貴州高海拔地區試種西洋參品質對比分析

張吉光,劉瀚錚,秦 燕,周 麗,商文靜

(1.興義民族師范學院 生物與化學學院,貴州興義 562400;2.西北農林科技大學 植物保護學院,陜西楊凌 712100)

西洋參(PanaxquinquefoliumL.)為五加科人參屬多年生草本植物,別名花旗參、洋參、西洋人參等,其根、莖、葉和果實均可入藥,是2015版中國藥典收載植物種質,并于2021年進入藥食同源的名貴作物序列試點。西洋參在中國中醫治療中的應用已有300多年歷史,據《本草備要》記載,西洋參微苦、甘、涼,補肺降火,除煩倦,生津液,虛而有火者相宜。現代醫學也證明西洋參具有較好的抗氧化、抗疲勞、保護神經和心血管、調節代謝和免疫以及抗腫瘤等作用[1]。西洋參原產于加拿大東南部的蒙特利爾、魁北克和美國東部的紐約州、密蘇里州、威斯康辛州等地[2]。中國最早報道的引種始于20世紀40年代。1948年,江西廬山植物園引種栽培成功,但由于當時處于戰亂年代,沒有進行推廣種植,導致絕種。1975年,西洋參引種工作受到國家高度重視,國家科委、衛生部、商業部共同制定實施了《7510工程》,經多家科研單位及生產單位協作,種植成功,并在吉林、遼寧、北京、陜西等地開始大面積推廣栽培,迄今已形成陜西留壩、山東文登和吉林撫松三大優勢產區[3-4]。

隨著種植年限的增加,西洋參連作障礙問題日漸突出,已成為西洋參高產優質生產的瓶頸問題,嚴重影響西洋參產業可持續發展[5-8]。連作障礙問題在多種作物中普遍存在,原因復雜[9-11],目前還沒有有效解決方法。因此,尋求新的適合西洋參生長的種植區域是緩解中國當前西洋參生產中連作障礙的有效途徑之一。通過氣候條件和土壤性質對比分析,貴州省部分高海拔地區具有適合西洋參生長的氣候、土壤條件,筆者經過4a的試種發現西洋參在貴州省海拔1400m的地區能夠順利完成生長周期,長勢長相正常,3月下旬至4月上旬出苗,10月下旬地上部分枯萎,在沒有施肥的條件下產量(鮮質量)達到434kg/667m2,接近優質產區產量。為進一步明確貴州高海拔地區推廣種植西洋參的潛力,為貴州發展西洋參種植的可行性提供科學依據,本研究對比分析了貴州試種西洋參與優勢產區西洋參在總皂苷、總糖、氨基酸、人體必需微量元素等主要品質指標的差異,以期綜合評價貴州西洋參的品質,也為解決西洋參連作障礙問題提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試西洋參均為4 a生干制參根。試驗組西洋參試種于貴州省黔西南州興仁市下山鎮 (105.21°E,25.59°N,海拔1 421 m),土壤為砂性黃棕壤,試種用西洋參種子購自陜西省漢中市留壩佳仕森公司種植基地,按常規方法催芽、播種及田間管理,種植4 a后采收鮮參參根送佳仕森公司以標準方法干制。對照組西洋參為陜西留壩縣、吉林省撫松縣和山東省文登市市售產品。

1.2 方 法

皂苷含量測定參照NY/T1842-2010標準[12],采用高效液相色譜法分離和測定;總糖含量測定參照GB 5009.8-2016標準[13],利用高效液相色譜柱分離,用示差折光法測定;氨基酸的測定參照GB5009.124-2016標準[14],茚三酮溶液顯色后,通過可見光分光光度檢測法測定;必需元素Se的測定參照GB5009.93-2017標準[15],其他必需元素Ca、Fe、Zn的測定參照GB5009.268-2016標準[16],有害重金屬元素As的測定參照GB 5009.11-2014方法[17],均采用電感耦合等離子體質譜法進行測定;Pb的測定參照GB5009.12-2017標準[18],Cd的測定參照GB5009.15-2014標準[19],均采用石墨爐原子吸收光譜法測定;汞(Hg)的測定參照GB 5009.17-2014標準[20],采用原子熒光光譜分析法。以上測定委托農業農村部食品質量監督檢驗測試中心(楊凌)完成,每個樣品重復測定3次。

1.3 主要儀器

可見分光光度計(上海分析儀器廠),恒溫水浴鍋(鞏義市英峪華儀器廠),原子熒光光譜儀(英國ASF公司),四極桿電感耦合等離子體質譜儀(美國賽默飛),微波儀(美國安東帕),遠紅外烘箱(上海躍進醫療器械廠),LC-30AD超高效液相色譜儀(日本島津)等。

1.4 數據處理與分析

采用SPSS(26.0.0.0)進行數據分析,Excel 2010 進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 皂苷含量

皂苷含量是衡量西洋參品質的主要指標之一,2020年出版的《中華人民共和國藥典》規定西洋參中人參皂苷Rg1、Re和Rb1總量,即總皂苷不得少于2.0%[21]。本研究測定結果表明,各產區西洋參總皂苷含量存在顯著差異(P<0.05)(圖1),陜西留壩西洋參總皂苷含量最高,為 4.39%,吉林撫松、山東文登、貴州試種西洋參的總皂苷含量分別為3.61%、3.01%和2.65%,貴州西洋參總皂苷含量相對較低,但也顯著高于2020版《中華人民共和國藥典》規定的西洋參總皂苷2.0%的標準。

