海拔對(duì)當(dāng)歸多糖含量的影響

文 / 李冰, 于長(zhǎng)青*, 郝琴, 張曉雪, 魏文慧

(甘肅省輕工研究院 分離技術(shù)開(kāi)發(fā)中心 天然產(chǎn)物工程技術(shù)研究中心, 甘肅 蘭州730000)

海拔對(duì)當(dāng)歸多糖含量的影響

文 / 李冰, 于長(zhǎng)青*, 郝琴, 張曉雪, 魏文慧

(甘肅省輕工研究院 分離技術(shù)開(kāi)發(fā)中心 天然產(chǎn)物工程技術(shù)研究中心, 甘肅 蘭州730000)

通過(guò)野外采樣對(duì)岷縣海拔梯度間當(dāng)歸多糖含量進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：1）當(dāng)歸多糖含量隨著海拔的升高呈現(xiàn)出極顯著增大后顯著下降的趨勢(shì)。2）隨溫度的上升，當(dāng)歸多糖含量呈現(xiàn)出先顯著增大后極顯著下降的趨勢(shì)。3）海拔和溫度的交互作用對(duì)當(dāng)歸多糖含量有極顯著的影響。研究表明：海拔對(duì)當(dāng)歸多糖含量變化有著重要的影響，且當(dāng)歸多糖含量在海拔間的變化是海拔作用于溫度產(chǎn)生的結(jié)果，并在海拔2450～2520 m、年均溫度5.9～6.2 ℃的范圍內(nèi)含量最高，為確定當(dāng)歸多糖的適宜栽培區(qū)域和提高岷歸品質(zhì)提供理論依據(jù)。

岷歸; 當(dāng)歸多糖; 海拔; 溫度

生態(tài)環(huán)境是藥用植物中有效成分形成和積累的重要因素[1]。藥用植物的有效成分同時(shí)受到遺傳因子(內(nèi)因)和環(huán)境因子(外因)的影響[2]，而環(huán)境因子隨海拔梯度發(fā)生的劇烈變化為研究藥用植物有效成分提供了理想的條件[3]。如隨著海拔的升高，環(huán)境溫度、生長(zhǎng)季長(zhǎng)度和資源有效性均會(huì)減少，而年降水量、風(fēng)速、霜凍發(fā)生頻率及太陽(yáng)輻射量等則會(huì)增加[4,5]。因此，藥用植物中的有效化學(xué)成分也會(huì)隨海拔的變化而變化[6,7]。研究發(fā)現(xiàn)，植物中多糖含量隨海拔高度的升高而增加[8]，但也有研究表明，植物多糖隨海拔升高不總是呈現(xiàn)出增加規(guī)律[9,10]。

一般地，溫度會(huì)隨著海拔升高而降低，從而對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響[11,12]，植物多糖等藥用成分也隨之改變。大量研究表明[1,13-15]，適溫有利于無(wú)氮物質(zhì)如糖、淀粉等的合成。因此，引起不同居群間植物多糖變化的影響機(jī)制是不盡相同的。在研究海拔對(duì)植物多糖的影響時(shí)，需要探討影響是海拔和溫度共同作用產(chǎn)生的，還是海拔直接作用的結(jié)果。目前，國(guó)內(nèi)外有關(guān)植物多糖研究主要集中在探討植物多糖提取方法及工藝優(yōu)化等方面，但海拔對(duì)植物種內(nèi)不同居群間多糖含量的變化有何響應(yīng)，作用機(jī)制如何還鮮見(jiàn)報(bào)道。

