甘肅河西五種甘草屬植物的植物學(xué)特性及藥用價值研究

陳小娜,邱黛玉,2*,藺海明

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點實驗室,甘肅 蘭州 730070)

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甘肅河西五種甘草屬植物的植物學(xué)特性及藥用價值研究

陳小娜1,邱黛玉1,2*,藺海明1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點實驗室,甘肅 蘭州 730070)

摘要：為探索5種甘草屬植物在甘肅河西地區(qū)的生態(tài)適應(yīng)性及藥用價值，以栽培甘草、脹果甘草、光果甘草、刺果甘草及黃甘草為研究對象，對其植物學(xué)特性及根部甘草酸、甘草苷含量進行比較研究。結(jié)果表明，在甘肅河西地區(qū)栽培的5種甘草屬植物學(xué)特性差異明顯；刺果甘草主莖高、小葉數(shù)及地上部分鮮重最高，黃甘草居最低水平；甘草根長顯著高于其他4個種，但根部鮮重與光果甘草、脹果甘草及刺果甘草無顯著差異；甘草酸、甘草苷含量均為3年生比2年生顯著增加；3年生根中甘草酸含量除刺果甘草含量最低，其他4個種均達到藥典標(biāo)準(zhǔn)，而甘草苷含量則只有甘草達到藥典標(biāo)準(zhǔn)。綜合各農(nóng)藝性狀和活性成分指標(biāo)，認為在甘肅河西荒漠化地區(qū)，甘草具有較好的生態(tài)適應(yīng)性，可作為甘草藥材的基源植物推廣種植，而刺果甘草則可作為河西地區(qū)重要的防風(fēng)固沙作物。

關(guān)鍵詞：甘草；植物學(xué)特性；甘草酸；甘草苷

豆科(Leguminosae)甘草屬(Glycyrrhiza)植物為根蘗型植物，在全球分布有29種6變種，我國產(chǎn)18種3變種。其中，被載入 《中國藥典》 (2010版一部)的有3種，分別為甘草(Glycyrrhizauralensis)、脹果甘草(Glycyrrhizainflata)和光果甘草(Glycyrrhizaglabra)[1]。甘草系國家二類保護植物，其干燥根為著名的傳統(tǒng)中藥，素有“國老”之稱，《神農(nóng)本草經(jīng)》中列為上品[2]。甘草藥材具有補脾益氣，清熱解毒，祛痰止咳，緩急止痛，調(diào)和諸藥的作用，廣泛用于藥膳、保健品和食品添加劑中[3-10]。由于甘草耐寒、耐旱、耐鹽堿，生長期較長，地面覆蓋度高，地上莖葉養(yǎng)分含量高，成為我國西北干旱、半干旱荒漠化地區(qū)進行鹽堿地改良和防風(fēng)固沙的重要牧草植物[11-15]，大力發(fā)展甘草種植事業(yè)對加快草地建設(shè)，發(fā)展草原畜牧業(yè)和防風(fēng)固沙以及水土保持等方面具有重要意義[16-17]。然而，由于過度采挖，野生資源大幅減少，而人工栽培甘草由于病蟲害等因素，其栽培重點區(qū)域正在從新疆、內(nèi)蒙古、寧夏向甘肅轉(zhuǎn)移，在引種及人工栽培過程中，甘草種質(zhì)資源混雜、野生種質(zhì)資源短缺、種質(zhì)資源退化、野生種子成熟度不一等問題日益突出，此外，受生態(tài)環(huán)境、栽培技術(shù)等因素影響，產(chǎn)量和有效成分含量低且不穩(wěn)，大量栽培甘草達不到《中國藥典》規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[18]。因此，甘草優(yōu)良種質(zhì)保存、提純復(fù)壯及優(yōu)良品種選育工作勢在必行[19-20]。大量學(xué)者在甘草化學(xué)成分和植物形態(tài)方面做了初步研究，對我國甘草資源進行研究后發(fā)現(xiàn)，甘草存在豐富的種內(nèi)變異，不同變異類型的甘草酸含量存在顯著差異[21]。不同甘草種源的種子千粒重、萌發(fā)期間發(fā)芽率和幼苗期形態(tài)學(xué)性狀間存在一定差異[22]。甘草群體內(nèi)存在大量自然變異，在表現(xiàn)型和遺傳性狀上存在很大差異，不同產(chǎn)地甚至同一產(chǎn)地不同單株間甘草酸等有效成分含量很不一致[23]，同一種子，在不同生態(tài)區(qū)種植時，根部活性成分含量有一定的差別，尤其是甘草酸的含量變化最為明顯[24]。上述研究為甘草引種栽培和生態(tài)適應(yīng)性研究奠定了基礎(chǔ)，但甘草品種選育工作較為薄弱，目前并沒有優(yōu)良品種的推廣使用。本研究選擇甘肅河西荒漠區(qū)人工栽培的5種甘草屬植物，對其植物學(xué)特征及根部內(nèi)在質(zhì)量進行比較研究，旨在為甘草新品種選育及甘肅河西荒漠化地區(qū)甘草優(yōu)良品種推廣提供理論參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2012年4月-2014年11月在甘肅省酒泉市巨龍集團公司科技示范農(nóng)場進行，該區(qū)位于阿爾金山、祁連山和馬鬃山的酒泉盆地，海拔1430 m，屬中溫帶沙漠干旱性氣候；年降水量82.9 mm，年蒸發(fā)量2511.5 mm，平均相對濕度46%，年干燥指數(shù)大于4；年日照時數(shù)3288 h，日照百分率68%～74%，太陽總輻射量達609.5～643.8 J/cm2；晝夜溫差大，年平均氣溫日較差13.9℃，年平均氣溫4～10℃，年有效積溫1800～3600℃；年平均無霜期140 d，土壤屬砂質(zhì)粘土，土層深厚，微堿，含鹽量0.4%以下[14]。

