株藥用有效成分含量得以迅速積累，生長6～8年的1代厚樸酚類成分含量分別接近生長8～12年的對照厚樸； 2代厚樸酚類成分積累的速度顯著低于1代厚樸，但生長6～8年植株的厚樸酚類成分含量仍符合《中國藥典》要求。平茬3次后厚樸樹皮薄且脆，有效成分含量極低，失去利用的價值。【結(jié)論】 平茬技術有利于厚樸林地生產(chǎn)力的恢復與重建，平茬后厚樸植株生長及藥用有效成分含量均能迅速恢復，使厚樸收益期提前3～4年，具有很高的經(jīng)濟和社會效益。

厚樸； 平茬； 更新代次； 生長年限

厚樸(Magnoliaofficinalis)為木蘭科(Mangonoliaceae) 厚樸屬植物，其干燥根皮、干皮和枝皮可入藥，性辛苦溫，有燥濕消痰、下氣除滿之功效(國家藥典委員會, 2005)。厚樸主要藥用有效成分為厚樸酚與和厚樸酚?，F(xiàn)代藥理研究表明，其酚類成分能有效對抗各類炎癥(Miyasakietal., 2013)，促進慢性粒細胞白血病患者淋巴細胞凋亡(Lietal., 2014)，對肝癌、膀胱癌、皮膚癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌等多種癌癥具有良好的功效(Chilampallietal., 2011; Tsaietal., 2014; Zhouetal., 2013; Hahmetal., 2014; Changetal., 2013)； 同時，其有效成分能清除體內(nèi)自由基，保護心腦血管(Hoetal., 2012)，是有效的抗焦慮藥(Lietal., 2013)、鎮(zhèn)靜劑和抗驚厥藥物(Chuangetal., 2013)，還能有效治療因記憶衰退引起的阿爾茲海默病(Leeetal., 2012)， 并且對因高脂飲食造成的脂肪肝有很好的療效(Zhangetal., 2014)。

厚樸需生長10年以上才能剝皮利用，資源的生長速度遠遠趕不上資源的利用速度(楊洪兵等, 2007; 諶金吾等, 2013)。厚樸栽培投資回收期較長，且易受藥材行情波動的影響，極大地損傷了農(nóng)民的栽培積極性。厚樸基部萌蘗能力強，一直是營林中的一項不利因素。在湖北恩施、湖南永道等厚樸主要栽培區(qū)，農(nóng)民自發(fā)形成收割平茬后保留主根，在次年主根萌發(fā)新稍，新植株生長6～7年之后再平茬1代，循環(huán)砍伐3次的栽培方法。這種方法培育的萌蘗苗沒有緩苗期，植株在基徑、胸徑、樹高等方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢(林先明等, 2009)，利用HPLC指紋圖譜研究其藥用有效成分，結(jié)果顯示平茬植株符合藥用要求(陳玲, 2006)。平茬技術不僅可以縮短厚樸緩苗期，提高厚樸林分利用期限，具有較好的經(jīng)濟效益，而且可避免砍樹挖篼造成的水土流失，具有良好的生態(tài)效益。本研究探討平茬更新不同代次及其生長年限對厚樸生長及藥用有效成分的積累動態(tài)，以期為厚樸可持續(xù)速生豐產(chǎn)栽培技術提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地及林分概況

試驗地湖南省安化縣辰山林場位于雪峰山脈北端九龍池山系，地理位置為119°19′E，28°29′N，海拔950～1 020 m，土壤以黃壤和棕黃壤為主。

試驗選擇辰山林場培育的良種厚樸1代純林，林分密度1.5 m×2 m，經(jīng)營管理模式為中等強度管理，造林前3年每年撫育2次，所選擇的林分均生長于向陽的上坡位。

1.2 厚樸平茬再生方式

試驗所有平茬工作由辰山林場完成并記錄。使用油鋸對生長12年以上的厚樸進行平茬，保持斷面平齊，皮不受損傷，平茬面與土壤齊平； 平茬后于當年5～6月，在樹兜基部噴施100 mol·L-1的吲哚乙酸10～20 mL，平茬前在樹冠投影外圍開環(huán)狀溝施肥，每株施沼液5 kg或腐熟餅肥2 kg(2種肥料肥效相當)。

