不同栽培年限黃花倒水蓮產量與品質分析

萬 麗， 李典鵬， 唐 輝， 劉寶玉， 王滿蓮， 盧鳳來， 鄭玉梅

( 1. 桂林醫學院 藥學院， 廣西 桂林 541004； 2. 廣西壯族自治區中國科學院 廣西植物研究所， 廣西 桂林 541006； 3. 廣西植物功能物質與資源持續利用重點實驗室， 廣西壯族自治區中國科學院 廣西植物研究所, 廣西 桂林541006 )

黃花倒水蓮(Polygalafallax)，別稱黃花遠志、觀音墜、鴨仔兜等，為遠志科遠志屬多年生灌木，集食用、藥用于一身，是瑤、苗、壯、侗等民族藥。在我國分布于江西、福建、湖南、廣東、廣西和云南等地(李樹剛等，1991)。其根是傳統藥用部位，可用于病后體虛、腰膝酸痛、子宮下垂、月經不調、急慢性肝炎及創傷性損傷等癥(張嫦麗等，2017)。黃花倒水蓮富含多種藥用成分，如類黃酮、皂苷、多糖等，具有提高機體抗應激能力(劉嫦玉等，2020)、抗血栓(劉育鋮等，2021)、抗衰老和抗癌等功效(林存麗等，2011)。此外，黃花倒水蓮還可用作滋補湯料食材、制作花茶等，為廣西和廣東地區民間煲湯用料(李根等，2022)。了解植株生長年限對藥用植物生物量和有效成分的影響是制定高效栽培技術的前提條件。例如，劉芳等(2015)的研究發現在黃連生長過程中，根莖干重隨生長年限不斷增加，并且各生長年限的增加幅度不同。陳松樹等(2020)的研究表明黨參的K、Mg、B、Zn、Mn、Cu含量隨著生長年限的延長而降低，Ca、P、Fe、Ni含量隨著生長年限的延長而增加。霍藝丹等(2011)的研究發現不同栽培年限人參粗蛋白含量不同。這些研究提示生長年限對中藥材的產量與品質會產生較大影響。張潔等(2019)的研究表明，隨著遠志生長年限的延長，其初級代謝物中蔗糖、果糖、膽堿的量減少，而甘氨酸、棉籽糖的量則增加；次級代謝物中皂苷類成分的量增加，而酮及部分低聚糖酯的量則減少。黃花倒水蓮栽培年限與產量的關系以及栽培年限差異是否改變內部代謝物質的積累進而影響其品質等問題還需進一步研究。

目前，已有對黃花倒水蓮產量與品質隨光照(Liang et al., 2022)、林分(王邦富等，2018)、激素(張玉仙等，2022)等變化規律的研究，有關黃花倒水蓮產量與品質隨栽培年限變化的研究并不多見。隨著黃花倒水蓮市場需求的增大，目前已開始進行大面積的人工種植，作為多年生根類藥材，確定其適宜的采收時期對生產的指導意義重大。因此，本研究以1～5 年生黃花倒水蓮為對象，對其不同栽培年限的根系產量指標(根系形態特征、生物量)與品質指標(藥用成分、營養成分、礦質元素)進行分析，探討黃花倒水蓮根生物量及根中有效成分積累的動態變化規律，以期為黃花倒水蓮的科學采收提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于廣西桂林市灌陽縣新街鎮(111°6′30.6″ E、25°27′23″ N，海拔 1 154 m)，屬亞熱帶季風氣候區，年平均日照時數1 171.4 h，年平均氣溫18.0 ℃，年平均降雨量1 582.6 mm。

1.2 試驗材料及生物量統計

2017—2021年，我們對試驗地(旱地)進行全面整地后，按南北方向起畦，畦寬1.5 m，畦間距30 cm。每年3月將上年秋季播種的黃花倒水蓮幼苗移栽于試驗區，行距60 cm，株距60 cm，每年種植面積不低于667 m2。整個生育期正常供水，隨時防治病蟲害，及時拔除雜草。

