刈割時期對蒙古黃芪地上部和根部產量及品質的影響

奧 運,李曉杰,郝 寧,呂艷敏,王俊杰*

(1.內蒙古農業大學草原與資源環境學院,內蒙古 呼和浩特 010019;2.內蒙古自治區中蒙藥材良種繁育工程技術研究中心,內蒙古 呼和浩特 010019)

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試驗區概況

蒙古黃芪種苗購于內蒙古自治區赤峰市,由內蒙古農業大學草原與資源環境學院王俊杰教授鑒定為蒙古黃芪。試驗區位于內蒙古自治區通遼市奈曼旗(42 °51′N,120 °39′E),該地屬北溫帶半干旱大陸性季風氣候,海拔高度為513 m,年平均氣溫6.9℃,年降水量343.3～451.4 mm,主要集中在6—8月,無霜期年平均150 d,年平均日照時數2 946 h。該地土質均勻,供試土壤質地為沙質壤土,有機質6.45 g·kg-1,全氮0.67 g·kg-1,是蒙古黃芪的適宜種植區域。

1.2 試驗設計

2019年5月12日將不同規格二年生蒙古黃芪種苗均勻混合后,按大壟雙行的方式移栽,行距17/48 cm、株距15 cm、溝深15 cm平栽,設置3個刈割時期：6月25日現蕾開花期(T1);8月10日根莖伸長期(T2);9月25日根莖增粗期(T3)。本試驗蒙古黃芪物候期判定標準參照姬麗君等[13]的方法,選擇在蒙古黃芪種群中50%的個體進入相應生育期的第2天,進行刈割處理,首次刈割收獲后20天,再次刈割收獲再生草,每次刈割后的再生草收獲1次。試驗共3個處理,每處理設6個重復小區,共18個小區,每個小區面積4 m×5 m,留茬高度為5 cm。每個小區隨機設置1個面積為1 m×1 m的測產小樣方,于2019年生長季期間,按照刈割設計方案,分別測定蒙古黃芪產量和品質各項指標,生長期間合理安排田間管理措施。

1.3 測定指標及方法

1.3.1地上部生長指標和產量的測定 采用隨機取樣法進行取樣,刈割小區面積為1 m×1 m,每次刈割后測定地上部產量和鮮干比,并計算處理前生長速度,再生速度和平均生長速度。

地上部產量：首次刈割收獲產量與再次刈割收獲產量,105℃殺青30 min,65℃烘干48 h以上至恒重,稱重。

鮮干比：地上部鮮重與干重的比值。

處理前生長速度(cm·d-1)等于返青到第一次刈割前株高差除以生長天數。

再生速度(cm·d-1)按首次刈割后與再次刈割前的株高差除以間隔時間計算。

平均生長速度(cm·d-1)等于以返青到最后一次刈割時株高差除以生長天數。

19世紀80年代，唱片發展初期，大量民族音樂、流行音樂等通過唱片的形式響譽全國，如《彭麗媛獨唱歌曲選》、《金蛇狂舞》等。同時，還有周杰倫的《頭文字D》、Michael Jackson的《King of Pop》等經典唱片，也受到人們熱烈的追捧。2012年，唱片(專輯)音樂逐漸回溫，有了復蘇的跡象。現如今，大量經典唱片成為部分藝術家的收藏品之一。其中，專題收藏包括地方戲曲、京劇、歌劇等，唱片也成為研究歷史文化最權威、真實的資料。

1.3.2地上部營養品質的測定 每個小區隨機取樣500 g樣分離莖葉,待陰干粉碎后過40目過篩,裝于自封袋保存,用于粗蛋白(Crude protein,CP)[14]、粗脂肪(Ether extract,EE)[15]、中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber,NDF)以及酸性洗滌纖維(Acid detergent fiber,ADF)[16]含量的測定。計算相對飼喂價值(Relative feed value,RFV)。

RFV=(88.9—0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29

1.3.3根部生長指標的測定 最后一次刈割后采用隨機取樣法進行取樣,采收小區面積為1 m×1 m,測定根部產量、主根直徑和形態特征。根長和主根直徑：使用卷尺測量根長,數顯游標卡尺測定主根直徑。

