桑枝粗細(xì)對枝條葉片養(yǎng)分分配比例的影響

王 謝 張建華 林超文 龐良玉 姚 莉 劉海濤 朱永群 許文志

(1四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所， 四川成都 610066； 2農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南山地農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 四川成都 610066)

桑葉和桑枝是桑樹在個(gè)體水平上最重要的2個(gè)營養(yǎng)器官，其營養(yǎng)分配比例不僅關(guān)系著桑樹的構(gòu)型塑造和生態(tài)適應(yīng)性策略[1]，還影響著其在其他領(lǐng)域的開發(fā)利用。作為重要的藥用植物資源，桑樹的葉片和枝條一直是民間常用的中藥材?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究結(jié)果顯示，桑葉和桑枝都具有抗糖尿病、消除氧自由基以及延長壽命的作用[2-3]。本文從桑樹生理學(xué)研究的角度出發(fā)，基于對桑樹葉片和枝條內(nèi)干物質(zhì)和養(yǎng)分分配比例的探索，以揭示不同粗細(xì)桑枝的葉片和枝條的營養(yǎng)物質(zhì)分配規(guī)律，為桑葉或桑枝的藥用原材料選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試桑苗 農(nóng)桑14號桑樹品種的2年生實(shí)生苗，2014年10月在云南省鶴慶縣茶桑果藥站的桑園播種，冬季時(shí)桑苗高7～8 cm、直徑約1 mm，2015年11月剪枝，從云南省拉回四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所后假植在土中備用，供試桑苗基徑不等。

1.1.2 試驗(yàn)栽培系統(tǒng) 桑樹智能霧化栽培系統(tǒng)，共14套，每套系統(tǒng)包含9個(gè)單株培養(yǎng)箱，由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 供試桑苗的處理 將2年生農(nóng)桑14號實(shí)生苗的桑樹枝條生長長度大于30 cm的部分截除，余下的作為主干于2016年4月15日開始，在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所網(wǎng)室大棚(北緯30°37′，東經(jīng)104°07′，海拔491 m)內(nèi)將供試桑苗根際殘留的土壤洗盡后置于霧化栽培箱內(nèi)進(jìn)行霧化栽培，霧化栽培系統(tǒng)的使用和桑樹霧化栽培的營養(yǎng)液按照《桑樹智能霧化栽培系統(tǒng)概述》[4]中的參數(shù)和規(guī)則執(zhí)行，共栽培126株。在桑苗的霧化栽培過程中，只保留主干上的1條新生桑枝條。若這條新生桑枝條上出現(xiàn)花芽，需立即去除，以確保桑苗吸收的營養(yǎng)幾乎都用于新生桑枝條上的枝條和葉片的生長，由于利用霧化栽培技術(shù)可控制養(yǎng)分供給基本一致，因而可以認(rèn)為新生桑枝的粗細(xì)差異是由植株個(gè)體的內(nèi)在差異所造成的，而非環(huán)境差異的影響，桑樹新生桑枝條上的養(yǎng)分分配策略即反映出了其內(nèi)在的分配策略。此外，在試驗(yàn)過程中，網(wǎng)室大棚內(nèi)嚴(yán)禁施用各種農(nóng)藥和葉肥。

1.2.2 樣品的選擇與劃分 從桑苗霧化栽培開始(2016年4月15日)到桑樹枝條采收(2016年5月30日)歷時(shí)45 d。采集樣品時(shí)，僅保留符合條件的目標(biāo)植株(沒有出現(xiàn)任何病蟲害脅迫，葉片凋落、畸形，桑枝條內(nèi)二級分支等情況)。根據(jù)栽培45 d后新生的桑樹枝條離基部3 cm處的直徑(D)，將桑樹枝條劃分為粗枝(D>7.00 mm)、中枝(4.00 mm

