2. 广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所,广西桂林 541006
2. Guangxi Institute of Botany, Guangxi Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciences, Guilin, Guangxi, 541006, China
山豆根来源为豆科Fabaceae植物越南槐Sophora tonkinensis Gagnep.的干燥根和根茎,其药性寒、味苦,具有清热解毒、消肿利咽的功效,常用于治疗火毒蕴结、乳蛾喉痹、咽喉肿痛、齿龈肿痛、口舌生疮[1]。据相关研究报道,山豆根具有良好的抗炎、抗氧化、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、免疫调节、保肝、心血管活性等药理作用[2]。目前已从山豆根中鉴定出200多种化合物,主要有黄酮类、生物碱类、三萜类等,其中苦参碱和氧化苦参碱作为山豆根的主要有效成分[3],已经被许多现代药理学研究证明具有较强的抗菌[4]、抗肿瘤[5]、抗病毒[6]等生物活性。然而,现代药理学研究也表明,在治疗疾病的同时,山豆根又可引起细胞毒性[7]、肝毒性[8]、胃肠道反应[9]和神经毒性反应[10]等毒副作用。
山豆根在作为传统中药材的同时,还是濒危药用植物,其多分布在贵州、广西、广东、云南等地的山谷或山坡密林中,其中广西的山豆根品质最好,为广西道地药材,主要生长于广西的西南、西北和中部各县域石灰岩山地地区[11]。近年来,山豆根在医学领域的需求逐年增加,市场上供不应求,山豆根价格持续上涨,这促使人们大肆采挖山豆根,导致野生山豆根资源匮乏[12]。目前,山豆根的生产主要以人工栽培为主[13-15],因此,为了应对野生资源不足的问题并满足市场要求,提高人工栽培技术对提高山豆根产量和质量意义重大。已有的研究主要集中于山豆根组培苗繁殖优化,不同LED光质、种植密度、施肥配比等对山豆根人工栽培技术的影响[16-19],相关栽培操作规程的制定[20],山豆根提取物质量标准的建立[21]。但为实现山豆根的量产化,大田化种植是必不可少的。因此,移栽技术的突破对提升山豆根的质量和降低管理成本尤为重要。大量研究表明,由于移栽时间的不同,植株生长发育初期所处的外界环境温度、湿度、光照等因素会存在差异,导致其产量和品质有所不同,因此掌握适宜的移栽时间对植物的产量形成等具有重要意义[22, 23]。李连珍等[24]研究发现,6月下旬培育的裕丹参Salvia mittiorrhiza Bunge最佳移栽时间为当年10月下旬,此时移栽的植株有效成分和产量均高于其他移栽时间。蒋影等[25]对钩藤Uncaria rhynchophylla (Miq.)Miq.ex Havil的移栽研究表明,不同移栽时间对钩藤种苗的生长具有显著影响,6月移栽比较适宜种苗的生长。但目前还未见移栽时间对山豆根生长和药材质量影响的相关文献报道。有研究表明,山豆根中生物碱的含量与降水量存在极显著正相关关系,山豆根的种植要避开高温的夏季和降水量较少的时间[26]。广西河池地处亚热带季风气候区,冬短夏长,降水主要集中于上半年,最高气温出现在6、7月。因此,本研究在已有的栽培技术基础上,选择在广西河池地区降水量较多且温度适宜的2、3、4、5月进行山豆根的移栽试验,并以山豆根农艺性状和有效成分含量为依据,探明山豆根的最佳移栽种植时间,为山豆根精准高产栽培提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验地概况试验基地位于广西河池市环江毛南族自治县水源镇,处于广西西北部,属于喀斯特地貌区。试验地海拔500 m,位于北纬24°44′-25°33′、东经107°51′-108°43′,年日照时间3 000 h以上,属中亚热带季风湿润气候,年平均气温20 ℃,极端最低气温-2 ℃,极端最高气温40 ℃,全年平均降水量1 399 mm,平均无霜期为293-366 d。环江毛南族自治县冬短夏长,日照充足,雨量充沛,气候温和,自然环境适宜山豆根的栽培种植。
1.2 材料 1.2.1 材料与试剂材料:供试山豆根移栽2年生小苗由广西东胜农牧科技有限公司繁育,经广西药用植物园副研究员梁莹鉴定为越南槐Sophora tonkinensis Gagnep.。试验所使用苗木均来自同一生长时期,植株高度、地径、冠幅等指标均保持一致。