根部產量：105℃殺青30 min,65oC烘干48 h以上至恒重,稱重。

主根直徑：用游標卡尺測量根頸下方1 cm處主根直徑。

1.3.4根部有效成分的測定 參照2020年版《中國藥典》一部規定的黃芪藥材質量檢測方法對各處理蒙古黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量進行測定[17]。測定采用超高效液相色譜儀(UltiMate3000美國Thermo Scientific公司)、三重四極桿質譜儀(TSQ Quantum Access Mass美國Thermo Scientific公司),Thenmo-C18(Hypersil GOLDaO,100 mm×2.1 mm,1.9 um)色譜柱檢測、超聲波清洗器、循環多用真空泵、旋轉蒸發儀進行提取測定。黃芪甲苷、毛蕊異黃酮葡萄糖苷對照品(北京恒元啟天化工技術研究院提供),甲醇、乙腈為色譜純,甲酸為質譜專用,實驗用水為娃哈哈牌礦泉水。

1.5 統計分析

數據分析采用SPSS 26.0和Origin 2022對數據進行單因素方差分析及各指標相關性分析,圖像處理采用Excel 2016軟件進行處理。

2 結果與分析

2.1 刈割時期對蒙古黃芪地上部產量和生長指標的影響

由圖1可知,刈割時期對蒙古黃芪地上部產量和鮮干比產生顯著影響(P<0.05),蒙古黃芪T2地上部產量顯著高于其他時期(P<0.05),為9 004.50 kg·hm-2,而鮮干比為3.53,顯著高于T3(P<0.05)。隨著刈割時期的延遲,鮮干比逐漸降低,T1鮮干比顯著高于其他時期(P<0.05),為4.22,而地上部產量顯著低于其他時期(P<0.05),為2 831.42 kg·hm-2。T3地上部產量較T1增加了123%,鮮干比較T1降低了27%。

由表1可知刈割前,T2和T3的生長速度分別為1.38 cm·d-1和1.31 cm·d-1,處理間差異不顯著;T1的生長速度為0.76 cm·d-1,顯著低于其他時期(P<0.05)。T2的再生速度為0.57 cm·d-1,高于T3時期的0.46 cm·d-1;T1的再生速度為0.23 cm·d-1,顯著低于其他時期(P<0.05);T3的再生速度較T2降低了19%,較T1增加了50%。T2與T3的平均生長速度無顯著性差異,為0.60 cm·d-1和0.59 cm·d-1,均顯著高于T1,分別高27%和26%。

圖1 不同刈割時期對蒙古黃芪地上部產量和鮮干比的影響Fig.1 Effect of different cutting time on aboveground yield and the ration of fresh to dry mass of Mongolian astragalus注：不同小寫字母表示不同刈割時期下差異達0.05顯著水平。T1,T2和T3分別表示現蕾開花期,根莖伸長期和根莖增粗期刈割。下同Note：Different lowercase letters indicate a significant difference under different cutting times at the 0.05 level.T1,T2 and T3 stand for cut on June 25,August 10 and September 25.The same as below

表1 刈割時期對蒙古黃芪生長速度的影響Table 1 Effect of cutting time on growth rate of Mongolian astragalus

2.2 刈割時期對蒙古黃芪地上部營養品質的影響

由圖2可知,不同時期刈割后蒙古黃芪地上部營養成分含量有顯著差異(P<0.05)。隨著刈割時期的延遲,蒙古黃芪地上部的粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)含量及其相對飼喂價值(RFV)均呈逐漸減少趨勢,而NDF和ADF含量均呈逐漸增加趨勢。3個刈割處理的蒙古黃芪的CP含量處于11%～24%之間,相互間存在顯著差異(P<0.05);3個刈割處理的蒙古黃芪的EE含量處于2.40%～2.70%,其中T1處理顯著高于T2和T3(P<0.05),T2和T3處理間差異不顯著。隨著刈割時期的延遲,NDF和ADF含量分別為37%～54%和24%～39%,均表現為T3處理顯著高于T1和T2處理(P<0.05),而T1和T2處理間差異不顯著。蒙古黃芪地上部的RFV隨著刈割時期的延遲逐漸降低,3個處理間以T1最高,T3最低。

