營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)黃芪初生及次生代謝的影響

楊祎辰 黨艷妮 安莉 常暉 張梟將 王二歡 馬存德

摘要 [目的]通過監(jiān)測(cè)不同營(yíng)養(yǎng)處理黃芪根部可溶性總糖、還原糖和總黃酮含量的動(dòng)態(tài)積累，揭示黃芪生長(zhǎng)進(jìn)程中初生及次生代謝強(qiáng)度的變化機(jī)制，在最佳時(shí)期合理施用不同營(yíng)養(yǎng)元素，以保證黃芪有效生長(zhǎng)，以期為黃芪的大田生產(chǎn)提供簡(jiǎn)單、高效的施肥方式。[方法]田間試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)分組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，分別設(shè)N、P、K施肥處理及CK，每20 d采樣1次，測(cè)定可溶性總糖、還原糖及總黃酮含量。[結(jié)果]隨著黃芪的生長(zhǎng)進(jìn)程，可溶性總糖及還原糖趨勢(shì)相似，均為先升高后回落，且影響程度為K>N>P;而總黃酮?jiǎng)t為穩(wěn)定增加后趨緩，影響程度為N>P>K。K處理下，黃芪可溶性總糖、還原糖含量在10月4日分別達(dá)30.780%、1.323%;N處理下，總黃酮含量在10月24日達(dá)0.759%。[結(jié)論] 9月中旬追施氮肥，葉面噴施鉀肥，可有效增強(qiáng)黃芪初生及次生代謝強(qiáng)度，積累碳水化合物含量，清除自由基，從而保證黃芪穩(wěn)定、高效的生長(zhǎng)發(fā)育。

關(guān)鍵詞 蒙古黃芪;初生代謝;次生代謝;可溶性總糖;還原糖;總黃酮

中圖分類號(hào) R282.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）11-0178-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.11.051

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract [Objective] By monitoring the dynamic accumulation of total soluble sugar， reducing sugar and total flavonoids in the roots of Astragalus membranaceus， to reveal the mechanism of change of primary and secondary metabolic intensity in the growth process of Astragalus membranaceus， rational application of different nutrients in the best period to ensure the effective growth of Astragalus， in order to provide a simple and efficient fertilization method for the production of Astragalus membranaceus. [Method] The field trials were designed by single factor randomized trials. N， P， K fertilization treatment and CK were performed， and samples were taken every 20 days to determine the content of soluble total sugar， reducing sugar and total flavonoids. [Result] With the growth process of Astragalus membranaceus， the main trends of soluble total sugar and reducing sugar were similar， all of which increased first and then fell back， and the degree of influence was K>N>P;while the total flavonoids slowed down after stabilization and the degree of influence was N> P>K. Under K treatment， the total soluble sugar and reducing sugar content of Astragalus membranaceus reached 30.780% and 1.323% on October 4， respectively. Under N treatment， the total flavonoid content reached 0.759% on October 24. [Conclusion] In the middle of September， the application of nitrogen fertilizer and foliar application of potassium fertilizer can effectively enhance the primary and secondary metabolic intensity of jaundice， accumulate carbohydrate content， and scavenge free radicals， thus ensuring stable and efficient growth and development of jaundice.

Key words Astragalus membranaceus;Primary metabolism;Secondary metabolism;Soluble total sugar;Reducing sugar;Total flavonoids

基金項(xiàng)目 國(guó)家中藥標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目——腦心通膠囊標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)（ZYBZH-C-QIN-45）;國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——中醫(yī)藥現(xiàn)代化研究重點(diǎn)專項(xiàng)（2017YFC1700702）。

作者簡(jiǎn)介 楊祎辰（1990—），男，陜西華陰人，中藥師，碩士，從事藥用植物資源與利用研究。*通信作者，副主任藥師，從事中藥標(biāo)準(zhǔn)化栽培與管理、中藥資源及鑒定研究。