1.2.3 測試項(xiàng)目與方法 將采集的所有供試桑苗的新鮮桑樹枝條先按照桑樹枝條的粗細(xì)等級，再按照桑樹枝條的部位(基部、中部、頂部)混合后，分裝成3袋作為重復(fù)，共計(jì)采集樣品27袋。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，其干物質(zhì)含量的測定采用烘干法進(jìn)行，即干物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)=干樣品質(zhì)量/鮮樣品質(zhì)量×100；全氮(N)含量的測定參考GB/T 5009.5—2003《食品中蛋白質(zhì)的測定》[5]進(jìn)行；全磷(P)含量的測定參考GB/T 5009.87—2003《食品中磷的測定》[6]進(jìn)行；全鉀(K)含量的測定參考GB/T 5009.91—2003《食品中鉀、鈉的測定》[7]進(jìn)行；總鈣(Ca)含量的測定參考GB/T 5009.92—2003《食品中鈣的測定》[8]進(jìn)行；總鎂(Mg)、鐵(Fe)、錳(Mn)含量的測定參考GB/T 5009.91—2003《食品中鐵、鎂、錳的測定》[9]進(jìn)行；銅(Cu)、鋅(Zn)、硼(B)含量的測定參考DB53/T 288—2009《食品中鉛、砷、鐵、鈣、鋅、鋁、鈉、鎂、硼、錳、銅、鋇、鈦、鍶、錫、鎘、鉻、釩含量的測定 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法》[10]進(jìn)行；硫(S)含量的測定參考GB/T 5009.92—2003《食品中鈣的測定》[8]進(jìn)行前處理后，再采用比濁法[11]進(jìn)行；鉬(Mo)含量的測定參考GB 5009.268—2016《食品中多元素的測定》[12]中《第一法 電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)》進(jìn)行；氯(Cl)含量的測定參考YC/T 53—2001《煙草及煙草制品 氯含量的測定 電位滴定法》[13]進(jìn)行。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理與分析 某部位某元素的葉片和枝條的分配比例R=(某部位葉片某元素含量×某部位葉片干質(zhì)量)/(某部位桑樹枝條某元素含量×某部位桑樹枝條干質(zhì)量)，即表示為桑樹枝條每收獲1 g干物質(zhì)或養(yǎng)分，葉片可收獲Rg干物質(zhì)或養(yǎng)分，單位無量綱。通過對樣品測試數(shù)據(jù)的線性混合模型分析來表征葉片和枝條的干物質(zhì)和N、P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、S、B、Mo和Cl等13種營養(yǎng)元素對桑枝粗細(xì)的響應(yīng)情況，隨機(jī)變量為桑樹枝條的空間位置，顯著性水平設(shè)為0.05。數(shù)據(jù)分析基于軟件R project 3.1.1。

2 結(jié)果與分析

2.1 桑枝粗細(xì)對其葉片與枝條干物質(zhì)分配比例的影響

從表1可以看出，桑枝粗細(xì)可以顯著地影響葉片和枝條的干物質(zhì)的分配比例(P<0.05)，具體表現(xiàn)為桑樹枝條越細(xì)，干物質(zhì)分配給葉片的比例越高。本試驗(yàn)研究中，細(xì)枝的葉片和枝條干物質(zhì)的分配比例為5.26，分別是中枝和粗枝的葉片和枝條干物質(zhì)分配比例的1.18倍和1.56倍。這表明，當(dāng)桑枝較細(xì)時(shí)，植株更傾向于將資源用于葉片生長，進(jìn)行光合作用，以同化合成更多的干物質(zhì)；而當(dāng)桑枝較粗時(shí)，分配給桑樹枝條的干物質(zhì)比例則會適當(dāng)?shù)卦黾?，以更好地支撐桑樹枝條和構(gòu)建養(yǎng)分運(yùn)輸通道。

表1 桑樹葉片和枝條中干物質(zhì)和養(yǎng)分的分配比例及其響應(yīng)桑枝粗細(xì)的線性混合模型分析結(jié)果

P<0.01表示差異極顯著，P<0.05表示差異顯著。

2.2 桑枝粗細(xì)對其葉片與枝條礦物質(zhì)養(yǎng)分分配比例的影響

從表1還可以看出，桑枝粗細(xì)可以顯著地影響桑樹葉片和枝條的N、P、Cu、Fe、S、B、Mo和Cl養(yǎng)分的分配比例(P<0.05)。細(xì)枝的葉片和枝條的N、P、Cu、Fe、S、B、Mo和Cl的分配比例分別為10.43、6.20、6.03、24.28、7.78、20.72、13.29和7.14，分別是中枝的葉片和枝條的N、P、Cu、Fe、S、B、Mo和Cl的分配比例的1.12、0.98、1.45、1.34、1.32、2.33、1.72和1.09倍，分別是粗枝的葉片和枝條的N、P、Cu、Fe、S、B、Mo和Cl的分配比例的1.23、1.24、1.71、2.64、1.46、1.89、1.32和1.49倍。這與葉片和枝條的干物質(zhì)分配比例對桑枝粗細(xì)的響應(yīng)情況基本一致。桑樹上K、Ca、Mg、Zn和Mn的葉片和枝條的分配比例對桑枝粗細(xì)的響應(yīng)不顯著(P>0.05)，這表明桑枝粗細(xì)不會改變桑枝條內(nèi)葉片和枝條本身的K、Ca、Mg、Zn和Mn的分配額度，即可以認(rèn)為無論桑枝粗細(xì)與否，葉片的K、Ca、Mg、Zn和Mn的分配比例無顯著差異，其平均營養(yǎng)品質(zhì)和保健價(jià)值與枝條的粗細(xì)關(guān)系不大。

3 小結(jié)與討論

3.1 基于N的分配比例的桑樹葉片和枝條的藥用開發(fā)

