不同種植深度和密度對黃芩藥材質(zhì)量的影響

王丹陽，王 祥，安 佳，高 靜，顏永剛，王昌利

(陜西中醫(yī)藥大學(xué) 藥學(xué)院, 陜西 咸陽 712046)

黃芩為唇形科植物黃芩ScutellariabaicalensisGeorgi的干燥根[1]，其主要依靠蟲媒傳粉，種子繁殖[2]。歷代醫(yī)學(xué)著作中關(guān)于黃芩藥材名稱、產(chǎn)地和原植物形態(tài)的記載較多，《神農(nóng)本草經(jīng)》、《本草綱目》、《唐本草》等均有描述[3,4]。黃芩為傳統(tǒng)大宗藥材之一，現(xiàn)代研究表明，黃芩藥材主要含有黃酮類、糖類、甾醇類和一些揮發(fā)性成分，具有抗氧化、抗炎、抗癌、降糖、抗血栓、抗病毒等多種藥理特性[5～7]。隨著市場需求的逐年猛增，野生黃芩已不能滿足，栽培品種應(yīng)運而生[8,9]。近年來，黃芩栽培面積逐年增大。栽培黃芩在緩解市場供不應(yīng)求矛盾的同時，所存在的質(zhì)量參差不齊、產(chǎn)量低等問題也逐漸顯現(xiàn)出來。

陜西作為黃芩主產(chǎn)地之一，地理條件優(yōu)越，種植歷史悠久，但種植技術(shù)不盡相同，導(dǎo)致黃芩質(zhì)量參差不齊。筆者實驗基于課題前期研究基礎(chǔ)，于淳化縣黃芩種植基地對黃芩種植過程中的種植深度和種植密度進(jìn)行考察，分析不同種植技術(shù)對陜產(chǎn)黃芩藥材外觀性狀及主要活性成分含量的影響，并結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶種植經(jīng)驗，從而完善黃芩規(guī)范化種植技術(shù)，為實際生產(chǎn)提供指導(dǎo)意義。

1 材料

1.1 種子

黃芩種子于2015年9月15日，采集陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物園，經(jīng)陜西中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院王繼濤老師鑒定，為唇形科植物黃芩ScutellariabaicalensisGeorgi的成熟干燥種子。

1.2 試驗田概況

試驗田布置于2016年5月中旬在陜西省淳化縣黃芩種植基地進(jìn)行。種植試驗區(qū)地形平坦，肥力屬該地區(qū)中等水平，前茬種植農(nóng)作物為玉米，每個小區(qū)4 m×6 m=24 m2。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置三個種植深度水平，條溝深度分別為10 cm(SD1覆土厚度1cm)、20 cm(SD2覆土厚度2cm)和30 cm(SD3覆土厚度3cm)；在行距一定的情況下通過出苗后剪苗形成相應(yīng)的6個種植密度，分別為10 cm×10 cm(MD1)，10 cm×20 cm(MD2)，10 cm×30 cm(MD3)，20 cm×20 cm(MD4)，20 cm×30 cm(MD5)，30 cm×30 cm(MD6)，每水平設(shè)置3個重復(fù)試驗小區(qū)，共計27個小區(qū)，在黃芩生長過程中，其它病蟲草防治同該地區(qū)大田管理中等水平。

1.4 儀器與試劑

DHG-9030 型電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)、BS2202S萬分之一電子分析天平(德國Sartorius公司)、BP211D型十萬分之一電子分析天平(德國Sartorius公司)、BJ-800A拜杰超高速多功能粉碎機(jī)(上海天褀盛世科技有限公司)、40目尼龍檢驗篩(浙江上虞瑞志儀器)、KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)、Waters2998 PDA Detector極管陣列檢測儀(美國Waters公司)、Waters SunFireTMC18色譜柱(美國Waters公司)、Waters2695高效液相色譜儀(美國Waters公司)、Ultra C18 120A色譜柱(250 mm × 4.6 mm，5μm)(美國Waters公司)。

對照品黃芩苷(批號：110715-201806)；漢黃芩苷(批號：10183-201805，)；千層紙素A(批號.：110796-201815)、野黃芩素(批號.：10153-201711)、黃芩素(批號：10217-201711)、漢黃芩素(批號：10184-201702)、白楊素(批號：10150-201508)、野黃芩苷(批號：10513-201610)、芹菜素(批號：10143-201607)，以上對照品均購于天津貝塔生物科技有限公司，質(zhì)量分?jǐn)?shù)均大于98 %；甲醇、乙腈(美國Fisher公司)；其他試劑均為分析純。

