青藏高原特有藥用植物山莨菪苗期生物量積累與分配特征

趙文吉，賈囯夫，陳太星，何 剛，高 其，李 興，何正軍*

(1.四川省草原科學研究院民族植物研究所，四川 成都 611137； 2.成都第一制藥原料藥有限公司，四川 成都 610031)

【研究意義】山莨菪[Anisodustanguticus(Maxim．) Pascher]為茄科山莨菪屬植物，山莨菪屬是限于中國-喜馬拉雅分布的小屬，共4種分布于中國、不丹、印度、尼泊爾，我國 4 種均產[1]。藏醫常以山莨菪種子和根入藥，其根的藏藥名為“唐沖那保”或“唐沖納波”，具有麻醉鎮痛、殺蟲、鎮驚、解毒作用，主要用于治療病毒惡瘡、蟲病、皮膚炭疽病及癲狂等癥[2-3]。其有效成分主要是莨菪烷類生物堿，如東莨菪堿、阿托品、樟柳堿、紅古豆堿等，現代藥理表明，山莨菪堿具有對乙酰膽堿受體的阻斷作用，擴張微血管，改善微循以抗休克等作用，樟柳堿具有緩解平滑肌痙攣、散瞳、抑制唾液分泌等抗膽堿作用，在醫藥上有多種用途，資源開發利用前景廣闊[4-6]。【前人研究進展】我國山莨菪野生分布四川、西藏、青海、云南等地，生長于海拔2200～4200 m的高山地區山坡、路邊、草坡陽處[7]，近年來山莨菪野生植物資源日益枯竭，1999年山莨菪被《國家重點保護野生植物名錄(第一批)》列入二級保護植物。目前，對山莨菪的研究主要集中在化學成分分離與分析、藥理作用、臨床應用等方面，國內稀有栽培及栽培技術研究，【本研究切入點】筆者著手開展山莨菪山莨菪種子育苗及栽培技術研究，【擬解決的關鍵問題】以期為山莨菪人工引種栽培技術、資源開發與可持續利用以及推廣種植提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于四川省阿壩藏族羌族自治州紅原縣四川省草原科學研究院二農場(E102°32′，N32°46′海拔：3497 m)，該地處于青藏高原屬于大陸性高原寒溫帶季風氣候，其特點為：氣候寒冷，春秋季短促而不明顯，熱量不足，植物生長期短。年均溫0.6～1.1 ℃，月平均溫度在5 ℃以下的月份長達7個月之久，≥10 ℃年積溫僅865 ℃，極端高溫23.5 ℃，極端低溫-33.8 ℃，年降雨量650～740 mm，降雨集中在5-9月。試驗地土壤pH值約5.8。

1.2 供試材料

研究材料分別于2013、2014、2015年9月中旬采自于四川省阿壩州紅原縣瓦切鎮，經四川省草原科學研究院民族植物研究所賈國夫研究員鑒定為茄科山莨菪[A.tanguticus(Maxim．) Pascher]成熟的種子，經自然干燥、凈選后于室內常溫保存。

1.3 試驗方法

1.3.1 野外觀察 2015-2017年，對紅原瓦切鎮、邛溪鎮野生山莨菪進行了主要物候特征觀測。

1.3.2 田間育苗及管理方法 于2014、2015、2016年5月地溫穩定后，淺耕土地20 cm，作床，長2.5 m、寬1 m。苗床整理好后，進行條播，播幅5 cm，深1～2 cm，每行播30粒，行距20 cm，10次重復。為保證肥料、光照供給充足，實生苗第2年后間苗，株行距為20 cm×40 cm。每年于生育期進行除草、松土等管理。

1.3.3 溫室育苗及管理方法 鋼筋結構的陽光大棚，南北朝向，苗床整理好后，按1.3.2項下方式進行定量播種。

1.3.4 基肥育苗移栽 于2016年5月地溫穩定后，幼苗未出土時進行移栽。選擇無病害、無蟲口、無破損、大小一致的2年生山莨菪健康幼苗進行移栽。以施入牛糞作為底肥和空白對照處理進行試驗，移栽后及時澆定根水，每個處理3次小區重復，每小區移栽24株。

