靳鵬博 常暉 楊祎辰 王二歡 王繼強 劉峰 馬存德
摘要 [目的]明確黃精植株構(gòu)件的生長規(guī)律與地下部分各部位有效成分含量的積累動態(tài)。[方法]以2年生黃精為研究對象,黃精出苗后連續(xù)采樣,測量根莖、新生根莖、須根、莖、葉、果實等構(gòu)件的形態(tài)、數(shù)量和生物量,并測定地下部分各部位的黃精多糖、總皂苷和浸出物含量。[結(jié)果]黃精出苗后根系生物量不斷積累,地上部分出苗后40 d內(nèi)迅速生長,之后大多生長指標(biāo)小幅度增加,至8月左右地上部分莖葉有所脫落,10月上旬地上部分枯萎回苗;地下部分在出苗40~100 d迅速生長,之后增長幅度減緩;須根的黃精多糖、總皂苷和浸出物含量均顯著低于根莖(P<0.05),但收獲期的須根多糖含量可達(dá)到根莖的84.50%,總皂苷和浸出物含量分別僅為根莖的35.72%、48.68%,這為黃精須根以多糖類材料開發(fā)大健康產(chǎn)品提供了依據(jù);與原生根莖相比,新生根莖在形成的60 d內(nèi)多糖含量顯著較低(P<0.05),總皂苷含量顯著較高(P<0.05);收獲期時,黃精地下部分各部位以上3類有效成分含量排序穩(wěn)定,依次為根莖>新根莖>須根。[結(jié)論]該研究為黃精非藥用部位的開發(fā)利用提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞 黃精;植株構(gòu)件;生物量;多糖;總皂苷;浸出物;積累動態(tài)
中圖分類號 S567.23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611(2023)09-0155-05
doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2023.09.038
Abstract [Objective]To clarify the growth law of plant structural biomass of Polygonatum sibiricum and the accumulation dynamics of active component content in various parts of its underground part.[Method]Taking twoyearold P. sibiricum as the research object and sampling continuously after emergence, the morphology, quantity and biomass of rhizomes, new rhizomes, fibrous roots, stems, leaves, fruits and other structural biomass were measured, and the contents of polysaccharide, total saponins and extracts in various parts of the underground part of P. sibiricum. [Result]The root biomass accumulated continuously after the emergence of P.sibiricum, the aboveground part grew rapidly within 40 days after the emergence, and the most growth indexes increased slightly. The aboveground part of the stem and leaf fell off by about August, and the aboveground part withered and returned to the seedling in early October.The underground part growed rapidly from 40 d to 100 d after emergence, and then the growth rate slowed down.The contents of polysaccharide, total saponin and extract of P.sibiricum in fibrous roots were significantly lower than those in rhizomes (P<0.05), but the content of polysaccharide in fibrous roots during harvest could reach 84.50% of rhizomes, the content of total saponins and of extract was 35.72% and 48.68%, which provided a basis for P.sibiricum fibrous roots to develop healthy products with polysaccharides.Compared with the original rhizome, the polysaccharide content of the new rhizome was significantly lower (P<0.05) and the total saponin content was significantly higher (P<0.05).During the harvest period, the contents of the above three kinds of effective components in each part of the underground part of P.sibiricum were in stable order: rhizome > new rhizome > fibrous root. [Conclusion] This study provides a theoretical basis for the development and utilization of non medicinal parts of P.sibiricum.
