刈割時(shí)期對(duì)蒙古黃芪地上部和根部產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

奧 運(yùn),李曉杰,郝 寧,呂艷敏,王俊杰*

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)中蒙藥材良種繁育工程技術(shù)研究中心,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019)

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)區(qū)概況

蒙古黃芪種苗購(gòu)于內(nèi)蒙古自治區(qū)赤峰市,由內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院王俊杰教授鑒定為蒙古黃芪。試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)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(fēng)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(wú)霜期年平均150 d,年平均日照時(shí)數(shù)2 946 h。該地土質(zhì)均勻,供試土壤質(zhì)地為沙質(zhì)壤土,有機(jī)質(zhì)6.45 g·kg-1,全氮0.67 g·kg-1,是蒙古黃芪的適宜種植區(qū)域。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年5月12日將不同規(guī)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(shè)置3個(gè)刈割時(shí)期：6月25日現(xiàn)蕾開(kāi)花期(T1);8月10日根莖伸長(zhǎng)期(T2);9月25日根莖增粗期(T3)。本試驗(yàn)蒙古黃芪物候期判定標(biāo)準(zhǔn)參照姬麗君等[13]的方法,選擇在蒙古黃芪種群中50%的個(gè)體進(jìn)入相應(yīng)生育期的第2天,進(jìn)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(yàn)共3個(gè)處理,每處理設(shè)6個(gè)重復(fù)小區(qū),共18個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積4 m×5 m,留茬高度為5 cm。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)設(shè)置1個(gè)面積為1 m×1 m的測(cè)產(chǎn)小樣方,于2019年生長(zhǎng)季期間,按照刈割設(shè)計(jì)方案,分別測(cè)定蒙古黃芪產(chǎn)量和品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo),生長(zhǎng)期間合理安排田間管理措施。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1地上部生長(zhǎng)指標(biāo)和產(chǎn)量的測(cè)定 采用隨機(jī)取樣法進(jìn)行取樣,刈割小區(qū)面積為1 m×1 m,每次刈割后測(cè)定地上部產(chǎn)量和鮮干比,并計(jì)算處理前生長(zhǎng)速度,再生速度和平均生長(zhǎng)速度。

地上部產(chǎn)量：首次刈割收獲產(chǎn)量與再次刈割收獲產(chǎn)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(zhǎng)速度(cm·d-1)等于返青到第一次刈割前株高差除以生長(zhǎng)天數(shù)。

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(shí)間計(jì)算。

平均生長(zhǎng)速度(cm·d-1)等于以返青到最后一次刈割時(shí)株高差除以生長(zhǎng)天數(shù)。

19世紀(jì)80年代，唱片發(fā)展初期，大量民族音樂(lè)、流行音樂(lè)等通過(guò)唱片的形式響譽(yù)全國(guó)，如《彭麗媛獨(dú)唱歌曲選》、《金蛇狂舞》等。同時(shí)，還有周杰倫的《頭文字D》、Michael Jackson的《King of Pop》等經(jīng)典唱片，也受到人們熱烈的追捧。2012年，唱片(專輯)音樂(lè)逐漸回溫，有了復(fù)蘇的跡象?，F(xiàn)如今，大量經(jīng)典唱片成為部分藝術(shù)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(quán)威、真實(shí)的資料。

1.3.2地上部營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的測(cè)定 每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取樣500 g樣分離莖葉,待陰干粉碎后過(guò)40目過(guò)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(cè)定。計(jì)算相對(duì)飼喂價(jià)值(Relative feed value,RFV)。

RFV=(88.9—0.779×ADF)×(120/NDF)/1.29

1.3.3根部生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定 最后一次刈割后采用隨機(jī)取樣法進(jìn)行取樣,采收小區(qū)面積為1 m×1 m,測(cè)定根部產(chǎn)量、主根直徑和形態(tài)特征。根長(zhǎng)和主根直徑：使用卷尺測(cè)量根長(zhǎng),數(shù)顯游標(biāo)卡尺測(cè)定主根直徑。

根部產(chǎn)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(biāo)卡尺測(cè)量根頸下方1 cm處主根直徑。

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

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 26.0和Origin 2022對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析及各指標(biāo)相關(guān)性分析,圖像處理采用Excel 2016軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 刈割時(shí)期對(duì)蒙古黃芪地上部產(chǎn)量和生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

