宋 科,秦 秦,鄭憲清,顧富家,孫麗娟,孫雅菲,呂衛(wèi)光,薛 永*

(1上海市農業(yè)科學院生態(tài)環(huán)境保護研究所,上海 201403;2農業(yè)部上海農業(yè)環(huán)境與耕地保育科學觀測實驗站,上海 201403;3上海沃儂農產品專業(yè)合作社,上海 202150)

姜黃(Curcuma)是姜科多年生根莖植物,集香料、藥用、觀賞和染料等多種用途于一身,具有很高的經濟價值[1]。姜黃種植在世界上許多溫暖的地區(qū),包括中國、日本、印度、馬來西亞、泰國、越南等國和中美洲[2]。不同種類的姜黃受到不同氣候環(huán)境和土壤類型的影響,產量和品質具有較大差異,在確定的單一氣候環(huán)境下,優(yōu)良的種質選擇和良好的土壤養(yǎng)分供應是促進姜黃優(yōu)質高產的保障[3]。日本在19世紀70年代就從馬來西亞引種姜黃,在確保姜黃產量和品質的前提下,更注重以藥用為目的的種質選育與研究,主要評價其經濟性狀和主要藥用成分[4-5]。如小春天海等[6]對從世界各地收集的331份姜黃植株進行了優(yōu)良株系的評價,篩選出7個姜黃優(yōu)良株系,在日本沖繩和崗山等地區(qū)廣泛種植,產生了巨大的經濟效益。中國科學院西雙版納熱帶植物園從20世紀60年代開始對姜科植物進行收集馴化與保存工作,主要以國內和東南亞國家的熱帶和亞熱帶野生姜科植物種質資源遷地保護為主,現(xiàn)保存野生姜科植物16屬170余種,多個種類已經在云南和四川等地廣泛種植[7]。

上海崇明島是我國最大的河口沖積島,地處東經121°10′—121°54′,北緯31°27′—31°51′,與四川省處于同一緯度帶,島上地勢低平,土壤肥沃,氣候溫潤,陽光充足,屬海洋性季風氣候,與日本島具有相似的氣候條件,適合藏紅花等藥用植物的種植與生長[8]。崇明島是一座“生態(tài)島”,重點發(fā)展綠色食品,休閑旅游和生態(tài)農業(yè)。為了豐富島上高價值經濟作物種質資源,選育適合崇明島種植的特色植物,本研究于2018年3月從日本的沖繩、崗山和中國四川引種了6個姜黃種,通過田間試驗對比研究不同姜黃種的植物學性狀、產量、姜黃素和揮發(fā)油含量的差異,旨在為選育適合在崇明島種植的高產優(yōu)質姜黃提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

田間試驗在上海市崇明區(qū)現(xiàn)代農業(yè)園區(qū)實驗基地(121°33′47″,31°41′20″)進行。崇明區(qū)地處北亞熱帶,具有顯著的季風氣候特征,四季分明,雨水充沛,年平均氣溫15.3℃,降水量1 003.7 mm,日照時數(shù)2 104 h,日照百分率47%,全年無霜期229 d。研究地點的土壤是河口沖積新成土[9],耕層土壤有機質含量16.34 g/kg,全氮含量0.96 g/kg,堿解氮含量73.35 mg/kg,有效磷含量35.62 mg/kg,速效鉀含量96.73 mg/kg,pH 8.10(水土比5∶1)。

1.2 供試材料

分別從日本的沖繩、崗山和中國四川選擇6個姜黃種,用于引種試驗,其中從日本沖繩選擇的3個種分別為姜黃(Curcuma longaL.)、古林箐姜黃(Curcuma gulinqingensis)和童氏姜黃(Curcuma tongii),從日本崗山選擇的2個種分別為英德姜黃(Curcuma yingdeensis)和黃紅姜黃(Curcuma zanthorrhiza),從中國四川選擇的1個種為極苦姜黃(Curcuma amarissima)[10]。這些姜黃材料從已發(fā)布的姜黃種質資源和最有種植前景的種類中選取,由中國科學院植物研究所張樹仁副研究員鑒定[11]。

