林下生境及生長年限對多花黃精生長和藥用活性成分含量的影響

周新華 肖智勇 曾平生 姚甲寶 武曉玉 黃宇濤

( 1. 中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)實驗中心，江西 新余 336600；2. 宜春市林業(yè)科學研究所，江西 宜春，336000)

多花黃精（Polygonatum cyrtonema）別名南黃精、山姜、野生姜、姜形黃精等，隸屬于百合科（Liliaceae）黃精屬（Polygonatum），為多年生草本植物，分布于四川、貴州、湖南、湖北、江西、安徽、江蘇、浙江、福建、廣東和廣西等省區(qū)，是我國傳統(tǒng)大宗名貴藥食兩用的中藥材，具有健脾潤肺、補氣養(yǎng)陰、益腎壯陽、降三高、抗菌、抗病毒、抗腫瘤等功效，是我國發(fā)展林下經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)重要的經(jīng)濟植物，也是工廠化規(guī)模生產(chǎn)藥品、保健品的重要原料[1-8]。多花黃精屬陰生植物，喜溫暖濕潤的環(huán)境，一般分布在海拔500～2 100 m的林冠下、山邊、溝谷邊、林緣等土壤濕潤疏松肥沃地帶[9-11]。多花黃精生長和藥用活性成分含量是決定藥材產(chǎn)量和質量的關鍵因子，也是決定其能否產(chǎn)業(yè)化、規(guī)?；_發(fā)利用的決定性因素。目前，國內(nèi)在多花黃精人工林下栽培方面的研究主要在毛竹林（Phyllostachys heterocyclacv.Pubescens）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、馬尾松林（Pinus massoniana）及不同坡位林分條件下對多花黃精生長量的影響[6，12-16]，但未見不同林分、不同栽植年限下多花黃精生長和藥用成分含量的研究報道。近年來，由于人們對天然多花黃精資源掠奪性地采挖，導致野生多花黃精資源近乎衰竭，僅靠野生資源供給已很難滿足市場需求，開展人工仿野生栽培是解決資源短缺的重要途徑。為此，本試驗探討了2012—2017年期間，多花黃精在6種不同林下生境和生長年限其生長和藥用活性成分變異規(guī)律，以期為多花黃精規(guī)范化、規(guī)?；N植提供模式參考和技術支持。

1 試驗地概況

試驗地位于江西省新余市分宜縣鈐山鎮(zhèn)年珠實驗林場，地處東經(jīng) 114°30′～114°45″，北緯27°30′～27°50′，為分宜、安福兩縣交界處。氣候溫暖濕潤，光照和熱量充足，年均降雨量1 643.6 mm，年均蒸發(fā)量1 503 mm，年均日照時數(shù)1 535.3 h，年均無霜期270 d，年均氣溫17.2 ℃，土壤主要為花崗巖發(fā)育而成的黃紅壤。年珠實驗林場森林資源豐富，杉木、毛竹和闊葉林資源面積1 015.06 hm2，是中國林科院亞林中心重要的杉、闊和毛竹科研實驗研究示范平臺。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

以2011年10月底采收的多花黃精塊莖為試驗材料，經(jīng)沙藏處理至2012年3月份取出，然后將塊莖掰分成帶1～2個芽的多花黃精種塊，栽植密度為100塊/m2，質量在500 g左右。

2.2 試驗設計

2012年3月在馬褂木（Liriodendron chinensis）林、杉木林、毛竹林、馬尾松林、油茶（Camellia oleifera）林和木荷（Schimaspp.）林下選擇地勢平緩林地整地（林分情況見表1），林分郁閉度控制在0.5～0.7。多花黃精不同生長年限栽培試驗采用完全隨機區(qū)組試驗設計，試驗設置生長年限為1～6 a，每個林分按不同生長年限要求設置1 m×2 m樣地6個，重復3次，每個林分共計設置樣地18個。按設計要求整理好樣地后，在3月底按10 cm×10 cm栽植密度將多花黃精種塊栽植下去，并在栽植前稱量每個樣地的用種質量。栽后的每年4、6、8月份各除草1次，并在每年3月份施用復合肥1次。試驗期間，做好人畜管理，防止人畜對試驗樣地的破壞，同時在多花黃精的生長季節(jié)嚴格做好病蟲害的防治工作，保障試驗順利開展下去。

表 1 不同林下生境試驗地概況Table 1 General situation of experimental sites under different forest habitats

2.3 指標測定

2.3.1 生長指標測定

2012—2017年，每年9月份測定不同林下生境中多花黃精各生長年限的生長指標值。每個處理隨機選擇50株，重復3次，采用數(shù)字顯示游標卡尺測定多花黃精地徑值，采用不銹鋼卷尺測量多花黃精株高，測量的同時統(tǒng)計保存率。待多花黃精地上部分完全凋落后，每年12月份，將對應生長年限樣地中的多花黃精全部挖取出，洗凈晾干稱其質量，并計算出其生長量值。