1.2試驗材料

試驗用材料為種植于甘肅省酒泉市巨龍集團公司科技示范農(nóng)場的3年生甘草、脹果甘草、光果甘草、刺果甘草及黃甘草5個甘草屬植物，經(jīng)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)陳垣教授鑒定。

1.3試驗設(shè)計與方法

1.3.1試驗設(shè)計試驗為單因素隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)5個處理，即甘草、脹果甘草、光果甘草、刺果甘草及黃甘草5個甘草屬植物，每處理重復(fù)3次，小區(qū)面積為6.5 m×3.0 m=19.5 m2，共15個小區(qū)，小區(qū)周圍設(shè)1 m保護行。選擇大小均一、無病蟲害、無機械損傷的1年生苗，按行距40 cm，株距10 cm，密度25萬株/hm2,于2012年4月23日進行移栽，施肥及田間管理按大田進行。

1.3.2植物學(xué)特性、生長指標(biāo)及鮮重測定結(jié)合有關(guān)文獻資料，于2014年6-7月觀察記錄甘草花序植物學(xué)特點，9月觀察記錄果實和種子植物學(xué)特點，11月采挖地下部分，觀察記錄根狀莖和根的植物學(xué)特點。

甘草花序：將采集來完整的花序放在干凈的白紙上，利用放大鏡觀察其形態(tài)、顏色，并用直尺測定30個花序長度，求得花序平均長度。

果實和種子：將完整的果莢和種子分別放在干凈的白紙上，觀察其形態(tài)、大小。再分別選取外觀飽滿的50粒甘草種子，放在白紙上，在自然光下，用放大鏡觀察其形態(tài)特征，包括種子大小、色澤、形態(tài)、表面特點、硬實度等[7]。

