高海拔環境太子參生物量、藥用成分及礦質元素的動態變化

劉幫艷， 李金玲，2， 曹國璠， 鄭 聽， 李永喬， 趙 致，2， 王華磊，2

(1.貴州大學農學院，貴州貴陽 550025； 2.貴州藥用植物繁育與種植重點(工程)實驗室，貴州貴陽 550025)

太子參為石竹科植物孩兒參[Pseudostellariaheterophylla(Miq.) Pax ex Pax et Hoffm.]的干燥塊根，為名貴中藥材，具有益氣健脾、生津潤肺等功效[1-2]。目前，有關太子參的研究多集中在藥理、藥效、化學成分及制備工藝等方面[3-10]，隨著人們對藥用植物來源研究的重視，太子參繁殖方式、播種時間、播種方式、田間管理及病蟲害防治等相關研究也在不斷深入[11-15]。海拔作為作物生長的重要環境之一，對作物生長、生理代謝等具有較大調節作用，有研究表明，高海拔環境能提高人參、牛蒡、當歸等根類藥材的產量或藥用成分含量[16-19]。本試驗通過對比分析高海拔環境下太子參各生育時期的礦質元素、藥用成分及生物產量的積累情況，以期為高海拔栽培推廣太子參提供理論支撐，為高效栽培太子參提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采自貴州省施秉縣的太子參施太1號種根，經貴州大學農學院王華磊教授鑒定石竹科植物孩兒參種根。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器 Kjeltec 8400型凱式定氮儀，由丹麥福斯集團公

司提供；Optima 8100型電感耦合等離子體發射光譜儀(inductive coupled plasma emission spectrometer，簡稱ICP)，由鉑金埃爾默儀器有限公司提供；101-3AB型電熱鼓風干燥箱、SX-12-10型箱式電阻爐控制箱，由天津泰斯特儀器有限公司提供；MM400型球磨儀，由德國Retsch公司提供。

1.2.2 試劑 磷、鉀、鐵、錳、銅、鋅、硼、鈣、鎂標準溶液，均購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心；標準品D-無水葡萄糖、人參皂苷Rb1，購于中國食品藥品檢定研究所。

1.3 試驗設計

設計2個海拔種植太子參，分別為2 157、677 m。海拔 2 157 m 為高海拔環境，地處貴州省六盤水鐘山區大箐村(編號為LPS)，地理位置為104°49′49.1″ E、26° 43′32″ N，屬北亞熱帶濕潤季風氣候區；海拔677 m為太子參常規栽培海拔，地處貴州省施秉縣甘溪鄉高碑村毛栗坪組(編號為SBX)，地理位置為108°13′58.5″ E、27°1′47.5″ N，屬亞熱帶濕潤季風氣候區。2個試驗地基本環境情況見表1、表2，采用大田種植太子參，2015年12月進行栽種，種根用種量為1 200 kg/hm2，8月采收。每個海拔設3個小區，每個小區面積為1.2 m×10 m，栽培方式及田間管理均同太子參常規管理。

表1 不同試驗地土壤環境情況

1.4 測定內容和方法

1.4.1 生物量 分別于太子參苗期(3—4月)、塊根初始膨大期(4—5月)、塊根膨大旺盛期(5—6月)、塊根膨大后期(6—7月)及倒苗營養回流期(7—8月)，采用“五點法”隨機連根挖取長勢一致的太子參植株，每個小區取10株，每個海拔地每次共取樣30株；洗凈后用吸水紙吸干植株表面水分，將莖、葉、花果(地上部分)與塊根、須根(地下部分)分開，于55 ℃條件下烘干， 用電子天平(精度為0.000 1 g) 分別稱其干質量；球磨儀打粉，備用。太子參完全倒苗后進行測產，將塊根洗凈，于55 ℃條件下烘干，選取適量太子參干品打粉，備用。

表2 不同試驗地土壤氣候狀況

注：7月為當地相對最熱月，6月為降水量最多月，1月為最冷與降水最少月。

1.4.2 礦質元素 稱取約0.5 g太子參樣品粉末于坩堝中，馬弗爐內600 ℃灰化，灰分用5 mL 1 ∶1硝酸溶液溶解，超純水定容至25 mL，采用ICP分別測定磷、鉀、鐵、錳、銅、鋅、硼、鈣、鎂含量；使用濃硫酸消煮樣品，凱氏定氮儀測定全氮含量。

1.4.3 藥用成分 參照閆亮等的方法[20]進行索式提取太子參多糖，硫酸-苯酚法顯色，酶標儀測定490 nm處的吸光度D490 nm。以D-無水葡萄糖(含量以99.9%計)為標準品繪制標準曲線，得回歸方程為：葡萄糖含量(A)=125.03D490 nm-0.552 1(r2=0.999 1，n=7)，該方程在0～50.5 μg/mL范圍內線性關系良好。

