土壤改良對平地栽參人參莖葉總皂苷含量的影響

摘要：以人參（Panax ginseng C.A.Mey）莖葉總皂苷為評價指標，研究平地栽參不同土壤改良的最優(yōu)方案。試驗以二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設計為基本數(shù)學模型，研究玉米秸稈、豬糞、鹿糞、拮抗菌、菌糠5種基質(zhì)的不同組合對人參莖葉總皂苷含量的影響。模型解析發(fā)現(xiàn)，在相同的栽培條件下，5種基質(zhì)對人參莖葉總皂苷含量的貢獻從大到小為豬糞、鹿糞、玉米秸稈、菌糠、拮抗菌。計算機模擬尋優(yōu)表明，玉米秸稈施用量6.64 kg/m2，豬糞施用量3.24 kg/m2，鹿糞施用量3.48 kg/m2，拮抗菌施用量6.87 g/m2，菌糠施用量7.02 kg/m2條件下，人參莖葉總皂苷含量預測值為17.81%。綜上這些栽培因素的組合可以作為平地栽培人參的推薦方案。

關鍵詞：人參（Panax ginseng C.A.Mey）莖葉；土壤改良；總皂苷；二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設計

中圖分類號：S567.5+1；S156 文獻標識碼：A 文章編號：0439—8114（2012）19—4302—06

人參（Panax ginseng C.A.Mey）是我國的傳統(tǒng)中藥，為五加科（Araliaceae）人參屬（Panax）多年生草本植物，人參皂苷為人參中最主要的活性成分之一[1，2]。人參根中總皂苷含量約為4%[3]，人參莖葉中總皂苷含量則更高。大量研究結(jié)果表明，人參皂苷具有抗疲勞、利尿、抗炎、抗缺氧、提高記憶、延緩衰老、提高機體免疫功能、抗癌等生物活性[4—7]。所以人參皂苷的生理活性決定了其具有很高的食用和藥用價值。

目前，我國人參種植面積迅速擴大，傳統(tǒng)的人參種植仍是伐林栽參方式，這樣不僅破壞了森林資源，威脅了很多物種的生存環(huán)境，還會造成大面積的水土流失，嚴重破壞生態(tài)環(huán)境[8]。由此擴大人參種植面積和產(chǎn)量與現(xiàn)有土地資源短缺矛盾日益嚴重，所以推廣平地栽參技術，節(jié)省森林土地資源迫在眉睫，平地栽參將成為人參業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路[9]。試驗以不同栽參土壤中五年生人參莖葉的總皂苷含量為評價指標，對平地栽參的土壤進行改良。探討平地栽參土壤改良對人參皂苷含量的影響，以推動平地栽參技術的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 材料

人參：人參采自吉林農(nóng)業(yè)大學人參實驗基地，每塊處理按對角線原則取樣，經(jīng)吉林農(nóng)業(yè)大學張連學教授鑒定均為人參（Panax ginseng C.A.Mey）正品，符合試驗要求。將選取好的人參莖葉陰干，粉碎備用。人參皂苷Re標準品由吉林省人參工程技術研究中心提供。

主要試劑：正丁醇、乙醚、濃硫酸、香草醛、高氯酸。

儀器：DHG—9246A型電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏試驗設備有限公司）；UV—754型紫外分光光度計（山東高密彩虹分析儀器有限公司）；TG628A型分析天平（日本島津公司）；6孔恒溫水浴鍋（常州奧華儀器有限公司）；KQ—250B型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）； RE—52AA旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器（上海亞榮生化儀器廠）；予華牌SHZ—CD型循環(huán)水真空泵（鞏義市予華儀器有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 試驗采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設計，以玉米秸稈（x1）、豬糞（x2）、鹿糞（x3）、拮抗菌（x4）、菌糠（x5）為栽培因子，按5因子1/2實施、25型1/2實施試驗，總次數(shù)36次，5次重復。小區(qū)面積3 m2，因素水平設計見表1。收獲后各小區(qū)單獨測人參莖葉總皂苷含量，以結(jié)果的平均數(shù)進行回歸計算。

1.2.2 樣品溶液制備及總皂苷含量的測定

1）對照品溶液的制備。精密稱取一定量的人參皂苷Re標準品，用甲醇溶解，配制成5 mg/mL的溶液備用。

2）供試品溶液的制備。稱取過60目篩的人參莖葉粉末0.5 g，用20 mL去離子水浸泡過夜，超聲（功率100 Hz、溫度30 ℃）提取20 min，提取3次，過濾，合并濾液。乙醚脫脂兩次，每次使用乙醚30 mL，再用水飽和正丁醇60、60、30 mL萃取3次，合并正丁醇層，蒸干，殘渣用甲醇溶解并轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，甲醇定容備用。