甘草種子直徑：利用游標(biāo)卡尺測量百粒種子直徑，求得種子平均直徑[7]。

甘草根狀莖和根：將干凈的根狀莖、根放在干凈的白紙上，用放大鏡觀察其形態(tài)特征，包括粗糙度、色澤、表面特點等。

生長指標(biāo)及鮮重：于2014年8月，每小區(qū)隨機采樣5株，清水快速洗凈，吸水紙吸干水分后，測定生長指標(biāo)及物質(zhì)積累量，主要包括：株高、葉片數(shù)、鮮重。2014年11月，挖取地下部分，每區(qū)采挖2 m2，測定根長和根鮮重。用卷尺測定株高和根長，用電子天平測定地上部分和地下部分鮮重。

1.3.3甘草酸、甘草苷含量測定于2013年11月，挖取地下部分，每區(qū)采挖2 m2，隨機采挖10株作為分析樣品，用清水沖洗干凈帶回甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點實驗室測定2年生根部甘草酸、甘草苷含量。于2014年11月挖取地下部分，每區(qū)采挖2 m2，隨機采挖10株作為分析樣品，用清水沖洗干凈帶回中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點實驗室，用法國Gilson公司高效液相色譜儀測定3年生根部甘草酸、甘草苷含量。

甲醇、乙腈為色譜純，水為純凈水，其余試劑均為分析純。甘草酸銨(110731-200512)、甘草苷(111610-200604)由中國食品藥品檢驗研究院提供，供含量測定。

色譜條件：Diamonsil C18色譜柱(250 mm×4.6 mm，5 μm)；流動相：A為乙腈(色譜純)，B為0.1%磷酸水溶液；流速1.0 mL/min；用Holochrome可調(diào)波長紫外檢測器檢測波長：0～18 min在276 nm檢測甘草苷，30～65 min在250 nm檢測甘草酸；柱溫30℃；進樣量10 μL。在上述色譜條件下，以甘草酸計算理論塔板數(shù)大于5000，各相鄰色譜峰間分離度大于1.5。

供試液的制備：用sartoriu BS 323 S電子天平(德國賽多利斯公司)稱取甘草粉末(過0.3 mm篩)約0.15 g，置具塞錐形瓶中，精密加入70%甲醇25 mL，密塞，稱重，KQ-500 DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)超聲處理(功率250 W，頻率40 kHz)30 min，放冷，再次稱重，用70%甲醇補足損失的重量，搖勻，過濾，取濾液，即得。

1.4統(tǒng)計方法

采用Excel 2010軟件作圖，用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.15種甘草屬植物學(xué)特性比較

5種甘草屬植物的種子顏色有差異，黃甘草和甘草顏色均為暗棕綠色，光果甘草種子顏色略淺于黃甘草和甘草，為淺棕綠色，而刺果甘草為暗綠色，脹果甘草為黃綠色；甘草種子較大，其次為刺果甘草，光果甘草和黃甘草種子大小差異不大，脹果甘草種子最?。?種甘草的果實形態(tài)差異較大，黃甘草和甘草的果實形態(tài)相似，為鐮刀彎曲狀，甘草密被有柄腺毛，黃甘草被微柔毛，光果甘草為圓柱形，光滑無毛，而刺果甘草為卵形，全身密被剛硬的刺，脹果甘草是長橢圓形，表面明顯膨脹，略被腺瘤；光果甘草和黃甘草花序較長，平均達到10～19 cm，其次為甘草，為4～12 cm，刺果甘草略低于甘草，平均值為1.5～7.0 cm，脹果甘草花序最短，平均長度為1.5～5.0 cm；黃甘草和脹果甘草根狀莖顏色均為暗棕色，刺果甘草和甘草均為黃棕色，光果甘草表面為黃色；脹果甘草根狀莖最粗糙，其次為刺果甘草，黃甘草、光果甘草和甘草表面粗糙程度相差不大；黃甘草、光果甘草和甘草根表面顏色均為黃棕色，刺果甘草為紅棕色，脹果甘草為暗棕色、棕紅色；刺果甘草根表面光滑，易與其他4種甘草區(qū)分，脹果甘草表面最粗糙，光果甘草和甘草粗糙程度相差不大，其次為黃甘草，根表面略粗糙(表1)。