收稿日期 2019-01-25

黃芪作為大宗中藥品種，藥食同源，產(chǎn)銷量逐年增大[1]。蒙古黃芪藥效遠(yuǎn)高于膜莢黃芪，故當(dāng)前栽培品種的基原大多為蒙古黃芪[2]。對(duì)根及根莖類藥材而言，初生及次生代謝積累的有效成分，往往是該類藥材的藥用成分。一般情況下，糖及黃酮是藥典中規(guī)定的根莖類藥材指標(biāo)性成分。糖是初生代謝的產(chǎn)物，而黃酮?jiǎng)t是次生代謝的產(chǎn)物[3]。2015版藥典中對(duì)黃芪質(zhì)量的要求為黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷分別不低于0.040%和0.020%[4]。李瑞東等[5]研究表明，隴西產(chǎn)黃芪的黃芪甲苷含量高于藥典要求的2倍以上，而水分、灰分、農(nóng)殘及重金屬含量也高標(biāo)準(zhǔn)滿足藥典的要求。滕紅梅等[6]研究發(fā)現(xiàn)，甘肅產(chǎn)黃芪的毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量雖低于內(nèi)蒙和山西，但也是藥典要求的10倍以上?？梢?，各主產(chǎn)區(qū)的黃芪質(zhì)量普遍能夠高標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到藥典中的含量要求。近年來，提高有效成分仍是黃芪的研究熱點(diǎn)，初生、次生代謝強(qiáng)度相關(guān)方面卻鮮見報(bào)道。筆者通過對(duì)比不同營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)黃芪可溶性總糖和總黃酮的含量的差異，探索營(yíng)養(yǎng)元素與黃芪初生、次生代謝強(qiáng)度的相關(guān)性，以期為黃芪的大田生產(chǎn)提供簡(jiǎn)單、高效的施肥方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地土壤類型為壤土，前茬作物為油菜。田間試驗(yàn)于2018年3—11月在甘肅省隴南市宕昌縣阿塢鄉(xiāng)麻界村步長(zhǎng)制藥甘肅藥源基地進(jìn)行。基地屬干旱半干旱氣候，海拔2 300 m，年日照時(shí)數(shù)2 312 h，≥0 ℃年積溫為 2 581～2 721 ℃·d，全年無霜期180 d，年均降雨量為 450 mm。

1.2 材料

供試1年生黃芪種苗源自甘肅省岷縣。經(jīng)陜西步長(zhǎng)制藥有限公司副主任藥師馬存德鑒定為豆科植物蒙古黃芪Astragalus membranaceus（Fisch.）Bge.var.mongolicus（Bge.）Hsiao。

1.3 方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)3個(gè)處理組、1個(gè)對(duì)照組，分別施用尿素、過磷酸鈣、硫酸。小區(qū)面積4 m×3 m，重復(fù)3次。移栽方式采用條栽，株行距為20 cm×20 cm。2018年3月28日進(jìn)行種苗移栽，4月12日出苗，4月27日定苗。0～45 cm耕層土壤養(yǎng)分基本情況：pH 7.96、有機(jī)質(zhì)29.58 g/kg、全氮1.547 g/kg、堿解氮75.61 mg/kg、全磷0469 5 g/kg、速效磷23.85 mg/kg、全鉀29.6? g/kg、速效鉀357.70 mg/kg。

基肥用當(dāng)?shù)厮庌r(nóng)慣用的磷酸二銨（N-P2O5-K2O：18-46-0），施用量750 kg/hm2。結(jié)合黃芪生物特性以及土壤養(yǎng)分含量，試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

1.3.2 指標(biāo)測(cè)定。

從2018年6月6日起，每20 d取樣1次，每次10株，測(cè)定根部可溶性總糖、還原糖、總黃酮，可溶性總糖和還原糖的提取測(cè)定方法均參考《植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》[7]，總黃酮的提取測(cè)定則參考梁欣格等[8]的方法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2016整理數(shù)據(jù)和做圖，運(yùn)用SPSS 23.0、DPS v7.05數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行單因素ANOVA檢驗(yàn)，采用LSD法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)蒙古黃芪根部可溶性總糖動(dòng)態(tài)積累的影響

從圖1可看出，可溶性總糖含量隨著黃芪生長(zhǎng)進(jìn)程是一個(gè)緩慢提高的過程，在成熟期前達(dá)到峰值，之后回落。與CK相比，N、P、K 3種元素對(duì)可溶性總糖含量的影響依次為K>N>P。而可溶性總糖含量上升幅度最大的時(shí)期是9月中旬至10月上旬。考慮到甘肅宕昌9月中下旬開始?xì)鉁叵陆得黠@，黃芪初生代謝強(qiáng)度增加，抵御環(huán)境氣候的改變，故可溶性總糖含量出現(xiàn)了明顯的上升。其中K處理的黃芪可溶性總糖含量在10月4日達(dá)30.78%，而同期CK的可溶性總糖含量?jī)H為25.40%?？梢?，K元素對(duì)于可溶性總糖的積累有一定的促進(jìn)作用。

2.2 不同營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)蒙古黃芪根部還原糖含量的影響

從圖2可看出，與可溶性總糖類似，還原糖含量隨著黃芪生長(zhǎng)發(fā)育也出現(xiàn)了先緩慢升高再回落的趨勢(shì)，但較可溶性總糖升高和回落的幅度更大。與CK相比，N、P、K 3種元素對(duì)還原糖含量的影響依次為K>N>P。還原糖含量上升幅度最大的時(shí)期也是9月中旬至10月上旬。含有游離醛基或酮基的糖，具有還原性，被稱為還原糖。單糖和二糖普遍是還原糖，是植物體內(nèi)碳水化合物貯藏和運(yùn)輸?shù)闹饕问?。因此在環(huán)境驟變的情況下，還原糖會(huì)大量積累。其中K的還原糖含量在10月4日達(dá)1.323%，而同期CK處理的還原糖含量?jī)H為1.079%?？梢?，K對(duì)于還原糖的積累均有一定的促進(jìn)作用。