Key words Polygonatum sibiricum;Plant component;Biomass;Polysaccharide;Total saponins;Extract;Accumulation dynamic
基金項目 陜西省重點研發(fā)專項(2023-YBSF-414,2021SF-389);陜西省中醫(yī)藥管理局項目(2021-QYZL-01,2021-QYPT-001,SZY-KJCYC-2023-038);國家中醫(yī)藥管理局項目(財社〔2018〕43號,財社〔2019〕39號)。
作者簡介 靳鵬博(1992—),男,陜西銅川人,主管藥師,碩士,從事藥用植物規(guī)范化栽培及藥材質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究。
*通信作者,主管藥師,碩士,從事中藥資源與生態(tài)種植研究。
植株是植物各個器官的總和,也可以說是其所有構(gòu)件組成的統(tǒng)一整體,植物的生長發(fā)育和植株各個構(gòu)件有著密切的關(guān)系[1]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,人們通過改變植株的一些構(gòu)件的形態(tài)或數(shù)量,使目標(biāo)器官形態(tài)或數(shù)量朝著人們期望的方向發(fā)展,甚至改變器官內(nèi)部結(jié)構(gòu)或一些成分的含量。李漓等[2]通過摘除花蕾提升了藥材玄參的產(chǎn)量;張思唯等[3]研究發(fā)現(xiàn)打頂時期對雪茄煙葉的總氮、蛋白質(zhì)和煙堿含量會有不同程度的影響,并且初花打頂可改善雪茄煙葉口感;趙國棟等[4]通過不同時期對蘋果樹進(jìn)行拉枝,改變蘋果樹的構(gòu)件結(jié)構(gòu),達(dá)到提升蘋果產(chǎn)量、提升品質(zhì)的效果。
黃精(Polygonatum sibiricum Red.)為百合科黃精屬多年生草本植物,以根莖入藥,習(xí)稱“雞頭黃精”,分布于我國北方多省份,因其藥食同源的特性,近年來已成為開發(fā)大健康產(chǎn)品的重要目標(biāo)[5-6]。目前黃精生產(chǎn)上還存在種植周期長、種植多為山區(qū)、引入機(jī)械化難度大、人工栽培根莖“雞頭”性狀變異、加工炮制無相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)量和品質(zhì)仍需提升等問題,與之相關(guān)的研究也不斷報道。該研究對黃精植株的構(gòu)件生長和有效成分積累變化進(jìn)行了研究,并闡述黃精植株各構(gòu)件的生長特性,為黃精非藥用部位的開發(fā)利用提供了理論依據(jù),以期解決目前黃精種植生產(chǎn)過程中存在的問題。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
試驗所用材料為黃精無性繁殖得到的種根莖,由陜西步長制藥有限公司黃精GAP基地提供,經(jīng)陜西國際商貿(mào)學(xué)院馬存德副主任藥師鑒定為百合科植物黃精(Polygonatum sibiricum Red.)。
1.2 儀器和試劑
DHG-9243A鼓風(fēng)干燥箱(上海精其儀器有限公司),MNT-150游標(biāo)卡尺(上海美耐特實業(yè)有限公司),OHAUS-AX124ZH電子天平[奧豪斯儀器(上海)有限公司],UV-2600i紫外可見分光光度計[島津企業(yè)管理(中國)有限公司],乙醇(天津市大茂化學(xué)試劑廠),蒽酮(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),無水葡萄糖(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),硫酸(天津市大茂化學(xué)試劑廠),掛牌,米尺,蒸發(fā)皿。
1.3 試驗地概況
試驗地點為陜西步長制藥有限公司黃精GAP基地,位于陜西省略陽縣五龍洞鎮(zhèn)中川壩村,試驗地坐標(biāo)為33°30′14.78″N、106°12′32.42″E,海拔954 m,年日照時數(shù)1 558.3 h,年降水量860 mm,年均氣溫13.2 ℃,年無霜期236 d。
2020年11月對試驗地清地、耕地、施基肥、起壟,基肥為生物有機(jī)肥,施用量4 500 kg/hm2,壟寬1.2 m,壟間留0.6 m寬的過道;2020年11月,將種根莖以2 250 kg/hm2分3行播入壟中,覆土;2021年4月中旬,在過道內(nèi)以株距40 cm套種1行玉米。試驗地地勢平坦,遠(yuǎn)離公路,外圍設(shè)有1 m寬的保護(hù)行。