2 方法

2.1 黃芩藥材外觀指數(shù)測定

藥材品相是反映植株生長狀況的重要指標(biāo)，于2019年10月隨機(jī)取樣，各試驗小區(qū)隨機(jī)采挖黃芩樣品15株，除雜，凈制。并對其根長、根粗、根中部直徑、地上分支數(shù)、鮮重等指標(biāo)并記錄，旨在初步探討其品質(zhì)優(yōu)劣。

2.2 藥典常規(guī)項檢測

筆者按照《中國藥典》通則的規(guī)定，對各個處理因素下黃芩樣品進(jìn)行了水分、總灰分和醇溶性浸出物的含量測定[1]，判斷各個批次黃芩樣品是否符合國家藥典標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 含量測定

基于課題組前期工作，建立的HPLC法同時測定陜產(chǎn)黃芩中九種化學(xué)成分含量的方法[10,11]，對不同處理因素下黃芩樣品中黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、漢黃芩素、野黃芩素、野黃芩苷、芹菜素、白楊素、千層紙素A的含量進(jìn)行測定。

2.4 數(shù)據(jù)處理

運用Microsoft Office Excel 2019軟件對黃芩各個指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計，SPSS 16.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，各個不同因素組間比較采用單因素方差分析(ANOVA)，以 P < 0.05表示有顯著性差異，P< 0.01為有極顯著性差異,運用GraphPad Prism 5.0軟件進(jìn)行圖表繪制。

3 結(jié)果及分析

3.1 外觀性狀指數(shù)

3.1.1 種植深度對黃芩藥材外觀性狀指數(shù)的影響 為探討種植深度對黃芩藥材質(zhì)量的影響，測定了不同處理水平對黃芩藥材根長、直徑、分支、鮮重和干重等指標(biāo)，結(jié)果如表1所示。統(tǒng)計學(xué)分析表明，3個種植深度根長、分支數(shù)、鮮重和干重等數(shù)據(jù)間有所差異。SD1、SD2與SD3的根長有顯著性差異，三個深度水平的直徑、分支數(shù)之間均無統(tǒng)計學(xué)差異。SD2深度根長、鮮重和干重數(shù)據(jù)最大，分別為31.68 cm、49.84 g、20.24 g。這初步表明三個種植深度中，SD2(條溝深度為20 cm，覆土厚度2 cm)因素下黃芩樣品外觀指數(shù)較好。

表1 不同種植深度對黃芩藥材外觀指標(biāo)的影響

3.1.2 種植密度對黃芩藥材外觀性狀的影響 不同種植密度黃芩樣品外觀分布范圍分別為：根長20.0～26.0 cm，根冠直徑1.30～1.60 cm，根中部直徑1.00～1.20 cm，分支數(shù)0～3個不等，鮮重21.00～40.00 g，干重9.0～18.0 g。6個種植密度水平黃芩樣品外觀指數(shù)分布結(jié)果圖1。

注：圖中相同字母表示在同一水平無統(tǒng)計學(xué)顯著性，不同字母間表示差異P<0.05，即有統(tǒng)計學(xué)差異。

種植密度為MD1(即10 cm ×10 cm)時，黃芩樣品外觀指標(biāo)均顯著低于其它栽培密度，故在種植過程中不建議采用。種植密度為MD3(即10 cm ×30 cm)時，鮮重和干重水平較高，其余外觀指標(biāo)處于適中。種植密度為MD4(即20 cm ×20 cm)時，各項指標(biāo)均處于中等偏上水平，總體水平較高。種植密度為MD5(即20 cm ×30 cm)時，黃芩樣品外觀各類指標(biāo)處于中等偏下水平，根分支數(shù)較少，差異有極顯著性水平，根中部直徑相較于MD1有所升高，且差異有顯著性。種植密度為MD6(即30 cm ×30 cm)時，根長最長，根冠和根中部直徑較小，鮮重和干重適中。種植密度為MD2(即10 cm ×20 cm)時，黃芩樣品外觀指標(biāo)處于上等水平。