1.3.5 取樣調查及計算方法 于2016、2017年8下旬測定成苗率及生物量。成苗率=成苗數/播種總數×100 %；每處理隨機采挖10株觀測分析，用直尺測量株高、主根長度，用游標卡尺 (精度為0. 01 mm) 測量其主根距離根頭部2 cm處的直徑，電子天平稱量植株莖、葉、根鮮重，后 60 ℃ 烘干至恒重，稱干重，計算生物量。分別采用Excel、SPSS18.0軟件對數據進行分析，并對生物量進行線性函數、冪函數和指數函數進行模型擬合，然后確定系數R2最高，相關性假設檢驗達到(P= 0.05)的模型進行討論。

2 結果與分析

2.1 野生山莨菪物候學觀察

野生山莨菪在四川省阿壩紅原于5月中旬開始陸續出苗，下旬返青并開始開花， 6月中旬至7月中旬進入盛花期，并持續到8月中下旬，8月中下旬少量種子成熟，8月上旬至9月下旬為果實成熟期，9月中旬地上莖葉開始枯萎，土壤肥沃、蔭蔽環境的植株枯萎時間滯后。植株在牧民冬圈周圍長勢較好。

2.2 山莨菪幼苗不同生長年限生物量動態的積累

2.2.1 山莨菪不同生長年限生長特性變化 山莨菪幼苗的生長特性均隨生長年限顯著變化，根直徑、株高、根長均隨著年限增加逐年增加，其變化趨勢見圖1～3。由表1可見，山莨菪主根直徑第2年比第1年增加了3倍多，2～3年增速較慢，第4年增速較快平均為(3.23±0.39) cm。株高隨年限增長呈直線上升趨勢，第1年生長較低平均僅為(5.57±0.35) cm，而經過2～3年的生長，第4年平均株高為(49.14±3.14) cm，最高達55 cm；根長前2年變化較大，而2～3年增長較緩，第4年增速較快，平均為(36.9±2.83) cm，實際根生長已超過耕作層。

2.2.2 山莨菪不同生長年限生物量積累情況 由表1、圖4可見，前4年山莨菪實生苗的莖、葉、根生物量隨著生長年限的增加而逐年增加，生長曲線呈上升趨勢，各器官生物量的增速大小順序為：根>葉>莖。生物量在第1～2年增速較快，但生物總量積累較少，第3年增速變緩，生物量積累僅為(11.6651±2.9) g，第4年后生物量增速加快，積累總量平均為(167.697±46.06) g，其中根生物量平均為(90.6341±24.82) g，單株生物量最高可達306 g。

圖1 山莨菪不同生長年限根直徑動態變化特征Fig.1 Root diameter of A. tanguticus relative to different growth age

圖2 山莨菪不同生長年限株高動態變化特征Fig.2 Plant height of A. tanguticus relative to different growth age

2.2.3 山莨菪不同生長年限不同部位生物量分配 由表2可見，前4個不同生長年限中山莨菪各器官的生物量及營養分配不一致，由根冠比、生物量分配占有比可見地下根為全株主要的構成部分，各器官的生物量分配比例均表現為根>葉>莖。根占有比例存在大小年變化，第2、4年占有比均比前一年有所下降，而同化物質的關鍵器官葉(y)隨著地下根(x)占比例呈負相關變化(y=71.144-0.748x，R2=0.909，F=360.628，P<0.001)。地上莖葉比總體呈上升趨勢，第4年其莖葉比達0.60±0.02，山莨菪第1、2年為出苗及幼苗期，其莖生物量占有比例較小，第3、4年大幅增加。

2.2.4 山莨菪幼苗生物量與生長特性、各營養器官生物量的關系 由表3可見，生物量與山莨菪植株生物量與生長特性、各營養器官生物量積累呈有序性關系。前4年生長生物總量與葉生物量、莖生物量、根生物量呈正相關線性關系(P<0.001)，其線性方程的斜率反映了營養器官生物量的增長速率：莖生物量>葉生物量>根生物量。幼苗生物量與根直徑、地上生物量表現為冪函數增長，相關性模型的確定系數R2均較高(分別為0.917、0.974)。幼苗生物量與株高、根長表現為指數增長，相關性模型的確定系數分別為R2均較高(分別為0.785、0.731)，均達到極顯著水平。

圖3 山莨菪不同苗齡根長動態變化特征Fig.3 Root length of A. tanguticus relative to different growth age

圖4 山莨菪不同苗齡生物量動態變化特征Fig.4 Biomass of A. tanguticus relative to different growth age