當(dāng)歸（Angelica sinensis(Oliv.) Diels），主產(chǎn)于甘肅岷縣，云南、四川、陜西、湖北等省均有分布[16]。其干燥根具有促進(jìn)新陳代謝、護(hù)肝、降壓、抑制動(dòng)脈粥樣硬化、抗菌、鎮(zhèn)痛、消炎等功效[17]，主要成分為多糖、揮發(fā)油糖、阿魏酸等[18]。岷縣當(dāng)歸又稱岷歸，因產(chǎn)于甘肅省岷縣而得名，是名貴的婦科良藥和重要滋補(bǔ)品，素有“歸中上品”之稱。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)岷歸的研究主要集中在化學(xué)成分分析、有效成分提取及提取工藝優(yōu)化等方面[19-23]。本文選擇不同居群岷歸為研究對(duì)象，探討當(dāng)歸多糖量隨海拔高度的變化規(guī)律及作用機(jī)制，旨在為確定當(dāng)歸多糖的適宜栽培區(qū)域和提高岷歸品質(zhì)提供理論依據(jù)。

1、材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

本研究區(qū)在甘肅省定西市岷縣境內(nèi)，位于青藏高原東麓與西秦嶺隴南山地接壤區(qū)海拔2300-3000m；年均降水量560.8mm，降雨主要分布7-9月；年平均氣溫為5.8℃，一月份平均溫度-6.9℃，七月份平均溫度16℃；年平均無(wú)霜期不少于100d。該區(qū)地勢(shì)開(kāi)闊、多風(fēng)、氣候寒冷等[24]。

1. 2試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為岷縣境內(nèi)分布的藥食同源栽培植物當(dāng)歸（Angelica sinensis(Oliv.) Diels）。當(dāng)歸是傘形科(Umbelliferae)當(dāng)歸屬(Angelica)多年生草本植物。根圓柱狀，分枝，有多數(shù)肉質(zhì)須根，黃棕色，有濃郁香氣。花期6-7月，果期7-9月[16]。

1. 3試驗(yàn)儀器與試劑

儀器為Cary50 VARIAN型紫外分光光度計(jì)（美國(guó)瓦利安公司）、AB104-N型分析天平（瑞士梅特勒-托利多集團(tuán)）、JFSD-70型粉碎機(jī)(上海五久自動(dòng)化設(shè)備有限公司)、GSY4-Ⅱ型恒溫水浴鍋(北京市醫(yī)療設(shè)備廠)、800型離心沉淀器(上海手術(shù)器械廠)。

試劑為葡萄糖（分析純，天津市百世化工有限公司）、苯酚（分析純，天津市化學(xué)試劑一廠）、硫酸（比重1.84，分析純，白銀銀環(huán)化學(xué)制劑廠），其他試劑均為分析純。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 取樣

2014年10月在岷縣境內(nèi)選取8個(gè)不同海拔的試驗(yàn)區(qū)（表1），每個(gè)試驗(yàn)區(qū)分別選擇3個(gè)相距大于1 km生境相似的樣點(diǎn)，每個(gè)樣點(diǎn)隨機(jī)采集當(dāng)歸10～15株（不考慮當(dāng)歸生命周期），取其地下根部，按樣點(diǎn)歸類帶回試驗(yàn)室。對(duì)于采集的樣品，按樣點(diǎn)歸類進(jìn)行干燥粉碎，標(biāo)記裝袋備用。

表1 岷歸居群概況Table 1 The background of field populations studied of Min Angelica

1.4.2 當(dāng)歸提取物的制備

分別取各樣地樣品110g，加入660mL蒸餾水浸泡過(guò)夜后，經(jīng)沸水煮提兩次，每次2小時(shí)。將水提液離心過(guò)濾，合并濾液，加熱濃縮至小體積后，向其中加入體積分?jǐn)?shù)為80%的乙醇溶液，室溫下過(guò)夜，3500r?min-1離心10min，舍棄上清液，將多糖沉淀干燥。將提取的當(dāng)歸多糖配置成10%的水溶液，向其中加入終濃度為20%的Sevage溶液(正丁醇：氯仿=1：4)，充分振蕩，3500r?min-1離心10min，收集水層，重復(fù)多次，干燥后得到脫蛋白的當(dāng)歸提取物，稱其質(zhì)量。