由圖1可知,刈割時(shí)期對(duì)蒙古黃芪地上部產(chǎn)量和鮮干比產(chǎn)生顯著影響(P<0.05),蒙古黃芪T2地上部產(chǎn)量顯著高于其他時(shí)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(shí)期的延遲,鮮干比逐漸降低,T1鮮干比顯著高于其他時(shí)期(P<0.05),為4.22,而地上部產(chǎn)量顯著低于其他時(shí)期(P<0.05),為2 831.42 kg·hm-2。T3地上部產(chǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)速度為0.76 cm·d-1,顯著低于其他時(shí)期(P<0.05)。T2的再生速度為0.57 cm·d-1,高于T3時(shí)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(shí)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(zhǎng)速度無(wú)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(shí)期對(duì)蒙古黃芪地上部產(chǎn)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(xiě)字母表示不同刈割時(shí)期下差異達(dá)0.05顯著水平。T1,T2和T3分別表示現(xiàn)蕾開(kāi)花期,根莖伸長(zhǎng)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(shí)期對(duì)蒙古黃芪生長(zhǎng)速度的影響Table 1 Effect of cutting time on growth rate of Mongolian astragalus

2.2 刈割時(shí)期對(duì)蒙古黃芪地上部營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖2可知,不同時(shí)期刈割后蒙古黃芪地上部營(yíng)養(yǎng)成分含量有顯著差異(P<0.05)。隨著刈割時(shí)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(duì)飼喂價(jià)值(RFV)均呈逐漸減少趨勢(shì),而NDF和ADF含量均呈逐漸增加趨勢(shì)。3個(gè)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(gè)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(shí)期的延遲,NDF和ADF含量分別為37%～54%和24%～39%,均表現(xiàn)為T(mén)3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(shí)期的延遲逐漸降低,3個(gè)處理間以T1最高,T3最低。

2.3 刈割時(shí)期對(duì)蒙古黃芪根部形態(tài)特征和產(chǎn)量的影響

對(duì)蒙古黃芪根部形態(tài)特征和產(chǎn)量進(jìn)行多重比較分析可以看出(表2),不同刈割時(shí)期對(duì)蒙古黃芪根部形態(tài)特征和產(chǎn)量均會(huì)產(chǎn)生一定的影響。不同時(shí)期刈割后收獲的蒙古黃芪根部產(chǎn)量、比根長(zhǎng)、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(shí)期的延遲,根部產(chǎn)量、比根長(zhǎng)、根直徑和主根直徑變化率呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)。蒙古黃芪的根系產(chǎn)量以T3處理最高,為2 087 kg·hm-2;T1處理的產(chǎn)量最低,為1 324.00 kg·hm-2,3個(gè)處理存在顯著差異(P<0.05)。比根長(zhǎng)以T3處理最好,為6.12 cm·g-1,T2處理次之,二者之間無(wú)顯著差異,但均顯著高于T1(P<0.05)。3個(gè)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(shí)期延遲會(huì)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(shuō)明T2和T3時(shí)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(shí)期對(duì)蒙古黃芪根部形態(tài)特征和產(chǎn)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(shí)期對(duì)蒙古黃芪根部有效成分的影響

不同刈割時(shí)期對(duì)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(guò)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(shí)期對(duì)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(shí)期各指標(biāo)間相關(guān)性分析

對(duì)不同刈割時(shí)期各指標(biāo)間進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,結(jié)果如圖4所示,平均生長(zhǎng)速度與處理前生長(zhǎng)速度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05);酸性洗滌纖維含量與粗蛋白含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),與比根長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05);相對(duì)飼喂價(jià)值與酸性洗滌纖維含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),與比根長(zhǎng)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05);根部產(chǎn)量與鮮干比呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)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(guān)關(guān)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(guān)關(guān)系(P<0.01);主根直徑變化率與鮮干比呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05);黃芪甲苷含量與再生速度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

圖4 不同刈割時(shí)期各指標(biāo)間相關(guān)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(chǎn)量,x2—鮮干比,x3—處理前生長(zhǎng)速度,x4—再生速度,x5—平均生長(zhǎng)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(duì)飼喂價(jià)值,x11—根部產(chǎn)量,x12—比根長(zhǎng),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(guān)性強(qiáng)弱(紅色為正相關(guān),藍(lán)色為負(fù)相關(guān))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(shí)期對(duì)蒙古黃芪飼草產(chǎn)量和生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