柱形圖上不同字母表示各處理間存在顯著差異(P<0.05)。下同

2.2 氨基酸含量

作為名貴藥材的西洋參,其氨基酸含量的高低也是衡量其品質和藥用價值的重要指標之一。通過對總氨基酸含量檢測發現,不同種植區西洋參總氨基酸含量存在顯著差異(P<0.05),貴州試種西洋參的總氨基酸含量在檢測樣品中最高,為71.3 mg/g,顯著高于其他產區;其次為陜西留壩西洋參,其總氨基酸含量為44.3 mg/g。吉林撫松、山東文登西洋參總氨基酸含量分別為42.0和41.2 mg/g(圖2)。

2.3 總糖含量

測定的總糖主要包括還原性的葡萄糖、果糖、戊糖、乳糖以及非還原糖性的蔗糖、麥芽糖和淀粉等,非還原糖中的許多活性多糖是西洋參的主要活性成分之一[22]。檢測結果顯示,各產區之間西洋參總糖含量存在顯著差異(P<0.05),其中,陜西留壩西洋參總糖含量最高,為19.8 mg/g;其次為貴州試種西洋參,含量為15.1 mg/g;吉林撫松和山東文登較低,分別為7.4和5.8 mg/g(圖3)。

圖3 不同產地西洋總糖含量對比

2.4 人體必需微量元素含量

西洋參進入藥食同源名貴作物試點以后,微量元素的含量成為其營養價值和藥用價值的重要評價標準之一。檢測結果顯示,不同產區西洋參人體必需微量元素含量存在顯著差異(P< 0.05)(圖4)。陜西留壩西洋參Ca含量為 2 216.8 mg/kg,顯著高于其他產區西洋參,貴州試種西洋參次之,含量為1 854.6 mg/kg;陜西留壩和貴州試種西洋參Fe含量持平,顯著高于其他產區;貴州試種西洋參Zn含量達到15.9 mg/kg,顯著高于其他產地。Se元素在各地樣品中都沒檢出(限定值0.03 mg/kg)。

圖4 不同產地人體必需微量元素含量對比

2.5 重金屬元素含量

西洋參為多年生宿根植物,4～5 a的生長期使得參根對土壤中重金屬元素極易富集,嚴重影響西洋參的品質,這也是西洋參種植對土壤要求極高的根本原因之一。對各產地西洋參中重金屬元素As、Pb、Hg、Cd進行檢測和對比分析,結果顯示,所有供試樣品中有害重金屬元素未檢出或含量均低于中國藥典規定的標準(表1)。

表1 各產區西洋參樣品中有害重金屬元素含量

3 討 論

中藥材品質不僅取決于藥用植物本身的遺傳特性,還受到其生長的生態環境和栽培方式的制約[23]。貴州良好的生態環境為西洋參在貴州的推廣種植提供先天優質的環境條件。早在2015年,貴州省政府就提出2020年森林覆蓋率達到60%的目標。目前,貴州治理石漠化面積為全國第一,森林覆蓋率年均增速全國第一,全省9個中心城市環境空氣質量平均優良天數比率達 98.4%[24]。西洋參適生于氣候溫和、雨量充沛的環境,一般要求種植于海拔1 000 m左右,年降雨量在1 000 mm以上、年平均溫度13 ℃左右、無霜期150～200 d的山地闊葉林地帶[25]。本課題組前期以西洋參種植區域氣候和生態條件的對比分析結果為標準,以海拔1 000 m作為是否適合西洋參種植界限,對貴州省全境進行區劃,結果表明,貴州省海拔高于1 000 m的區域在7月份平均氣溫均低于25 ℃(圖5),理論上貴州中西部大部分區域都能滿足西洋參生長的條件,貴州省具有極大的推廣種植西洋參的潛力。

圖5 貴州省高于1 000 m地區分布

本研究西洋參試種區位于貴州省西南部的黔西南布依族苗族自治州興仁市(105.21°E,25.59°N),屬高原型北亞熱帶溫和濕潤季風氣候,海拔 1 421 m,冬無嚴寒,夏無酷暑,無霜期長,雨熱同季。全市常年平均氣溫15.2 ℃,7 月份平均氣溫不高于25 ℃,該地氣候條件和生態環境接近陜西留壩西洋參優質產區。不同產區西洋參品質對比分析結果顯示,貴州試種西洋參的總皂苷、總氨基酸、總糖含量和人體必需微量元素含量均達到或超出《中華人民共和國藥典》2020版標準,其中氨基酸和總糖含量在全國都處于較高的水平。該結果說明試種地區能夠進行西洋參的人工種植,證實了貴州省具備優質西洋參種植的自然條件。本研究結果同時顯示陜西留壩西洋參整體質量指標最高,該結果與賈禪[26]、高立強等[27]研究的結果相似,也為未來貴州地區推廣西洋參種植借鑒“留壩模式”提供了數據支持。

西洋參種植過程中,除了不同產地環境、氣候條件對西洋參中皂苷含量具有較大的影響外,不同施肥方式、采收時間、土壤pH、遮蔭棚透光率等都可影響西洋參皂苷含量[28-33]。據曹欣欣等[29]報道,不同氮素水平對西洋參皂苷含量有一定影響,參根皂苷含量在施氮量為10 g/m2時最高。農田種植西洋參利用蘇子、豆科作物等進行壓綠肥,對皂苷含量的增加也有一定效果[30]。影響西洋參皂苷含量的因素眾多,原因復雜,因此,探索一套適合當地條件的標準化生產技術是提高西洋參產量和品質,以及促進西洋參產業在貴州地區推廣的先決條件。針對本研究中貴州試種西洋參總皂苷含量偏低的問題,下一步將進行不同施肥水平和不同種植模式等對比試驗,探尋適合貴州省的高效、優質西洋參栽培模式。