2.3 刈割時期對蒙古黃芪根部形態特征和產量的影響

對蒙古黃芪根部形態特征和產量進行多重比較分析可以看出(表2),不同刈割時期對蒙古黃芪根部形態特征和產量均會產生一定的影響。不同時期刈割后收獲的蒙古黃芪根部產量、比根長、根直徑和主根直徑變化率均具有顯著性差異(P<0.05),隨著刈割時期的延遲,根部產量、比根長、根直徑和主根直徑變化率呈逐漸增長趨勢。蒙古黃芪的根系產量以T3處理最高,為2 087 kg·hm-2;T1處理的產量最低,為1 324.00 kg·hm-2,3個處理存在顯著差異(P<0.05)。比根長以T3處理最好,為6.12 cm·g-1,T2處理次之,二者之間無顯著差異,但均顯著高于T1(P<0.05)。3個處理的根直徑之間均存在顯著差異(P<0.05),其中T3的根直徑最大,為12.44 mm;T1的根直徑最小,僅為7.29 mm。刈割時期延遲會使主根直徑變粗,T1,T2和T3的主根直徑較刈割處理前分別增加了0.05%,0.08%和0.10%,其中T2和T3主根直徑變化率顯著高于T1,說明T2和T3時期刈割可使蒙古黃芪的主根直徑明顯變粗。

表2 不同刈割時期對蒙古黃芪根部形態特征和產量的影響Table 2 Effect of different cutting time on the root morphological characteristics and medicinal material yield of Mongolian astragalus

2.4 刈割時期對蒙古黃芪根部有效成分的影響

不同刈割時期對蒙古黃芪根部中兩種主要有效成分黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷的含量有顯著影響(如圖3),蒙古黃芪根部甲苷含量均符合藥典要求的最低限度0.080%,含量在0.080%～0.110%之間,T2的黃芪甲苷含量顯著高于T1,為0.103%,較T1和T3分別高0.023%和0.006%;黃芪根部毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量均超過藥典要求的最低限度0.020%,含量在0.060%～0.080%之間,T3的毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量顯著高于T1,為0.073%,較T1和T2分別高0.006%和0.003%。

圖3 刈割時期對蒙古黃芪根部有效成分的影響Fig.3 Effect of cutting time on active components of Mongolian astragalus

2.5 不同刈割時期各指標間相關性分析

對不同刈割時期各指標間進行Pearson相關性分析,結果如圖4所示,平均生長速度與處理前生長速度呈顯著正相關關系(P<0.05);酸性洗滌纖維含量與粗蛋白含量呈顯著負相關關系(P<0.05),與比根長呈顯著正相關關系(P<0.05);相對飼喂價值與酸性洗滌纖維含量呈顯著負相關關系(P<0.05),與比根長呈顯著負相關關系(P<0.05);根部產量與鮮干比呈顯著負相關關系(P<0.05),與根直徑和毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量呈顯著正相關關系(P<0.05);根直徑與毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量呈極顯著正相關關系(P<0.01);主根直徑變化率與鮮干比呈顯著負相關關系(P<0.05);黃芪甲苷含量與再生速度呈顯著正相關關系(P<0.05)。

圖4 不同刈割時期各指標間相關性分析Fig.4 Correlation analysis of each indicators at different cutting times注：x1—x16分別表示x1—地上部產量,x2—鮮干比,x3—處理前生長速度,x4—再生速度,x5—平均生長速度,x6—粗蛋白,x7—粗脂肪,x8—中性洗滌纖維,x9—酸性洗滌纖維,x10—相對飼喂價值,x11—根部產量,x12—比根長,x13—根直徑,x14—主根直徑變化率,x15—黃芪甲苷,x16—毛蕊異黃酮葡萄糖苷。*和**分別表示在0.05與0.01水平差異顯著。圖形代表相關性強弱(紅色為正相關,藍色為負相關)Note：The x1 denotes Aboveground yield,x2 Fresh to dry ratio,x3 Growth rate before,x4 Regrowth rate,x5 Average growth rate,x6 Crude protein,x7 Ether extract,x8 Neutral detergent fiber,x9 Acid detergent fiber,x10 Relative feed value,x11 Root yield,x12 Specific root length,x13 Root width,x14 Rate of taproot diameter,x15 Asteagaloside IV,x16 Calycosin7-O-β-D-Glucopyranoside.* and ** indicate significant differences at the 0.05 and 0.01 levels respectively.The size of circle represents the strength of the correlation (positive correlation in red,negative correlation in blue)