3）總皂苷含量的測定。分別吸取供試品溶液和對照品溶液50 μL，置于具塞試管中，低溫揮干溶劑，加入1%的香草醛高氯酸試液0.5 mL，充分搖勻后置60 ℃恒溫水浴上加熱10 min，立即冰水浴冷卻15 min，加入77%硫酸溶液5 mL，搖勻，以試劑作空白，消除氣泡后用紫外—可見分光光度計檢測，在540 nm處測定吸光度。采用外標一點法計算總皂苷的含量[10]。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗方案及結(jié)果

試驗方案及結(jié)果詳見表2，共進行36個獨立試驗。

2.2 響應面分析

采用SAS軟件的RSREG（二次響應面回歸模型）程序?qū)υ囼灲Y(jié)果進行響應面分析，經(jīng)二次回歸擬合，得到回歸模型參數(shù)估計值（表3）、方差分析表（表4）、脊嶺分析表（表5）。

由表3可知，回歸方程為：y=—1.844 202+0.908 137x1+1.932 413x2+1.405 607x3+0.296 346x4+0.622 170x5—0.044 592x1x1—0.007 113x1x2—0.086 398 x2x2

—0.108 663x1x3+0.055 639x2x3—0.037 455x3x3+0.083 164x1x4

—0.187 329x2x4—0.076 851x3x4+0.058 143 x4x4+0.012 629x1x5

—0.120 621x2x5—0.086 555x3x5+0.113 699x4x5—0.006 216x5x5。

從表4回歸方程的方差分析可以看出，各項對皂苷含量影響的順序是線性項>交互項>平方項。但由于人參的生長及皂苷的合成受許多因素影響，造成P值均大于0.05，表明其對總皂苷含量的影響均不顯著。相關性分析中，總模型的復相關系數(shù)R2=0.590 6，表明回歸方程與總皂苷的含量具有一定的相關性。

嶺脊分析結(jié)果（表5）表明，回歸方程預測的土壤最佳條件為：玉米秸稈施用量6.64 kg/m2，豬糞施用量3.24 kg/m2，鹿糞施用量3.48 kg/m2，拮抗菌施用量6.87 g/m2，菌糠施用量7.02 kg/m2，此條件下人參莖葉總皂苷含量預測值為17.81%。

為了更直觀地體現(xiàn)各因素對提取率的影響，運用ORIGIN軟件繪制了響應面圖形，即人參莖葉總皂苷含量Y對應的玉米秸稈（x1）、豬糞（x2）、鹿糞（x3）、拮抗菌（x4）、菌糠（x5）構成的三維空間圖形，為了更好地表現(xiàn)兩個因素同時對人參莖葉總皂苷提取率的影響，可以令其他因素水平值在中心點（即編碼水平為0），僅考慮這兩個因素對提取率的影響。得到的二元二次方程繪制的相應響應面圖形見圖1至圖10。

從圖1可以看出，人參莖葉總皂苷含量隨著玉米秸稈施用量的增加而增加，當玉米秸稈施用量在7～9 kg/m2時達到最大值。而總皂苷含量與豬糞的施用呈向下的拋物線型，當豬糞的施用量在4～6 kg/m2時，總皂苷的含量達到最大。

從圖2可以看出，當玉米秸稈的用量為0時，人參莖葉總皂苷的含量隨著鹿糞施用量的增加而增加，鹿糞用量為10 kg/m2時，總皂苷的含量達到最高。若此時加入玉米秸稈，總皂苷的含量反而會減小。而當鹿糞的施用量為0時，總皂苷的含量也會隨著玉米秸稈施用量的增加而增加，當玉米秸稈的用量為10 kg/m2時，總皂苷的含量達到最高，若此時加入鹿糞，總皂苷的含量反而會隨著鹿糞用量的增加而減小。

從圖3可以看出，當玉米秸稈用量為0時，拮抗菌的施用對人參莖葉總皂苷含量的影響不大，當玉米秸稈用量為10 kg/m2時，總皂苷的含量會隨著拮抗菌施用量的增加而顯著增加。當拮抗菌的用量為0時，玉米秸稈的施用對總皂苷含量的影響也不是很明顯，當拮抗菌的用量為8 g/m2時，總皂苷的含量會隨著玉米秸稈施用量的增加而顯著增加。

從圖4可以看出，當玉米秸稈的用量為0時，菌糠的施用量對人參莖葉總皂苷含量幾乎沒有影響，隨著玉米秸稈施用量的增加，總皂苷的含量也會隨之增加，但不論菌糠施用量為多少，總皂苷含量均保持在一個水平的位置，變化不明顯，當玉米秸稈的用量為6～8 kg/m2時，總皂苷含量達到最大值。而當菌糠用量為0時，總皂苷的含量隨著玉米秸稈施用量的增加而增加，在菌糠用量為6～8 kg/m2時，總皂苷的含量達到最大，當用量超過8 kg/m2時，總皂苷的含量反而逐漸減少。

從圖5可以看出，當豬糞的施用量為0時，總皂苷的含量隨著鹿糞施用量的增加而減少，豬糞用量為10 kg/m2時，總皂苷的含量隨著鹿糞施用量的增加而增加。而當鹿糞的施用量為0時，豬糞施用量為3～5 kg/m2時的總皂苷含量最高，之后當豬糞施用量繼續(xù)增加時，總皂苷的含量反而減小。

