苦瓜果實及葉片中總皂苷和總黃酮含量對土壤水分的響應及其相關性分析

李文平，梁銀麗,,*，包天莉，穆 蘭，高德凱

苦瓜果實及葉片中總皂苷和總黃酮含量對土壤水分的響應及其相關性分析

李文平1，梁銀麗1,2,*，包天莉3，穆 蘭2，高德凱1

（1.西北農林科技大學林學院，陜西 楊凌 712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；3.西北農林科技大學資源環境學院，陜西 楊凌 712100）

目的：研究苦瓜果實和葉片中總黃酮和總 皂苷成分對土壤水分以及環境因子的響應。方法：設置高、中、低3 個土壤水分處理（田間持水量（fi eld capacity，FC）的90%～100%、70%～80%、50%～60%），研究苦瓜果實和葉片中總黃酮和總皂苷含量對土壤水分的響應變化，并結合大氣相對濕度、大氣溫度、 光照強度進行相關分析。結果：1）苦瓜總皂苷含量果實高于葉片，總黃酮含量葉片高于果實。2）就總皂苷含量而言，盛果期90%～100% FC處理，初果期和末果期70%～80% FC處理均有利于果實總皂苷的積累，各個時期土壤水分對葉片總皂苷含量影響均不顯著。就果實和葉片總黃酮而言，50%～60% FC處理利于其總黃酮含量積累。3）相關分析表明，土壤水分、大氣相對濕度增加利于總皂苷積累，不利于總黃酮積累；光照強度、大氣溫度的增強利于總黃酮積累，不利于總皂苷積累。結論：以苦瓜皂苷類物質為栽培目的應當保持70%～80% FC，適度遮陰、降溫和保濕，而以苦瓜黃酮類為目的栽培應該保持50%～60% FC，增加光照和溫度以及維持低濕環境。

總皂苷；總黃酮；苦瓜；土壤水分

當前我國已步入老齡化社會，對待疾病已開始從注重治療轉向注重預防，食品的需求和選擇也從注重營養轉變為注重功能[1]?？喙希∕omordica charantia L.），又名涼瓜、錦荔枝，屬葫蘆科苦瓜屬一年生攀緣性草本植物，早在《本草綱目》就有“苦瓜苦寒、無毒、除邪熱，益氣壯陽”的記載[2]?？喙喜粌H營養十分豐富[3]，而且因含有關鍵生物活性物質黃酮和皂苷類化合物，具有降血糖血脂、調節酶活性、抗病毒、抗腫瘤等功能而被稱為“21世紀的主流食品”[4]，已被廣泛應用于工業、醫藥、化妝品和食品業[5]?，F有研究認為苦瓜皂苷主要含有甾體類皂苷和三萜類皂苷，其自身的羥基結構可能是某種酶的作用位點，具有良好的降糖作用[5-7]；苦瓜黃酮類化合物因具有生物抗氧化、抗菌作用及抗衰老、治療腦血管病、降血脂等藥用保健功能而格外引人注目[1,8]。

作為某些食品功能成分的植物次生代謝產物具有“道地性”[9]。Szakid等[10]研究認為內外因子的改變均能影響次生代謝產物含量水平和分布狀況，Bharathi等[11]研究認為一些重要蔬菜含有的皂苷、黃酮類確實是天然抗氧化劑食品的一個潛在來源。國內學者分別就人參皂苷[12-13]、蕎麥黃酮[14]、香椿葉提取物[15]等食品功能成分進行了眾多研究，并證實環境確實影響次生代謝產物的形成和積累，但部分學者在各自特定條件下研究結果不同。近10a來，苦瓜價格是一般瓜類蔬菜的2 倍以上，在我國北方需求量和栽培面積逐年擴大[16]，苦瓜作 為一種藥食兼用新興蔬菜，涉及其黃酮和皂苷的水分效應研究還鮮有報道。本實驗旨在研究土壤水分和結果期對苦瓜果實和葉片中總皂苷和總黃酮含量的影響，探討其含量與大氣溫濕度以及光照因子等的相關性，可為苦瓜作為一種功能性食品栽培管理提供服務依據，同時為苦瓜黃酮、皂苷類化合物的進一步開發利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2013年5—9月在陜西楊凌西北農林科技大學試驗遮雨棚（34.16° N，108.43° E）進行。小區長4 m，寬1.5 m，相鄰小區間埋60 cm隔水板防止水分側滲。供試土壤為黃綿土（采自陜西安塞縣），土壤肥力：有機質9.6 g/kg，全氮0.52 g/kg，速效氮9.88 mg/kg，全磷0.64 g/kg，速效磷26.9 mg/kg，有效鉀240.4 mg/kg，容重為1.09 g/cm3，田間持水量（field capacity，FC）為220 g/kg左右。