试剂:苦参碱、氧化苦参碱标准品[上海源叶生物科技有限公司,高效液相色谱(HPLC)检测纯度≥98%],HPLC级甲醇(OCEANPAK,纯度≥99.9%),HPLC级乙腈(OCEANPAK,纯度≥99.9%),磷酸,超纯水。
1.2.2 仪器与设备Agilent 1100高效液相色谱仪(美国安捷伦公司),超声波清洗器[型号B3500S-MT,必能信超声(上海)有限公司],研磨仪(型号JXPX-09,上海净信实业发展有限公司),离心机(型号TGL-16M,上海户湘仪离心机仪器有限公司)。
1.3 方法 1.3.1 移栽和采挖处理待山豆根营养杯苗长至20-30 cm时,分别于2月上旬(处理A)、3月上旬(处理B)、4月上旬(处理C)、5月上旬(处理D)进行移植,移栽密度及移栽后的水肥栽培管理条件均保持一致。次年12月下旬在同一时间采挖,采挖时间控制在1 d内。每个移栽时间采挖20株。
1.3.2 农艺性状的测定将采挖的植株去除根部泥土,用卷尺分别测定其株高、茎粗、主根长、根粗;将地上部分与地下部分分离后,分别称量地上部分与地下部分的鲜重;分开根、茎、叶3个部分,装入托盘,放入烘箱中,于60 ℃环境下烘干,取出称量地上部分干重、地下部分干重,测量时间控制在1 d内。其中株高为植株主茎最大高度;茎粗为植株离土面10 cm处茎的直径;主根长为最粗、最长根的长度;根粗为主根的最粗处直径。将干燥的根、茎、叶粉碎,置于干燥器中作为测定山豆根有效成分含量的材料。
1.3.3 药用成分活性含量的测定采用HPLC法[17]测定有效成分苦参碱和氧化苦参碱的含量。色谱条件:色谱柱为Compass C18(2)反相色谱柱(250 mm×4.6 mm, 5 μm),柱温30 ℃;检测波长220 nm; 流速0.8 mL/min,进样体积10 μL;流动相:乙腈(称量3.4 g磷酸二氢钾溶于500 mL水中,加入900 μL三乙胺)∶水=1∶9。
1.3.4 对照溶液的制备和线性关系考察精密称取对照品苦参碱1.501 mg、氧化苦参碱3.002 mg,加入乙腈-无水乙醇(V∶V=85∶15)溶解定容,分别制成含5.00 mg/mL苦参碱、1.002 mg/mL氧化苦参碱的对照品溶液,备用。根据试验所需,配制不同浓度的混合对照品溶液并测定,以浓度x对峰面积y进行线性回归处理,得到2种生物碱的线性方程,如表 1所示。
对照品 Reference substance |
浓度x/
(μg/mL) Concentration x/(μg/mL) |
峰面积y Peak area y |
标准曲线 Standard curve |
线性相关系数 Linear correlation coefficient |
线性范围/(μg/mL) Linear range/(μg/mL) |
Matrine | 1 | 12.870 | y=7.1927x+14.9279 | 0.999 9 | 1-500 |
4 | 33.577 | ||||
10 | 79.593 | ||||
40 | 315.943 | ||||
100 | 733.964 | ||||
200 | 1 477.348 | ||||
500 | 3 600.939 | ||||
Oxymatrine | 4 | 40.213 | y=9.3303x+42.5413 | 0.999 8 | 4-1 000 |
10 | 110.835 | ||||
40 | 408.321 | ||||
100 | 996.597 | ||||
200 | 1 926.406 | ||||
500 | 4 784.086 |
1.4 数据的处理与分析
所有测定的数据均采用平均值±标准差(Mean±SD)的形式表示。运用Excel 2016软件对数据进行初步统计,采用SPSS 18.0软件进行单因素方差分析,并用Duncan法对数据进行差异显著性分析(P<0.05表示差异显著)。
2 结果与分析 2.1 不同移栽时间对山豆根农艺性状的影响由表 2可知,不同移栽时间对山豆根的株高、茎粗、分枝、根粗、地上部分鲜重、地上部分干重、根鲜重和根干重具有显著影响(P<0.05),其中处理C(4月上旬)的株高、茎粗、根粗、地上部分鲜重、地上部分干重、根鲜重和根干重均显著高于其他处理(P<0.05),而其他处理间无显著性差异(P>0.05)。处理C的地上部分鲜重较处理A、B、D分别增加约270%、397%、441%,根干重分别增加约233%、230%、229%。以上表明,处理C的山豆根枝叶最茂盛,根部产量最高。说明在广西河池地区,4月上旬是山豆根高产栽培的最佳移栽时间。
处理 Treatments |