從圖6可以看出，當豬糞的用量為0時，拮抗菌的施用量對總皂苷含量的影響較小，但是隨著豬糞施用量的增加，并且施用少量的拮抗菌時，總皂苷的含量大幅度增加，拮抗菌過多時反而抑制了豬糞對總皂苷的影響，使總皂苷含量減少。當豬糞用量為10 kg/m2時，隨著拮抗菌用量的增加，總皂苷的含量由最高值猛然下降。而當拮抗菌的施用量為0時，總皂苷的含量隨著豬糞施用量的增加而劇烈增加達到最大值。

從圖7可以看出，當豬糞的用量為0時，總皂苷的含量隨著菌糠施用量的增加而增加，菌糠用量為10 kg/m2時總皂苷的含量達到最高。而當菌糠施用量為0時，總皂苷的含量隨著豬糞施用量的增加而增加，豬糞用量在6～8 kg/m2時，總皂苷的含量達到最大值。

從圖8可以看出，當鹿糞的用量為0時，拮抗菌的施用量對總皂苷含量的影響較小，但是隨著鹿糞施用量的增加，并且施用少量的拮抗菌時，總皂苷的含量比較高，加入拮抗菌過多時反而抑制了鹿糞對總皂苷的影響，使總皂苷含量減少。當鹿糞用量為10 kg/m2時，隨著拮抗菌用量的增加，總皂苷的含量會逐漸減少。當而拮抗菌的施用量為0時，總皂苷的含量隨著鹿糞施用量的增加而劇烈增加達到最大值。

從圖9可以看出，當鹿糞的用量為0時，總皂苷的含量會隨著菌糠施用量的增加而增加，菌糠用量為10 kg/m2時，總皂苷的含量達到最高。而當菌糠施用量為0時，總皂苷的含量也會隨著鹿糞施用量的增加而增加。若菌糠的施用量為10 kg/m2時，總皂苷的含量會隨著鹿糞施用量的增加而減少達到最低值。

從圖10可以看出，當拮抗菌的用量為0時，總皂苷的含量隨著菌糠施用量的增加而減少。當拮抗菌的用量為8 g/m2時，總皂苷的含量隨著菌糠施用量的增加而增加。而當菌糠用量為0時，拮抗菌的施用量對總皂苷含量的影響不明顯。而當菌糠用量為10 kg/m2時，總皂苷含量隨著拮抗菌施用量的增加而增加。

3 小結(jié)與討論

人參產(chǎn)業(yè)是吉林省的優(yōu)勢戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)。吉林省是中國人參地道藥材的主產(chǎn)區(qū)。其中人參栽培面積3 500 hm2，年產(chǎn)鮮參1.2萬t，占全國產(chǎn)量的85%，占世界的70%。人參作為名貴藥材和補品，在我國中醫(yī)藥及其他國家民族醫(yī)學中一直占有重要地位。在我國醫(yī)藥保健領域也一直發(fā)揮著積極作用，是吉林省中藥經(jīng)濟的重要組成部分。近年來吉林省委省政府對人參產(chǎn)業(yè)給予了高度重視，出臺了一系列政策，促進吉林省人參產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。實施了振興人參產(chǎn)業(yè)工程，確定了人參產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標，到2012年參業(yè)產(chǎn)值要實現(xiàn)200億元，參農(nóng)收入平均要增長20%，60%的人參要達到綠色和有機的標準。精深加工量要占到總量的40%以上。到2015年，參業(yè)產(chǎn)值達到400億元。

因人參忌連作，多年來一直是沿用伐林栽參的方式培育人參，吉林省平均每年要砍伐3 000 hm2森林，最多的年份達5 000 hm2，伐林栽參已經(jīng)造成森林生態(tài)平衡失調(diào)等一系列問題，對長白山的生態(tài)環(huán)境構成了嚴重威脅。因此，實行平地栽參對于恢復長白山的生態(tài)環(huán)境，促進我國參業(yè)的可持續(xù)發(fā)展意義重大。

平地栽參的優(yōu)點，一是人為可控的因素增多；二是便于使用機械，同時也便于規(guī)范化種植和管理。對保護林地生態(tài)，提高人參質(zhì)量，特別是提高科技含量大有好處。通過對玉米秸稈、豬糞、鹿糞、拮抗菌、菌糠5個因素對人參莖葉總皂苷含量影響的考察，運用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)設計—響應面分析方法，建立了最適合人參栽培的數(shù)學模型。最優(yōu)的栽培條件是：玉米秸稈施用量6.64 kg/m2，豬糞施用量3.24 kg/m2，鹿糞施用量3.48 kg/m2，拮抗菌施用量6.87 g/m2，菌糠施用量7.02 kg/m2，在該條件下人參莖葉總皂苷含量預測值為17.81%。這些栽培因素的組合可以作為平地栽培人參的推薦方案。

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