2.25種甘草屬植物生長指標(biāo)比較

在甘草地上部分生長盛期，5種甘草屬植物相比較，刺果甘草小葉數(shù)顯著多于其他4種甘草屬植物，平均達到116片/株，是黃甘草的3.41倍，其次是光果甘草，平均達到101片/株，脹果甘草介于光果甘草和甘草之間，平均葉片數(shù)為86片/株，甘草平均達到62片/株，黃甘草小葉數(shù)最少，只有34片/株(圖1)。刺果甘草主莖最長，平均值達到82.06 cm，黃甘草主莖長度最小，平均值為26.54 cm，脹果甘草和光果甘草主莖長度相差不大，平均長度分別為69.30和62.75 cm，其次是甘草，介于脹果甘草、光果甘草和黃甘草之間，為43.97 cm。比較5種植物的地下根莖，甘草主根最長，平均值為38.01 cm，是黃甘草的1.8倍，黃甘草的主根最短，平均值為21.13 cm，脹果甘草、光果甘草主根長相差不大，分別為34.64 和34.35 cm，刺果甘草介于脹果甘草、光果甘草和黃甘草之間，為30.96 cm(圖2)。

表1　5種甘草屬植物學(xué)特性比較

圖1　5種甘草屬植物葉片數(shù)比較Fig.1　Blades number comparison of five kinds of Glycyrrhiza

圖2　5種甘草屬植物主根長和主莖高比較 Fig.2　Root length and stem height comparison of five kinds of Glycyrrhiza

A:黃甘草G.eurycarpa;B:光果甘草G.glabra;C:刺果甘草G.pallidiflora;D:脹果甘草G.inflata;E:甘草G.uralensis.不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。Different small letters mean significant differences (P<0.05). The same below.

2.35種甘草屬植物鮮重比較

圖3　5種甘草屬植物鮮重比較Fig.3　Fresh weight comparison of five kinds of Glycyrrhiza

5種甘草屬植物鮮重相比較，地上部分鮮重差異明顯，刺果甘草地上部分鮮重最大，達到35.91 g，和黃甘草、光果甘草、脹果甘草、甘草差異顯著，是黃甘草的1.61倍，黃甘草地上部分鮮重最小，平均值為11.28 g，脹果甘草和光果甘草地上部分鮮重相差不大，分別為31.37 和29.85 g，甘草介于脹果甘草、光果甘草和黃甘草之間，為22.32 g；甘草地下部分鮮重最大，平均值為22.38 g，與黃甘草差異顯著，為黃甘草的1.78倍，黃甘草地下部分鮮重最小，為12.54 g，脹果甘草、光果甘草和刺果甘草差異不顯著，分別為21.86，21.17和20.95 g；刺果甘草、脹果甘草、光果甘草和甘草總生物積累量相差不大，分別是56.86，52.54，51.71，44.70 g，是黃甘草的1.87倍以上，黃甘草鮮重最小，只有23.82 g(圖3)。

2.45種甘草屬植物根部甘草酸、甘草苷含量比較

2年生的5種甘草屬植物根部甘草酸含量相比較，脹果甘草、黃甘草的甘草酸含量最高，與刺果甘草差異極顯著，分別為2.5%和2.3%，均達到《中國藥典》(2010版一部)[1]2%的最低標(biāo)準(zhǔn)，光果甘草、甘草和刺果甘草的甘草酸含量分別為1.4%，1.4%和0.5%，未達到藥典標(biāo)準(zhǔn)。根部甘草甘草苷含量最大，為0.43%，與刺果甘草差異極顯著，是刺果甘草的14.3倍，刺果甘草甘草苷含量最小，只有0.006%，光果甘草和脹果甘草差異不顯著，分別為0.19%和0.13%，黃甘草為0.03%，5種2年生甘草屬植物根部甘草苷含量均未達到藥典標(biāo)準(zhǔn)(圖4)。

圖4　5種2年生甘草屬植物根部甘草酸、甘草苷含量比較Fig.4　Comparison of glycyrrhizic acid and liquiritin content of five kinds of 2 years old Glycyrrhiza

