遮陰對箭葉淫羊藿生長和藥用有效成分含量的影響

顏家雄， 彭翠英， 梁軍生， 張 翼， 王旭軍

(1.攸縣黃豐橋國有林場，湖南 攸縣 412307； 2.湖南省林業(yè)科學(xué)院， 湖南 長沙 410004； 3.湖南省林下特色生物資源培育與利用工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004)

箭葉淫羊藿(Epimediumsagittatum)俗稱三枝九葉草，屬小檗科(Berberidaceae)淫羊藿屬(EpimediumL.)多年生常綠草本植物，廣泛分布于海拔200～1 750 m的林下、灌叢中、山坡草叢中、水溝邊或巖邊石縫中[1]，是淫羊藿屬中分布最廣、形態(tài)變異最大的種[2]。箭葉淫羊藿能補(bǔ)腎陽、強(qiáng)筋骨、祛風(fēng)濕等，其藥用歷史悠久，2 000多年前的《神農(nóng)本草經(jīng)》就將其列為“中品”[3]，其干燥葉則為中藥淫羊藿(Epimediifolium)的基源植物之一[4]，臨床上主要用于治療骨質(zhì)疏松、更年期綜合征、高血壓、冠心病等[5-6]?，F(xiàn)代藥理研究顯示，箭葉淫羊藿在抗炎[7]、抗衰老[8]、提高免疫力[9-11]、抑制腫瘤[12-14]等方面有很好的療效，為最具開發(fā)潛力的中藥之一[15]。研究還表明，箭葉淫羊藿對郁閉的生態(tài)環(huán)境非常適應(yīng)，利用弱光的能力較強(qiáng)，可適應(yīng)林分郁閉度達(dá)到 0.7以上的生境[16]。在湖南、浙江和江西等省，箭葉淫羊藿的適宜生境總面積達(dá)4200萬hm2[17]。因此，箭葉淫羊藿可作為這些地區(qū)林下中藥材發(fā)展的重要候選藥用植物之一。據(jù)不完全統(tǒng)計，湖南省喬木林中的成、過熟林面積近140萬hm2，且大部分林分郁閉度達(dá)0.7以上。目前，關(guān)于生長在高度郁閉林分中的箭葉淫羊藿產(chǎn)量和質(zhì)量未見報道。筆者利用黑色遮陰網(wǎng)模擬遮陰的方法，研究箭葉淫羊藿在高度郁閉環(huán)境下的生長及其有效成分含量變化特征，以期為其在林下規(guī)范化栽培提供參考。

1 試驗區(qū)概況

試驗在湖南省長沙市雨花區(qū)湖南省林業(yè)科學(xué)院國家林下經(jīng)濟(jì)示范基地內(nèi)進(jìn)行。該基地地理坐標(biāo)為113°01′30″E，28°06′40″N，海拔60～80 m。該區(qū)屬于中亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候區(qū)，年平均氣溫17.2 ℃，年降水量1400～1 900 mm，四季分明，年均日照1 496～1 550 h，無霜期264 d。試驗地土層深厚，土壤為地帶性第四紀(jì)紅壤，微酸性，pH值約5.0[18]。

2 研究方法

2.1 試驗設(shè)計

2019年1月將生長良好、長勢基本一致的箭葉淫羊藿栽植于上口直徑15 cm、下口直徑10 cm、高14 cm的塑料容器中，栽植后統(tǒng)一放置于防雨棚內(nèi)。待箭葉淫羊藿恢復(fù)生長后，于2019年4月開始進(jìn)行遮陰試驗[18]。分別設(shè)置1層、2層和3層黑色遮陰網(wǎng)覆蓋等3種處理。用LI-6400XT光合儀測定不同遮陰條件下的光照強(qiáng)度，再計算其遮光率。1層、2層和3層黑色遮陰網(wǎng)的遮光率分別為70%、85%和90%。各處理均栽植箭葉淫羊藿容器苗50盆，每盆栽植1株。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次。日常管理為常規(guī)管理。