1.3 調(diào)查樣地選取和調(diào)查方法

選取不同平茬代次及生長4，6，8，10，12年的厚樸實生苗為對照。 在實生苗生長12年時進行第1次平茬，生長2，4，6，8年的萌生植株，稱為1代厚樸； 在1代厚樸生長8年后進行第2次平茬，生長2，4，6，8年的萌生植株，稱為2代厚樸； 在2代厚樸生長8年后進行第3次平茬，生長2，4年的萌生植株，稱為3代厚樸。每林分隨機選取30株植株，測量樹高及胸徑。隨機選取3株植株，齊地面伐倒后剝皮測其鮮質(zhì)量，并曬干折成干質(zhì)量，所得數(shù)據(jù)為厚樸樹皮產(chǎn)量。每林分隨機選取10株植株，選擇離地1 m的樹干，割取寬約5 cm、高約10 cm的樹皮，采用游標卡尺測量樹皮厚度，用樹高、胸徑及樹皮厚度與生長年限的比值計算連年平均生長量。刮去外層栓皮，粉碎后將林分內(nèi)所有個體混合，過60目篩備用。1.4 厚樸酚與和厚樸酚含量測定

厚樸酚類物質(zhì)的含量測定參照2010版《中國藥典》的方法(國家藥典委員會, 2010)。

1.4.1 色譜條件與系統(tǒng)適用性試驗 以十八烷基硅烷鍵合硅膠為填充劑；以甲醇-水(78∶22)為流動相，檢測波長為294 nm。理論板數(shù)按厚樸酚峰計算應不低于3 800。

1.4.2 對照品溶液的制備 取厚樸酚對照品、和厚樸酚對照品適量，精密稱定，加甲醇分別制成每1 mL含厚樸酚40 μg、和厚樸酚24 μg的溶液。

1.4.3 供試品溶液的制備 取本品粉末(過3號篩)約0.2 g，精密稱定，置具塞錐形瓶中，精密加入甲醇25 mL，搖勻，密塞，浸漬24 h，過濾，精密量取續(xù)濾液5 mL置25 mL量瓶中，加甲醇至刻度，搖勻。

1.4.4 有效成分的測定 分別精密吸取2種對照品溶液各4 μL與供試品溶液3～5 μL，注入液相色譜儀，測定。以上所有樣品重復3次。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用PASW18單因素方差分析計算不同平茬代次及生長年限之間的厚樸胸徑、樹高等等指標差異，并用Excel2007及Origin8 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 平茬代次及生長年限對厚樸樹高和胸徑生長的影響

平茬代次及生長年限對厚樸樹高生長的影響見圖1。平茬前厚樸的樹高生長隨生長年限增加呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，其轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在8年左右，前8年厚樸樹高年均增長量為0.87 m，8年之后樹高增長速度減緩，僅為0.32 m。1～3代厚樸一直保持高速增長趨勢，樹高年均增長為1.24，1.18和1.12 m。平茬3次后大部分厚樸根逐漸腐爛，喪失了再生能力，但萌生植株還能保持較高的生長速率。為了進一步說明平茬代次對厚樸樹高生長的影響，本研究比較了相同生長年限不同平茬代次的厚樸樹高。結(jié)果表明，平茬后，萌生植株的樹高顯著高于平茬前，平茬1～2代厚樸生長6～8年的樹高分別與未平茬生長8～10年的厚樸相當。

圖1 不同平茬代次及生長年限的厚樸樹高生長差異Fig.1 Differences in height growth among different rotations and growth time

圖2 不同平茬代次及生長年限的厚樸胸徑生長差異Fig.2 Differences in DBH among different rotations and growth time

平茬代次及生長年限對厚樸胸徑生長的影響見圖2。與樹高生長相似，未平茬厚樸的胸徑生長隨生長年限增加同樣呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，10年左右出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點，前10年厚樸胸徑年均增長量為9.03 mm，10年后下降至1.55 mm，1～3代厚樸胸徑生長速率均顯著高于對照，年均增長量依次為11.67，10.44和12.45 mm。對不同平茬代次相同生長年限厚樸的胸徑生長狀況進行比較，結(jié)果顯示，平茬后新植株的胸徑顯著高于平茬前。1代厚樸生長6年后，胸徑與生長8年的對照植株相似，而生長8年的植株胸徑甚至超過生長12年的對照厚樸； 2代厚樸生長6年的植株胸徑接近生長8年的對照厚樸，而生長8年的植株胸徑也接近生長12年的對照厚樸，平茬3次后大部分厚樸根逐漸腐爛，失去利用價值。2.2 平茬代次及生長年限對厚樸樹皮產(chǎn)量的影響