2.3 不同育苗環境對山莨菪育苗的影響

2.3.1 不同育苗環境對山莨菪成苗率的影響 由表4可見，不同育苗環境對山莨菪成苗率及形態特征具有顯著的影響。高原日光溫室顯著提高了山莨菪幼苗的成苗率、根直徑、株高和根長(P<0.01)，其成苗率(42.5 %±5.04 %)是田間育苗成苗率(20.21 %±1.68 %)的2倍多，溫室條件更有利于山莨菪幼苗成苗及生長。

2.3.2 不同育苗環境對山莨菪幼苗生物量的影響 由表4可見，不同育苗環境對山莨菪生物量積累具有顯著的影響。山莨菪溫室幼苗總生物量(0.4788±0.05)g/株田間苗生物量的(0.1188±0.06)g/株的4倍。莖、葉、根各生物構件均具有顯著性差異(P<0.01)，尤其溫室育苗葉生物量(0.6700±0.08)g/株是田間育苗生物量(0.069±0.01)g/株的10余倍，地下根生物量(0.1679±0.02)g/株是田間育苗生物量(0.0745±0.01) g/株的2倍多。

表1 山莨菪不同生長年限的生長特性和生物量積累

表2 山莨菪不同苗齡生物量分配

2.3.3 不同育苗環境對山莨菪幼苗不同部位營養分配的影響 由表5可見，田間育苗有利于山莨菪幼苗地下生物量的積累：田間育苗根冠比(1.39±0.16)>溫室育苗的(0.26±0.03)，田間苗地上、地下干鮮比例大于溫室育苗；溫室苗地上莖、葉生物量占總生物量比例約為80 %，而田間苗地下生物量占總生物量的58.69 %±0.01 %，表明受溫度、光照等溫室環境因子影響，山莨菪地上生物量分配較多。

表3 山莨菪幼苗生物量(y：g)與生長特性(x：cm)、營養器官生物量(x：g)的關系

表4 不同育苗環境對山莨菪幼苗成苗率及生長的影響(N=10)

注：**表示顯著性羞異水平(P≤0.01)；*表示顯著性差異水平(P≤0.05)。

Note: ** mean significance at 0.01 level; * means significance at 0.05 level.

表5 不同育苗環境對山莨菪幼苗生物量分配影響(N=10)

3 討論與結論

3.1 山莨菪幼苗生物量積累及分配

對山莨菪1～4年生幼苗生物量積累及分配規律的研究發現，生物量積累隨著生長年限增加呈顯著性增加，本研究僅以育苗圃內山莨菪植株為研究對象，未作種苗移栽研究，山莨菪生長喜肥，多年生長對土壤肥力消耗大，土壤結構發生變化，其生長也會受到限制。地下根生物量為植株主要生物量分配部位，第4年生根生長較深，大部分植株根生長超過耕作層，部分植株主根根尖部位、細根并未完全挖出。隨著年限增加，地上莖葉生物量分配方式呈逐漸上升趨勢，生物量的干鮮比例也呈上升趨勢，且地下根部分的折干率高于地上部分。第2、3年度幼苗生物量積累較緩，可能與幼苗剛出苗受冰雹損壞，影響了幼苗的生長。

3.2 環境對山莨菪育苗及生長的影響

未經處理的山莨菪種子田間直播的成苗率較低，僅為20.21 %±1.68 %，而陽光溫室顯著提高了育苗的成苗率和生物量，分別提高1、3倍多，本研究并沒有對其影響因素深入研究。因此，人工育苗栽培時應考慮種子播前處理或設施育苗，為種苗提供更適宜的外界條件以提高成苗率。溫室育苗加速了生物量積累，有利于種苗進一步大田移栽，并縮短育苗時間。山莨菪人工栽培技術并不成熟，應進一步開展影響山莨菪種子萌發、發芽、成苗的限制因子，解決田間成苗率低的問題。

3.3 山莨菪人工栽培

本研究表明野生藥用植物山莨菪人工栽培是切實可行的，育苗圃內4年生山莨菪的根生物量平均為90.6341 g/株，最重為167.3360 g/株，但并未達到生長的最高峰值，應進一步開展相關研究，以掌握山莨菪人工栽培生長規律和特性，為藥材人工栽培提供技術支撐，從而解決山莨菪不斷增長的市場需求的矛盾和野生采挖對青藏高原草地生態環境嚴重破壞的問題。本研究暫未測定栽培不同生長年限山莨菪根中主要化學成分的含量，需進一步進行研究為山莨菪藥材生產和資源開發提供科學依據。

致謝：成都第一制藥原料藥有限公司為本研究提供的資助。