圖5　5種3年生甘草屬植物根部甘草酸、甘草苷含量比較Fig.5　Comparison of glycyrrhizic acid and liquiritin content of five kinds of 3 years old Glycyrrhiza

根部甘草酸、甘草苷含量隨著生長年限的增長而升高，3年生5種甘草屬植物根部甘草酸、甘草苷含量均較2年生顯著升高。3年生的5種甘草屬植物根部甘草酸含量相比較，脹果甘草和黃甘草最高，分別為2.9%和2.7%，與刺果甘草差異極顯著，達到藥典2%的最低標(biāo)準(zhǔn)，是刺果甘草的3.5倍多，刺果甘草含量最低，只有0.8%，甘草和光果甘草差異不顯著，分別為2.0%和1.9%。根部甘草苷含量相比較，甘草最高，平均值為0.72%，達到藥典0.5%的標(biāo)準(zhǔn)，與刺果甘草差異極顯著，是刺果甘草的36倍，刺果甘草最低，只有0.02%，未達到藥典標(biāo)準(zhǔn)，光果甘草和脹果甘草的甘草苷含量差異不顯著，分別為0.38%和0.29%，黃甘草為0.10%，均未達到藥典標(biāo)準(zhǔn)(圖5)。

3結(jié)論與討論

保證甘草生產(chǎn)和療效的首要環(huán)節(jié)就是其品質(zhì)(產(chǎn)量及藥用成分)的優(yōu)良性、均一性、穩(wěn)定性和可控性，生產(chǎn)優(yōu)良藥材的基礎(chǔ)就是擁有優(yōu)良品種，只有經(jīng)過選育的良種才能實現(xiàn)品種的生物學(xué)性狀整齊、遺傳基因穩(wěn)定、產(chǎn)量穩(wěn)定、藥用成分含量高且質(zhì)量穩(wěn)定可控[25]。本試驗對相同生境下5種甘草屬植物生長發(fā)育特性及不同生長年限根部甘草酸、甘草苷含量進行比較研究。結(jié)果表明，在生長特性方面，刺果甘草從葉片數(shù)、主莖長、地上部分鮮重和總生物量方面都優(yōu)于其他種，從地上部分生物量積累方面看，刺果甘草可作為河西荒漠地區(qū)鹽堿地改良和防風(fēng)固沙的重要牧草植物；甘草的地下根莖產(chǎn)量最高，從根莖產(chǎn)量高低來看，甘草可作為優(yōu)良種質(zhì)資源培育對象；甘草酸和甘草苷是甘草中主要活性成分，其量的高低可以判斷甘草藥材質(zhì)量高低的優(yōu)劣，有研究表明，在不同生長年限和發(fā)育時期中，甘草酸含量隨生長年限延長而增加，也有報道表明不同栽培年齡甘草中甘草酸均是3年生達到最高[26-30]。本研究5種甘草屬植物根中甘草酸、甘草苷含量3年生均大于2年生。2年生和3年生甘草屬植物，甘草酸含量較高的為脹果甘草和黃甘草，從甘草酸含量高低的角度看，脹果甘草、黃甘草可作為提取甘草酸的優(yōu)良種質(zhì)資源培育對象。在2，3年生5種甘草屬植物中，只有3年生甘草的甘草苷含量達到《中國藥典》(2010版一部)[1]中規(guī)定的0.5%的最低標(biāo)準(zhǔn)，從甘草苷含量高低的角度看，甘草可作為優(yōu)良種質(zhì)資源培育對象。