2022年2月，在1～5 年生黃花倒水蓮試驗小區，分別隨機采挖中間畦生長良好、無病蟲害的植株，每個生長年限各處理10株，清洗干凈并晾干表面水分后分別用卷尺測量根幅，游標卡尺測量基徑、一級根徑；電子天平測量根鮮重后將各樣品置于烘箱中105 ℃殺青15 min，80 ℃ 烘干至恒質，測量其干質量，并計算藥材折干率(drying rate，DR)。藥材折干率(DR)=干質量/鮮質量。

1.3 功能性成分檢測

將烘干的樣品用粉碎機粉碎，過40目篩，每個樣本3個重復。蛋白質含量參照GB 5009.5—2016進行檢測；脂肪含量參照GB 5009.6—2016進行檢測；灰分含量參照GB 5009.4—2016進行檢測；礦質元素含量參照GB 5009.268—2016進行檢測。總皂苷含量參照羅亞蘭等(2017)響應面法優化超聲提取黃花倒水蓮總皂苷中的方法；總黃酮含量參照林存麗等(2011)超聲波法優選黃花倒水蓮總黃酮中的方法；多糖含量參照劉嫦玉等(2020)響應面法優化黃花倒水蓮多糖中的方法。

1.4 儀器和試劑

儀器：TU-1810紫外可見分光光度計(北京譜析)，SOA100自動凱氏定氮儀(美國Agilent公司)，HH-S水浴鍋、EH20A-plus電熱板(美國Agilent公司)，SX-4-13Z馬弗爐(美國Agilent公司)，Agilent7800N8421A電感耦合等離子體質譜儀(美國Agilent公司)等。

試劑：硫酸鉀、鹽酸、乙酸鎂、硝酸、氬氣、氦氣、金元素、乙醇、亞硝酸鈉、氫氧化鈉、硝酸鋁、冰醋酸、甲醇、高氯酸、香草醛、苯酚、濃硫酸(試劑均來自西隴化工)。

1.5 數據處理

所得數據采用Microsoft Excel 2010軟件進行處理，并采用SPSS 20.0軟件進行單因素差異顯著性分析，采用Sigmaplot 14.0軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同栽培年限黃花倒水蓮根系形態分析

如圖1和圖2所示，不同栽培年限黃花倒水蓮根系呈現較大差異。1～3 年生黃花倒水蓮植株的根幅、基徑均存在顯著差異(P<0.05)，根幅、基徑的變化范圍分別為27.70～125.33 cm、6.18～43.33 mm。3～5 年生黃花倒水蓮植株的根幅與基徑無顯著差異，根幅與基徑分別為125.33～136.33、43.33～45.59 cm (圖1：A, B)。1～5 年生黃花倒水蓮植株的一級根徑均存在顯著差異(P<0.05)，一級根徑變化范圍為8.65～34.65 mm (圖1：C)。1～5年生黃花倒水蓮植株的根幅、基徑及一級根徑隨栽培年限的增長其生長變化趨勢相對一致，呈逐年增長趨勢。其中，根幅、基徑及一級根徑在2～3 年增長最快，3年后趨近平緩 (圖1)。

A. 根幅； B. 基徑； C. 一級根徑。數據為平均值±標準誤差，不同小寫字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)。A. Root width； B. Base diameter； C. Primary root diameter. Data are different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).圖 1 不同栽培年限黃花倒水蓮的根幅、基徑和一級根徑Fig. 1 Root width, base diameter and primary root diameter of Polygala fallax during different cultivating years

A.1 a; B. 2 a; C. 3 a; D. 4 a; E. 5 a。A. One year; B. Two year; C. Three year; D. Four year; E. Five year. 圖 2 栽培年限對黃花倒水蓮根系形態的影響Fig. 2 Effect on morphology of Polygala fallax roots during different cultivating years

2.2 不同栽培年限黃花倒水蓮根的生物量分析

如表1所示，栽培年限對黃花倒水蓮根的鮮重、干重、水分含量均有較大影響。鮮重、干重、水分的含量隨著栽培年限的延長而增加，并且增長節奏和變化極為相似，均為2～3 年增長最快、3～5 年增長較慢。3～5年生黃花倒水蓮根的鮮重、干重、水分分別為1 070.61～1 229.33、289.33～337.33、781.33～892.00 g。除1年生外，黃花倒水蓮根的折干率均無顯著差異(P<0.05)，1年生的折干率為23.86%、2～5 年生的折干率為26.07%～27.44%。