1.4 試驗設(shè)計
2021年4月6日,試驗田的黃精不定芽已經(jīng)形成莖尖沖出土層,隨機(jī)采挖20株莖尖還未展開的黃精,作為生育期記錄的起點;4月26日,出苗20 d,試驗田里的黃精葉片大部分已經(jīng)展開,有的已經(jīng)生出花蕾,隨機(jī)采挖20株葉片已展開的黃精;5月16日,出苗40 d,試驗田里的黃精已全部結(jié)果,此后每月中旬隨機(jī)采挖20株具有當(dāng)前長勢代表的植株;出苗160 d為9月中旬,最后一次采集完整的黃精植株;10月上旬,黃精植株地上部分回苗,10月和11月僅采挖地下部分。
采挖的植株清洗除去泥土,晾干水分,測量每個植株的形態(tài)特征(根莖長度、根莖直徑、莖長度、5 cm處地徑、中位葉長、中位葉寬),將植株的各個構(gòu)件進(jìn)行拆分,計數(shù)器官數(shù)量(須根條數(shù)、葉片數(shù)、果實數(shù)),稱量各構(gòu)件鮮重(根莖、新根莖、須根、芽、莖、葉、果實),隨后105 ℃殺青,60 ℃烘干至恒重,稱量各構(gòu)件的干重。烘干后的地下部分按構(gòu)件進(jìn)行混合,粉碎,過5號篩,裝袋,用于含量測定。
1.5 含量測定
1.5.1 浸出物與黃精多糖含量測定。
按照2020年版《中國藥典》一部黃精項下方法完成浸出物與黃精多糖的含量測定[7]。黃精多糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線制作,以吸光度A582為縱坐標(biāo)、加硫酸前的反應(yīng)液濃度(mg/mL)為橫坐標(biāo),繪制無水葡萄糖的標(biāo)準(zhǔn)曲線,得出線性回歸方程為Y=7.683 1X-0.033 2(R2=0.999 9)。
1.5.2 總皂苷含量測定。
參考廖念[8]的研究方法,取0.5 g樣品粉末于10 mL離心管中,加入8 mL 80%乙醇,使用鐵絲攪勻,超聲提取30 min,4 000 r/min 離心10 min,收集上清液于50 mL容量瓶,從加入8 mL 80%乙醇開始再重復(fù)4次,80%乙醇定容,搖勻,即為樣品的總皂苷提取液。
取0.2 mL提取液于25 mL刻度試管,置于80 ℃水浴鍋15 min揮干提取液中的乙醇,試管取出放涼后加入0.2 mL 5%香草醛-冰醋酸溶液,冰浴加入0.8 mL 高氯酸,搖勻,置于60 ℃水浴鍋保溫15 min,試管取出放涼后加入5 mL冰醋酸,搖勻。以80%乙醇代替提取液調(diào)零,記錄各樣品的A550。
標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:取薯蕷皂苷元標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)20 mg,溶解于80%乙醇,并定容至100 mL,即得0.2 mg/mL薯蕷皂苷元標(biāo)準(zhǔn)溶液;分別取0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液,按照測定方法代替提取液進(jìn)行反應(yīng)。以試管內(nèi)的總皂苷質(zhì)量(mg)為橫坐標(biāo)、吸光度A550為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到線性回歸方程為Y=14.26X+0.015 8(R2=0.999 9)。
1.6 數(shù)據(jù)處理
記錄的數(shù)據(jù)使用 Microsoft Excel 和 IBM SPSS Statistics 19 處理分析。
2 結(jié)果與分析
2.1 黃精植株構(gòu)件的形態(tài)生長
黃精植株構(gòu)件形態(tài)生長變化和不同出苗天數(shù)植株形態(tài)分別見表1和圖1。對不同時期黃精植株各器官形態(tài)或數(shù)量分析(表1)發(fā)現(xiàn),隨著生育期的推移,黃精根莖長度呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢,這是因為黃精在出苗后不久(出苗20 d前后),根莖最前端的不定芽和一部分根莖組織會生長和分化形成莖,隨后(出苗40 d前后)在與莖連接的地方逐步形成新的根莖,莖和新根莖的形成均會導(dǎo)致老根莖長度折損,之后根莖長度持續(xù)增加,根莖直徑在整個生育期內(nèi)呈穩(wěn)定持續(xù)增加的趨勢;前一年冬季移栽至當(dāng)年4月6日,黃精根部幾乎不生長,之后須根條數(shù)持續(xù)增加,須根條數(shù)的增加為植株整個生育期的生長提供養(yǎng)分來源;黃精新根莖一般于花期前后(出苗20~40 d)形成,新根莖形成后至出苗100 d其長度和直徑快速增加,之后增速變緩。
