采收期對不同種質(zhì)香青蘭生長和產(chǎn)量及其藥效成分的影響

王 艷，張雄杰，盛晉華*，盧鵬飛，劉 杰

(1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，呼和浩特 010019；2 內(nèi)蒙古天際綠洲特色生物資源研發(fā)中心，呼和浩特 010018；3 深圳逗點生物技術(shù)有限公司，廣東深圳 518112)

香青蘭(DracocephalummoldavicaL.)為唇形科青蘭屬一年生草本植物[1]，以地上部分全草入藥。香青蘭的主要化學(xué)成分為揮發(fā)油、多糖、萜類、黃酮類、氨基酸、微量元素，具有保護(hù)心腦血管、抗動脈粥樣硬化、清熱解毒、抗氧化等多種藥理作用[2-5]。中國華北、東北、西北大部分地區(qū)適于香青蘭生長發(fā)育[6-7]，特別是內(nèi)蒙古和新疆是香青蘭的道地產(chǎn)區(qū)。香青蘭除了作為蒙古族和維吾爾族的民族習(xí)用藥材，還可食用，以及作為香料作物應(yīng)用于化妝品中。目前，對于香青蘭的研究主要集中于化學(xué)成分、藥理作用及臨床應(yīng)用等方面，在種植栽培方面報道較少，且大多與施肥相關(guān)，如Hussein等[8]研究了香青蘭揮發(fā)油與密度和復(fù)合肥施用量的關(guān)系，邊麗梅等[9]研究了不同施氮量對香青蘭生長發(fā)育、地上部干草產(chǎn)量及揮發(fā)油含量的影響，而對香青蘭的適宜采收期及不同種質(zhì)香青蘭在生長特性、產(chǎn)量和藥效成分方面的差異尚未明確。

內(nèi)蒙古自治區(qū)從東到西約有330萬hm2鹽堿荒地，不論是草原，還是耕地等，均存在不同程度的鹽堿化[10]。由于鹽堿地被化肥和農(nóng)藥污染的程度較輕，且重金屬含量較低，因此對于藥材的種植，具有成本低、污染少、可形成規(guī)模效益的優(yōu)勢，且鹽堿地種植的藥材藥效成分往往較高[11-12]。因此，本研究針對內(nèi)蒙古中部地區(qū)香青蘭資源匱乏、品種單一、采收期不明確等問題，通過品種與采收期的雙因素田間試驗，在鹽堿地探究采收期對不同種質(zhì)香青蘭生長特性、產(chǎn)量及藥效成分的影響，明確不同種質(zhì)及采收期與香青蘭藥材產(chǎn)量及藥效的關(guān)系，鑒選優(yōu)質(zhì)種質(zhì)及適宜的采收期，為合理開發(fā)與有效利用香青蘭資源提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料及試驗地概況