株高/cm Plant height/cm |
茎粗/cm Steam diameter/ cm |
分枝/个 Branch/ind. |
主根长/cm Main root length/cm |
根粗/cm Root diameter/ cm |
地上部分鲜重/g Fresh weight of above- ground parts/g |
地上部分干重/g Dry weight of above- ground parts/g |
根鲜重/g Fresh weight of shoot/g |
根干重/g Dry weight of shoot/g |
A | 83.95± 5.44b | 0.66± 0.03b | 3.45± 0.31b | 50.38± 2.54a | 1.01± 0.05b | 180.75± 18.78b | 41.10± 4.47b | 53.50± 6.44b | 21.90± 2.93b |
B | 66.40± 3.35b | 0.63± 0.04b | 2.90± 0.25b | 50.51± 1.90a | 1.10± 0.03b | 134.75± 19.00b | 32.20± 5.53b | 55.25± 7.04b | 22.10± 3.60b |
C | 170.15± 8.17a | 1.08± 0.08a | 3.80± 0.27b | 54.58± 2.04a | 1.37± 0.06a | 669.50± 73.31a | 191.30± 22.81a | 169.75± 16.57a | 72.95± 8.28a |
D | 86.45± 5.35b | 0.64± 0.03b | 4.95± 0.31a | 49.74± 2.25a | 1.08± 0.07b | 123.75± 13.56b | 33.10± 3.98b | 57.25± 5.64b | 22.20± 2.45b |
Note: different lower-case letters for the same column represent significant differences (P<0.05). |
2.2 不同移栽时间对山豆根不同部位苦参碱含量的影响
由图 1可知,在4个不同移栽时间下山豆根茎中的苦参碱含量均最高,为0.07%-0.11%;其次是根,苦参碱含量为0.04%-0.05%;最低为叶,苦参碱含量为0.02%-0.04%。A、B、D 3个处理山豆根根中的苦参碱含量相同且均高于处理C,但仅高0.01%,各处理间无显著性差异(P>0.05);在山豆根茎中,处理A的苦参碱含量最高,处理B最低,各处理间无显著性差异(P>0.05);在山豆根叶中,处理B的苦参碱含量最高,各处理间无显著性差异(P>0.05)。对山豆根3个部位中的苦参碱总量进行对比发现,不同移栽时间对山豆根中的苦参碱含量无显著影响。以上表明,2年生的山豆根苦参碱含量为茎>根>叶;不同移栽时间对山豆根不同部位中的苦参碱含量影响不大。
![]() |
Under the same treatment, the same lowercase letters represent no significant differences (P < 0.05). 图 1 不同移栽时间对山豆根不同部位苦参碱含量的影响 Fig.1 Effect of different transplanting time on matrine content in different parts of Sophora tonkinejsis Gagnep. |
2.3 不同移栽时间对山豆根不同部位氧化苦参碱含量的影响
由图 2可知,不同移栽时间下的山豆根根中的氧化苦参碱含量均为最高,其次是茎和叶。山豆根根中以处理A和处理C的氧化苦参碱含量最高,但与其他处理无显著性差异(P>0.05);茎中以处理C的氧化苦参碱含量最高,与其他处理的氧化苦参碱含量存在显著性差异(P<0.05),说明不同移栽时间对山豆根茎中氧化苦参碱含量的影响较大;叶中以处理B的氧化苦参碱含量最高,处理A、C、D的氧化苦参碱含量较低,各处理间无显著性差异(P>0.05)。对山豆根3个部位中的氧化苦参碱总量进行对比发现,处理C的氧化苦参碱的含量显著高于其他3个处理(P<0.05)。以上表明,不同移栽时间对山豆根根和叶中的氧化苦参碱含量的影响较小,而对山豆根茎中氧化苦参碱含量的影响较大。相比之下,处理C更有利于茎中氧化苦参碱含量的积累。