3.2 藥典常規(guī)項

不同種植深度和種植密度處理下，黃芩樣品的水分、灰分、浸出物含量均符合2020年版《中國藥典》規(guī)定，種植深度不同，黃芩藥材中含水量有所不同，主要分布在3.93～5.4%，其中SD1和SD3種植深度含水量無統(tǒng)計學(xué)差異，但SD1和SD3均與SD2種植深度含水量有統(tǒng)計學(xué)差異，這表明，當(dāng)種植深度為20 cm時，黃芩藥材含水量最低。6個種植密度水平下黃芩樣品的含水量在3.9～5.5 %之間，差異無統(tǒng)計學(xué)上的顯著性。三個不同種植深度中SD2(即20 cm)總灰分含量最低，為4.55%；6個不同種植密度中，MD4(即20 cm×20 cm)總灰分含量最低，為4.69 %。不同處理條件下黃芩樣品醇溶性浸出物含量具有一定差異性(P<0.05)。見表2。

表2 不同因素處理下黃芩藥典指標(biāo)測定結(jié)果

3.3 含量測定結(jié)果

3.3.1 種植深度對黃芩活性成分的影響 不同種植深度對黃芩活性成分的影響主要體現(xiàn)在黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、野黃芩素、野黃芩苷和白楊素的含量上。結(jié)果見表3。主要規(guī)律為，種植深度SD2的黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、野黃芩素的含量顯著高于種植深度SD1和SD3，其余活性成分雖大小有所差異，但無統(tǒng)計學(xué)意義。綜上可得，黃芩最佳種植深度優(yōu)選SD2，即深度為20 cm。

表3 不同種植深度黃芩樣品含量

3.3.2 種植密度對黃芩活性成分的影響 不同種植密度對黃芩藥材中主要活性成分的含量大小具有一定的影響，主要體現(xiàn)在黃芩苷、漢黃芩苷、黃芩素、芹菜素、白楊素和千層紙素A等6種成分的積累上。結(jié)果如圖2所示。其中，在種植密度為10 cm×20 cm時，各類成分含量水平均達(dá)到最高，證明在這個密度種植下，所得黃芩藥材品質(zhì)較好。不同種植密度間黃芩苷含量可分為兩個水平，10 cm×10 cm、10 cm×30 cm、20 cm×30 cm、30 cm×30 cm處于同一水平，而20 cm×20 cm、10 cm×20 cm密度下黃芩苷的含量顯著高于其余水平，且差異有統(tǒng)計學(xué)上的顯著性。圖2(B)中，種植密度對黃芩根部漢黃芩苷水平的影響為除10 cm×10 cm和30 cm×30 cm水平外，其余分組漢黃芩苷的含量之間無顯著性差異，而10 cm×10 cm和30 cm×30 cm的水平顯著低于其余密度。圖2(C)和圖2(D)中，各個密度水平間黃芩素和野黃芩含量無統(tǒng)計學(xué)差異，可視為試驗設(shè)置密度對漢黃芩素和野黃芩積累無明顯影響。圖2(E)中，10 cm×10 cm水平下黃芩樣品的芹菜素含量顯著低于其余各密度水平，其余水平彼此間無顯著性差異。圖2(F)、圖2(G)和圖2(I)中，不同種植密度下黃芩樣品中漢黃芩素、野黃芩苷和千層紙素A的含量無統(tǒng)計學(xué)差異，可視為對這三種成分影響較小。種植密度對黃芩中白楊素含量的影響如圖2(H)，10 cm×20 cm種植密度下黃芩中白楊素的含量達(dá)到最高。

注：圖中相同字母表示在該水平上無統(tǒng)計學(xué)差異，不同字母表示含量水平間有統(tǒng)計學(xué)上的顯著性(P<005)。

3.4 主成分分析

3.4.1 種植深度對黃芩質(zhì)量影響的主成分分析 本研究采用SPSS對黃芩根長、根冠直徑、折干率、浸出物、主要活性成分總含量5個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取特征值≥1的前一個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)86.85%，基本可以代表原始數(shù)據(jù)信息，結(jié)果見表4。