4月6日采挖的黃精出苗期植株帶有一段莖,該段莖埋于土中,連接根莖與莖尖(芽),從芽和莖的形態(tài)數(shù)據(jù)(表1)來看,芽的直徑大于莖,這是因為莖尖除了外圍有2~3層鞘狀的芽膜外,內(nèi)部還包有正在生長的莖和未完全分化的花與葉;莖的長度和直徑在出苗20 d至植株10月份回苗均表現(xiàn)為先增加后減少,出苗70和100 d分別為黃精植株葉片展開后莖的長度和直徑最大值的時間點,此后莖長度和直徑減少,是因為黃精植株在完成地上部分營養(yǎng)器官的完全展開后,頂部莖葉或受環(huán)境因素會發(fā)生不同程度的脫落,也有可能與營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長或地上部分營養(yǎng)轉(zhuǎn)至地下部分儲藏有關(guān)。
葉片數(shù)從出苗20 d至出苗70 d不斷增加,之后植株葉片不同程度脫落,至10月份回苗地上部分全部枯萎,黃精植株葉片由底輪至頂輪表現(xiàn)為逐漸變小,出苗20 d黃精植株葉片仍有未完全展開的,此時中位葉的位置靠近底輪,因此中位葉的葉長葉寬數(shù)值較大,出苗40 d植株葉片完全展開,中位葉位置穩(wěn)定,葉長葉寬此后不斷增加,出苗100 d后,中位葉的葉長和葉寬以微小幅度減少。
黃精植株上的果實數(shù)自出苗40 d起不斷減少,這是由于果實生長對植株養(yǎng)分消耗增加,加上環(huán)境因素如高溫、降雨的干擾,植株上的果實不斷脫落,以出苗40~100 d果實脫落最為明顯,之后植株養(yǎng)分供應(yīng)穩(wěn)定,僅受環(huán)境因素干擾,果實脫落數(shù)較少。
2.2 黃精植株構(gòu)件生物量積累
對不同時期黃精植株各器官的鮮重和干重分析(表2)可以發(fā)現(xiàn),整個生育期內(nèi)黃精根莖鮮重和干重總體呈上升趨勢,以出苗70~100 d根莖的增加量最大,出苗130~160 d老根莖鮮重和干重有所下降,這可能是受氣候原因,植株即將回苗,將生物量轉(zhuǎn)移至新根莖上,利于新根莖不定芽的生長和次年出苗。黃精須根的鮮重和干重在整個生育期內(nèi)呈持續(xù)上升趨勢,出苗至100 d,須根的干/鮮比持續(xù)增加,之后至出苗130 d,須根的干/鮮比大幅降低,這可能是因為8月前后為當(dāng)?shù)氐慕涤曛饕獣r間,土壤含水較多,且新長出的根莖上此時有較多的須根生出,新生出的須根質(zhì)地嫩,植株須根的總體水分含量較高,可能導(dǎo)致出苗130 d須根的干/鮮比驟降。新根莖形成是黃精生物量積累以及產(chǎn)量增加最主要的表現(xiàn)形式,表2顯示自新根莖形成以后,新根莖鮮重的增加速度極快,且增長穩(wěn)定。
莖是植株地上部分空間結(jié)構(gòu)的骨架,出苗后莖迅速生長,出苗40 d莖的鮮重和干重分別已達(dá)整個生育期最大值的97.1%和92.4%,之后小幅增長或穩(wěn)定,出苗130 d后莖的鮮重和干重均減少。葉鮮重和干重的變化均呈現(xiàn)先增后減的趨勢,葉片形成后至出苗100 d,葉片數(shù)明顯增多,葉片的長寬和厚度有所增加,使葉生物量穩(wěn)定增長,出苗130~160 d,葉片脫落導(dǎo)致葉片數(shù)減少,葉長葉寬微微減小,葉的干重降低,鮮重在出苗130 d后降低。果實自形成后,數(shù)量一直在減少,果實的生物量卻呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢,這是因為出苗40 d黃精剛進(jìn)入果期,果實不斷生長發(fā)育,至出苗70 d雖有約1/3的果實脫落,但單個果實生物量大幅度增加,果實總生物量呈上升趨勢,出苗70~100 d為黃精種子開始形成和發(fā)育的階段,果實內(nèi)種子生物量占比增加,果肉量相對減少,單個果實的生物量小幅度增加,此間約有50%的果實脫落,果實總生物量下降,出苗100 d后果實小幅度脫落,果實內(nèi)種子逐漸發(fā)育,果實的干/鮮比持續(xù)增加(表2)。
2.3 黃精地下部分有效成分變化
2.3.1 各部位多糖含量變化。
