苦瓜果實(shí)及葉片中總皂苷和總黃酮含量對土壤水分的響應(yīng)及其相關(guān)性分析

李文平，梁銀麗,,*，包天莉，穆 蘭，高德凱

苦瓜果實(shí)及葉片中總皂苷和總黃酮含量對土壤水分的響應(yīng)及其相關(guān)性分析

李文平1，梁銀麗1,2,*，包天莉3，穆 蘭2，高德凱1

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.中國科學(xué)院水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；3.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌 712100）

目的：研究苦瓜果實(shí)和葉片中總黃酮和總 皂苷成分對土壤水分以及環(huán)境因子的響應(yīng)。方法：設(shè)置高、中、低3 個(gè)土壤水分處理（田間持水量（fi eld capacity，F(xiàn)C）的90%～100%、70%～80%、50%～60%），研究苦瓜果實(shí)和葉片中總黃酮和總皂苷含量對土壤水分的響應(yīng)變化，并結(jié)合大氣相對濕度、大氣溫度、 光照強(qiáng)度進(jìn)行相關(guān)分析。結(jié)果：1）苦瓜總皂苷含量果實(shí)高于葉片，總黃酮含量葉片高于果實(shí)。2）就總皂苷含量而言，盛果期90%～100% FC處理，初果期和末果期70%～80% FC處理均有利于果實(shí)總皂苷的積累，各個(gè)時(shí)期土壤水分對葉片總皂苷含量影響均不顯著。就果實(shí)和葉片總黃酮而言，50%～60% FC處理利于其總黃酮含量積累。3）相關(guān)分析表明，土壤水分、大氣相對濕度增加利于總皂苷積累，不利于總黃酮積累；光照強(qiáng)度、大氣溫度的增強(qiáng)利于總黃酮積累，不利于總皂苷積累。結(jié)論：以苦瓜皂苷類物質(zhì)為栽培目的應(yīng)當(dāng)保持70%～80% FC，適度遮陰、降溫和保濕，而以苦瓜黃酮類為目的栽培應(yīng)該保持50%～60% FC，增加光照和溫度以及維持低濕環(huán)境。

總皂苷；總黃酮；苦瓜；土壤水分

當(dāng)前我國已步入老齡化社會，對待疾病已開始從注重治療轉(zhuǎn)向注重預(yù)防，食品的需求和選擇也從注重營養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅毓δ躘1]。苦瓜（Momordica charantia L.），又名涼瓜、錦荔枝，屬葫蘆科苦瓜屬一年生攀緣性草本植物，早在《本草綱目》就有“苦瓜苦寒、無毒、除邪熱，益氣壯陽”的記載[2]?？喙喜粌H營養(yǎng)十分豐富[3]，而且因含有關(guān)鍵生物活性物質(zhì)黃酮和皂苷類化合物，具有降血糖血脂、調(diào)節(jié)酶活性、抗病毒、抗腫瘤等功能而被稱為“21世紀(jì)的主流食品”[4]，已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)藥、化妝品和食品業(yè)[5]?，F(xiàn)有研究認(rèn)為苦瓜皂苷主要含有甾體類皂苷和三萜類皂苷，其自身的羥基結(jié)構(gòu)可能是某種酶的作用位點(diǎn)，具有良好的降糖作用[5-7]；苦瓜黃酮類化合物因具有生物抗氧化、抗菌作用及抗衰老、治療腦血管病、降血脂等藥用保健功能而格外引人注目[1,8]。

作為某些食品功能成分的植物次生代謝產(chǎn)物具有“道地性”[9]。Szakid等[10]研究認(rèn)為內(nèi)外因子的改變均能影響次生代謝產(chǎn)物含量水平和分布狀況，Bharathi等[11]研究認(rèn)為一些重要蔬菜含有的皂苷、黃酮類確實(shí)是天然抗氧化劑食品的一個(gè)潛在來源。國內(nèi)學(xué)者分別就人參皂苷[12-13]、蕎麥黃酮[14]、香椿葉提取物[15]等食品功能成分進(jìn)行了眾多研究，并證實(shí)環(huán)境確實(shí)影響次生代謝產(chǎn)物的形成和積累，但部分學(xué)者在各自特定條件下研究結(jié)果不同。近10a來，苦瓜價(jià)格是一般瓜類蔬菜的2 倍以上，在我國北方需求量和栽培面積逐年擴(kuò)大[16]，苦瓜作 為一種藥食兼用新興蔬菜，涉及其黃酮和皂苷的水分效應(yīng)研究還鮮有報(bào)道。本實(shí)驗(yàn)旨在研究土壤水分和結(jié)果期對苦瓜果實(shí)和葉片中總皂苷和總黃酮含量的影響，探討其含量與大氣溫濕度以及光照因子等的相關(guān)性，可為苦瓜作為一種功能性食品栽培管理提供服務(wù)依據(jù)，同時(shí)為苦瓜黃酮、皂苷類化合物的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2013年5—9月在陜西楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)試驗(yàn)遮雨棚（34.16° N，108.43° E）進(jìn)行。小區(qū)長4 m，寬1.5 m，相鄰小區(qū)間埋60 cm隔水板防止水分側(cè)滲。供試土壤為黃綿土（采自陜西安塞縣），土壤肥力：有機(jī)質(zhì)9.6 g/kg，全氮0.52 g/kg，速效氮9.88 mg/kg，全磷0.64 g/kg，速效磷26.9 mg/kg，有效鉀240.4 mg/kg，容重為1.09 g/cm3，田間持水量（field capacity，F(xiàn)C）為220 g/kg左右。

