營養元素對黃芪初生及次生代謝的影響

楊祎辰 黨艷妮 安莉 常暉 張梟將 王二歡 馬存德

摘要 [目的]通過監測不同營養處理黃芪根部可溶性總糖、還原糖和總黃酮含量的動態積累，揭示黃芪生長進程中初生及次生代謝強度的變化機制，在最佳時期合理施用不同營養元素，以保證黃芪有效生長，以期為黃芪的大田生產提供簡單、高效的施肥方式。[方法]田間試驗采用單因素隨機分組試驗設計，分別設N、P、K施肥處理及CK，每20 d采樣1次，測定可溶性總糖、還原糖及總黃酮含量。[結果]隨著黃芪的生長進程，可溶性總糖及還原糖趨勢相似，均為先升高后回落，且影響程度為K>N>P;而總黃酮則為穩定增加后趨緩，影響程度為N>P>K。K處理下，黃芪可溶性總糖、還原糖含量在10月4日分別達30.780%、1.323%;N處理下，總黃酮含量在10月24日達0.759%。[結論] 9月中旬追施氮肥，葉面噴施鉀肥，可有效增強黃芪初生及次生代謝強度，積累碳水化合物含量，清除自由基，從而保證黃芪穩定、高效的生長發育。

關鍵詞 蒙古黃芪;初生代謝;次生代謝;可溶性總糖;還原糖;總黃酮

中圖分類號 R282.2文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）11-0178-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.051

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract [Objective] By monitoring the dynamic accumulation of total soluble sugar， reducing sugar and total flavonoids in the roots of Astragalus membranaceus， to reveal the mechanism of change of primary and secondary metabolic intensity in the growth process of Astragalus membranaceus， rational application of different nutrients in the best period to ensure the effective growth of Astragalus， in order to provide a simple and efficient fertilization method for the production of Astragalus membranaceus. [Method] The field trials were designed by single factor randomized trials. N， P， K fertilization treatment and CK were performed， and samples were taken every 20 days to determine the content of soluble total sugar， reducing sugar and total flavonoids. [Result] With the growth process of Astragalus membranaceus， the main trends of soluble total sugar and reducing sugar were similar， all of which increased first and then fell back， and the degree of influence was K>N>P;while the total flavonoids slowed down after stabilization and the degree of influence was N> P>K. Under K treatment， the total soluble sugar and reducing sugar content of Astragalus membranaceus reached 30.780% and 1.323% on October 4， respectively. Under N treatment， the total flavonoid content reached 0.759% on October 24. [Conclusion] In the middle of September， the application of nitrogen fertilizer and foliar application of potassium fertilizer can effectively enhance the primary and secondary metabolic intensity of jaundice， accumulate carbohydrate content， and scavenge free radicals， thus ensuring stable and efficient growth and development of jaundice.

Key words Astragalus membranaceus;Primary metabolism;Secondary metabolism;Soluble total sugar;Reducing sugar;Total flavonoids

基金項目 國家中藥標準化項目——腦心通膠囊標準化建設（ZYBZH-C-QIN-45）;國家重點研發計劃——中醫藥現代化研究重點專項（2017YFC1700702）。

