不同種植深度和密度對(duì)黃芩藥材質(zhì)量的影響

王丹陽(yáng)，王 祥，安 佳，高 靜，顏永剛，王昌利

(陜西中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院, 陜西 咸陽(yáng) 712046)

黃芩為唇形科植物黃芩ScutellariabaicalensisGeorgi的干燥根[1]，其主要依靠蟲媒傳粉，種子繁殖[2]。歷代醫(yī)學(xué)著作中關(guān)于黃芩藥材名稱、產(chǎn)地和原植物形態(tài)的記載較多，《神農(nóng)本草經(jīng)》、《本草綱目》、《唐本草》等均有描述[3,4]。黃芩為傳統(tǒng)大宗藥材之一，現(xiàn)代研究表明，黃芩藥材主要含有黃酮類、糖類、甾醇類和一些揮發(fā)性成分，具有抗氧化、抗炎、抗癌、降糖、抗血栓、抗病毒等多種藥理特性[5～7]。隨著市場(chǎng)需求的逐年猛增，野生黃芩已不能滿足，栽培品種應(yīng)運(yùn)而生[8,9]。近年來，黃芩栽培面積逐年增大。栽培黃芩在緩解市場(chǎng)供不應(yīng)求矛盾的同時(shí)，所存在的質(zhì)量參差不齊、產(chǎn)量低等問題也逐漸顯現(xiàn)出來。

陜西作為黃芩主產(chǎn)地之一，地理?xiàng)l件優(yōu)越，種植歷史悠久，但種植技術(shù)不盡相同，導(dǎo)致黃芩質(zhì)量參差不齊。筆者實(shí)驗(yàn)基于課題前期研究基礎(chǔ)，于淳化縣黃芩種植基地對(duì)黃芩種植過程中的種植深度和種植密度進(jìn)行考察，分析不同種植技術(shù)對(duì)陜產(chǎn)黃芩藥材外觀性狀及主要活性成分含量的影響，并結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶種植經(jīng)驗(yàn)，從而完善黃芩規(guī)范化種植技術(shù)，為實(shí)際生產(chǎn)提供指導(dǎo)意義。

1 材料

1.1 種子

黃芩種子于2015年9月15日，采集陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物園，經(jīng)陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院王繼濤老師鑒定，為唇形科植物黃芩ScutellariabaicalensisGeorgi的成熟干燥種子。

1.2 試驗(yàn)田概況

試驗(yàn)田布置于2016年5月中旬在陜西省淳化縣黃芩種植基地進(jìn)行。種植試驗(yàn)區(qū)地形平坦，肥力屬該地區(qū)中等水平，前茬種植農(nóng)作物為玉米，每個(gè)小區(qū)4 m×6 m=24 m2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置三個(gè)種植深度水平，條溝深度分別為10 cm(SD1覆土厚度1cm)、20 cm(SD2覆土厚度2cm)和30 cm(SD3覆土厚度3cm)；在行距一定的情況下通過出苗后剪苗形成相應(yīng)的6個(gè)種植密度，分別為10 cm×10 cm(MD1)，10 cm×20 cm(MD2)，10 cm×30 cm(MD3)，20 cm×20 cm(MD4)，20 cm×30 cm(MD5)，30 cm×30 cm(MD6)，每水平設(shè)置3個(gè)重復(fù)試驗(yàn)小區(qū)，共計(jì)27個(gè)小區(qū)，在黃芩生長(zhǎng)過程中，其它病蟲草防治同該地區(qū)大田管理中等水平。

1.4 儀器與試劑

DHG-9030 型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)、BS2202S萬分之一電子分析天平(德國(guó)Sartorius公司)、BP211D型十萬分之一電子分析天平(德國(guó)Sartorius公司)、BJ-800A拜杰超高速多功能粉碎機(jī)(上海天褀盛世科技有限公司)、40目尼龍檢驗(yàn)篩(浙江上虞瑞志儀器)、KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)、Waters2998 PDA Detector極管陣列檢測(cè)儀(美國(guó)Waters公司)、Waters SunFireTMC18色譜柱(美國(guó)Waters公司)、Waters2695高效液相色譜儀(美國(guó)Waters公司)、Ultra C18 120A色譜柱(250 mm × 4.6 mm，5μm)(美國(guó)Waters公司)。