3 討論

3.1 刈割時期對蒙古黃芪飼草產量和生長指標的影響

蒙古黃芪地上部葉量十分豐富,產量和品質較高,可作為飼草使用[18],刈割是飼草的主要利用方式之一。刈割時期過早,一般只能獲得較低的地上部產量;刈割過晚,往往會影響地下生物量的積累,降低其根系產量。從現蕾開花期到根莖增粗期,地上部產量呈先上升后下降的趨勢,在根莖伸長期達到最大值,現蕾開花期刈割地上部品質高但產量低,根莖增粗期刈割中下部葉片大量脫落減少,從而影響地上部的產量和品質,這與胡安等[19]的研究結果相似。隨著刈割時期的延遲,鮮干比呈逐漸下降的趨勢,這是由于生長發育前期含水量比較高,干物質含量少,后期莖稈變堅硬,水分含量降低,這與張曉娜等[20]的研究結果相似。李紅等[21]研究發現豆科牧草生長速度再生性強,這與本試驗結果相似。蒙古黃芪再生速度均高于生長速度,根莖伸長期和根莖增粗期再生速度均顯著高于現蕾開花期,且平均生長速度也顯著高于現蕾開花期,因此較早刈割不利于蒙古黃芪再生,地上部產量較低。

3.2 刈割時期對蒙古黃芪地上部營養品質的影響

合理的刈割時期是收獲高產優質蒙古黃芪的關鍵,相對飼喂價值越高,該地上部的營養品質越好[22]。裴彩霞等[23]研究中提出刈割過早,營養價值高,生物量低;刈割延遲,莖葉比增大,木質化增強,營養品質差,這與本文研究結果相似。從現蕾開花期到根莖增粗期粗蛋白、粗脂肪含量和相對飼喂價值逐漸減小,莖葉比逐漸增加,葉片逐漸老化。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維與動物的采食量和消化率有直接影響,與動物的采食量和消化率呈負相關關系,中性洗滌纖維含量高,則采食量低,酸性洗滌纖維含量高,則消化率低,其含量隨著蒙古黃芪的成熟呈上升的趨勢,這是因為蒙古黃芪在生長發育過程中,植物細胞壁成分增加,可溶物的成分減少。因此,隨著刈割時期的延遲,蒙古黃芪地上部營養品質會逐漸降低,刈割時期不宜選擇過晚。

3.3 刈割時期對蒙古黃芪根部產量和有效成分的影響

蒙古黃芪是我國傳統的補氣類藥材,蒙古黃芪根部中有確切療效的生物活性成分含有黃酮、黃芪皂苷和多糖等,臨床應用廣泛,具有免疫調節、降血糖、抗病毒、抗糖尿病等多種療效[24-27]。衡量蒙古黃芪生產性能的主要指標是根部產量。蒙古黃芪刈割后,地上部分的再生需要由根部提供營養物質,待生長到一定程度后,地上部分光合產物開始反饋根部,根部與再生速度緊密相關。本文研究結果顯示,隨著刈割時期的延遲,蒙古黃芪根部產量呈逐漸增加的趨勢,因為蒙古黃芪主產區降雨多集中在7—8月,正值蒙古黃芪根部生長發育期,所以越接近根莖增粗期,根部產量越高,這與陳垣等[28]的研究結果相似。《中國藥典》2020年版中規定以黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量作為黃芪藥材質量標準,本試驗通過對蒙古黃芪刈割后藥用有效成分進行全面分析發現,蒙古黃芪甲苷、毛蕊異黃酮葡萄糖苷總體含量均達到2020版藥典標準0.080%,0.020%以上。根莖伸長期的黃芪甲苷顯著高于現蕾開花期,與根莖增粗期無顯著性差異,這與王謙[29]研究結果相似。奈曼旗年均80%的降水集中于白晝氣溫較高的6—8月,此時也適逢黃芪甲苷等有效成分形成的關鍵時期,較大的晝夜溫差和適宜的降水對于黃芪根部的生長及養分的積累極為有利。李冰圳等人[30]的研究表明蒙古黃芪毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量隨生育期顯著上升,故最佳采收期不宜過早,這與本試驗的研究結果相似,根莖增粗期的毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量顯著高于現蕾開花期。因此,蒙古黃芪根莖增粗期可以獲得較高根部產量、黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量。

4 結論

蒙古黃芪根莖增粗期刈割,根部產量、黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量較高,地上部產量和品質也較好,可以實現其飼藥兩用效益最大化,是最適宜的刈割時期。