2.2 生長指標(biāo)測量和藥用有效成分含量測定

根據(jù)箭葉淫羊藿一回三出復(fù)葉的特征，以其當(dāng)年生成熟復(fù)葉的中間葉片為測試葉片[18]。2019年9月中旬測量其生長性狀，然后采收并烘干，測定其藥用有效成分含量。

2.2.1 生長指標(biāo)測量 分別采用直尺和電子游標(biāo)卡尺測量株高(精確到0.1 cm)和地徑(精確到0.01 mm)；采用LI-3000C便攜式葉面積儀測量葉長、葉寬和葉面積等；采用電子游標(biāo)卡尺按10片1組測量葉厚后取其平均值(精確到0.01 mm)；采用電子天平稱量葉鮮質(zhì)量和葉干質(zhì)量(精確到0.000 1 g)。

2.2.2 藥用有效成分含量測定 總黃酮和總黃酮醇苷含量均參照《中國藥典》(2020年版)[4]規(guī)定的方法進(jìn)行測定?？傸S酮醇苷的組成成分為朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C及淫羊藿苷。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)均采用Microsoft Office 2016中的Excel和統(tǒng)計分析軟件SPSS 22.0進(jìn)行處理。以葉干質(zhì)量、總黃酮及總黃酮醇苷含量為指標(biāo)，參考劉學(xué)義[19]的隸屬函數(shù)方法，對不同遮陰處理的箭葉淫羊藿進(jìn)行綜合評價。

3 結(jié)果與分析

3.1 遮陰對箭葉淫羊藿生長的影響

3.1.1 遮陰對箭葉淫羊藿株高、地徑生長的影響 由表1看出：隨著遮陰程度的逐漸提高，箭葉淫羊藿株高呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。當(dāng)遮光率為85%時，箭葉淫羊藿的株高最大，為9.4 cm；當(dāng)遮光率為90%時，株高最小，僅為前者的88.3%。其地徑則隨著遮光率的逐漸提高而呈現(xiàn)一直減小的變化趨勢。當(dāng)遮光率為70%時，其地徑最大，為1.43 mm；當(dāng)遮光率為85%時，其地徑為1.16 mm，僅為前者的81.1%；當(dāng)遮光率為90%時，其地徑與遮光率為85%時的相差無幾。方差分析表明，處理間的株高、地徑均無顯著性差異。

表1 遮陰對箭葉淫羊藿株高、地徑、葉鮮質(zhì)量與葉干質(zhì)量的影響Tab.1 Effect of shade on height, ground diameter, fresh weight and dry weight of leaf of Epimedium sagittatum遮光率/%株高/cm地徑/mm葉鮮質(zhì)量/(g·片-1)葉干質(zhì)量/(g·片-1)709.3±1.521.43±0.350.302 0±0.148 20.127 7±0.063 4859.4±1.251.16±0.070.615 2±0.103 80.284 5±0.057 8908.3±0.101.15±0.140.463 9±0.145 00.213 5±0.076 6Sig.0.4780.2880.0750.073

3.1.2 遮陰對箭葉淫羊藿葉片生物量的影響 由于箭葉淫羊藿的藥用部分為其干燥葉，因此，研究遮陰處理對其葉生物量的影響十分重要。由表1還可以看出：隨著遮光率的逐漸提高，箭葉淫羊藿的葉鮮質(zhì)量和葉干質(zhì)量均呈現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢，但處理間沒有顯著性差異；當(dāng)遮光率為85%時，其葉鮮質(zhì)量和葉干質(zhì)量分別為遮光率70%時的2.04倍和2.23倍，均為遮光率90%時的1.33倍。當(dāng)遮光率為70%時，葉鮮質(zhì)量和葉干質(zhì)量分別僅為遮光率90%時的65.10%和59.81%。

