高海拔環(huán)境太子參生物量、藥用成分及礦質(zhì)元素的動態(tài)變化

劉幫艷， 李金玲，2， 曹國璠， 鄭 聽， 李永喬， 趙 致，2， 王華磊，2

(1.貴州大學農(nóng)學院，貴州貴陽 550025； 2.貴州藥用植物繁育與種植重點(工程)實驗室，貴州貴陽 550025)

太子參為石竹科植物孩兒參[Pseudostellariaheterophylla(Miq.) Pax ex Pax et Hoffm.]的干燥塊根，為名貴中藥材，具有益氣健脾、生津潤肺等功效[1-2]。目前，有關太子參的研究多集中在藥理、藥效、化學成分及制備工藝等方面[3-10]，隨著人們對藥用植物來源研究的重視，太子參繁殖方式、播種時間、播種方式、田間管理及病蟲害防治等相關研究也在不斷深入[11-15]。海拔作為作物生長的重要環(huán)境之一，對作物生長、生理代謝等具有較大調(diào)節(jié)作用，有研究表明，高海拔環(huán)境能提高人參、牛蒡、當歸等根類藥材的產(chǎn)量或藥用成分含量[16-19]。本試驗通過對比分析高海拔環(huán)境下太子參各生育時期的礦質(zhì)元素、藥用成分及生物產(chǎn)量的積累情況，以期為高海拔栽培推廣太子參提供理論支撐，為高效栽培太子參提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采自貴州省施秉縣的太子參施太1號種根，經(jīng)貴州大學農(nóng)學院王華磊教授鑒定石竹科植物孩兒參種根。

1.2 儀器與試劑

1.2.1 儀器 Kjeltec 8400型凱式定氮儀，由丹麥福斯集團公

司提供；Optima 8100型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(inductive coupled plasma emission spectrometer，簡稱ICP)，由鉑金埃爾默儀器有限公司提供；101-3AB型電熱鼓風干燥箱、SX-12-10型箱式電阻爐控制箱，由天津泰斯特儀器有限公司提供；MM400型球磨儀，由德國Retsch公司提供。

1.2.2 試劑 磷、鉀、鐵、錳、銅、鋅、硼、鈣、鎂標準溶液，均購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心；標準品D-無水葡萄糖、人參皂苷Rb1，購于中國食品藥品檢定研究所。

1.3 試驗設計

設計2個海拔種植太子參，分別為2 157、677 m。海拔 2 157 m 為高海拔環(huán)境，地處貴州省六盤水鐘山區(qū)大箐村(編號為LPS)，地理位置為104°49′49.1″ E、26° 43′32″ N，屬北亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)；海拔677 m為太子參常規(guī)栽培海拔，地處貴州省施秉縣甘溪鄉(xiāng)高碑村毛栗坪組(編號為SBX)，地理位置為108°13′58.5″ E、27°1′47.5″ N，屬亞熱帶濕潤季風氣候區(qū)。2個試驗地基本環(huán)境情況見表1、表2，采用大田種植太子參，2015年12月進行栽種，種根用種量為1 200 kg/hm2，8月采收。每個海拔設3個小區(qū)，每個小區(qū)面積為1.2 m×10 m，栽培方式及田間管理均同太子參常規(guī)管理。

表1 不同試驗地土壤環(huán)境情況

1.4 測定內(nèi)容和方法

1.4.1 生物量 分別于太子參苗期(3—4月)、塊根初始膨大期(4—5月)、塊根膨大旺盛期(5—6月)、塊根膨大后期(6—7月)及倒苗營養(yǎng)回流期(7—8月)，采用“五點法”隨機連根挖取長勢一致的太子參植株，每個小區(qū)取10株，每個海拔地每次共取樣30株；洗凈后用吸水紙吸干植株表面水分，將莖、葉、花果(地上部分)與塊根、須根(地下部分)分開，于55 ℃條件下烘干， 用電子天平(精度為0.000 1 g) 分別稱其干質(zhì)量；球磨儀打粉，備用。太子參完全倒苗后進行測產(chǎn)，將塊根洗凈，于55 ℃條件下烘干，選取適量太子參干品打粉，備用。