1.2 材料與試劑

供試苦瓜品種‘藍山大白’，營養缽育苗。2013年5月8日定植（5片葉），株行距為50 cm×60 cm。完全隨機區組設計，土壤水分（soil moisture，SM）以田間持水量的百分數計，分別記為高水（90%～100% FC）、中水（70%～80% FC）、低水（50%～60% FC），重復4 次，控水前各處理灌水量保持一致。定植前施尿素75 kg/hm2（純氮46.4%），磷酸二銨150 kg/hm2（純氮15.0%，五氧化二磷42.0%），硫酸鉀150 kg/hm2（氧化鉀50.0%）作為基肥翻入土中，開花結果期追施等量尿素、硫酸鉀一次，整個生育期的其他管理一致。

蘆丁標準品、人參皂苷Rg1標準品 上海融禾醫藥科技發展有限公司；高氯酸、冰醋酸、香草醛、亞硝酸鈉、硝酸鋁等均為國產分析純，實驗用去離子水。

1.3 儀器與設備

LI-6400便攜式光合儀 美國LI-COR公司；Anke TDL80-2B臺式離心機 上海安亭科學儀器廠；Jenway6305型紫外分光光度計 英國Bibby公司；BS400S-WEI分析天平 德國Sartorius集團；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風干燥箱 上海一恒科技有限公司；HOBO-U23溫濕度記錄器（溫度精度：±0.2 ℃；相對濕度精度：±2.5%） 廣州駿凱電子科技有限公司；HH2（TDR）水分測定儀 英國Burwell Cambridge公司；1100D型超聲波破碎機 聯想生物科技有限公司。

1.4 方法

1.4.1 土壤含水量測定

從2013年6月1日開始控水，各小區埋設40 cm深的時域反射管（time domain reflectormeter，TDR）測定土壤含水量，用各處理土壤含水量上限減去實測含水量得出所需補水量。補水期間，每隔3 d用TDR探頭測定，重復3 次，取平均值，每15 d用烘干法進行校對。補水量計算公式如下：

M=S×H×R×（Wa-Wb）

式中：M為灌溉量/m3；S為小區面積/m2；H為灌溉計劃補水層深度（開花前深度20 cm，開花后40cm）；R為土壤容重/（g/cm3）；Wa為處理設定的土壤含水量/%；Wb為實測含水量/%。

1.4.2 環境因子測定

圖 1 試驗地環境因子變化動態Fig.1 Changes in environmental factors on the trial field

采用小型氣象自動記錄儀對1.5 m高度處大氣溫度和大氣相對濕度進行動態監測。在不同生育期用LI-6400便攜式光合儀測定光照強度，6月1日（水分處理）—9月1日（植株拉秧）測定數值以日均值表示（圖1）。