1.2 材料與試劑

供試苦瓜品種‘藍(lán)山大白’，營養(yǎng)缽育苗。2013年5月8日定植（5片葉），株行距為50 cm×60 cm。完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，土壤水分（soil moisture，SM）以田間持水量的百分?jǐn)?shù)計(jì)，分別記為高水（90%～100% FC）、中水（70%～80% FC）、低水（50%～60% FC），重復(fù)4 次，控水前各處理灌水量保持一致。定植前施尿素75 kg/hm2（純氮46.4%），磷酸二銨150 kg/hm2（純氮15.0%，五氧化二磷42.0%），硫酸鉀150 kg/hm2（氧化鉀50.0%）作為基肥翻入土中，開花結(jié)果期追施等量尿素、硫酸鉀一次，整個(gè)生育期的其他管理一致。

蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品、人參皂苷Rg1標(biāo)準(zhǔn)品 上海融禾醫(yī)藥科技發(fā)展有限公司；高氯酸、冰醋酸、香草醛、亞硝酸鈉、硝酸鋁等均為國產(chǎn)分析純，實(shí)驗(yàn)用去離子水。

1.3 儀器與設(shè)備

LI-6400便攜式光合儀 美國LI-COR公司；Anke TDL80-2B臺式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠；Jenway6305型紫外分光光度計(jì) 英國Bibby公司；BS400S-WEI分析天平 德國Sartorius集團(tuán)；DHG-9070A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科技有限公司；HOBO-U23溫濕度記錄器（溫度精度：±0.2 ℃；相對濕度精度：±2.5%） 廣州駿凱電子科技有限公司；HH2（TDR）水分測定儀 英國Burwell Cambridge公司；1100D型超聲波破碎機(jī) 聯(lián)想生物科技有限公司。

1.4 方法

1.4.1 土壤含水量測定

從2013年6月1日開始控水，各小區(qū)埋設(shè)40 cm深的時(shí)域反射管（time domain reflectormeter，TDR）測定土壤含水量，用各處理土壤含水量上限減去實(shí)測含水量得出所需補(bǔ)水量。補(bǔ)水期間，每隔3 d用TDR探頭測定，重復(fù)3 次，取平均值，每15 d用烘干法進(jìn)行校對。補(bǔ)水量計(jì)算公式如下：

M=S×H×R×（Wa-Wb）

式中：M為灌溉量/m3；S為小區(qū)面積/m2；H為灌溉計(jì)劃補(bǔ)水層深度（開花前深度20 cm，開花后40cm）；R為土壤容重/（g/cm3）；Wa為處理設(shè)定的土壤含水量/%；Wb為實(shí)測含水量/%。

1.4.2 環(huán)境因子測定

圖 1 試驗(yàn)地環(huán)境因子變化動(dòng)態(tài)Fig.1 Changes in environmental factors on the trial field

采用小型氣象自動(dòng)記錄儀對1.5 m高度處大氣溫度和大氣相對濕度進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測。在不同生育期用LI-6400便攜式光合儀測定光照強(qiáng)度，6月1日（水分處理）—9月1日（植株拉秧）測定數(shù)值以日均值表示（圖1）。