作者簡介 楊祎辰（1990—），男，陜西華陰人，中藥師，碩士，從事藥用植物資源與利用研究。*通信作者，副主任藥師，從事中藥標準化栽培與管理、中藥資源及鑒定研究。

收稿日期 2019-01-25

黃芪作為大宗中藥品種，藥食同源，產銷量逐年增大[1]。蒙古黃芪藥效遠高于膜莢黃芪，故當前栽培品種的基原大多為蒙古黃芪[2]。對根及根莖類藥材而言，初生及次生代謝積累的有效成分，往往是該類藥材的藥用成分。一般情況下，糖及黃酮是藥典中規定的根莖類藥材指標性成分。糖是初生代謝的產物，而黃酮則是次生代謝的產物[3]。2015版藥典中對黃芪質量的要求為黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷分別不低于0.040%和0.020%[4]。李瑞東等[5]研究表明，隴西產黃芪的黃芪甲苷含量高于藥典要求的2倍以上，而水分、灰分、農殘及重金屬含量也高標準滿足藥典的要求。滕紅梅等[6]研究發現，甘肅產黃芪的毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量雖低于內蒙和山西，但也是藥典要求的10倍以上。可見，各主產區的黃芪質量普遍能夠高標準達到藥典中的含量要求。近年來，提高有效成分仍是黃芪的研究熱點，初生、次生代謝強度相關方面卻鮮見報道。筆者通過對比不同營養元素對黃芪可溶性總糖和總黃酮的含量的差異，探索營養元素與黃芪初生、次生代謝強度的相關性，以期為黃芪的大田生產提供簡單、高效的施肥方式。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地土壤類型為壤土，前茬作物為油菜。田間試驗于2018年3—11月在甘肅省隴南市宕昌縣阿塢鄉麻界村步長制藥甘肅藥源基地進行。基地屬干旱半干旱氣候，海拔2 300 m，年日照時數2 312 h，≥0 ℃年積溫為 2 581～2 721 ℃·d，全年無霜期180 d，年均降雨量為 450 mm。

1.2 材料

供試1年生黃芪種苗源自甘肅省岷縣。經陜西步長制藥有限公司副主任藥師馬存德鑒定為豆科植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.var.mongolicus（Bge.）Hsiao。

1.3 方法

1.3.1 試驗設計。

采用單因素隨機區組設計，設3個處理組、1個對照組，分別施用尿素、過磷酸鈣、硫酸。小區面積4 m×3 m，重復3次。移栽方式采用條栽，株行距為20 cm×20 cm。2018年3月28日進行種苗移栽，4月12日出苗，4月27日定苗。0～45 cm耕層土壤養分基本情況：pH 7.96、有機質29.58 g/kg、全氮1.547 g/kg、堿解氮75.61 mg/kg、全磷0469 5 g/kg、速效磷23.85 mg/kg、全鉀29.6? g/kg、速效鉀357.70 mg/kg。

基肥用當地藥農慣用的磷酸二銨（N-P2O5-K2O：18-46-0），施用量750 kg/hm2。結合黃芪生物特性以及土壤養分含量，試驗設計見表1。

1.3.2 指標測定。

從2018年6月6日起，每20 d取樣1次，每次10株，測定根部可溶性總糖、還原糖、總黃酮，可溶性總糖和還原糖的提取測定方法均參考《植物生理學實驗指導》[7]，總黃酮的提取測定則參考梁欣格等[8]的方法。

1.4 數據統計分析

采用Microsoft Excel 2016整理數據和做圖，運用SPSS 23.0、DPS v7.05數據處理軟件進行單因素ANOVA檢驗，采用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同營養元素對蒙古黃芪根部可溶性總糖動態積累的影響

從圖1可看出，可溶性總糖含量隨著黃芪生長進程是一個緩慢提高的過程，在成熟期前達到峰值，之后回落。與CK相比，N、P、K 3種元素對可溶性總糖含量的影響依次為K>N>P。而可溶性總糖含量上升幅度最大的時期是9月中旬至10月上旬。考慮到甘肅宕昌9月中下旬開始氣溫下降明顯，黃芪初生代謝強度增加，抵御環境氣候的改變，故可溶性總糖含量出現了明顯的上升。其中K處理的黃芪可溶性總糖含量在10月4日達30.78%，而同期CK的可溶性總糖含量僅為25.40%。可見，K元素對于可溶性總糖的積累有一定的促進作用。