表 1 不同栽培年限黃花倒水蓮根的生物量Table 1 Biomass of Polygala fallax roots during different cultivating years

2.3 不同栽培年限黃花倒水蓮根藥用成分含量分析

如圖3所示，不同栽培年限黃花倒水蓮根中藥用成分含量呈現較大差異，總皂苷含量為18.12～33.04 mg·g-1，總黃酮含量為5.09～9.08 mg·g-1，粗多糖含量為19.28～45.16 mg·g-1。總皂苷含量在1～2 年增加較快，而在第2年達到最大值(33.04 mg·g-1)。總黃酮含量呈現先增加后減少的趨勢，在第4年出現峰值(9.08 mg·g-1)。粗多糖含量呈現先減少后穩定的趨勢，1～4年生黃花倒水蓮根中粗多糖含量均有顯著差異(P<0.05)，最高含量為45.16 mg·g-1。

A. 總皂苷； B. 總黃酮； C. 粗多糖。數據為平均值±標準誤差，不同小寫字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)。A. Total saponins； B. Total flavonoids； C. Crude polysaccharide. Data are different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).圖 3 不同栽培年限黃花倒水蓮根中總皂苷、總黃酮和粗多糖的含量Fig. 3 Contents of total saponins, total flavonoids and crude polysaccharide in Polygala fallax roots during different cultivating years

2.4 不同栽培年限黃花倒水蓮根營養成分含量分析

如圖4所示，不同栽培年限黃花倒水蓮根中的粗蛋白、粗脂肪及總灰分含量呈現較大差異，粗蛋白含量為3.12%～8.32%，粗脂肪含量為1.23%～2.07%，總灰分含量為0.74%～2.30%。粗蛋白含量隨著栽培年限的延長呈現先增加后減少的趨勢，在第3年出現峰值(8.32%)。粗脂肪與總灰分含量隨著栽培年限的延長呈現下降趨勢，最高值均在第1年，分別為2.07%、2.30%。

A. 粗蛋白； B. 粗脂肪； C. 總灰分。數據為平均值±標準誤差，不同小寫字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)。A. Crude fat； B. Crude protein； C. Total ash. Data are different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).圖 4 不同栽培年限黃花倒水蓮根中粗蛋白、粗脂肪和總灰分的含量Fig. 4 Contents of crude protein, crude fat and total ash in Polygala fallax roots during different cultivating years

2.5 不同栽培年限黃花倒水蓮根礦質元素含量分析

如圖5所示，黃花倒水蓮根中礦質元素含量，不同栽培年限黃花倒水蓮根中含有較為豐富的礦質元素，其中常量元素Ca含量為749.67～1 396.67 mg·kg-1，Mg含量為264.33～551.67 mg·kg-1。微量元素含量最高是Fe (264.33～551.67 mg·kg-1)，其次是Mn (205.00～11.00 mg·kg-1)、Cu (1.68～2.90 mg·kg-1),Pt的含量最低，為0.75～3.56 mg·kg-1。

A. 鈣； B. 鎂； C.鐵； D. 錳; E. 銅； F. 鉛。數據為平均值±標準誤差，不同小寫字母表示差異達到顯著水平(P<0.05)。A. Ca； B. Mg； C. Fe； D. Mn; E. Cu； F. Pb. Data are different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).圖 5 不同栽培年限黃花倒水蓮根中鈣、鎂、鐵、錳、銅和鉛的含量Fig. 5 Contents of Ca, Mg, Fe, Mn, Cu and Pb in Polygala fallax roots during different cultivating years

黃花倒水蓮根中Ca、Mg、Mn、Cu含量隨著栽培年限的延長呈現先增加后減少的趨勢，總體表現為3年生最豐富、5年生最低；3年生黃花倒水蓮根中Ca、Mg、Mn、Cu含量顯著高于4～5 年(P<0.05)。黃花倒水蓮根中Fe含量隨著栽培年限的延長呈現減少的趨勢，1年生Fe含量顯著高于4～5 年(P<0.05)。黃花倒水蓮根中Pt含量隨著栽培年限的延長呈現增加的趨勢，1～2 年生Pt含量顯著低于3～5 年(P<0.05)。