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Under the same treatment, different lowercase letters represent significant differences (P < 0.05). 图 2 不同移栽时间对山豆根不同部位氧化苦参碱含量的影响 Fig.2 Effect of different transplanting time on oxyma- trine content in different parts of Sophora tonkinejsis Gagnep. |
3 讨论
由于移栽时间不同,植物的生长发育和产量形成均会存在一定差异。王晓梅等[27]研究发现不同移栽时期对玉米叶龄、生长时期存在影响。翟俊杰等[28]对不同移栽期丹参适宜采收期初步探究发现,由于移栽期和采收期的不同,丹参中两种指标性成分存在显著差异。本研究发现,不同移栽时间下山豆根产量存在显著性差异,其中处理C (4月上旬)可以获得更多的山豆根产量;移栽时间不会显著影响山豆根根中的苦参碱的含量,其中处理A (2月上旬)的苦参碱总量略高于其他处理;但不同移栽时间会显著影响山豆根根中的氧化苦参碱含量,处理C的氧化苦参碱含量显著高于其他处理。移栽时间不同主要体现在气温、降水和光照环境等方面有差异。有研究表明,植物中生物碱的合成需要适宜的温度,过高或过低的环境温度都会影响植物体内生物碱的合成和积累[29]。姚绍嫦等[26]研究也发现,山豆根中的生物碱含量与年平均气温,以及6、7、8月平均极端高温呈负相关关系,过高的温度会限制山豆根中生物碱的积累,同时该研究还发现水分是生物碱积累最主要的促进因子,丰富的降水有利于生物碱的积累。根据2021年广西河池市环江毛南族自治县的气象资料(源自广西河池市气象局网站http://gx.cma.gov.cn/hcs/index.html.),2月的降水量为44.8 mm,平均高温为26.7 ℃,平均低温为8.1 ℃;3月的降水量为63.8 mm,平均高温为32.7 ℃,平均低温为8.7 ℃;4月的降水量为134.6 mm,平均高温为30.9 ℃,平均低温为12.3 ℃;5月的降水量为178.3 mm,平均高温为33.3 ℃,平均低温为18.1 ℃。由此可知,降水量差异和气温差异可能是不同移栽时间的山豆根有效成分产生差异的重要原因,4月适宜的温度和丰富的降水更有利于山豆根的移栽。
《中华人民共和国药典(2020年版一部)》[1](以下简称“《中国药典》”)规定,山豆根药材按干燥品计,苦参碱和氧化苦参碱的总量不得少于0.70%。在本研究4个处理下山豆根根中的苦参碱和氧化苦参碱的总量均未超过0.70%,种植年限短或未到适宜采收期等因素可能是造成这一现象的原因。彭红华等[30]对不同生长年限的山豆根根中的苦参碱和氧化苦参碱含量对比研究发现,3年(含)以上的山豆根药材(根)生物碱的含量才达到《中国药典》要求,同时该研究还发现2年生的山豆根根中的两种生物碱的含量仅为0.4%左右,该研究结果与本研究大致相同。
在4个移栽时间处理下,苦参碱和氧化苦参碱含量最高的为处理C,其他3个处理下这两种指标性成分总量差异不大。综合产量与质量两个因素,每年的4月上旬为山豆根高产栽培的最佳移栽时间,该时期移栽更有利于山豆根产量和质量的提升。另外,从测量数据可看出,山豆根的苦参碱含量在茎中最高,是根中含量的2.2倍,这可为将来山豆根茎的开发利用提供参考依据。
山豆根植株生长发育的各种因素均会导致山豆根产量与质量产生差异。移栽时间、种植密度、施肥配比均会影响山豆根的植株发育,是研究山豆根高产栽培技术的关键因素[18, 19]。本研究仅探索了不同移栽时间对山豆根生长和有效成分含量的影响,并未深入探讨山豆根在最佳种植密度、最佳施肥配比、最佳移栽时间等多因素作用下的高产栽培技术,为了获得更为可行的山豆根高产栽培技术,还需进行更深入的研究。
4 结论对不同移栽时间(2月上旬、3月上旬、4月上旬、5月上旬)的山豆根农艺性状和有效成分(苦参碱、氧化苦参碱)含量的测定结果表明,4月上旬移栽的山豆根的株高、茎粗、根粗、地上部分鲜重、地上部分干重、根鲜重和根干重均显著高于其他时期(P<0.05);不同移栽时间对山豆根不同部位的苦参碱无显著影响(P>0.05);4月上旬移栽处理的山豆根的氧化苦参碱总量显著高于其他时期(P<0.05)。综合产量与质量可知,在广西河池地区,4月上旬为山豆根移栽种植的最佳时间,该时期移栽有利于山豆根产量和质量的提升。
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