1.4.3 苦瓜果實(shí)及葉片總皂苷和總黃酮含量測定

分別在初果期P1（6月28日—7月18日）、盛果期P2（7月19日—8月1日）、盛果期P3（8月2日—8月15日）、末果期P4（8月18日—9月1日），選取成熟度一致的商品果中部果肉和相應(yīng)果期同一葉齡樣葉，55 ℃條件下熱風(fēng)烘干，粉碎，過80 目篩。精量稱取2.5 g干粉，加50 mL 80%乙醇溶液，在50 ℃超聲浸提40 min，抽濾靜置，取5 mL提取液，定容至25 mL作為待測樣液。苦瓜總皂苷含量測定用香草醛-高氯酸-紫外分光光度法[17]；總黃酮含量采用硝酸鋁-亞硝酸鈉-紫外分光光度法[18]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，Pearson相關(guān)系數(shù)評價(jià)不同因子間相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分和結(jié)果期對苦瓜總皂苷和總黃酮的總體效應(yīng)

對3 個(gè)土壤水分和4 個(gè)結(jié)果期的苦瓜總皂苷和總黃酮含量（每次測定重復(fù)3 次）進(jìn)行雙因素方差分析（表1），可以看出，除土壤水分對葉片總皂苷含量影響不顯著外，結(jié)果期和土壤水分均其果實(shí)和葉片的總皂苷和總黃酮含量產(chǎn)生顯著的影響，它們二者均構(gòu)成了對含量變化的主效應(yīng)因子，但結(jié)果期和土壤水分的交互作用并不顯著。

表 1 土壤水分和結(jié)果期二因素方差分析表Table 1 Analysis of variance of total flavonoids or total saponins as afunction of soil moisture and fruiting periods

2.2 土壤水分和結(jié)果期對苦瓜果實(shí)及葉片中總皂苷含量的影響

2.2.1 果實(shí)總皂苷

分別就果實(shí)及葉片中總皂苷含量在不同土壤水分和結(jié)果期進(jìn)行多重比較，結(jié)果見表2。從果實(shí)總皂苷含量動(dòng)態(tài)變化來看，3 個(gè)水分處理在整個(gè)結(jié)果期雖然變化幅度有所不同，但總體都呈現(xiàn)“先降后升”趨勢，P1和P4時(shí)期含量顯著高于P2、P3時(shí)期的含量。P1和P4中水處理的果實(shí)總皂苷含量最高，其次是高水處理，最后是低水處理，表明P1和P4時(shí)期果實(shí)皂苷含量對水分差異敏感性強(qiáng)。盛果期（P2和P3）高水和中水處理之間果實(shí)皂苷含量差異雖不顯著，但均顯著高于低水處理，說明對果實(shí)皂苷含量積累而言，高、中水處理優(yōu)于低水處理。

表 2 不同土壤水分處理?xiàng)l件下苦瓜果實(shí)和葉片中總皂苷含量變化Table 2 Contents of total saponins in fruits and leaves of balsam pearat different levels of soil moisture g/kg

2.2.2 葉片總皂苷

葉片總皂苷含量在各個(gè)結(jié)果時(shí)期均顯著低于果實(shí)皂苷含量。葉片總皂苷含量高值出現(xiàn)在P1時(shí)期，P2、P3、P4時(shí)期含量有所降低，且變幅不大，之間含量差異不顯著（表2），說明進(jìn)入盛果期后葉片中總皂苷含量隨著生長期變化差異不大。從葉片總皂苷的水分效應(yīng)來看，表現(xiàn)出高水、中水和低水處理之間含量差異均不顯著，表明葉片總皂苷積累在各個(gè)時(shí)期對土壤水分都不敏感。

綜合表明，苦瓜總皂苷含量分布表現(xiàn)為果實(shí)大于葉片，且果實(shí)中總皂苷含量的變化幅度較大，葉片總皂苷變化幅度較小。綜合果實(shí)和葉片總皂苷而言，盛果期高水處理最有利于總皂苷含量的積累，初果期和末果期中水處理有利于總皂苷含量積累，低水處理在任何時(shí)期都不利于果實(shí)和葉片總皂苷含量積累。

2.3 土壤水分和結(jié)果期對苦瓜果實(shí)及葉片中總黃酮含量的影響

表 3 不同土壤水分處理?xiàng)l件下苦瓜果實(shí)和葉片中總黃酮含量變化Table 3 Contents of total flavonoids of fruits and leaves of balsam pear at different levels of soil moisture

2.3.1 果實(shí)總黃酮

如表3所示，果實(shí)中總黃酮含量隨結(jié)果期持續(xù)表現(xiàn)為“先升后降”的趨勢，P2時(shí)期達(dá)到峰值，P4時(shí)期含量最低。P2和P3時(shí)期，高水和中水處理之間含量差異不顯著，但含量顯著低于低水處理，P1和P4時(shí)期水分處理間含量差異均顯著，含量由高到低依次為：低水、中水、高水。綜合分析認(rèn)為盛果期的低水處理最有利于果實(shí)總黃酮含量的積累。