2.2 不同營養元素對蒙古黃芪根部還原糖含量的影響

從圖2可看出，與可溶性總糖類似，還原糖含量隨著黃芪生長發育也出現了先緩慢升高再回落的趨勢，但較可溶性總糖升高和回落的幅度更大。與CK相比，N、P、K 3種元素對還原糖含量的影響依次為K>N>P。還原糖含量上升幅度最大的時期也是9月中旬至10月上旬。含有游離醛基或酮基的糖，具有還原性，被稱為還原糖。單糖和二糖普遍是還原糖，是植物體內碳水化合物貯藏和運輸的主要形式。因此在環境驟變的情況下，還原糖會大量積累。其中K的還原糖含量在10月4日達1.323%，而同期CK處理的還原糖含量僅為1.079%。可見，K對于還原糖的積累均有一定的促進作用。

2.3 不同營養元素對蒙古黃芪根部總黃酮含量的影響

從圖3可看出，總黃酮含量隨著黃芪生長發育穩定增加，其中N處理對于黃芪總黃酮的積累顯著優于P、K處理及CK。作為次生代謝產物，黃酮類化合物往往與植物的抗病性關系密切，參與組織內清除自由基、抵御逆境脅迫的生理活動。6—8月，外界氣溫適宜，土壤微生物的活性較高，各處理的總黃酮含量均隨著黃芪生長進程保持一個較高的增幅。9月中旬，隨著氣溫降低，土壤微生物活性隨之降低，根部總黃酮含量呈現出穩定緩慢的增加。與CK相比，N、P、K 3種元素對總黃酮含量的影響依次為N>P>K。其中N處理的總黃酮含量在10月24日達0.759%，而同期CK處理的總黃酮含量僅為0.713%。可見，N對于黃芪根部總黃酮的積累有一定的促進作用。

3 結論與討論

黃芪多糖為黃芪藥材中最主要的有效成分，包括葡聚糖和雜多糖。關于黃芪多糖的提取工藝研究較多，目前常用的方法還是傳統的水煎法，且短時間內不會改觀[9]。同時，黃芪多糖由于提取過程中的人為因素較多，會影響到多糖的提取率。而可溶性總糖和還原糖是植物體內碳水化合物能夠相互轉化和再利用的主要物質，也是干旱脅迫誘導的溶質之一[10]。黃酮類化合物為植物次生代謝產物，對抗逆性、清除體內自由基的作用則更加有效。次生代謝途徑的前體往往就是初生代謝產物，初生代謝活動會直接影響到次生代謝產物的含量;并且初生及次生代謝產物的合成和轉化伴隨著植物整個生長進程。可溶性總糖、還原糖及總黃酮，對于研究黃芪這類耐旱品種的初生及次生代謝應該有一定的意義。該研究發現，可溶性總糖及還原糖的動態積累趨勢大致相同，其中還原糖在9月下旬至采收前的增幅更加顯著。通過對比，K元素對于黃芪可溶性總糖和還原糖的積累有顯著的促進作用，且均在10月上旬達到峰值。郭衍銀等[11]研究表明，鉀可以促進植物體內碳水化合物的合成和運輸。孫澤晨等[12]通過施肥試驗，發現N、P、K處理下的南天竹葉片可溶性糖均顯著高于對照組。以上研究結果均與該研究保持一致。同時，該研究還發現，N元素對于黃芪總黃酮含量的積累則顯著優于其他處理及CK，隨著黃芪的生長進程，總黃酮含量的增加呈現出先穩定增加后緩慢增加的趨勢。

綜上所述，可溶性總糖、還原糖、總黃酮對于揭示黃芪生長進程中初生及次生代謝強度的變化機制應該具備一定的科學依據。故9月中旬，可對黃芪追施氮肥，葉面噴施鉀肥，不僅能夠為積累碳水化合物，也能促使黃芪總黃酮等次生代謝產物的積累，抵御病蟲害，清除自由基，抵御環境的驟變，從而保證穩定、高效的生長發育。

同時，更深一步研究和了解藥用植物的初生、次生代謝過程對于藥用植物自身的生物學意義以及不同生態環境條件對藥用植物次生代謝成分和含量的影響，對于揭示中藥材的“道地性”的形成機理[13]、培育優良的藥用植物品種、合理引種和規劃藥用植物的道地性栽培產區、規范藥用植物的現代化栽培生產均具有重要意義。

參考文獻

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