3.1.3 遮陰對箭葉淫羊藿葉片形態(tài)性狀的影響 如表2所示：箭葉淫羊藿的葉長、葉寬、葉厚和葉面積等形態(tài)性狀對遮陰處理的響應(yīng)表現(xiàn)程度各異。隨著遮陰程度的逐漸提高，箭葉淫羊藿的葉長、葉寬和葉面積均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。當(dāng)遮光率為85%時，箭葉淫羊藿的葉長、葉寬、葉面積均為最大；當(dāng)遮光率為90%時，箭葉淫羊藿的葉長、葉寬及葉面積相對前者均明顯減小。這可能是由于過度遮陰，導(dǎo)致其所獲得的光能不能滿足其生長的需要。方差分析結(jié)果表明，葉長和葉厚在遮陰處理間無顯著性差異，而葉寬和葉面積在處理間有顯著性差異。

表2 遮陰對箭葉淫羊藿葉片形態(tài)性狀的影響Tab.2 Effect of shade on leaf morphological characteristics of Epimedium sagittatum遮光率/%葉長/cm葉寬/cm葉厚/cm葉面積/(cm2·片-1)705.64±1.103.92±0.93 b0.23±0.0114.23±7.98 b 857.14±0.726.23±0.52 a0.24±0.0137.25±7.20 a 906.02±0.795.48±0.83 a0.25±0.0525.82±8.58 abSig.0.1780.0280.5010.034注: 同列不同小寫字母表示在α=0.05水平上差異顯著。下同。

3.2 遮陰對箭葉淫羊藿藥用有效成分含量的影響

總黃酮和總黃酮醇苷是箭葉淫羊藿藥用有效成分的重要組成部分，其含量高低直接影響到箭葉淫羊藿的藥用品質(zhì)及藥用價值。據(jù)《中國藥典》規(guī)定，淫羊藿干燥葉總黃酮含量不得低于5%，總黃酮醇苷含量不得低于1.5%。由表3可以看出：隨著遮陰程度的提高，箭葉淫羊藿葉片總黃酮和總黃酮醇苷含量均呈現(xiàn)出高-低-次高的變化趨勢，且總黃酮醇苷的組成成分朝藿定A、朝藿定B、朝藿定C及淫羊藿苷也顯示同樣的變化趨勢。方差分析結(jié)果表明，遮陰處理間各種藥用有效成分含量均存在顯著或極顯著差異。由表3還可以看出：全部處理箭葉淫羊藿葉片的總黃酮含量均超過了《中國藥典》5%的規(guī)定，特別是當(dāng)遮光率為70%時，其葉片總黃酮含量達(dá)到了9.97%，為《中國藥典》規(guī)定的1.99倍，且其總黃酮醇苷含量達(dá)到了《中國藥典》規(guī)定1.5%的2.14倍；當(dāng)遮光率為85%時，其葉片總黃酮含量達(dá)6.22%，但其總黃酮醇苷含量卻未達(dá)到《中國藥典》1.5%的規(guī)定，僅為1.09%。

表3 遮陰對箭葉淫羊藿葉片藥用有效成分含量的影響Tab.3 Effect of shade on the contents of medicinal active constituent in leaves of Epimedium sagittatum%遮光率/%總黃酮總黃酮醇苷朝藿定A朝藿定B朝藿定C淫羊藿苷709.97±1.182 Aa3.21±0.05 Aa0.308±0.004 Aa0.369±0.008 Aa1.585±0.033 Aa0.948±0.013 Aa856.22±0.184 Bb1.09±0.01 Cc0.125±0.001 Cc0.154±0.002 Cc0.540±0.007 Cc0.275±0.002 Cc907.27±0.100 ABb1.83±0.03 Bb0.194±0.003 Bb0.250±0.004 Bb0.951±0.014 Bb0.435±0.006 BbSig.0.0120.0000.0000.0000.0000.000注: 同列不同大寫字母表示在α=0.01水平上差異顯著。

3.3 遮陰對箭葉淫羊藿品質(zhì)影響的綜合評價

由表4看出：當(dāng)遮光率為70%時，其綜合隸屬度為2.000 0，排名第一；當(dāng)遮光率為85%時，其綜合隸屬度為1.000 0，排名最末；當(dāng)遮光率為90%時，其綜合隸屬度為1.176 3，排名第二。當(dāng)遮光率為85%時，其葉片生物量雖然最大，但其藥用有效成分含量卻最低，且其總黃酮醇苷含量未達(dá)到《中國藥典》的要求。因此，綜合考慮生物量和藥用有效成分含量，箭葉淫羊藿在遮光率為70%時的品質(zhì)最好，不宜在高度郁閉的林分中進(jìn)行林藥復(fù)合經(jīng)營。