表4 不同種植深度主成分矩陣

根據(jù)特征向量，得到根據(jù)特征向量，得到五個主成分的線性組合表達(dá)式為：Z1=0.23X1+0.23X2+0.23X3-0.21X4+0.17X5，再以每個主成分的貢獻(xiàn)率作為權(quán)數(shù)，構(gòu)建綜合評價函數(shù)：F=86.85%Z1，將每個種植深度主成分得分計算出后，代入綜合評價函數(shù)，計算F值，F(xiàn)值越大，說明該種植深度下黃芩的綜合品質(zhì)越高，最后得到不同種植深度的F值排名，見表5。SD2時，F(xiàn)值最大，因此，最佳栽培種植為條溝深度20 cm(覆土厚度2 cm)。

表5 不同種植深度綜合排名

3.4.2 種植密度對黃芩質(zhì)量影響的主成分分析 研究采用SPSS對黃芩根長、根冠直徑、折干率、浸出物、主要活性成分總含量5個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取特征值≥1的前兩個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)84.78%，基本可以代表原始數(shù)據(jù)信息，結(jié)果見表6。

表6 不同種植密度主成分矩陣

根據(jù)特征向量，得到根據(jù)特征向量，得到五個主成分的線性組合表達(dá)式為：Z1=0.38X1+0.40X2-0.04X3+0.25X4+0.22X5；Z2=0.04X1+0.05X2+0.44X3+0.52X4-0.34X5；再以每個主成分的貢獻(xiàn)率作為權(quán)數(shù)，構(gòu)建綜合評價函數(shù)：F=51.87%Z1+32.90%Z2，將每個種植密度的主成分得分計算出后，代入綜合評價函數(shù)，計算F值，F(xiàn)值越大，說明該種植密度下黃芩的綜合品質(zhì)越高，最后得到不同種植密度的F值排名，見表7。從不同種植密度的綜合評價來看，MD2時F值最大，綜合排名最高。因此，最佳種植密度為10 cm×20 cm。

表7 不同栽培密度綜合排名

4 討論

黃芩主要以根入藥，黃酮類主要活性成分主要集中在根部，因此以根部外觀性狀評價黃芩的品質(zhì)差異具有一定合理性[12,13]。在對藥材進(jìn)行質(zhì)量評價時，按照2020年版《中國藥典》規(guī)定，對水分、灰分、浸出物進(jìn)行測定，可判斷黃芩品質(zhì)是否達(dá)到藥用標(biāo)準(zhǔn)，并分析其差異，課題組建立的HPLC法同時測定黃芩藥材9種活性成分的方法，該方法穩(wěn)定可靠，可行性高。近年來研究發(fā)現(xiàn)除黃芩苷外，其余成分也顯示出了較大生理活性，單一成分的含量已不能簡單表征藥材質(zhì)量或者品質(zhì)的優(yōu)劣，因此以活性成分總量來代替黃芩苷評價黃芩的質(zhì)量具有一定的合理性。

合理種植密度和種植深度是調(diào)控黃芩品質(zhì)的重要種植措施之一[14]，不同種植深度與密度對黃芩所處的生活環(huán)境有一定影響。深度與密度不同，黃芩所處的生活環(huán)境如光照、溫度、濕度、通氣情況以及土壤的營養(yǎng)程度都會發(fā)生極大變化，進(jìn)而影響黃芩個體的生長。深度太深，密度過大會使黃芩地上部分覆蓋緊密，植株的光合作用受到影響，單位面積營養(yǎng)空間不足，植株生長發(fā)育受阻，有效成分含量降低，影響藥材質(zhì)量[15,16]；而密度太小會對黃芩產(chǎn)量以及土地利用率產(chǎn)生較大的影響。

試驗也證明了這個結(jié)論，在對黃芩種植深度和密度的考察過程中，深度為20 cm，樣品各類指數(shù)較好，說明種植深度為20 cm有利于黃芩品質(zhì)的提高；而種植密度為20 cm×10 cm時，黃芩總體品質(zhì)較好，故建議實地種植密度為20 cm×10 cm。筆者試驗避免了單一指標(biāo)，或者唯成分論來決定藥材品質(zhì)，多指標(biāo)反映更全面，結(jié)論相對客觀，完善了更為適宜的渭北旱塬地區(qū)黃芩栽培技術(shù)，為黃芩藥材規(guī)范化種植技術(shù)的示范與推廣提供了一定的理論基礎(chǔ)。當(dāng)然，影響黃芩藥材品質(zhì)的因素涉及到其生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)，故后續(xù)實驗將在采收加工等多方面進(jìn)行分析，進(jìn)一步完善黃芩種植，管理操作相關(guān)規(guī)程。