甘草屬植物一方面作為藥用植物，同時也是干旱、半干旱荒漠化地區(qū)進行鹽堿地改良和防風(fēng)固沙的重要牧草植物。因此，在選育甘草優(yōu)良品系的過程中，在考慮甘草藥材質(zhì)量的同時也應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟效益和生態(tài)效益(固風(fēng)沙作用等)。甘草植株矮小，光能截獲能力較好，甘草酸、甘草苷含量較高，達到藥典標(biāo)準(zhǔn)，適合在甘肅河西走廊干旱荒漠化地區(qū)大面積推廣種植。脹果甘草在株高、累計生物量方面較高，甘草酸含量最高，但甘草苷含量較低，與野生狀態(tài)下的脹果甘草相近，可作為甘草酸提取的原材料[31-32]。黃甘草的株高、累積生物量較低，光能截獲能力較好，不易倒伏，根部甘草酸含量較高，雖然不能作為藥材，但可作為甘草酸提取的原材料。河西地區(qū)栽培的光果甘草株高較高，生物量積累較大，但甘草酸、甘草苷含量較低，未達到藥典的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這與其生態(tài)適應(yīng)性有關(guān)，該結(jié)果與閻永紅[24]的研究結(jié)果一致，說明在甘肅河西荒漠化地區(qū)，將光果甘草作為甘草藥材的基源植物進行人工種植并不適宜。刺果甘草藥用活性成分甘草酸、甘草苷含量均很低，《中國藥典》未將其納入甘草屬藥用植物行列，而本研究結(jié)果也進一步證明了其不能作為藥用的物質(zhì)基礎(chǔ)，但其生物量較大，抗性較強，可作為河西荒漠地區(qū)鹽堿地改良和防風(fēng)固沙的重要牧草植物，也可作為甘草高抗新品種選育的種質(zhì)資源之一。本研究結(jié)果可以為甘草的基源鑒定、引種生態(tài)適應(yīng)性及甘草優(yōu)良品種選育提供理論參考。

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Botanical characteristics and medicinal value of fiveGlycyrrhizaspecies cultivated in the Hexi region of Gansu

CHEN Xiao-Na1, QIU Dai-Yu1,2*, LIN Hai-Ming1

1.CollegeofAgricultural,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China; 2.GansuKeyLaboratoryofChineseMedicinesStandardizedProductionTechnologicalInnovation,Lanzhou730070,China

Abstract:We evaluated the ecological adaptability and medicinal value of five Glycyrrhiza species (G. uralensis, G. inflata, G. glabra, G. pallidiflora, and G. euycarpa) cultivated in the Hexi region of Gansu, China. The botanical characteristics were analyzed and the contents of glycyrrhizic acid and liquiritin in roots were determined. The botanical characteristics differed among the five species. G. pallidiflora had the highest values for plant height, number of blades, and fresh weight of above-ground parts, and G. eurycarpa had the lowest values for these attributes. The root of G. uralensis was significantly longer than those of other four species, but its fresh weight was not significantly different from those of G. glabra, G. inflata, and G. pallidiflora. The contents of glycyrrhizic acid and liquiritin in roots were significantly higher in 3-year-old plants than in 2-year-old plants. The lowest glycyrrhizic acid content was in roots in 3-year-old plants of G. pallidiflora, but the glycyrrhizic acid content in roots reached the standard of the Chinese Pharmacopoeia in the other four species. Only G. uralensis roots had a liquiritin content that reached standard of the Chinese Pharmacopoeia. Considering these agronomic traits and comprehensive indexes, Glycyrrhiza species show good ecological adaptability and can be cultivated in the desert area of Gansu, and G. pallidiflora can be grown as a windbreak and sand-fixing plant in the Hexi region of Gansu.

Key words:Glycyrrhiza; botanical characteristics; glycyrrhizic acid; liquiritin

*通信作者

Corresponding author. E-mail: qiudy@gsau.edu.cn

作者簡介：陳小娜(1989-)，女，甘肅莊浪人，在讀碩士。E-mail:330455323@qq.com

基金項目：國家自然基金(31201176)和甘肅省農(nóng)牧廳中藥材科技項目(035-034088)資助。

*收稿日期：2015-04-29；改回日期：2015-07-14

DOI：10.11686/cyxb2015225

http://cyxb.lzu.edu.cn

陳小娜, 邱黛玉, 藺海明. 甘肅河西五種甘草屬植物的植物學(xué)特性及藥用價值研究.草業(yè)學(xué)報, 2016, 25(4): 246-253.

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