總皂苷測定方法為：稱取約0.5 g太子參粉末于帶塞錐形瓶中，加20 mL三氯甲烷，80%功率超聲2次，每次1 h；過濾，濾紙同濾渣放入錐形瓶中，精密加入25 mL水飽和正丁醇溶液，超聲2次，每次1 h；過濾，取10 mL濾液，蒸干，甲醇溶解，容量瓶中定容至10 mL；取2 mL置于具塞試管中，加5 mL濃硫酸、0.2 mL香草醛-冰乙酸溶液，搖勻，60 ℃條件下水浴30 min，其間不斷搖動；冷卻，酶標儀測定560 nm處的吸光度D560 nm。以人參皂苷Rb1(含量以93.7%計)為標準品繪制標準曲線，得回歸方程為：人參皂苷含量(A)=0.217D560 nm+0.021 9(r2=0.999 4)，該方程在0.101 6～1.525 0 mg/mL范圍內線性關系良好。

1.5 數據處理與統計分析

采用Excel軟件對數據進行處理分析。

2 結果與分析

2.1 太子參生物量的動態積累

試驗結果表明，SBX太子參于2月5日開始出苗，7月15日完全倒苗，從出苗至完全倒苗共160 d；LPS太子參于3月1日開始出苗，8月28日完全倒苗，從出苗至完全倒苗共 181 d，高海拔環境下的太子參出苗與倒苗時間較常規海拔地推遲，生育期較常規栽培海拔地長。由圖1-a可見，太子參地上部分干質量呈“增加-減少-增加”趨勢，LPS太子參各生育時期地上部分干質量明顯高于SBX；LPS太子參地下部分干質量呈“增加-減少-增加”趨勢，SBX呈緩慢增加再略減少的趨勢(圖1-b)；LPS太子參各生育時期生物量明顯高于SBX，說明高海拔地利于太子參生物量的形成與積累。SBX太子參地上部分干質量快速增長期為4月中旬至5月初，5月初達到最大值，為2.07 g/株，LPS則為4月中旬至5月中旬，5月中旬達到最大值，地上部分干質量為3.71 g/株；LPS、SBX太子參地下部分干質量的積累速度與地上部分干質量整體呈一定的正相關。

2.2 太子參多糖、總皂苷等藥用成分的動態積累

由圖2可知，SBX太子參各生育期多糖含量高于LPS，總皂苷含量低于LPS；LPS、SBX太子參多糖含量在各生育期內總體呈先增加后減少再增加趨勢，倒苗期時多糖含量分別達到11.42%、13.97%；SBX太子參總皂苷含量在倒苗前期呈緩慢減少的變化趨勢，后有所增加，倒苗期時總皂苷含量為1.63%，LPS太子參總皂苷含量呈“增加-減少-增加-緩慢減少”的波動變化趨勢，倒苗期時總皂苷含量2.36%。這說明較低海拔利于太子參多糖的形成和積累，高海拔利于太子參總皂苷的形成與積累。

2.3 太子參礦質元素的動態變化

2.3.1 大量、中量元素 由圖3可知，在同一個海拔高度種植的太子參各生育期地上部分的N含量均高于地下部分；不同海拔地上、地下部分的N、P含量變化趨勢基本一致，總體呈“下降-增加-下降-趨于平緩”的波動變化，SBX太子參N、P含量增加高峰期為5月初，LPS則為6月中下旬；LPS太子參植株的N含量較高于SBX，而SBX太子參植株的P含量明顯高于LPS；在整個生長期，太子參地上部分K含量明顯大于地下部分；地上部分K含量呈先下降后增加趨勢，SBX太子參地上部分K含量最低出現在4月中旬， 為35.29 mg/g，LPS則出現在5月中旬，為 24.60 mg/g；地下部分K含量隨太子參生長總體呈逐漸下降趨勢； LPS太子參地上部分K含量總體低于SBX，而地下部分K含量總體高于SBX，LPS太子參地上、地下部分的K含量分配較SBX均衡；不同海拔種植的太子參地上部分Ca、Mg含量多呈“下降-上升-下降”變化趨勢，SBX太子參地上部分Ca含量在塊根膨大后又有增加，地下部分Ca、Mg含量則呈“W”形變化；LPS太子參各生育期Ca、Mg含量稍高于SBX；SBX太子參地上、地下部分Ca、Mg含量第1次峰值出現在5月初，與N、P含量出現峰值時間一致；LPS地上部分Ca、Mg含量峰值出現在7月初，含量分別為17.78、4.65 mg/g，地下部分Ca、Mg含量第1次峰值分別出現在5月中旬、6月中旬，含量分別為4.72、2.42 mg/g。