厚樸的樹皮產(chǎn)量是指用作藥材部分的干皮、枝皮、根皮干質(zhì)量的總和，通常生產(chǎn)上最主要的是干皮，本文的樹皮產(chǎn)量即指厚樸干皮的干質(zhì)量。對平茬前后不同生長年限厚樸的產(chǎn)量分析見圖3。未平茬的對照厚樸的樹皮產(chǎn)量同樣隨生長年限增加呈現(xiàn)先快后慢的趨勢，其轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在10年左右，前10年厚樸樹皮產(chǎn)量的年均增長量為0.55 kg，10年后下降至0.12 kg。平茬后隨生長年限增加厚樸樹皮產(chǎn)量顯著增加，1，2代厚樸樹皮產(chǎn)量的年均增長量為0.74，0.64 kg，3代厚樸因生長年限不足其產(chǎn)量較低。為了進一步說明平茬代次對厚樸樹皮產(chǎn)量的影響，本研究比較了相同生長年限不同平茬代次厚樸的樹皮產(chǎn)量。結(jié)果表明，平茬后，厚樸樹皮產(chǎn)量迅速增加，1～2代厚樸生長6年后，其樹皮產(chǎn)量分別與生長8年的對照厚樸相似，1～2代厚樸生長8年后，樹皮產(chǎn)量則分別與生長10～12年的對照厚樸相當。

圖3 不同平茬代次及生長年限的對厚樸樹皮產(chǎn)量差異Fig.3 Differences in bark yield among different rotations and growth time

2.3 平茬代次及生長年限對厚樸樹皮厚度的影響

樹皮厚度是決定厚樸質(zhì)量的重要指標之一。平茬前后不同生長年限厚樸樹皮厚度的生長狀況見圖4。厚樸樹皮厚度與平茬代次呈顯著負相關，未平茬厚樸樹皮厚度在6年時已達到藥用要求，但由于在8～12年處于快速增長期。因此出于對厚樸產(chǎn)量和質(zhì)量的考慮，一般厚樸栽培10～12年后砍伐質(zhì)量最佳； 1代厚樸樹皮厚度生長6年后可達到藥用要求，此后逐年增加，但增加的幅度顯著低于平茬前。2代厚樸樹皮厚度達不到藥用要求，一般可做提取用，3代厚樸樹皮極薄且脆，失去利用價值。

圖4 不同平茬代次及生長年限的厚樸樹皮厚度生長差異Fig.4 Differences in bark thickness among different rotations and growth time

2.4 平茬代次及生長年限對厚樸樹皮藥用有效成分含量的影響

厚樸酚與和厚樸酚是厚樸的主要藥用成分，其含量高低通常用來指示厚樸質(zhì)量的優(yōu)劣。 1998版《中國藥典》規(guī)定厚樸酚與和厚樸酚總量不得低于3.0%， 2005年后各版《中國藥典》規(guī)定厚樸酚與和厚樸酚總量不得低于2.0%。

平茬后不同生長年限厚樸藥用有效成分含量見圖5和表1。生長6年的對照厚樸，其酚類成分含量就達到藥典規(guī)定的要求，此后逐年增加，到8～12年進入快速積累階段，生長12年的厚樸其酚類成分總量可達到5.52%； 平茬后由于根部提供營養(yǎng)，可使萌生植株有效成分含量得以迅速積累，生長6年的1代厚樸其酚類成分含量顯著高于平茬前生長6年的植株，而生長8年的1代厚樸酚類成分含量則接近平茬前生長12年的植株； 2代植株根系提供營養(yǎng)能力大大降低，厚樸酚類成分積累速度也顯著低于1代厚樸，但平茬2代生長6～8年的厚樸酚類成分含量仍可達到藥典規(guī)定的要求； 3代植株中厚樸酚類成分含量極低，不再有利用價值。