2.3.2 葉片總黃酮

表3顯示，葉片總黃酮含量均顯著高于果實(shí)總黃酮含量，且變化也呈“先升后降”趨勢，只是含量的峰值出現(xiàn)較晚，在P3時(shí)期含量顯著提高。除P1時(shí)期中低水之間含量不顯著外，在P2、P3和P4時(shí)期水分處理間含量差異均顯著，含量由高到低依次為：低水、中水、高水。說明中水和低水處理有利于前期葉片（P1）總黃酮含量提高，低水處理有利于中后期葉片（P2、P3、P4）總黃酮含量積累。

苦瓜總黃酮含量分布表現(xiàn)為葉片大于果實(shí)，但含量峰值出現(xiàn)時(shí)期不同：果實(shí)總黃酮含量在P2時(shí)期，葉片總黃酮含量在P3時(shí)期。從土壤水分引起的含量變化來看，低水處理有利于果實(shí)和葉片總黃酮含量的積累。

2.4 苦瓜果實(shí)和葉片總皂苷、總黃酮含量與環(huán)境因子相關(guān)性研究

表 4 果實(shí)和葉片中黃酮與皂苷含量與主要環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系Table 4 Correlations of the contents of total saponinand toal flavonoids with the main factors for fruits and leaves of balsam pear

選取大氣相對濕度、大氣溫度、光合有效輻射以及土壤水分與苦瓜總皂苷、總黃酮含量進(jìn)行相關(guān)性分析（表4）。結(jié)果表明，果實(shí)總皂苷與土壤水分和大氣相對濕度呈顯著正相關(guān)，與大氣溫度和光強(qiáng)呈顯著負(fù)相關(guān)，葉片總皂苷與土壤水分相關(guān)性不顯著。就總黃酮而言，葉片中總黃酮與所選影響因子均有相關(guān)性，表現(xiàn)為與土壤水分和大氣相對濕度呈顯著負(fù)相關(guān)，與光強(qiáng)和大氣溫度呈顯著正相關(guān)；而果實(shí)總黃酮與大氣溫度和大氣相對濕度相關(guān)性不顯著。綜合表明，土壤水分、大氣相對濕度適度增加有利于總皂苷積累，不利于總黃酮的積累。光強(qiáng)、大氣溫度的增強(qiáng)不利于總皂苷的積累，而有利于總黃酮的積累。

3 討 論

苦瓜是一種新興保健蔬菜食品，在兼顧產(chǎn)量的同時(shí)要更注重品質(zhì)[2]，總黃酮和總皂苷是衡量苦瓜品質(zhì)的重要生物活性物質(zhì)[4]。水分直接影響藥用植物的次生代謝[9]，從逆境生理角度看，不同水分條件下植物體內(nèi)的生理生化過程會受到不同程度的影響，從而影響次生代謝過程以及次生代謝物的合成和積累[5]。本研究表明，土壤水分對苦瓜總皂苷和總黃酮的影響并不一致。一方面，研究認(rèn)為低水脅迫對苦瓜總黃酮含量的積累具有促進(jìn)作用，50%～60% FC處理顯著提高了果實(shí)和葉片總黃酮含量。有研究[9]表明水分脅迫能刺激植物次生代謝產(chǎn)物的釋放和積累，能進(jìn)一步誘導(dǎo)植物體產(chǎn)生氧化脅迫，由于黃酮類物質(zhì)本身具有較強(qiáng)的抗氧化活性，因此黃酮類物質(zhì)的積累增加了植物對水分脅迫的耐受性[19]。另一方面，本研究中盛果期高水和中水都促進(jìn)了果實(shí)總皂苷含量，但綜合整個(gè)結(jié)果期果實(shí)和葉片來看，總皂苷含量更適宜在70%～80% FC的中度脅迫下積累，因?yàn)橹卸让{迫下，植物生長受到一定限制，體內(nèi)積累了一定的光合產(chǎn)物，植物利用這些“過?！惫夂袭a(chǎn)物合成含碳次生化合物[10]，適度水分脅迫可以提高皂苷物質(zhì)含量的研究在人參和西洋參[20]、麥冬[21]等植物上已經(jīng)證實(shí)。