對(duì)照品黃芩苷(批號(hào)：110715-201806)；漢黃芩苷(批號(hào)：10183-201805，)；千層紙素A(批號(hào).：110796-201815)、野黃芩素(批號(hào).：10153-201711)、黃芩素(批號(hào)：10217-201711)、漢黃芩素(批號(hào)：10184-201702)、白楊素(批號(hào)：10150-201508)、野黃芩苷(批號(hào)：10513-201610)、芹菜素(批號(hào)：10143-201607)，以上對(duì)照品均購(gòu)于天津貝塔生物科技有限公司，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于98 %；甲醇、乙腈(美國(guó)Fisher公司)；其他試劑均為分析純。

2 方法

2.1 黃芩藥材外觀指數(shù)測(cè)定

藥材品相是反映植株生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)，于2019年10月隨機(jī)取樣，各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)采挖黃芩樣品15株，除雜，凈制。并對(duì)其根長(zhǎng)、根粗、根中部直徑、地上分支數(shù)、鮮重等指標(biāo)并記錄，旨在初步探討其品質(zhì)優(yōu)劣。

2.2 藥典常規(guī)項(xiàng)檢測(cè)

筆者按照《中國(guó)藥典》通則的規(guī)定，對(duì)各個(gè)處理因素下黃芩樣品進(jìn)行了水分、總灰分和醇溶性浸出物的含量測(cè)定[1]，判斷各個(gè)批次黃芩樣品是否符合國(guó)家藥典標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 含量測(cè)定

基于課題組前期工作，建立的HPLC法同時(shí)測(cè)定陜產(chǎn)黃芩中九種化學(xué)成分含量的方法[10,11]，對(duì)不同處理因素下黃芩樣品中黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、漢黃芩素、野黃芩素、野黃芩苷、芹菜素、白楊素、千層紙素A的含量進(jìn)行測(cè)定。

2.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Office Excel 2019軟件對(duì)黃芩各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，SPSS 16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，各個(gè)不同因素組間比較采用單因素方差分析(ANOVA)，以 P < 0.05表示有顯著性差異，P< 0.01為有極顯著性差異,運(yùn)用GraphPad Prism 5.0軟件進(jìn)行圖表繪制。

3 結(jié)果及分析

3.1 外觀性狀指數(shù)

3.1.1 種植深度對(duì)黃芩藥材外觀性狀指數(shù)的影響 為探討種植深度對(duì)黃芩藥材質(zhì)量的影響，測(cè)定了不同處理水平對(duì)黃芩藥材根長(zhǎng)、直徑、分支、鮮重和干重等指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明，3個(gè)種植深度根長(zhǎng)、分支數(shù)、鮮重和干重等數(shù)據(jù)間有所差異。SD1、SD2與SD3的根長(zhǎng)有顯著性差異，三個(gè)深度水平的直徑、分支數(shù)之間均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。SD2深度根長(zhǎng)、鮮重和干重?cái)?shù)據(jù)最大，分別為31.68 cm、49.84 g、20.24 g。這初步表明三個(gè)種植深度中，SD2(條溝深度為20 cm，覆土厚度2 cm)因素下黃芩樣品外觀指數(shù)較好。

表1 不同種植深度對(duì)黃芩藥材外觀指標(biāo)的影響

3.1.2 種植密度對(duì)黃芩藥材外觀性狀的影響 不同種植密度黃芩樣品外觀分布范圍分別為：根長(zhǎng)20.0～26.0 cm，根冠直徑1.30～1.60 cm，根中部直徑1.00～1.20 cm，分支數(shù)0～3個(gè)不等，鮮重21.00～40.00 g，干重9.0～18.0 g。6個(gè)種植密度水平黃芩樣品外觀指數(shù)分布結(jié)果圖1。

注：圖中相同字母表示在同一水平無統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性，不同字母間表示差異P<0.05，即有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

種植密度為MD1(即10 cm ×10 cm)時(shí)，黃芩樣品外觀指標(biāo)均顯著低于其它栽培密度，故在種植過程中不建議采用。種植密度為MD3(即10 cm ×30 cm)時(shí)，鮮重和干重水平較高，其余外觀指標(biāo)處于適中。種植密度為MD4(即20 cm ×20 cm)時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)均處于中等偏上水平，總體水平較高。種植密度為MD5(即20 cm ×30 cm)時(shí)，黃芩樣品外觀各類指標(biāo)處于中等偏下水平，根分支數(shù)較少，差異有極顯著性水平，根中部直徑相較于MD1有所升高，且差異有顯著性。種植密度為MD6(即30 cm ×30 cm)時(shí)，根長(zhǎng)最長(zhǎng)，根冠和根中部直徑較小，鮮重和干重適中。種植密度為MD2(即10 cm ×20 cm)時(shí)，黃芩樣品外觀指標(biāo)處于上等水平。