3 討論與結論

中藥材人工種植需同時兼顧產量與品質，從而保障其可持續發展。本研究中，黃花倒水蓮根系的生長總體呈現由快變慢的生長規律。黃花倒水蓮的根幅、基徑及一級根徑均在1～2 年增長緩慢、2～3 年增長迅速、3～5 年趨于平緩，其根的鮮重和干重等生物量積累也呈現相同的趨勢。這與劉芳等(2015)的研究結果相似，說明栽培的第3年是黃花倒水蓮根產量形成的重要年份。這種根系形態變化趨勢可能與植物的異速生長有關，種植前3年黃花倒水蓮根系生長迅速有利于植株固定與養分吸收，當根系積累到一定程度能滿足地上部分快速生長的養分需求時，植株增大地上部生長速率以獲取更多光能。雖然3年后黃花倒水蓮根系生物量還在繼續增長，但增長速度趨于平緩，并且生產周期越長投入越大。因此，從投資收益的角度來看3年為適宜的產量采收期。

從品質的角度分析，黃花倒水蓮根中大多數品質指標含量隨著栽培年限增加而變化較大，結果與多年生黃苓、毫芍根中指標含量隨栽培年限變化較大基本一致(繆曉素等，2015；姚厚軍等，2017)。我們對不同年限黃花倒水蓮根中藥用成分含量研究的結果表明，不同藥用成分含量受栽培年限的影響各不相同，其中皂苷類化合物均在第2年含量最高，這與李心怡等(2018)研究不同栽培年限桔梗的結果相似。黃酮類化合物在第4年最高，而多糖則在第1年含量最高。出現這一現象的原因可能與藥用植物生長年限增加，其根老化、柴化程度逐年增加，初生代謝產物減少而次生代謝產物含量增加有關(劉莎等，2018)。我們對不同栽培年限黃花倒水蓮營養成分和礦質元素含量研究的結果表明，1～3 年生黃花倒水蓮根中粗蛋白、粗脂肪和總灰分含量波動較小且處于較高水平，3～5 年生黃花倒水蓮根中的粗蛋白、粗脂肪和總灰分含量隨著栽培年限的增加逐漸降低，說明1～3 年生黃花倒水蓮營養價值高，適宜采收。各類礦物質元素中，除Fe、Pb元素外，其余隨栽培年限增加呈先增高后降低的趨勢，在第3年含量達到最高。礦質元素是人體新陳代謝及生長發育不可缺少的營養成分，缺失會導致身體發育遲緩和疾病的發生(張孟琴等，2022)。3年生黃花倒水蓮根中大多數礦質元素含量較1、2、4、5年生的含量高，說明3年生植株在湯料應用方面具有更高的營養價值。植物在生長過程中積累人體必需礦質元素的同時也會積累一些重金屬，如Pb等。重金屬Pb是中毒性較大的一種，可影響人體的神經、造血和生殖等各個系統(張夢妍等，2019)。本研究中，黃花倒水蓮中Pb的含量逐年上升，至第5年含量為3.56 mg·kg-1，參照《中華人民共和國藥典》(2020版一部)中對人參、三七等藥材Pb含量的要求，不得超過5 mg·kg-1，說明1～5 年生黃花倒水蓮根中的Pb含量在合理范圍內。

綜上所述，黃花倒水蓮的根系形態、生物量、藥用成分、營養成分及礦質元素均存在較大的年限差異。產量指標整體呈現先增長后平緩的趨勢，3～5 年生黃花倒水蓮根系具有較高的生物量，適宜3～5 年采收。品質指標大多數呈現先增長后降低的趨勢，大多數指標在第3年達到最大值。基于不同栽培年限黃花倒水蓮根中生物量、藥用成分、營養成分及礦質元素最大化原則，黃花倒水蓮宜在第3年時采收。