2.3.2 皂苷和多糖含量測定

黃精多糖和皂苷的測定分別采用蒽酮-硫酸比色法和RP-HPLC法[17-18]。測定每個處理的主要藥用活性成分含量時，按照測定方法流程及要求，

每個處理稱取混合均勻了的樣品1 g，每次測定3份，重復3次，以所測得的含量數(shù)據(jù)平均值作皂苷和多糖的含量數(shù)據(jù)。

2.4 數(shù)據(jù)分析

采用平均值±標準誤來表示所測數(shù)據(jù)，并對保存率這一指標采用反正弦法進行數(shù)據(jù)轉換，對其他的數(shù)量指標進行平方根轉換，然后運用社會統(tǒng)計學分析軟件SPSS 25.0對數(shù)據(jù)進行多因素方差

分析和顯著度在0.05水平上的鄧肯多范圍比較分析。隸屬函數(shù)的計算公式為：，此式中、和分別為表示某一個處理指標的實際測定值、最大值和最小值。

3 結果與分析

3.1 方差分析

雙因素方差分析結果（表2）可知：在2個主效應因素中，生長年限對多花黃精生長和藥用活性成分的影響最大，除保存率和株高為顯著水平（P＜0.05）外，地徑、生長量、多糖含量和皂苷含量等指標均為極顯著影響水平（P＜0.01）；生境類型對多花黃精生長和藥用活性成分的影響最小，除地徑影響不顯著外，株高、保存率、生長量、多糖含量和皂苷含量均達顯著水平。在雙因素交互作用中，生境類型×生長年限的交互作用除保存率影響不顯著外，對其他指標的影響均為顯著。雙因素方差分析的F值顯示，生境類型×生長年限的交互作用主要來源于生長年限，這表明生長年限是影響多花黃精生長和次生代謝物積累的主要因素。

3.2 生境類型影響分析

生境類型和生長年限對多花黃精生長及次生代謝物含量的影響見表3。

表 2 多花黃精生長指標的雙因素方差分析（F值）Table 2 Two-factor ANOVA of growth index of P. cyrtonema (F value)

表 3 生境類型和生長年限對多花黃精生長及次生代謝物含量的影響Table 3 Effects of habitat types and growth years on the growth and secondary metabolites content of P. cyrtonema

由表3可知，生境類型對多花黃精部分生長指標及全部次生代謝物指標的影響顯著。在多花黃精不同林下生境類型的栽培試驗中：毛竹林下栽培多花黃精的保存率、年生長量和多糖含量3個指標最高，且均顯著高于其他生境類型下栽培的多花黃精，其保存率分別比馬褂木、杉木、馬尾松、油茶和木荷林下高0.89%、0.92%、7.84%、11.43%和2.13%，其年生長量分別比馬褂木、杉木、馬尾松、油茶和木荷林下高19.03%、9.45%、31.35%、32.27%和1.47%，其黃精多糖含量分別比馬褂木、杉木、馬尾松、油茶和木荷林下高14.47%、11.11%、24.85%、22.51%和1.59%；杉木林下栽培多花黃精的皂苷含量顯著好于其他生境類型，其值分別比馬褂木、毛竹、馬尾松、油茶林和木荷林下高3.85%、19.23%、7.69%、15.38%和1.92%；此外，生境類型對多花黃精株高和地徑的影響不顯著。

3.3 生長年限影響分析

方差分析結果表明，生長年限對多花黃精生長指標和次生代謝物的積累影響非常顯著（表3），但各指標在不同生長年限間表現(xiàn)不一致。株高和地徑2個生長指標隨著生長年限的增加而不斷增加，增長幅度在1～2 a間最大，其后隨著生長年限的增加其增幅不斷呈現(xiàn)縮小趨勢；保存率指標隨著生長年限的增加呈現(xiàn)下降趨勢，1 a時的保存率最高，其值為90.56%，6 a時的保存率最低，其值為79.22%；年生長量、黃精多糖含量和黃精皂苷含量3個指標均隨著生長年限的增加而呈現(xiàn)先升后降的趨勢，當生長年限為4 a時，年生長量最大為626.37 g/m2，分別比1、2、3、5 a和6 a高67.97%、36.17%、16.62%、33.20%和43.83%，當生長年限為5 a是，黃精多糖含量和黃精皂苷含量最大，黃精多糖含量最大值為130.74 mg/g，分別比1、2、3、4 a和 6 a高31.26%、25.48%、4.86%、1.77%和0.92%，黃精皂苷含量最大值為0.57 mg/g，分別比1、2、3、4 a和6 a高43.86%、29.82%、8.77%、5.26%和8.77%。