3.2 藥典常規(guī)項(xiàng)

不同種植深度和種植密度處理下，黃芩樣品的水分、灰分、浸出物含量均符合2020年版《中國(guó)藥典》規(guī)定，種植深度不同，黃芩藥材中含水量有所不同，主要分布在3.93～5.4%，其中SD1和SD3種植深度含水量無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，但SD1和SD3均與SD2種植深度含水量有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，這表明，當(dāng)種植深度為20 cm時(shí)，黃芩藥材含水量最低。6個(gè)種植密度水平下黃芩樣品的含水量在3.9～5.5 %之間，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性。三個(gè)不同種植深度中SD2(即20 cm)總灰分含量最低，為4.55%；6個(gè)不同種植密度中，MD4(即20 cm×20 cm)總灰分含量最低，為4.69 %。不同處理?xiàng)l件下黃芩樣品醇溶性浸出物含量具有一定差異性(P<0.05)。見表2。

表2 不同因素處理下黃芩藥典指標(biāo)測(cè)定結(jié)果

3.3 含量測(cè)定結(jié)果

3.3.1 種植深度對(duì)黃芩活性成分的影響 不同種植深度對(duì)黃芩活性成分的影響主要體現(xiàn)在黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、野黃芩素、野黃芩苷和白楊素的含量上。結(jié)果見表3。主要規(guī)律為，種植深度SD2的黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、野黃芩素的含量顯著高于種植深度SD1和SD3，其余活性成分雖大小有所差異，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。綜上可得，黃芩最佳種植深度優(yōu)選SD2，即深度為20 cm。

表3 不同種植深度黃芩樣品含量

3.3.2 種植密度對(duì)黃芩活性成分的影響 不同種植密度對(duì)黃芩藥材中主要活性成分的含量大小具有一定的影響，主要體現(xiàn)在黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、芹菜素、白楊素和千層紙素A等6種成分的積累上。結(jié)果如圖2所示。其中，在種植密度為10 cm×20 cm時(shí)，各類成分含量水平均達(dá)到最高，證明在這個(gè)密度種植下，所得黃芩藥材品質(zhì)較好。不同種植密度間黃芩苷含量可分為兩個(gè)水平，10 cm×10 cm、10 cm×30 cm、20 cm×30 cm、30 cm×30 cm處于同一水平，而20 cm×20 cm、10 cm×20 cm密度下黃芩苷的含量顯著高于其余水平，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性。圖2(B)中，種植密度對(duì)黃芩根部漢黃芩苷水平的影響為除10 cm×10 cm和30 cm×30 cm水平外，其余分組漢黃芩苷的含量之間無顯著性差異，而10 cm×10 cm和30 cm×30 cm的水平顯著低于其余密度。圖2(C)和圖2(D)中，各個(gè)密度水平間黃芩素和野黃芩含量無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，可視為試驗(yàn)設(shè)置密度對(duì)漢黃芩素和野黃芩積累無明顯影響。圖2(E)中，10 cm×10 cm水平下黃芩樣品的芹菜素含量顯著低于其余各密度水平，其余水平彼此間無顯著性差異。圖2(F)、圖2(G)和圖2(I)中，不同種植密度下黃芩樣品中漢黃芩素、野黃芩苷和千層紙素A的含量無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，可視為對(duì)這三種成分影響較小。種植密度對(duì)黃芩中白楊素含量的影響如圖2(H)，10 cm×20 cm種植密度下黃芩中白楊素的含量達(dá)到最高。

注：圖中相同字母表示在該水平上無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，不同字母表示含量水平間有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著性(P<005)。

3.4 主成分分析

3.4.1 種植深度對(duì)黃芩質(zhì)量影響的主成分分析 本研究采用SPSS對(duì)黃芩根長(zhǎng)、根冠直徑、折干率、浸出物、主要活性成分總含量5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取特征值≥1的前一個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.85%，基本可以代表原始數(shù)據(jù)信息，結(jié)果見表4。

表4 不同種植深度主成分矩陣

根據(jù)特征向量，得到根據(jù)特征向量，得到五個(gè)主成分的線性組合表達(dá)式為：Z1=0.23X1+0.23X2+0.23X3-0.21X4+0.17X5，再以每個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率作為權(quán)數(shù)，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：F=86.85%Z1，將每個(gè)種植深度主成分得分計(jì)算出后，代入綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算F值，F(xiàn)值越大，說明該種植深度下黃芩的綜合品質(zhì)越高，最后得到不同種植深度的F值排名，見表5。SD2時(shí)，F(xiàn)值最大，因此，最佳栽培種植為條溝深度20 cm(覆土厚度2 cm)。