表2 不同試驗地土壤氣候狀況

注：7月為當?shù)叵鄬ψ顭嵩拢?月為降水量最多月，1月為最冷與降水最少月。

1.4.2 礦質(zhì)元素 稱取約0.5 g太子參樣品粉末于坩堝中，馬弗爐內(nèi)600 ℃灰化，灰分用5 mL 1 ∶1硝酸溶液溶解，超純水定容至25 mL，采用ICP分別測定磷、鉀、鐵、錳、銅、鋅、硼、鈣、鎂含量；使用濃硫酸消煮樣品，凱氏定氮儀測定全氮含量。

1.4.3 藥用成分 參照閆亮等的方法[20]進行索式提取太子參多糖，硫酸-苯酚法顯色，酶標儀測定490 nm處的吸光度D490 nm。以D-無水葡萄糖(含量以99.9%計)為標準品繪制標準曲線，得回歸方程為：葡萄糖含量(A)=125.03D490 nm-0.552 1(r2=0.999 1，n=7)，該方程在0～50.5 μg/mL范圍內(nèi)線性關系良好。

總皂苷測定方法為：稱取約0.5 g太子參粉末于帶塞錐形瓶中，加20 mL三氯甲烷，80%功率超聲2次，每次1 h；過濾，濾紙同濾渣放入錐形瓶中，精密加入25 mL水飽和正丁醇溶液，超聲2次，每次1 h；過濾，取10 mL濾液，蒸干，甲醇溶解，容量瓶中定容至10 mL；取2 mL置于具塞試管中，加5 mL濃硫酸、0.2 mL香草醛-冰乙酸溶液，搖勻，60 ℃條件下水浴30 min，其間不斷搖動；冷卻，酶標儀測定560 nm處的吸光度D560 nm。以人參皂苷Rb1(含量以93.7%計)為標準品繪制標準曲線，得回歸方程為：人參皂苷含量(A)=0.217D560 nm+0.021 9(r2=0.999 4)，該方程在0.101 6～1.525 0 mg/mL范圍內(nèi)線性關系良好。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 太子參生物量的動態(tài)積累

試驗結(jié)果表明，SBX太子參于2月5日開始出苗，7月15日完全倒苗，從出苗至完全倒苗共160 d；LPS太子參于3月1日開始出苗，8月28日完全倒苗，從出苗至完全倒苗共 181 d，高海拔環(huán)境下的太子參出苗與倒苗時間較常規(guī)海拔地推遲，生育期較常規(guī)栽培海拔地長。由圖1-a可見，太子參地上部分干質(zhì)量呈“增加-減少-增加”趨勢，LPS太子參各生育時期地上部分干質(zhì)量明顯高于SBX；LPS太子參地下部分干質(zhì)量呈“增加-減少-增加”趨勢，SBX呈緩慢增加再略減少的趨勢(圖1-b)；LPS太子參各生育時期生物量明顯高于SBX，說明高海拔地利于太子參生物量的形成與積累。SBX太子參地上部分干質(zhì)量快速增長期為4月中旬至5月初，5月初達到最大值，為2.07 g/株，LPS則為4月中旬至5月中旬，5月中旬達到最大值，地上部分干質(zhì)量為3.71 g/株；LPS、SBX太子參地下部分干質(zhì)量的積累速度與地上部分干質(zhì)量整體呈一定的正相關。

2.2 太子參多糖、總皂苷等藥用成分的動態(tài)積累

由圖2可知，SBX太子參各生育期多糖含量高于LPS，總皂苷含量低于LPS；LPS、SBX太子參多糖含量在各生育期內(nèi)總體呈先增加后減少再增加趨勢，倒苗期時多糖含量分別達到11.42%、13.97%；SBX太子參總皂苷含量在倒苗前期呈緩慢減少的變化趨勢，后有所增加，倒苗期時總皂苷含量為1.63%，LPS太子參總皂苷含量呈“增加-減少-增加-緩慢減少”的波動變化趨勢，倒苗期時總皂苷含量2.36%。這說明較低海拔利于太子參多糖的形成和積累，高海拔利于太子參總皂苷的形成與積累。