圖1表明，苦瓜掛果后，光照強(qiáng)度呈現(xiàn)先增后降的趨勢，大氣溫度小幅波動(dòng)，總體呈現(xiàn)穩(wěn)中有升態(tài)勢，大氣相對濕度與氣溫呈顯著負(fù)相關(guān)的關(guān)系（R=-0.996）。表4顯示，土壤水分與苦瓜果實(shí)和葉片總黃酮含量均顯著負(fù)相關(guān)，與汪貴斌等[22]在銀杏葉黃酮上的研究不同，除選擇的研究對象不同之外，可能木本植物次生代謝物質(zhì)積累周期長，易于轉(zhuǎn)移和分配，造成對土壤水分的響應(yīng)降低；而土壤水分與果實(shí)總皂苷含量有正相關(guān)關(guān)系，這與范海蘭等[21]在麥冬上的研究結(jié)果基本一致。植物次生代謝過程和強(qiáng)度是植物與生境“交流”能力誘導(dǎo)作用的結(jié)果[9,19]，謝彩香等[12]就人參皂苷研究后認(rèn)為，環(huán)境因子中的溫度、光照、水分單一或相互作用影響著人參品質(zhì)，其中低溫處理對人參皂苷積累具有決定作用，而本研究揭示出“陰、涼、濕”的栽培環(huán)境有利于苦瓜皂苷物質(zhì)積累，而不利于苦瓜黃酮類物質(zhì)積累（表4），其具體影響機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

從科學(xué)、高效調(diào)控和開發(fā)利用苦瓜生物活性物質(zhì)角度出發(fā)，本研究認(rèn)為，90%～100% FC處理適宜于盛果期果實(shí)總皂苷含量積累，70%～80% FC處理適宜初果期和末果期果實(shí)總皂苷含量的積累，土壤水分在對葉片總皂苷含量影響均不顯著，50%～60% FC處理在每個(gè)結(jié)果期均有利于果實(shí)及葉片中總黃酮含量積累。同時(shí)，注重苦瓜皂苷類物質(zhì)的栽培應(yīng)當(dāng)適度遮陰、降溫和保濕，而注重苦瓜黃酮類的栽培應(yīng)該適度增加光照和溫度。

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Responses of Total Flavonoids and Total Saponins Contents in Fruits and Leaves of Balsam Pear to Soil Moisture and Their Correlations

LI Wenping1, LIANG Yinli1,2,*, BAO Tianli3, MU Lan2, GAO Dekai1
(1. College of Forest, Northwest A&F University, Yangling 712100, China；2. Institute of Soil and Water Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China；3. College of Resources and the Environment, Northwest A&F University, Yangling 712100, China)

This study aimed to identify the responses of total flavonoids and total saponins contents in fruits and leaves during the fruiting stages of balsam pear (Momordica charantia. L. var. lan shan da bai) to different levels of soil moisture and environmental factors. Balsam pear was grown at three levels of soil moisture, namely 90%–100%, 70%–80% and 50%–60% field capacity (FC), respectively. Meanwhile, the environment factors, including atmospheric temperature, relative humidity, and photosynthetically active radiation, were also analyzed. The results were obtained as follows: 1) as a whole, the contents of total flavonoids in leaves were higher than in fruits, whereas the opposite result was observed for total saponins.； 2) treatment with 90%–100% FC at the full fruit stage and with 70%–80% FC at both early and later fruiting stages was more suitable for the accumulation of saponins in fruits； however, soil moisture content had no significant effect on the accumulation of saponins in leaves during the entire fruiting period； in addition, 50%–60% FC treatment favored the accumulation of flavonoids in both fruits and leaves； 3) correlation analysis showed that soil moisture and atmospheric relative humidity were correlated positively with total saponins but negatively with total flavonoids, and higher atmospheric temperature and photosynthetically active radiation were beneficial to the accumulation of flavonoids but unfavorablefor the accumulation of saponins. In conclusion, treatment of 70%–80% FC in combination with moderate shade, cooling and moisture is more suitable for the accumulation of saponins while treatment of 50%–60% FC in combination with elevated light intensity, temperature and humidity can promote the accumulation of flavonoids.

total saponins； total flavonoids； balsam pear； soil moisture

S642. 5

A

1002-6630（2015）08-0134-05

10.7506/spkx1002-6630-201508024

2014-07-16

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2014BAD14B006；2011BAD31B05）

李文平（1990—），男，碩士，研究方向?yàn)橹参锼稚砼c作物品質(zhì)。E-mail：lwp416@163.com

*通信作者：梁銀麗（1957—），女，教授，博士，研究方向?yàn)橹参锷砩鷳B(tài)。E-mail：liangyl@ms.iswc.ac.cn