2.3.2 微量元素 由圖4可知，海拔高度對太子參微量元素含量具有明顯的影響。LPS太子參Fe含量高于SBX，其地上、地下部分Fe含量峰值均出現在6月中旬，分別為3.27、2.42 mg/g；SBX太子參地上部分Fe、Mn含量峰值也出現在6月中旬，Fe、Mn含量分別為1.02 mg/g、466.09 μg/g，其地下部分Fe、Mn含量則隨生育期逐漸減少；LPS太子參地上、地下部分Mn含量呈“下降-上升-下降”的變化趨勢，分別在7月初、6月中旬出現峰值，Mn含量分別為421.76、132.63 μg/g；不同海拔太子參地上、地下部分Cu、Zn含量整體呈“下降-上升-下降”的變化趨勢，SBX地上部分Cu、Zn含量峰值出現在6月初，含量分別為7.02、36.03 μg/g，LPS地上部分Cu、Zn含量峰值出現在7月初，含量分別為8.20、81.26 μg/g；SBX太子參地下部分Cu、Zn含量低于LPS，LPS地下部分Cu含量峰值出現在6月中旬，含量為14.38 μg/g。SBX太子參地上部分B含量呈先增加后下降趨勢，而其地下部分B含量與LPS地上、地下部分B含量均隨生育期呈“下降—上升—下降”的變化趨勢。

3 結論與討論

高海拔區域地形高，晝夜溫差大，云霧多，濕度大，太陽輻射較強，氣候環境各異，為植物的生長提供差異較大的光、溫、水、熱環境，對作物生長及次級代謝產物積累具有較大的調節作用。張秀麗等研究表明，人參總皂苷的含量隨海拔升高而升高[16]；李竹英等研究得出，隨著海拔的升高，牛蒡根中蛋白質、氨基酸、淀粉含量增加，而可溶性糖及脂肪含量降低[18]；李明世等研究發現，當歸揮發油的含量隨海拔升高呈逐漸增加的趨勢[19]；研究海拔高度對天麻生產影響得出，1 km以上的海拔利于天麻產量及品質的提高，還能縮短天麻生育期，提高生產效率[21-22]。本試驗結果表明，海拔為2 157 m高海拔環境(LPS)栽種的太子參，其地上莖、葉部分及地下根的干物質積累在各生育期均高于海拔為677 m的常規栽培海拔(SBX)，且地上部分莖、葉干質量較大時，其地下根的干物質積累速度相對較快，可能是由于高海拔輻射相對較強，有利于太子參葉片的形成與生長，同時，高海拔晝夜溫差大，利于光合產物的積累；SBX太子參各生育期根部多糖含量高于LPS，總皂苷含量低于LPS，這可能與高海拔環境脅迫太子參開啟自身抗逆調節機制相關。

礦質元素N、P、K、Mg、Fe、Zn、Cu對作物光合作用產生一定影響，其吸收與利用影響太子參的產量。高海拔因環境條件特殊，可能對各種礦質元素的吸收與轉運具有一定調節作用，從而影響各元素在植物體中的含量與分布，改變光合作用的效率，進而影響光合產物的形成與積累。LPS、SBX太子參含N較高的時期為太子參苗期(3-4月)到莖葉茂盛后塊根開始膨大期(4-5月)，因此，基肥中施足N肥是太子參產量與質量保證的基礎。在太子參塊根膨大旺盛期(5-6月)太子參地上生物量增加速度相對較快，積累量大，而此時太子參中P含量增加，說明該時期P能促進太子參產量的形成。K不但能通過調節植物氣孔開閉、促進葉綠體內電子傳遞等推動CO2同化，提高光合效率，而且能促進植物碳水化合物輸出及其在塊根、種子等器官中的代謝，有效促進塊根等器官的生長。LPS、SBX太子參在苗期(3-4月)的K含量相對較高，隨后減少，塊根開始膨大時又快速增加，說明前期較高的K促進了太子參葉片的形成，提高了光合葉面積，后期增加的K利于光合產物向根部轉運，這與太子參單株地上、地下部分生物積累量的變化相一致。因此，在基肥施足P、K的基礎上，于太子參塊根膨大旺盛期(5-6月)追施P、K肥可保證太子參的產量，提高其質量。在各生育時期，LPS太子參地上部分Ca含量高于SBX，且不同海拔種植的太子參，其地上部分Ca含量均在太子參塊根旺盛膨大期增長相對最快，含量也相對較高，這可能是由于Ca主要通過木質部的蒸騰作用向上運輸，很難由韌皮部運輸，太子參塊根膨大旺盛期時地上莖發育成熟，再加上5-7月雨水充足、光照良好，有利于太子參的蒸騰作用，從而促進了Ca從根部向地上莖葉部分的運輸，且LPS處于高海拔，晝夜溫差大，更利于Ca的運輸。SBX太子參N、P、Ca、Mg的變化趨勢較為一致，可在5月上中旬進行混合追施。有研究表明，Mn、B能夠使甜菜、馬鈴薯塊根產量和含糖量增加，其中，B參與植物體內糖的運輸，當B供給充足時，能促進糖的運輸；Mn能激活糖酵解和三羧酸循環反應途徑中許多酶的活性，為代謝產物的生成及運輸提供足夠的ATP。本試驗表明，LPS地上部分Mn、B含量在太子參各生育期總體上低于SBX，這可能是限制LPS太子參多糖向根部轉運，而使得LPS多糖含量低于SBX的主要原因。

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