2.3 太子參礦質(zhì)元素的動態(tài)變化

2.3.1 大量、中量元素 由圖3可知，在同一個海拔高度種植的太子參各生育期地上部分的N含量均高于地下部分；不同海拔地上、地下部分的N、P含量變化趨勢基本一致，總體呈“下降-增加-下降-趨于平緩”的波動變化，SBX太子參N、P含量增加高峰期為5月初，LPS則為6月中下旬；LPS太子參植株的N含量較高于SBX，而SBX太子參植株的P含量明顯高于LPS；在整個生長期，太子參地上部分K含量明顯大于地下部分；地上部分K含量呈先下降后增加趨勢，SBX太子參地上部分K含量最低出現(xiàn)在4月中旬， 為35.29 mg/g，LPS則出現(xiàn)在5月中旬，為 24.60 mg/g；地下部分K含量隨太子參生長總體呈逐漸下降趨勢； LPS太子參地上部分K含量總體低于SBX，而地下部分K含量總體高于SBX，LPS太子參地上、地下部分的K含量分配較SBX均衡；不同海拔種植的太子參地上部分Ca、Mg含量多呈“下降-上升-下降”變化趨勢，SBX太子參地上部分Ca含量在塊根膨大后又有增加，地下部分Ca、Mg含量則呈“W”形變化；LPS太子參各生育期Ca、Mg含量稍高于SBX；SBX太子參地上、地下部分Ca、Mg含量第1次峰值出現(xiàn)在5月初，與N、P含量出現(xiàn)峰值時間一致；LPS地上部分Ca、Mg含量峰值出現(xiàn)在7月初，含量分別為17.78、4.65 mg/g，地下部分Ca、Mg含量第1次峰值分別出現(xiàn)在5月中旬、6月中旬，含量分別為4.72、2.42 mg/g。

2.3.2 微量元素 由圖4可知，海拔高度對太子參微量元素含量具有明顯的影響。LPS太子參Fe含量高于SBX，其地上、地下部分Fe含量峰值均出現(xiàn)在6月中旬，分別為3.27、2.42 mg/g；SBX太子參地上部分Fe、Mn含量峰值也出現(xiàn)在6月中旬，F(xiàn)e、Mn含量分別為1.02 mg/g、466.09 μg/g，其地下部分Fe、Mn含量則隨生育期逐漸減少；LPS太子參地上、地下部分Mn含量呈“下降-上升-下降”的變化趨勢，分別在7月初、6月中旬出現(xiàn)峰值，Mn含量分別為421.76、132.63 μg/g；不同海拔太子參地上、地下部分Cu、Zn含量整體呈“下降-上升-下降”的變化趨勢，SBX地上部分Cu、Zn含量峰值出現(xiàn)在6月初，含量分別為7.02、36.03 μg/g，LPS地上部分Cu、Zn含量峰值出現(xiàn)在7月初，含量分別為8.20、81.26 μg/g；SBX太子參地下部分Cu、Zn含量低于LPS，LPS地下部分Cu含量峰值出現(xiàn)在6月中旬，含量為14.38 μg/g。SBX太子參地上部分B含量呈先增加后下降趨勢，而其地下部分B含量與LPS地上、地下部分B含量均隨生育期呈“下降—上升—下降”的變化趨勢。