1.4.3 苦瓜果實及葉片總皂苷和總黃酮含量測定

分別在初果期P1（6月28日—7月18日）、盛果期P2（7月19日—8月1日）、盛果期P3（8月2日—8月15日）、末果期P4（8月18日—9月1日），選取成熟度一致的商品果中部果肉和相應果期同一葉齡樣葉，55 ℃條件下熱風烘干，粉碎，過80 目篩。精量稱取2.5 g干粉，加50 mL 80%乙醇溶液，在50 ℃超聲浸提40 min，抽濾靜置，取5 mL提取液，定容至25 mL作為待測樣液?？喙峡傇碥蘸繙y定用香草醛-高氯酸-紫外分光光度法[17]；總黃酮含量采用硝酸鋁-亞硝酸鈉-紫外分光光度法[18]。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2003軟件對數據進行處理和繪圖，采用SPSS 17.0統計分析軟件對數據進行差異顯著性檢驗，Pearson相關系數評價不同因子間相關關系。

2 結果與分析

2.1 土壤水分和結果期對苦瓜總皂苷和總黃酮的總體效應

對3 個土壤水分和4 個結果期的苦瓜總皂苷和總黃酮含量（每次測定重復3 次）進行雙因素方差分析（表1），可以看出，除土壤水分對葉片總皂苷含量影響不顯著外，結果期和土壤水分均其果實和葉片的總皂苷和總黃酮含量產生顯著的影響，它們二者均構成了對含量變化的主效應因子，但結果期和土壤水分的交互作用并不顯著。

表 1 土壤水分和結果期二因素方差分析表Table 1 Analysis of variance of total flavonoids or total saponins as afunction of soil moisture and fruiting periods

2.2 土壤水分和結果期對苦瓜果實及葉片中總皂苷含量的影響

2.2.1 果實總皂苷

分別就果實及葉片中總皂苷含量在不同土壤水分和結果期進行多重比較，結果見表2。從果實總皂苷含量動態變化來看，3 個水分處理在整個結果期雖然變化幅度有所不同，但總體都呈現“先降后升”趨勢，P1和P4時期含量顯著高于P2、P3時期的含量。P1和P4中水處理的果實總皂苷含量最高，其次是高水處理，最后是低水處理，表明P1和P4時期果實皂苷含量對水分差異敏感性強。盛果期（P2和P3）高水和中水處理之間果實皂苷含量差異雖不顯著，但均顯著高于低水處理，說明對果實皂苷含量積累而言，高、中水處理優于低水處理。

表 2 不同土壤水分處理條件下苦瓜果實和葉片中總皂苷含量變化Table 2 Contents of total saponins in fruits and leaves of balsam pearat different levels of soil moisture g/kg

2.2.2 葉片總皂苷

葉片總皂苷含量在各個結果時期均顯著低于果實皂苷含量。葉片總皂苷含量高值出現在P1時期，P2、P3、P4時期含量有所降低，且變幅不大，之間含量差異不顯著（表2），說明進入盛果期后葉片中總皂苷含量隨著生長期變化差異不大。從葉片總皂苷的水分效應來看，表現出高水、中水和低水處理之間含量差異均不顯著，表明葉片總皂苷積累在各個時期對土壤水分都不敏感。

綜合表明，苦瓜總皂苷含量分布表現為果實大于葉片，且果實中總皂苷含量的變化幅度較大，葉片總皂苷變化幅度較小。綜合果實和葉片總皂苷而言，盛果期高水處理最有利于總皂苷含量的積累，初果期和末果期中水處理有利于總皂苷含量積累，低水處理在任何時期都不利于果實和葉片總皂苷含量積累。

2.3 土壤水分和結果期對苦瓜果實及葉片中總黃酮含量的影響

表 3 不同土壤水分處理條件下苦瓜果實和葉片中總黃酮含量變化Table 3 Contents of total flavonoids of fruits and leaves of balsam pear at different levels of soil moisture