表5 不同種植深度綜合排名

3.4.2 種植密度對(duì)黃芩質(zhì)量影響的主成分分析 研究采用SPSS對(duì)黃芩根長(zhǎng)、根冠直徑、折干率、浸出物、主要活性成分總含量5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取特征值≥1的前兩個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)84.78%，基本可以代表原始數(shù)據(jù)信息，結(jié)果見表6。

表6 不同種植密度主成分矩陣

根據(jù)特征向量，得到根據(jù)特征向量，得到五個(gè)主成分的線性組合表達(dá)式為：Z1=0.38X1+0.40X2-0.04X3+0.25X4+0.22X5；Z2=0.04X1+0.05X2+0.44X3+0.52X4-0.34X5；再以每個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率作為權(quán)數(shù)，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)函數(shù)：F=51.87%Z1+32.90%Z2，將每個(gè)種植密度的主成分得分計(jì)算出后，代入綜合評(píng)價(jià)函數(shù)，計(jì)算F值，F(xiàn)值越大，說明該種植密度下黃芩的綜合品質(zhì)越高，最后得到不同種植密度的F值排名，見表7。從不同種植密度的綜合評(píng)價(jià)來看，MD2時(shí)F值最大，綜合排名最高。因此，最佳種植密度為10 cm×20 cm。

表7 不同栽培密度綜合排名

4 討論

黃芩主要以根入藥，黃酮類主要活性成分主要集中在根部，因此以根部外觀性狀評(píng)價(jià)黃芩的品質(zhì)差異具有一定合理性[12,13]。在對(duì)藥材進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí)，按照2020年版《中國(guó)藥典》規(guī)定，對(duì)水分、灰分、浸出物進(jìn)行測(cè)定，可判斷黃芩品質(zhì)是否達(dá)到藥用標(biāo)準(zhǔn)，并分析其差異，課題組建立的HPLC法同時(shí)測(cè)定黃芩藥材9種活性成分的方法，該方法穩(wěn)定可靠，可行性高。近年來研究發(fā)現(xiàn)除黃芩苷外，其余成分也顯示出了較大生理活性，單一成分的含量已不能簡(jiǎn)單表征藥材質(zhì)量或者品質(zhì)的優(yōu)劣，因此以活性成分總量來代替黃芩苷評(píng)價(jià)黃芩的質(zhì)量具有一定的合理性。

合理種植密度和種植深度是調(diào)控黃芩品質(zhì)的重要種植措施之一[14]，不同種植深度與密度對(duì)黃芩所處的生活環(huán)境有一定影響。深度與密度不同，黃芩所處的生活環(huán)境如光照、溫度、濕度、通氣情況以及土壤的營(yíng)養(yǎng)程度都會(huì)發(fā)生極大變化，進(jìn)而影響黃芩個(gè)體的生長(zhǎng)。深度太深，密度過大會(huì)使黃芩地上部分覆蓋緊密，植株的光合作用受到影響，單位面積營(yíng)養(yǎng)空間不足，植株生長(zhǎng)發(fā)育受阻，有效成分含量降低，影響藥材質(zhì)量[15,16]；而密度太小會(huì)對(duì)黃芩產(chǎn)量以及土地利用率產(chǎn)生較大的影響。

試驗(yàn)也證明了這個(gè)結(jié)論，在對(duì)黃芩種植深度和密度的考察過程中，深度為20 cm，樣品各類指數(shù)較好，說明種植深度為20 cm有利于黃芩品質(zhì)的提高；而種植密度為20 cm×10 cm時(shí)，黃芩總體品質(zhì)較好，故建議實(shí)地種植密度為20 cm×10 cm。筆者試驗(yàn)避免了單一指標(biāo)，或者唯成分論來決定藥材品質(zhì)，多指標(biāo)反映更全面，結(jié)論相對(duì)客觀，完善了更為適宜的渭北旱塬地區(qū)黃芩栽培技術(shù)，為黃芩藥材規(guī)范化種植技術(shù)的示范與推廣提供了一定的理論基礎(chǔ)。當(dāng)然，影響黃芩藥材品質(zhì)的因素涉及到其生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)，故后續(xù)實(shí)驗(yàn)將在采收加工等多方面進(jìn)行分析，進(jìn)一步完善黃芩種植，管理操作相關(guān)規(guī)程。