1.4.3 當(dāng)歸多糖的測(cè)定

以葡萄糖為標(biāo)準(zhǔn)，采用苯酚-硫酸法[23]測(cè)定當(dāng)歸多糖含量。以如下公式計(jì)算當(dāng)歸中的多糖含量。

其中：C為根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出的葡萄糖濃度(μg/mL)；V為樣品體積(mL)；ts為稀釋倍數(shù)；M為當(dāng)歸提取物質(zhì)量(g)。

1.4.4 數(shù)據(jù)分析

用Bivariate correlations和Linear regression分析當(dāng)歸多糖含量與海拔、溫度的相關(guān)性和線性分析。根據(jù)海拔與溫度的負(fù)相關(guān)關(guān)系[25]，用General lineal model中的Univariate分析海拔與溫度是否對(duì)當(dāng)歸多糖存在交互作用(P＜0.05)，如果存在交互作用則說(shuō)明當(dāng)歸多糖在海拔間的變化是海拔作用于溫度產(chǎn)生的結(jié)果；如果不存在交互作用(P＞0.05)則說(shuō)明當(dāng)歸多糖在海拔間的變化是海拔直接作用產(chǎn)生的結(jié)果。統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件。

2、結(jié)果與分析

2. 1 硫酸-苯酚法測(cè)多糖標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

根據(jù)苯酚－硫酸法測(cè)得葡萄糖濃度與吸光值的關(guān)系，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示，對(duì)應(yīng)的回歸方程為A=0.017X-0.004，R2=0.9994。

圖1 當(dāng)歸多糖標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 angelica polysaccharides standard curve

2. 2 海拔與當(dāng)歸多糖含量的關(guān)系

如圖3所示，在岷縣境內(nèi)海拔2200m～2400m間，隨著海拔的升高，當(dāng)歸多糖含量極顯著增大(P＜0.01)；2450m～2600m間，隨著海拔的升高，當(dāng)歸多糖含量顯著減少(P＜0.05)。其中海拔為2450～2520m的樣品中多糖含量高于其他海拔當(dāng)歸多糖含量。說(shuō)明海拔對(duì)當(dāng)歸多糖含量具有重要影響，但不同海拔區(qū)域當(dāng)歸多糖含量存在的差異。

圖2 海拔與當(dāng)歸多糖含量的回歸分析Fig.2 Relationships between altitude and Angelica sinensis

圖3 溫度與當(dāng)歸多糖含量的回歸分析Fig.3 Relationships between temperature and Angelica sinensis

2. 3 溫度與當(dāng)歸多糖含量的關(guān)系

由圖3可以看出，當(dāng)年均溫度從4.7℃～5.3 ℃時(shí)，多糖含量隨溫度的上升而顯著上升(P＜0.05)；當(dāng)年均溫度從5.9℃～6.7℃時(shí)，多糖含量隨溫度的升高而顯著下降（P＜0.05）。其中年均溫度5.9℃～6.2℃處樣品中多糖含量高于其他溫度當(dāng)歸多糖含量。結(jié)果表明，溫度對(duì)當(dāng)歸多糖含量同樣具有重要的影響。

2. 4 海拔與溫度對(duì)當(dāng)歸多糖含量的作用機(jī)制

分析結(jié)果表明(表2)，海拔和溫度的交互作用對(duì)當(dāng)歸的多糖含量有極顯著的影響(P＜0.01)，說(shuō)明影響當(dāng)歸中多糖含量的變化是由海拔和溫度兩因素共同作用的結(jié)果。

表2 海拔和溫度對(duì)岷歸多糖影響的方差分析F值結(jié)果表Tab.2 The influence of altitude and temperature on Angelica Polysaccharide values tested by univariate