從不同時期黃精植株地下各部位的多糖含量變化(圖2)可以看出,整個生育期內(nèi)根莖部位的多糖含量表現(xiàn)為出苗70~160 d黃精植株地上部分形成并正常生長的時期多糖含量較低,出苗70 d之前和160 d之后多糖含量較高。新根莖自形成以后,其多糖含量持續(xù)增加,出苗100 d后與根莖的多糖含量無顯著差異(P>0.05);須根的多糖含量變化趨勢與根莖的一致,但其多糖含量顯著低于根莖(P<0.05)。以10月中旬為采收期(出苗190 d)采挖的黃精,其地下各部位的多糖含量表現(xiàn)為根莖>新根莖>須根,須根多糖含量可達(dá)到根莖的84.50%。
2.3.2 各部位總皂苷含量變化。
從不同時期黃精植株地下各部位的總皂苷含量變化(圖3)可以看出,根莖的總皂苷含量在出苗至20 d較低,之后增加并保持在一個穩(wěn)定的范圍,出苗130 d后持續(xù)降低;新根莖形成至出苗70 d,總皂苷含量持續(xù)增加,且顯著高于根莖(P<0.05),隨后新根莖總皂苷含量降低,190 d開始新根莖的總皂苷含量再次增加,但在130 d之后其總皂苷含量顯著低于根莖(P<0.05);須根的總皂苷含量大幅低于根莖,剛出苗、出苗100和190 d分別為整個生育期內(nèi)黃精須根總皂苷含量的3個峰值。以10月中旬為采收期(出苗190 d)采挖的黃精,其地下各部位的總皂苷含量表現(xiàn)為根莖>新根莖>須根,須根的總皂苷含量僅為根莖的35.72%。
2.3.3 各部位浸出物含量變化。
從不同時期黃精植株地下各部位的浸出物含量變化(圖4)可以看出,根莖和新根莖的浸出物含量在整個生育期變化趨勢大致相同,根莖的浸出物含量在出苗70 d之前呈現(xiàn)略微上升趨勢,隨后持續(xù)下降;新根莖自形成以后,其浸出物含量持續(xù)下降;須根的浸出物含量大幅低于根莖和新根莖,出苗40 d前須根的浸出物含量穩(wěn)定,隨后下降,出苗70 d后持續(xù)上升,至出苗220 d,須根的浸出物含量達(dá)最大值。以10月中旬為采收期(出苗190 d)采挖的黃精,其地下各部位的浸出物含量表現(xiàn)為根莖>新根莖>須根,須根的浸出物含量僅為根莖的48.68%。
3 討論
3.1 黃精植株構(gòu)件生長規(guī)律
研究植株構(gòu)件生長可明確植物不同時期的生長變化規(guī)律,便于種植栽培過程中點對點的管理或調(diào)控,也可為同屬近緣植物植株構(gòu)件的相關(guān)研究提供參考[9]。該研究表明,黃精植株出苗后的40 d內(nèi),地上部分迅速生長,至出苗40 d,莖葉總鮮重可達(dá)到其周期內(nèi)最大值的88.73%,與前人在黃精生物學(xué)特性的相關(guān)研究結(jié)果基本一致[10-11]。該研究還發(fā)現(xiàn)在整個生育期內(nèi),黃精的根系都在不斷生長,以莖葉完成伸展后的60 d內(nèi)(即出苗40~100 d)地下部分積累生物量最為快速,新的根莖在黃精出苗40 d內(nèi)的花期前后(5月中上旬)形成,受生理和環(huán)境因素影響,8月前后的黃精植株莖葉有折損和凋落,生物量減少,由于該研究觀察對象為2年生黃精,植株根系布局時間短,養(yǎng)分供應(yīng)不足,果實形成后不斷脫落。
3.2 黃精地下部分有效成分積累規(guī)律
隨著國家對藥用植物非藥用部位開發(fā)利用的呼吁,已有多種藥用植物的非藥用部位展開相關(guān)研究[12],黃精植株非藥用部位的開發(fā)利用將會成為下一步研究的目標(biāo)。通過對整個生育期黃精地下部分各部位的有效成分含量進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測,該研究表明,黃精原生根莖在6—9月份(出苗70~160 d)的多糖含量相對較低,總皂苷含量在4—5月份(出苗0~40 d)相對較低,浸出物含量在6月份之前(出苗0~70 d)較穩(wěn)定,隨后至11月(出苗220 d)持續(xù)降低;黃精須根中黃精多糖含量與藥用部位差異相對較小,總皂苷和浸出物的含量遠(yuǎn)低于藥用部位,10月收獲期(出苗190 d)的黃精須根多糖含量可達(dá)到根莖的84.50%,總皂苷和浸出物含量分別僅為根莖的35.72%和48.68%,這為黃精須根以多糖類材料開發(fā)大健康產(chǎn)品提供了理論依據(jù);新根莖形成后的2個月(出苗40~70 d),多糖含量低于根莖,總皂苷含量高于根莖,浸出物含量與根莖相近,隨后以上3種成分含量變化趨勢與根莖相同;10月份(出苗190 d)黃精地上部分枯萎,進(jìn)入藥材的采收期,黃精地下各部位的3類有效成分含量排序均為根莖>新根莖>須根。
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