2.3.1 果實總黃酮

如表3所示，果實中總黃酮含量隨結果期持續表現為“先升后降”的趨勢，P2時期達到峰值，P4時期含量最低。P2和P3時期，高水和中水處理之間含量差異不顯著，但含量顯著低于低水處理，P1和P4時期水分處理間含量差異均顯著，含量由高到低依次為：低水、中水、高水。綜合分析認為盛果期的低水處理最有利于果實總黃酮含量的積累。

2.3.2 葉片總黃酮

表3顯示，葉片總黃酮含量均顯著高于果實總黃酮含量，且變化也呈“先升后降”趨勢，只是含量的峰值出現較晚，在P3時期含量顯著提高。除P1時期中低水之間含量不顯著外，在P2、P3和P4時期水分處理間含量差異均顯著，含量由高到低依次為：低水、中水、高水。說明中水和低水處理有利于前期葉片（P1）總黃酮含量提高，低水處理有利于中后期葉片（P2、P3、P4）總黃酮含量積累。

苦瓜總黃酮含量分布表現為葉片大于果實，但含量峰值出現時期不同：果實總黃酮含量在P2時期，葉片總黃酮含量在P3時期。從土壤水分引起的含量變化來看，低水處理有利于果實和葉片總黃酮含量的積累。

2.4 苦瓜果實和葉片總皂苷、總黃酮含量與環境因子相關性研究

表 4 果實和葉片中黃酮與皂苷含量與主要環境因子的相關關系Table 4 Correlations of the contents of total saponinand toal flavonoids with the main factors for fruits and leaves of balsam pear

選取大氣相對濕度、大氣溫度、光合有效輻射以及土壤水分與苦瓜總皂苷、總黃酮含量進行相關性分析（表4）。結果表明，果實總皂苷與土壤水分和大氣相對濕度呈顯著正相關，與大氣溫度和光強呈顯著負相關，葉片總皂苷與土壤水分相關性不顯著。就總黃酮而言，葉片中總黃酮與所選影響因子均有相關性，表現為與土壤水分和大氣相對濕度呈顯著負相關，與光強和大氣溫度呈顯著正相關；而果實總黃酮與大氣溫度和大氣相對濕度相關性不顯著。綜合表明，土壤水分、大氣相對濕度適度增加有利于總皂苷積累，不利于總黃酮的積累。光強、大氣溫度的增強不利于總皂苷的積累，而有利于總黃酮的積累。

3 討 論

苦瓜是一種新興保健蔬菜食品，在兼顧產量的同時要更注重品質[2]，總黃酮和總皂苷是衡量苦瓜品質的重要生物活性物質[4]。水分直接影響藥用植物的次生代謝[9]，從逆境生理角度看，不同水分條件下植物體內的生理生化過程會受到不同程度的影響，從而影響次生代謝過程以及次生代謝物的合成和積累[5]。本研究表明，土壤水分對苦瓜總皂苷和總黃酮的影響并不一致。一方面，研究認為低水脅迫對苦瓜總黃酮含量的積累具有促進作用，50%～60% FC處理顯著提高了果實和葉片總黃酮含量。有研究[9]表明水分脅迫能刺激植物次生代謝產物的釋放和積累，能進一步誘導植物體產生氧化脅迫，由于黃酮類物質本身具有較強的抗氧化活性，因此黃酮類物質的積累增加了植物對水分脅迫的耐受性[19]。另一方面，本研究中盛果期高水和中水都促進了果實總皂苷含量，但綜合整個結果期果實和葉片來看，總皂苷含量更適宜在70%～80% FC的中度脅迫下積累，因為中度脅迫下，植物生長受到一定限制，體內積累了一定的光合產物，植物利用這些“過?！惫夂袭a物合成含碳次生化合物[10]，適度水分脅迫可以提高皂苷物質含量的研究在人參和西洋參[20]、麥冬[21]等植物上已經證實。