圖5 不同平茬代次及生長年限植株厚樸酚類色譜Fig.5 Chromatogram map of phenols content of different rotations and growth time

平茬代次Harvestrotation生長年限Growthtime/a厚樸酚Magnolocontent(%)和厚樸酚Honokiolcontent(%)厚樸酚總量Totalphenolscontent(%)未平茬Rotation040897±0021h0383±0025f1281±0009h61922±0020ef0829±0061e2749±0041f82054±0130e1084±0027d3135±0158e102654±0081d1255±0031c3909±0111d123986±0120a1614±0155b5601±0085a平茬1代Rotation120537±0151g0164±0014g0700±0290i40952±0050h0355±0033f1306±0083h62960±0151c1317±0121c4277±0270c83367±0416b1779±0205a5445±0294b平茬2代Rotation220414±0151g0107±0086g0531±0072i41045±0055h0393±0058f1438±0113h61768±0167fg0676±0031e2444±0190g81647±0109g0765±0055e2444±0190g平茬3代Rotation320128±0035i0045±0050g0172±0400j40061±0100i0134±0056g0195±0035j

3 討論

厚樸是具有高萌蘗能力的樹種，在野外狀態(tài)下以萌生更新為主(楊旭等, 2013)，而這種高萌蘗能力卻成為厚樸營林中的不利因素。若科學利用，則可顯著延長厚樸藥材林分利用年限，降低林分營建成本，提高林分的經(jīng)濟效益。本研究表明，平茬后厚樸樹高、胸徑、樹皮產(chǎn)量及藥用有效成分的積累速度都顯著高于平茬前，說明厚樸在受到機械傷害后，可對失去的組織進行補償生長。目前對萌蘗植物破壞后的再生生長機制已有眾多研究。首先，地上部分的破壞導致根冠比嚴重失調(diào)，原有龐大根系吸收的水分及根系儲藏的營養(yǎng)物質(zhì)供給有限的地上組織，導致剩余組織的相對生長速率大幅度增大(Trmnbleetal., 1993)； 其次，植株再生葉片幼嫩，具有較強的光合效率，可使可溶性碳水化合物含量增加等(李躍強等, 1996)； 再次，地上組織被破壞后，引起體內(nèi)激素含量的變化，頂端優(yōu)勢消失，細胞分裂素(CK3)含量顯著增加，IAA/CK3減小，促進細胞分裂及生長，促使α-淀粉酶活性提高，最終使得根系儲存的淀粉大量水解，為地上枝條的快速恢復提供原料(Van Dametal., 2001)； 最后，合成地上組織生長所需蛋白質(zhì)以氨基酸的形式迅速合成，儲藏在根、枝干和皮層等部位，為植株再生生長和組織恢復提供有利的物質(zhì)基礎和能量來源(張海娜等, 2011)。平茬后厚樸的生長速率要顯著高于平茬前，植株莖干、皮層部分都可能產(chǎn)生超補償，使得植株胸徑和樹皮厚度提前3～4年恢復到平茬前水平。

木本植物受到嚴重傷害時，會使植物重返幼年相，提高再生組織的防御水平 (Bryantetal., 1983)。這種防御包括形態(tài)學的防御，例如刺槐(Robiniapseudoaca)刺長增加(Grubb, 1992)、懸鉤子(Rubushispidus)和楤木屬(Aralia)植物皮刺增加(Abrahamson, 1975； Pollard, 1992)、異株蕁麻(Urticadioica)刺毛密度增加(Pullinetal., 1989)，還包括化學防御，如次生代謝產(chǎn)物的增加。厚樸酚、和厚樸酚是一類由苯丙素雙分子聚合而成的天然化合物，屬于木脂素類物質(zhì)，在其生物轉(zhuǎn)化過程中L-苯丙氨酸解氨酶(L-phenylalanin ammo-nialyase PAL)具有重要的作用(Amblardetal., 2007)。因此，萌蘗植株中產(chǎn)生的包括苯丙氨酸在內(nèi)的大量游離氨基酸為厚樸酚類的合成提供了物質(zhì)基礎，使得再生厚樸中酚類物質(zhì)含量迅速增加，實現(xiàn)了次生代謝產(chǎn)物的超補償。