3.4 最佳生境類型和生長年限選擇

通過上述分析發(fā)現(xiàn)，生境類型、生長年限及其交互作用對多花黃精生長和次生代謝物積累的影響不一致，使用某個或部分指標來評價多花黃精的生長效果不夠全面，故而，為了能夠得到最優(yōu)的多花黃精栽培林分和栽培年限，運用隸屬函數(shù)法對各生境類型不同栽培年限的生長指標和次生代謝物累積指標進行了綜合評價。試驗所設計的36個組合平均隸屬函數(shù)值排名前5的見表4。由表4可知，在排名前5為的組合中，生境類型為毛竹林的占了3個，多花黃精的生長指標要顯著優(yōu)于其他生境類型，這就說明毛竹林下非常適合栽種多花黃精；在不同生長年限中，4年生的多花黃精占了3個，多花黃精的藥用活性成分指標要顯著優(yōu)于其他生長年限，這就說明生長年限達4 a有助于多花黃精次生代謝物的累積。在生境類型和生長年限的組合中，當生境類型為毛竹、生長年限為4 a時這一組合的平均隸屬函數(shù)值最大（0.938），在所有組合中排名第1位，其次是生境類型為毛竹、生長年限為5 a組合的隸屬函數(shù)值（0.877），排名第3位的是生境類型為杉木、生長年限為4 a的組合。

表 4 不同因素組合對多花黃精生長和藥用活性指標的隸屬函數(shù)評價Table 4 Different combinations of factors on growth and medicinal activity index of P. cyrtonema membership function evaluation

4 結論與討論

1）生境類型是影響多花黃精生長和次生代謝物累積的因子之一[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，不同的林下生境類型對多花黃精塊莖生長和藥用成分含量的影響較大。隨著生境類型的不斷變化，多花黃精林下生長的光照、溫度和空氣濕度等因子也在不斷變化，因而導致多花黃精栽培在不同的林分條件下其生長和次生代謝物累計存在差異。當多花黃精種植在毛竹林下時，因其林分結構單一，林下空間較大，林分內(nèi)的散射光照較為充足，空氣濕潤，非常有利于多花黃精的生長和次生代謝物的合成，結果導致其保存率、年生長量和黃精多糖含量為各生境類型中的最高。就保存率、年生長量和黃精多糖含量這3個指標而言，在多花黃精不同林下生境的種植過程中，選擇栽種在毛竹林下為最佳。

2）生長年限是影響多花黃精生長和次生代謝物累積的主要因素。多花黃精的生長年限不僅影響年生長量，而且直接影響其次生代謝物的合成與累積。多花黃精種植在不同的林下生境條件下，株高和地徑與生長年限的關系均大體表現(xiàn)出正相關關系，且在1～2 a間的絕對增長幅度最大；保存率與生長年限的關系卻表現(xiàn)為負相關，這有兩個方面原因，一是多花黃精自然生長過程中隨時間存在一個自然淘汰死亡，另一個是人為或動物的破壞；而生長量、黃精多糖和皂苷含量與生長年限卻表現(xiàn)出先呈正相關后呈負相關，當栽植年限為4 a時，多花黃精的年生長量最大，當栽植年限為5 a時，多花黃精中黃精多糖含量和黃精皂苷含量最大。就黃精多糖含量和皂苷含量與生長年限的關系，劉佳等[20]在多花黃精適宜采收期初步研究中也得到與本研究相類似的研究結果，即隨著生長年限的不斷增加，多花黃精體內(nèi)次生代謝物的累積量持續(xù)提升，但當生長年限增加到一定程度后，多花黃精逐漸衰老，導致大量活性成分被消耗，消耗的量大于新增累積量時，藥用成分含量便出現(xiàn)降低趨勢。因此，在選擇最佳栽植年限時，可根據(jù)生長指標和藥用成分指標同時達到最大時所對應的生長年限來選擇，本試驗兩者均達最大值時應該為4～5 a。

3）在多花黃精的規(guī)?；N植產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中，根莖不同擺放方法[21]、不同的光照和溫度[22]、不同的施肥方法[23]、不同的立地條件[24]均對多黃黃精的生長和生理有較為顯著的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，不同林下生境、生長年限不僅單獨影響多花黃精塊莖生長和次生代謝物的累積，且兩者之間還有著顯著的交互效應。林下生境×生長年限交互效應除對保存率影響不顯著外，對多花黃精的株高、地徑、年生長量、黃精多糖含量和皂苷含量等指標均有顯著影響。因此，在進行多花黃精種植時最佳林下生境和種植年限的選擇不能僅僅依據(jù)單因素方差分析結果進行簡單的組合選擇。本試驗是在雙因素方差分析結果的基礎上，采用了隸屬函數(shù)平均值來選擇和評價各生境和生長年限條件下多花黃精生長和次生代謝物累積效果，并給出了最佳的林下生境和生長年限組合：當生境類型為毛竹林、生長年限為4 a時，以及排名前5的多花黃精種種植模式組合，這些組合可廣泛運用到多花黃精林下經(jīng)濟規(guī)模化種植中。