表4 不同遮陰處理下箭葉淫羊藿的綜合隸屬函數(shù)值Tab.4 The membership function value under different shading conditions of Epimedium sagittatum遮光率/%隸屬度值葉干質(zhì)量總黃酮總黃酮醇苷綜合隸屬度700.000 01.000 01.000 02.000 0851.000 00.000 00.000 01.000 0900.547 2 0.280 0 0.349 1 1.176 3

4 結(jié)論與討論

4.1 遮陰對箭葉淫羊藿生長的影響

前人的研究表明，在遮蔭脅迫下，植物為了最大程度地獲取光照，積累更多的光合產(chǎn)物，其地徑變細(xì)，株高增大，且其葉片變薄，葉面積增大，表現(xiàn)出“細(xì)長”的特征[20]。本研究表明，隨著遮光率的提高，箭葉淫羊藿的株高、葉面積和葉生物量均表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，地徑則持續(xù)變小。這一結(jié)果進(jìn)一步驗證了前人的研究結(jié)論。但箭葉淫羊藿的葉厚卻沒有相應(yīng)變薄，這可能與物種特性有關(guān)。同時，當(dāng)遮光率為90%時，箭葉淫羊藿的株高、地徑和葉面積相對遮光率為85%時均減小。這可能是因為箭葉淫羊藿需在一定強(qiáng)度的光照條件下才能進(jìn)行光合作用，從而為其生長、開花等生命活動提供光合產(chǎn)物，當(dāng)遮陰過度時，箭葉淫羊藿葉片所能捕獲的光能已不能滿足其充分生長發(fā)育的需要。

4.2 遮陰對箭葉淫羊藿藥用有效成分含量的影響

藥用植物中所含的藥用有效成分絕大多數(shù)為其次生代謝產(chǎn)物，是其在長期進(jìn)化過程中與其生存環(huán)境相互作用的結(jié)果[21]。藥用植物在面臨環(huán)境脅迫時，往往會合成更多的次生代謝產(chǎn)物，即藥用有效成分，以提高其自身保護(hù)和生存競爭能力[21-22]。朱燦燦[23]研究發(fā)現(xiàn)，在遮光率為0.6的重度遮陰即低光照強(qiáng)度下，有利于銀杏苗生長初期葉中黃酮的積累。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著遮光率的逐漸提高，箭葉淫羊藿葉片總黃酮和總黃酮醇苷含量均表現(xiàn)出高-低-次高的變化趨勢。這可能與物種特性有關(guān)，也可能與本試驗的起始遮光率為70%即為重度遮陰有關(guān)。因此，當(dāng)遮光率低于70%時，箭葉淫羊藿的營養(yǎng)生長和藥用有效成分的變化規(guī)律有待我們進(jìn)一步研究。

4.3 遮陰對箭葉淫羊藿品質(zhì)影響的綜合評價

本研究發(fā)現(xiàn)，隨著遮陰程度的逐漸提高，雖然箭葉淫羊藿的生長量增大，特別是其藥用部分即葉生物量增大，但其藥用有效成分含量卻降低。因此，栽培以次生代謝產(chǎn)物為有效成分的藥用植物時，難以做到既高產(chǎn)又優(yōu)質(zhì)。提高藥用植物中次生代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，要以犧牲一定的生物量為代價。在藥用植物的栽培過程中，不能完全照搬傳統(tǒng)農(nóng)作物的管理技術(shù)措施，應(yīng)以健壯、快速生長作為優(yōu)質(zhì)藥材栽培的田間管理標(biāo)準(zhǔn)[23]。

綜合以上討論，結(jié)合隸屬函數(shù)法綜合評價結(jié)果得出，箭葉淫羊藿適合在郁閉度0.7左右的林下進(jìn)行林藥復(fù)合經(jīng)營。當(dāng)林分郁閉度超過0.7時，必須對林分進(jìn)行間伐處理。