1.3 試驗設計

試驗分別于2018年和2019年種植2季姜黃,2018年4月20日種植第一季,2018年12月26日采收;2019年4月12日種植第二季,2019年12月23日采收。種植時每個種的姜黃取10.0 kg的健康根莖,從根莖中分取出(60±5)g小塊,每個種共分取出90份小塊,按照0.6 m×0.6 m的種植規(guī)格進行穴植,30穴為1小區(qū),每個小區(qū)的面積為3×4=12 m2,每個姜黃種設置3個重復,共設置18個種植小區(qū),各小區(qū)按隨機區(qū)組排列。小區(qū)之間設置田埂,田埂用塑料膜包裹隔開。在整個研究期間,各小區(qū)統(tǒng)一施肥管理,施肥以有機肥為主,播種前每小區(qū)施用商品有機肥50 kg和過磷酸鈣1 kg作為基肥。在栽種后30 d和60 d每個小區(qū)分別追肥尿素1 kg。分別于2018年11月16日和2019年11月14日姜黃成熟期對各小區(qū)姜黃的株高、假莖數(shù)、葉片數(shù)進行觀測記錄。于姜黃采收時稱重,測定每個小區(qū)的姜黃鮮重,并選擇健康根莖測定姜黃素和揮發(fā)油含量。

1.4 樣品測定

將收獲的新鮮姜黃根莖用水煮沸然后曬干,測定固化率和干物質重。用水煮沸是為了減少干燥時間,這種沸騰和干燥的過程稱為固化。每個種的姜黃取1 kg新鮮的根莖在水中煮沸1 h,并在陽光下曬干24 h(約3 d,8 h/d)以達到大約10%的水分含量。通過鮮重和干重之間的差異計算固化率。根據(jù)單株新鮮產量及其每個姜黃種的固化率計算干物質重。

將收獲的姜黃根莖徹底洗凈以除去黏附的土壤,然后日曬干燥至8.0%水分;使用混合研磨機將干燥的根莖磨成粉,過0.5 mm篩孔;用乙醇提取根莖粉中的姜黃素,并使用分光光度計在425 nm處測量吸光度,測定姜黃素含量。

取10 g上述研磨的姜黃粉末,置于燒瓶中,加入500 mL蒸餾水與玻璃珠,搖勻混合后,連接揮發(fā)油測定器與回流冷凝管;在電爐上加熱并保持沸騰5 h,至測定器中油量不再增加,停止加熱,冷卻并放置1 h以上,讀取揮發(fā)油量并計算揮發(fā)油含量。

1.5 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)經Excel 2010整理后,采用SPSS 17.0軟件進行方差分析,比較不同姜黃種植物學性狀、產量、姜黃素和揮發(fā)油含量之間的差異。不同處理之間多重比較采用Tukey方法,采用Origin 8.0軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同姜黃種的植物學性狀

如表1所示,在6個姜黃種中,來自沖繩的姜黃株高最高,顯著高于其他種,來自崗山的黃紅姜黃株高最矮,顯著低于其他種,另外4個姜黃種株高沒有顯著差異。四川的極苦姜黃假莖數(shù)最多,其次為崗山的英德姜黃和沖繩姜黃,而沖繩的古林箐姜黃、童氏姜黃和崗山的黃紅姜黃假莖數(shù)相對較少。沖繩姜黃每株植物的葉片數(shù)較多,其次是沖繩古林箐姜黃和四川極苦姜黃,其余3個種的葉片數(shù)較少。6個姜黃種的株高、假莖數(shù)和葉片數(shù)在2018年和2019年表現(xiàn)出基本相同的規(guī)律,表明各姜黃種在崇明地區(qū)的種植性狀比較穩(wěn)定。

表1 不同姜黃種植株的株高、假莖數(shù)和葉片數(shù)Table 1 Plant height,number of false stems and leaves of different Curcuma species

2.2 不同姜黃種的單株鮮重、固化率和干物質重

如表2所示,2018年,沖繩姜黃單株鮮重865.21 g,干物質重254.20 g,固化率達到29.38%,高于其他種。英德姜黃和極苦姜黃單株鮮重分別為787.38 g和764.22 g,高于童氏姜黃、古林箐姜黃和黃紅姜黃。黃紅姜黃固化率和干物質產量均最低,分別為21.82%和107.08 g。2019年的統(tǒng)計結果與2018年相似。