3、討論

3. 1 海拔與當(dāng)歸多糖含量的關(guān)系

海拔在2200m～2400m時(shí)，當(dāng)歸中多糖含量隨海拔的升高而增大，這說(shuō)明海拔升高所造成的環(huán)境脅迫對(duì)當(dāng)歸的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生了影響，而這種影響具體表現(xiàn)為對(duì)當(dāng)歸多糖含量的富集，這符合植物代謝產(chǎn)物的補(bǔ)償理論，即因海拔梯度差異而發(fā)生的環(huán)境脅迫必然對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生影響，植物也會(huì)以代謝產(chǎn)物含量和分布部位的變化產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)[3]。王惠珍[26]的研究表明，海拔升高導(dǎo)致當(dāng)歸中類胡蘿卜素(Car)、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)降低而可溶性糖、葉綠素、阿魏酸等有效成分含量增加，當(dāng)歸產(chǎn)量增加、品質(zhì)改善。海拔在2450m～2600m時(shí)，當(dāng)歸中多糖含量隨海拔的升高而減少。馬毅[27]等的研究證實(shí)，在海拔2300～2810m，岷歸中多糖含量隨海拔升高而升高，在海拔2900～3100 m多糖含量隨海拔升高而逐漸下降。這說(shuō)明補(bǔ)償效應(yīng)可能是由于海拔梯度通過(guò)改變當(dāng)歸光合產(chǎn)物分配和干物質(zhì)積累速度所造成的結(jié)果，另一方面溫度、光照、水分、土壤、傳粉環(huán)境、生長(zhǎng)季長(zhǎng)度等多種外界因素隨海拔梯度的變化對(duì)當(dāng)歸多糖也會(huì)產(chǎn)生影響[27]。此外，由于植物可塑性，植物有效成分可能還受到植物自身遺傳的影響，其機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3. 2 溫度與當(dāng)歸多糖含量的關(guān)系

當(dāng)歸多糖含量隨溫度的上升呈現(xiàn)出先增大后下降的趨勢(shì)，這說(shuō)明當(dāng)歸多糖的合成受溫度的調(diào)控，與植物次生代謝受環(huán)境條件影響的理論相符[28]。粟君[29]等對(duì)青錢柳多糖的研究表明，適溫有利于植物次生代謝產(chǎn)物的積累，過(guò)高或過(guò)低都不利于多糖的積累。由于溫度直接影響植物的光合作用、呼吸速率、細(xì)胞分裂、物質(zhì)運(yùn)輸與傳遞等生理生化過(guò)程，溫度的適度升高具有促進(jìn)植物的生長(zhǎng)速率，提高生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力的作用[30]，當(dāng)溫度超出一定的閾值，會(huì)影響到植物的代謝和調(diào)節(jié)過(guò)程，導(dǎo)致植物產(chǎn)生生理衰退，生長(zhǎng)受到抑制，甚至導(dǎo)致死亡[26]。

3.3 海拔對(duì)當(dāng)歸多糖含量的作用機(jī)制

數(shù)據(jù)表明，海拔與溫度兩因素共同作用于當(dāng)歸，使其多糖含量發(fā)生變化。由于海拔是綜合影響因子，溫度受其影響最大。一般情況下，海拔每升高100m，溫度降低約0.6℃，且隨著海拔增加，月平均氣溫降低，晝夜溫差變大，從而影響植物生活史[11]。因此，當(dāng)歸多糖含量的變化是海拔影響溫度變化所產(chǎn)生的，而非海拔直接作用的結(jié)果。此外，植物個(gè)體大小一般隨海拔的升高而減小[31]，且植物中有效成分的多少與其個(gè)體大小緊密相關(guān)[32,33]，所以，植物有效成分還會(huì)受到系統(tǒng)發(fā)育水平等遺傳方面的影響，不同多糖含量的當(dāng)歸是否與其所處的系統(tǒng)進(jìn)化水平有關(guān)，還需要進(jìn)行更多的后續(xù)研究。

4、 結(jié)論

海拔對(duì)當(dāng)歸多糖含量變化有著重要的影響，多糖含量隨海拔和溫度的升高呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，且當(dāng)歸多糖含量在海拔間的變化是海拔影響溫度變化所產(chǎn)生的，并在海拔2450～2520 m、年均溫度5.9～6.2 ℃的范圍內(nèi)含量最高，為確定當(dāng)歸多糖的適宜栽培區(qū)域和提高岷歸品質(zhì)提供理論依據(jù)。

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