圖1表明，苦瓜掛果后，光照強度呈現先增后降的趨勢，大氣溫度小幅波動，總體呈現穩中有升態勢，大氣相對濕度與氣溫呈顯著負相關的關系（R=-0.996）。表4顯示，土壤水分與苦瓜果實和葉片總黃酮含量均顯著負相關，與汪貴斌等[22]在銀杏葉黃酮上的研究不同，除選擇的研究對象不同之外，可能木本植物次生代謝物質積累周期長，易于轉移和分配，造成對土壤水分的響應降低；而土壤水分與果實總皂苷含量有正相關關系，這與范海蘭等[21]在麥冬上的研究結果基本一致。植物次生代謝過程和強度是植物與生境“交流”能力誘導作用的結果[9,19]，謝彩香等[12]就人參皂苷研究后認為，環境因子中的溫度、光照、水分單一或相互作用影響著人參品質，其中低溫處理對人參皂苷積累具有決定作用，而本研究揭示出“陰、涼、濕”的栽培環境有利于苦瓜皂苷物質積累，而不利于苦瓜黃酮類物質積累（表4），其具體影響機制有待于進一步研究。

從科學、高效調控和開發利用苦瓜生物活性物質角度出發，本研究認為，90%～100% FC處理適宜于盛果期果實總皂苷含量積累，70%～80% FC處理適宜初果期和末果期果實總皂苷含量的積累，土壤水分在對葉片總皂苷含量影響均不顯著，50%～60% FC處理在每個結果期均有利于果實及葉片中總黃酮含量積累。同時，注重苦瓜皂苷類物質的栽培應當適度遮陰、降溫和保濕，而注重苦瓜黃酮類的栽培應該適度增加光照和溫度。

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Responses of Total Flavonoids and Total Saponins Contents in Fruits and Leaves of Balsam Pear to Soil Moisture and Their Correlations

LI Wenping1, LIANG Yinli1,2,*, BAO Tianli3, MU Lan2, GAO Dekai1
(1. College of Forest, Northwest A&F University, Yangling 712100, China；2. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China；3. College of Resources and the Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

This study aimed to identify the responses of total flavonoids and total saponins contents in fruits and leaves during the fruiting stages of balsam pear (Momordica charantia. L. var. lan shan da bai) to different levels of soil moisture and environmental factors. Balsam pear was grown at three levels of soil moisture, namely 90%–100%, 70%–80% and 50%–60% field capacity (FC), respectively. Meanwhile, the environment factors, including atmospheric temperature, relative humidity, and photosynthetically active radiation, were also analyzed. The results were obtained as follows: 1) as a whole, the contents of total flavonoids in leaves were higher than in fruits, whereas the opposite result was observed for total saponins.； 2) treatment with 90%–100% FC at the full fruit stage and with 70%–80% FC at both early and later fruiting stages was more suitable for the accumulation of saponins in fruits； however, soil moisture content had no significant effect on the accumulation of saponins in leaves during the entire fruiting period； in addition, 50%–60% FC treatment favored the accumulation of flavonoids in both fruits and leaves； 3) correlation analysis showed that soil moisture and atmospheric relative humidity were correlated positively with total saponins but negatively with total flavonoids, and higher atmospheric temperature and photosynthetically active radiation were beneficial to the accumulation of flavonoids but unfavorablefor the accumulation of saponins. In conclusion, treatment of 70%–80% FC in combination with moderate shade, cooling and moisture is more suitable for the accumulation of saponins while treatment of 50%–60% FC in combination with elevated light intensity, temperature and humidity can promote the accumulation of flavonoids.

total saponins； total flavonoids； balsam pear； soil moisture

S642. 5

A

1002-6630（2015）08-0134-05

10.7506/spkx1002-6630-201508024

2014-07-16

“十二五”國家科技支撐計劃項目（2014BAD14B006；2011BAD31B05）

李文平（1990—），男，碩士，研究方向為植物水分生理與作物品質。E-mail：lwp416@163.com

*通信作者：梁銀麗（1957—），女，教授，博士，研究方向為植物生理生態。E-mail：liangyl@ms.iswc.ac.cn