另一方面，厚樸的萌芽能力隨砍伐次數(shù)及伐樁年齡的增大而逐漸下降，這與大多數(shù)闊葉樹種的研究結(jié)果(方升佐等, 2010; 田野等, 2012)相似。這可能是由于地上部分的多次移除會減少養(yǎng)分向根系的回流，造成下一代次根系生長量降低(Ruessetal., 1998; Wildyetal., 2002)。此外，不斷重復采伐大大增加了病菌侵染和內(nèi)部生理失調(diào)的危險，從而導致母樹樁死亡(Strong, 1989)。

對湖南省安化縣厚樸林的平茬研究顯示，平茬有利于厚樸林地生產(chǎn)力和生態(tài)環(huán)境的恢復與重建。但由于該縣厚樸產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，藥農(nóng)對生長12年左右的0代厚樸和生長8年左右的1～2代厚樸就開始采伐，因此本研究還缺乏更寬年齡的厚樸樣本。厚樸林分更新能力維持是一個非常復雜的問題，與不定芽的萌發(fā)能力、根系的生存力、伐樁的死亡率、地力的下降等方面密切相關，這些都有待于今后進一步研究，為厚樸乃至皮類藥材資源的可持續(xù)利用提供更多的實踐指導。

4 結(jié)論

采用單因素方差分析研究不同平茬代次及生長年限的厚樸樹高、胸徑、樹皮產(chǎn)量、樹皮厚度及酚類成分的含量差異得知，平茬1～2次的厚樸，其樹高、胸徑及樹皮產(chǎn)量與未平茬前的對照厚樸相比，可提前3～4年達到收益期； 平茬后樹皮厚度顯著低于未平茬厚樸； 平茬1次后萌生植株藥用有效成分含量得以迅速積累，生長6～8年可達到藥典要求，平茬2次后厚樸酚類成分的積累速度有所下降，平茬3次后厚樸無利用價值。這說明平茬能顯著提高厚樸樹高、胸徑和樹皮產(chǎn)量的年均增長量，使厚樸提前進入收益期，具有很高的經(jīng)濟和社會效益。平茬次數(shù)以1～2次為宜。

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(責任編輯 王艷娜 郭廣榮)

Effects of Harvest Rotations and Growth Time on Growth and Medicinal Active Ingredient Content ofMagnoliaofficinalis

Yang Xu Yang Zhiling Wang Lina

(ResearchInstituteofSubtropicalForestry,CAFFuyang311400)

【Objective】 Harvest rotations are applied by foresters to reduce the length of the period of growing cycle forHoupo?aOfficinalisculture. The aim of this study was to explore the effects of harvest rotations and growth time on growth and medicinal active ingredient content ofMagnoliaofficinalis, and provide the theoretical basis for cultivation techniques. 【Method】 This study was conducted inM.officinalis. plantations with different rotations and stand ages in Anhua County, Hunan Province, and the growth performance, including tree height, diameter at breast height (DBH), bark yield, bark thickness and the accumulation of secondary metabolites such as honokiol and magnolol in bark were examined. 【Result】 The results showed that stumping significantly enhanced the growth rate of DBH, tree height and bark yield. The six-year-old plants with 1-2 rotations were similar in DBH, tree height and bark yield to the eight-year-old plants without rotation. Bark thickness was significantly and negatively correlated with rotations. The content of secondary metabolites accumulated rapidly after stumping, and the content in bark of 6-8-year-old plants with one rotation closed to that of 8-12-year-old plants without rotation. The accumulation of secondary metabolites in rotation 2 was significantly slower than generation one. The bark became thin and with low content of secondary metabolites after rotation 3 and then the root gradually decomposed. 【Conclusion】 The stumping method plays an important role inM.officinalisstand restoration which can facilitate the plant growth and secondary metabolite accumulation. This culture method can enable the forester profit earlier 3-4 years fromM.officinaliscultivation.

Houpo?aofficinalis; stumping; harvest rotation; growing time

10.11707/j.1001-7488.20170106

2015-07-15；

2016-12-14。

國家自然科學基金項目(31270585)

S759.82

A

1001-7488(2017)01-0047-07

*楊志玲為通訊作者。本文的平茬試驗工作由湖南省安化縣林業(yè)局及辰山林場有關人員完成，在此致以誠摯的謝意！