表2 不同姜黃種的單株鮮重、固化率和干物質重Table 2 Fresh weight,solidification rate and dry matter weight per plant of different Curcuma species

2.3 不同姜黃種的姜黃素和揮發(fā)油含量

如圖1、2所示,不同姜黃種的姜黃素和揮發(fā)油含量存在一定差異。其中,沖繩姜黃的姜黃素含量最高(1.63%),古林箐姜黃含量最低(0.85%),兩者差異顯著。沖繩姜黃(7.32 mL/g)和四川極苦姜黃(6.89 mL/g)的揮發(fā)油含量較高,顯著高于崗山英德姜黃(5.83 mL/g)和崗山黃紅姜黃(5.53 mL/g),沖繩古林箐姜黃(3.57 mL/g)揮發(fā)油含量最低,顯著低于其他種。

圖1 不同姜黃種的姜黃素含量Fig.1 Curcumin content of different Curcum a species

圖2 不同姜黃種的揮發(fā)油含量Fig.2 Volatile oil content of different Curcuma species

2.4 不同姜黃種的產量

如表3所示,2018年和2019年沖繩姜黃產量均為最高,2年平均產量達到24.07 t/hm2,顯著高于其他姜黃種;其次是崗山英德姜黃和四川極苦姜黃,崗山黃紅姜黃產量最低,平均為13.89 t/hm2。沖繩姜黃的產量不僅高于來自日本的其他4個姜黃種,也高于從我國四川引種的極苦姜黃,說明日本沖繩姜黃在崇明地區(qū)種植的產量潛力最高。

表3 不同姜黃種的產量Table 3 Yield of different Curcuma species t·hm-2

3 結論與討論

世界上已知的姜黃植物大約有70種之多,栽培于中國和日本的超過10種[12]。為了選育出適合在崇明地區(qū)種植的優(yōu)良姜黃,本研究于2018年和2019年對6個姜黃種進行了田間試驗。結果表明:沖繩姜黃的株高和葉片數(shù)均高于其他姜黃種,單株鮮重和產量均為沖繩姜黃＞崗山英德姜黃＞四川極苦姜黃＞沖繩童氏姜黃＞沖繩古林箐姜黃＞崗山黃紅姜黃,固化率也基本呈現(xiàn)相同的規(guī)律,提示不同的區(qū)域和環(huán)境不是導致姜黃產量差異的主要原因,基因型可能是導致產量差異的主要因素。在6個種中沖繩姜黃產量最高,除了其植物生長參數(shù)更好外,該姜黃種的根莖節(jié)多而密、姜塊多、雙層或多層排列緊密也是其產量高的主要原因。研究還發(fā)現(xiàn),沖繩姜黃與四川極苦姜黃的出苗率高、苗數(shù)多,更適合崇明地區(qū)的氣候條件,產量也相對較高。Sasikumar[13]和Sarangthem等[14]也認為姜黃種之間在植物生長、根莖屬性和根莖產量方面的差異性導致了姜黃產量的差異。

姜黃素和揮發(fā)油是從姜黃中提取的主要活性成分,是評價姜黃藥理作用的主要指標[15]。本研究6個姜黃種中沖繩姜黃的姜黃素含量最高,古林箐姜黃含量最低;沖繩姜黃和四川極苦姜黃的揮發(fā)油含量也較高,顯著高于其他4個姜黃種。有研究認為,姜黃素和揮發(fā)油的含量除了受到不同種類和基因型的影響外,土壤中有機物質的含量也是重要的影響因素[16]。本研究是在相同的土壤環(huán)境條件下種植不同種類的姜黃種,所以造成姜黃素和揮發(fā)油含量差異的主要因素是不同的姜黃種。綜合比較結果表明:沖繩姜黃所含有的姜黃素和揮發(fā)油含量均最高,品質相對更好。

綜上,沖繩姜黃的株高和葉片數(shù)等生長性狀較好,單株鮮重和產量最高,姜黃素和揮發(fā)油等主要活性成分含量也最高,表明該姜黃種適合崇明地區(qū)的氣候條件,具有較大的種植和發(fā)展?jié)摿Α?/p>