3 結(jié)論與討論

高海拔區(qū)域地形高，晝夜溫差大，云霧多，濕度大，太陽輻射較強，氣候環(huán)境各異，為植物的生長提供差異較大的光、溫、水、熱環(huán)境，對作物生長及次級代謝產(chǎn)物積累具有較大的調(diào)節(jié)作用。張秀麗等研究表明，人參總皂苷的含量隨海拔升高而升高[16]；李竹英等研究得出，隨著海拔的升高，牛蒡根中蛋白質(zhì)、氨基酸、淀粉含量增加，而可溶性糖及脂肪含量降低[18]；李明世等研究發(fā)現(xiàn)，當歸揮發(fā)油的含量隨海拔升高呈逐漸增加的趨勢[19]；研究海拔高度對天麻生產(chǎn)影響得出，1 km以上的海拔利于天麻產(chǎn)量及品質(zhì)的提高，還能縮短天麻生育期，提高生產(chǎn)效率[21-22]。本試驗結(jié)果表明，海拔為2 157 m高海拔環(huán)境(LPS)栽種的太子參，其地上莖、葉部分及地下根的干物質(zhì)積累在各生育期均高于海拔為677 m的常規(guī)栽培海拔(SBX)，且地上部分莖、葉干質(zhì)量較大時，其地下根的干物質(zhì)積累速度相對較快，可能是由于高海拔輻射相對較強，有利于太子參葉片的形成與生長，同時，高海拔晝夜溫差大，利于光合產(chǎn)物的積累；SBX太子參各生育期根部多糖含量高于LPS，總皂苷含量低于LPS，這可能與高海拔環(huán)境脅迫太子參開啟自身抗逆調(diào)節(jié)機制相關。

礦質(zhì)元素N、P、K、Mg、Fe、Zn、Cu對作物光合作用產(chǎn)生一定影響，其吸收與利用影響太子參的產(chǎn)量。高海拔因環(huán)境條件特殊，可能對各種礦質(zhì)元素的吸收與轉(zhuǎn)運具有一定調(diào)節(jié)作用，從而影響各元素在植物體中的含量與分布，改變光合作用的效率，進而影響光合產(chǎn)物的形成與積累。LPS、SBX太子參含N較高的時期為太子參苗期(3-4月)到莖葉茂盛后塊根開始膨大期(4-5月)，因此，基肥中施足N肥是太子參產(chǎn)量與質(zhì)量保證的基礎。在太子參塊根膨大旺盛期(5-6月)太子參地上生物量增加速度相對較快，積累量大，而此時太子參中P含量增加，說明該時期P能促進太子參產(chǎn)量的形成。K不但能通過調(diào)節(jié)植物氣孔開閉、促進葉綠體內(nèi)電子傳遞等推動CO2同化，提高光合效率，而且能促進植物碳水化合物輸出及其在塊根、種子等器官中的代謝，有效促進塊根等器官的生長。LPS、SBX太子參在苗期(3-4月)的K含量相對較高，隨后減少，塊根開始膨大時又快速增加，說明前期較高的K促進了太子參葉片的形成，提高了光合葉面積，后期增加的K利于光合產(chǎn)物向根部轉(zhuǎn)運，這與太子參單株地上、地下部分生物積累量的變化相一致。因此，在基肥施足P、K的基礎上，于太子參塊根膨大旺盛期(5-6月)追施P、K肥可保證太子參的產(chǎn)量，提高其質(zhì)量。在各生育時期，LPS太子參地上部分Ca含量高于SBX，且不同海拔種植的太子參，其地上部分Ca含量均在太子參塊根旺盛膨大期增長相對最快，含量也相對較高，這可能是由于Ca主要通過木質(zhì)部的蒸騰作用向上運輸，很難由韌皮部運輸，太子參塊根膨大旺盛期時地上莖發(fā)育成熟，再加上5-7月雨水充足、光照良好，有利于太子參的蒸騰作用，從而促進了Ca從根部向地上莖葉部分的運輸，且LPS處于高海拔，晝夜溫差大，更利于Ca的運輸。SBX太子參N、P、Ca、Mg的變化趨勢較為一致，可在5月上中旬進行混合追施。有研究表明，Mn、B能夠使甜菜、馬鈴薯塊根產(chǎn)量和含糖量增加，其中，B參與植物體內(nèi)糖的運輸，當B供給充足時，能促進糖的運輸；Mn能激活糖酵解和三羧酸循環(huán)反應途徑中許多酶的活性，為代謝產(chǎn)物的生成及運輸提供足夠的ATP。本試驗表明，LPS地上部分Mn、B含量在太子參各生育期總體上低于SBX，這可能是限制LPS太子參多糖向根部轉(zhuǎn)運，而使得LPS多糖含量低于SBX的主要原因。

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