2.3 不同營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)蒙古黃芪根部總黃酮含量的影響

從圖3可看出，總黃酮含量隨著黃芪生長(zhǎng)發(fā)育穩(wěn)定增加，其中N處理對(duì)于黃芪總黃酮的積累顯著優(yōu)于P、K處理及CK。作為次生代謝產(chǎn)物，黃酮類化合物往往與植物的抗病性關(guān)系密切，參與組織內(nèi)清除自由基、抵御逆境脅迫的生理活動(dòng)。6—8月，外界氣溫適宜，土壤微生物的活性較高，各處理的總黃酮含量均隨著黃芪生長(zhǎng)進(jìn)程保持一個(gè)較高的增幅。9月中旬，隨著氣溫降低，土壤微生物活性隨之降低，根部總黃酮含量呈現(xiàn)出穩(wěn)定緩慢的增加。與CK相比，N、P、K 3種元素對(duì)總黃酮含量的影響依次為N>P>K。其中N處理的總黃酮含量在10月24日達(dá)0.759%，而同期CK處理的總黃酮含量?jī)H為0.713%?？梢姡琋對(duì)于黃芪根部總黃酮的積累有一定的促進(jìn)作用。

3 結(jié)論與討論

黃芪多糖為黃芪藥材中最主要的有效成分，包括葡聚糖和雜多糖。關(guān)于黃芪多糖的提取工藝研究較多，目前常用的方法還是傳統(tǒng)的水煎法，且短時(shí)間內(nèi)不會(huì)改觀[9]。同時(shí)，黃芪多糖由于提取過程中的人為因素較多，會(huì)影響到多糖的提取率。而可溶性總糖和還原糖是植物體內(nèi)碳水化合物能夠相互轉(zhuǎn)化和再利用的主要物質(zhì)，也是干旱脅迫誘導(dǎo)的溶質(zhì)之一[10]。黃酮類化合物為植物次生代謝產(chǎn)物，對(duì)抗逆性、清除體內(nèi)自由基的作用則更加有效。次生代謝途徑的前體往往就是初生代謝產(chǎn)物，初生代謝活動(dòng)會(huì)直接影響到次生代謝產(chǎn)物的含量;并且初生及次生代謝產(chǎn)物的合成和轉(zhuǎn)化伴隨著植物整個(gè)生長(zhǎng)進(jìn)程。可溶性總糖、還原糖及總黃酮，對(duì)于研究黃芪這類耐旱品種的初生及次生代謝應(yīng)該有一定的意義。該研究發(fā)現(xiàn)，可溶性總糖及還原糖的動(dòng)態(tài)積累趨勢(shì)大致相同，其中還原糖在9月下旬至采收前的增幅更加顯著。通過對(duì)比，K元素對(duì)于黃芪可溶性總糖和還原糖的積累有顯著的促進(jìn)作用，且均在10月上旬達(dá)到峰值。郭衍銀等[11]研究表明，鉀可以促進(jìn)植物體內(nèi)碳水化合物的合成和運(yùn)輸。孫澤晨等[12]通過施肥試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)N、P、K處理下的南天竹葉片可溶性糖均顯著高于對(duì)照組。以上研究結(jié)果均與該研究保持一致。同時(shí)，該研究還發(fā)現(xiàn)，N元素對(duì)于黃芪總黃酮含量的積累則顯著優(yōu)于其他處理及CK，隨著黃芪的生長(zhǎng)進(jìn)程，總黃酮含量的增加呈現(xiàn)出先穩(wěn)定增加后緩慢增加的趨勢(shì)。

綜上所述，可溶性總糖、還原糖、總黃酮對(duì)于揭示黃芪生長(zhǎng)進(jìn)程中初生及次生代謝強(qiáng)度的變化機(jī)制應(yīng)該具備一定的科學(xué)依據(jù)。故9月中旬，可對(duì)黃芪追施氮肥，葉面噴施鉀肥，不僅能夠?yàn)榉e累碳水化合物，也能促使黃芪總黃酮等次生代謝產(chǎn)物的積累，抵御病蟲害，清除自由基，抵御環(huán)境的驟變，從而保證穩(wěn)定、高效的生長(zhǎng)發(fā)育。

同時(shí)，更深一步研究和了解藥用植物的初生、次生代謝過程對(duì)于藥用植物自身的生物學(xué)意義以及不同生態(tài)環(huán)境條件對(duì)藥用植物次生代謝成分和含量的影響，對(duì)于揭示中藥材的“道地性”的形成機(jī)理[13]、培育優(yōu)良的藥用植物品種、合理引種和規(guī)劃藥用植物的道地性栽培產(chǎn)區(qū)、規(guī)范藥用植物的現(xiàn)代化栽培生產(chǎn)均具有重要意義。

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