蒙古黃芪地上部葉量十分豐富,產(chǎn)量和品質(zhì)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(shí)期過(guò)早,一般只能獲得較低的地上部產(chǎn)量;刈割過(guò)晚,往往會(huì)影響地下生物量的積累,降低其根系產(chǎn)量。從現(xiàn)蕾開(kāi)花期到根莖增粗期,地上部產(chǎn)量呈先上升后下降的趨勢(shì),在根莖伸長(zhǎng)期達(dá)到最大值,現(xiàn)蕾開(kāi)花期刈割地上部品質(zhì)高但產(chǎn)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(chǎn)量和品質(zhì),這與胡安等[19]的研究結(jié)果相似。隨著刈割時(shí)期的延遲,鮮干比呈逐漸下降的趨勢(shì),這是由于生長(zhǎng)發(fā)育前期含水量比較高,干物質(zhì)含量少,后期莖稈變堅(jiān)硬,水分含量降低,這與張曉娜等[20]的研究結(jié)果相似。李紅等[21]研究發(fā)現(xiàn)豆科牧草生長(zhǎng)速度再生性強(qiáng),這與本試驗(yàn)結(jié)果相似。蒙古黃芪再生速度均高于生長(zhǎng)速度,根莖伸長(zhǎng)期和根莖增粗期再生速度均顯著高于現(xiàn)蕾開(kāi)花期,且平均生長(zhǎng)速度也顯著高于現(xiàn)蕾開(kāi)花期,因此較早刈割不利于蒙古黃芪再生,地上部產(chǎn)量較低。

3.2 刈割時(shí)期對(duì)蒙古黃芪地上部營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

合理的刈割時(shí)期是收獲高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蒙古黃芪的關(guān)鍵,相對(duì)飼喂價(jià)值越高,該地上部的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)越好[22]。裴彩霞等[23]研究中提出刈割過(guò)早,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,生物量低;刈割延遲,莖葉比增大,木質(zhì)化增強(qiáng),營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)差,這與本文研究結(jié)果相似。從現(xiàn)蕾開(kāi)花期到根莖增粗期粗蛋白、粗脂肪含量和相對(duì)飼喂價(jià)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(dòng)物的采食量和消化率有直接影響,與動(dòng)物的采食量和消化率呈負(fù)相關(guān)關(guān)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(shì),這是因?yàn)槊晒劈S芪在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中,植物細(xì)胞壁成分增加,可溶物的成分減少。因此,隨著刈割時(shí)期的延遲,蒙古黃芪地上部營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)會(huì)逐漸降低,刈割時(shí)期不宜選擇過(guò)晚。

3.3 刈割時(shí)期對(duì)蒙古黃芪根部產(chǎn)量和有效成分的影響

蒙古黃芪是我國(guó)傳統(tǒng)的補(bǔ)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(yīng)用廣泛,具有免疫調(diào)節(jié)、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(chǎn)性能的主要指標(biāo)是根部產(chǎn)量。蒙古黃芪刈割后,地上部分的再生需要由根部提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),待生長(zhǎng)到一定程度后,地上部分光合產(chǎn)物開(kāi)始反饋根部,根部與再生速度緊密相關(guān)。本文研究結(jié)果顯示,隨著刈割時(shí)期的延遲,蒙古黃芪根部產(chǎn)量呈逐漸增加的趨勢(shì),因?yàn)槊晒劈S芪主產(chǎn)區(qū)降雨多集中在7—8月,正值蒙古黃芪根部生長(zhǎng)發(fā)育期,所以越接近根莖增粗期,根部產(chǎn)量越高,這與陳垣等[28]的研究結(jié)果相似。《中國(guó)藥典》2020年版中規(guī)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(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)蒙古黃芪刈割后藥用有效成分進(jìn)行全面分析發(fā)現(xiàn),蒙古黃芪甲苷、毛蕊異黃酮葡萄糖苷總體含量均達(dá)到2020版藥典標(biāo)準(zhǔn)0.080%,0.020%以上。根莖伸長(zhǎng)期的黃芪甲苷顯著高于現(xiàn)蕾開(kāi)花期,與根莖增粗期無(wú)顯著性差異,這與王謙[29]研究結(jié)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(shí)也適逢黃芪甲苷等有效成分形成的關(guān)鍵時(shí)期,較大的晝夜溫差和適宜的降水對(duì)于黃芪根部的生長(zhǎng)及養(yǎng)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(guò)早,這與本試驗(yàn)的研究結(jié)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(xiàn)蕾開(kāi)花期。因此,蒙古黃芪根莖增粗期可以獲得較高根部產(chǎn)量、黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量。

4 結(jié)論

蒙古黃芪根莖增粗期刈割,根部產(chǎn)量、黃芪甲苷和毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量較高,地上部產(chǎn)量和品質(zhì)也較好,可以實(shí)現(xiàn)其飼藥兩用效益最大化,是最適宜的刈割時(shí)期。