植物的次生代謝是植物在長期進(jìn)化中與環(huán)境(生物的和非生物的)相互作用的結(jié)果，次生代謝產(chǎn)物在植物提高自身保護(hù)和生存競爭能力、協(xié)調(diào)與環(huán)境關(guān)系上發(fā)揮著重要作用[14]。而N則是生物堿類次生代謝物質(zhì)的必要條件[15]。結(jié)合本試驗(yàn)研究的結(jié)果，細(xì)枝條的葉片可享受更大比例的干物質(zhì)和N養(yǎng)分分配，即在等質(zhì)量的干樣品中，細(xì)枝條上采集的桑葉含有更多的N元素養(yǎng)分。參考其他一些研究結(jié)果[16-18]，在逆境脅迫下植物導(dǎo)管的直徑會變小，在脅迫生境條件下也常見較細(xì)小的桑樹枝條[19-20]，我們猜測細(xì)桑枝的桑葉分配到更多的N可能與桑葉生物堿類次生代謝物質(zhì)的累積有關(guān)。其中1-脫氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin，DNJ)，作為桑樹的一種重要的哌啶生物堿，其對于提高桑樹葉片和枝條的藥用價(jià)值值得人們重點(diǎn)關(guān)注。DNJ含量與桑樹葉片和枝條營養(yǎng)元素之間的相關(guān)關(guān)系是否確實(shí)存在尚需進(jìn)一步研究。

3.2 基于Fe的分配比例的桑樹葉片和枝條的藥用開發(fā)

Fe是人體內(nèi)含量最多的微量元素，缺Fe會導(dǎo)致人體內(nèi)多種酶活性失調(diào)，使人代謝紊亂，影響個(gè)體生長和智力發(fā)育，其中最為典型和常見的就是因Fe元素缺乏所引起的缺鐵性貧血病。而桑葉是一味重要的治療再生障礙性貧血的中藥材[21]。結(jié)合本試驗(yàn)研究的結(jié)果，與N的分配比例相同，鑒于細(xì)枝上的桑葉片分配有更大比例的Fe元素，我們猜測細(xì)枝上的桑葉片治療缺鐵性貧血的藥效可能會更好，但兩者之間具體的相關(guān)性如何，需要進(jìn)一步的研究論證。

在這種情況下，資本存量將被固定在0期(基期)價(jià)格水平上，當(dāng)0期足夠遠(yuǎn)離研究期時(shí)，K0對資本存量的估計(jì)幾乎不會產(chǎn)生影響。因此，在PIM中K0的確定至關(guān)重要，根據(jù)先前的研究[17，32]，采用如下的標(biāo)準(zhǔn)情形：

3.3 基于B的分配比例的桑樹葉片和枝條的藥用開發(fā)

除了N養(yǎng)分和Fe養(yǎng)分外，等質(zhì)量的干樣品中，細(xì)枝中桑葉片分配的B養(yǎng)分比例也很高。有研究表明，B能夠提高機(jī)體內(nèi)許多激素和酶的表達(dá)和分泌，促進(jìn)組織對葡萄糖的攝取、肝糖的合成及葡萄糖向脂肪的轉(zhuǎn)化，使血糖降低[22]。雖然降血糖是桑葉的最主要的藥效，但現(xiàn)有的研究重點(diǎn)仍停留在桑葉中的多糖、DNJ和黃酮方面，對桑葉整個(gè)系統(tǒng)的研究尚不完全、不充分，對桑葉降血糖的有效劑量也不清楚[23]。結(jié)合本試驗(yàn)研究中細(xì)枝桑葉片分配的B養(yǎng)分的顯著優(yōu)勢，和B養(yǎng)分對于動物和人的降血糖功能，我們認(rèn)為未來可從微量元素的角度出發(fā)，進(jìn)一步探討桑葉降血糖藥效與B元素之間的關(guān)系。

3.4 理想的藥用桑樹原材料的定向培育

桑樹K、Ca、Mg、Zn和Mn在桑樹葉片和枝條的分配比例不受桑枝粗細(xì)的影響，而細(xì)枝上的葉片在干物質(zhì)和N、P、Cu、Fe、S、B、Mo與Cl等營養(yǎng)元素的分配比例上具有顯著的優(yōu)勢。細(xì)枝傾向于將養(yǎng)分資源用于葉片生長，粗枝傾向于將養(yǎng)分資源分配給桑枝條用于構(gòu)建養(yǎng)分的傳輸系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。結(jié)合主要元素的營養(yǎng)效用和藥用功能進(jìn)行思考，我們認(rèn)為細(xì)枝上的桑葉片營養(yǎng)價(jià)值要高于粗枝上的桑葉片。由此，讓我們不得不思考一個(gè)問題，即未來的桑樹植物營養(yǎng)學(xué)研究需要如何貫穿“施肥—養(yǎng)分吸收—養(yǎng)分分配和累積—有效成分富集—有效成分的效用提升”這一整個(gè)營養(yǎng)鏈，做到有的放矢，通過“精準(zhǔn)栽培”，獲得“完美的原材料”，以保障后續(xù)“高精尖產(chǎn)品”的研發(fā)。