參試試驗材料包括‘蒙青蘭1號’、白花香青蘭、山東香青蘭、甘肅香青蘭、新疆香青蘭，種子為本課題組收集所得。試驗于2021年在內(nèi)蒙古呼和浩特市土默特左旗富民扶貧科技開發(fā)園區(qū)進(jìn)行，地理位置40°40′42.28″N，111°13′21.22″E，海拔1 051 m；土壤為經(jīng)過改良的鹽堿土，pH為8.3；耕層養(yǎng)分狀況為：有機質(zhì)19.28 g·kg-1，全氮1.07 g·kg-1，速效氮66.84 mg·kg-1，速效磷8.21 mg·kg-1，速效鉀153.24 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采取兩因素裂區(qū)設(shè)計，品種為主區(qū)，采收期為副區(qū)。品種(S)設(shè)5個處理水平，分別為栽培型香青蘭‘蒙青蘭1號’(SM)，以及生態(tài)型香青蘭白花香青蘭(SW)、山東香青蘭(SS)、甘肅香青蘭(SG)和新疆香青蘭(SX)；采收期(P)設(shè)3個處理水平，分別為盛花期(FB，7月25日～8月18日)、終花期(FF，8月18日～8月30日)和成熟期(MS，8月30日～9月7日)，收割地上全株。試驗共計15個處理組合(5×3)，每處理重復(fù)3次，共45個小區(qū)，小區(qū)面積60 m2(12 m×5 m)。2021年5月10日播種，播種量為22.5 kg·hm-2，播深2 cm，商品有機肥施用量為2 400 kg·hm-2，其他田間管理同常規(guī)栽培。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 葉片抗逆性生理指標(biāo)分別于8月3日(盛花期)、8月24日(終花期)、9月4日(成熟期)在各小區(qū)內(nèi)隨機選取3株樣株，取相同部位的復(fù)葉，液氮速凍后，轉(zhuǎn)入-80 ℃冰箱保存待測。9月13日開始采用上海優(yōu)選生物科技有限公司的試劑盒YX-C-A500測定超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量；參考《植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)》[13]，采用磺基水楊酸法測定脯氨酸(Pro)含量，采用紫外吸收法測定過氧化氫酶(CAT)活性；采用南京建成生物工程研究所的試劑盒A045-2-1測定可溶性蛋白(SP)含量。

1.3.2 葉片光合氣體交換參數(shù)分別于8月1日、8月22日、9月2日在各小區(qū)內(nèi)隨機選取葉片無破損的3株樣株，于天氣晴朗的上午10：00～11：00，使用CIRAS-3型光合儀活體測定葉片胞間CO2濃度(Ci)、凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、蒸騰速率(Tr)，計算葉片水分利用率(WUE=Pn/Tr)。

1.3.3 形態(tài)指標(biāo)及干重分別于8月3日、8月24日、9月4日采用隨機取樣的方法在各小區(qū)內(nèi)選取3株植株地上部分，用卷尺和電子游標(biāo)卡尺分別測量株高、莖粗，并統(tǒng)計其分枝數(shù)，測定其鮮重后置于105 ℃烘箱殺青20 min，在80 ℃烘干至恒重，測定其干重。

1.3.4 產(chǎn)量及藥效成分含量分別于8月16日、8月29日、9月5日開始對小區(qū)預(yù)留1/2面積進(jìn)行地上全草產(chǎn)量(Y)的測定(陰干后測定)。9月16日開始參照盧鵬飛[14]的方法進(jìn)行揮發(fā)油(EO)、和總黃酮(TF)含量的測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)使用SPSS 25進(jìn)行方差和相關(guān)性分析。使用Heat map Illustrator繪制相關(guān)性熱圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 采收期對不同種質(zhì)香青蘭葉片抗逆性生理指標(biāo)的影響

種質(zhì)和采收期對香青蘭葉片的各抗逆生理指標(biāo)均有著顯著性影響，而種質(zhì)與采收期的互作僅對香青蘭葉片的SOD和POD活性以及MDA含量有著顯著的影響；各種質(zhì)香青蘭的生理特性均隨著采收期的推遲表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢，并以盛花期為最佳(表1)。其中，各種質(zhì)香青蘭葉片的抗逆性生理指標(biāo)除MDA含量外總體表現(xiàn)為新疆香青蘭(SX)>‘蒙青蘭1號’(SM)>白花香青蘭(SW)>甘肅香青蘭(SG)>山東香青蘭(SS)，SX葉片的SOD活性、POD活性、CAT活性、脯氨酸含量和可溶性蛋白含量均在各種質(zhì)中最高，且其SOD活性、POD活性和可溶性蛋白含量均與其他種質(zhì)差異顯著，而其MDA含量則顯著低于其他種質(zhì)；在3個采收期中，盛花期(FB)葉片的MDA含量低于其他采收期，而FB的其他抗逆生理指標(biāo)基本上均顯著高于其他采收期，成熟期(MS)的各指標(biāo)表現(xiàn)正好相反。以上結(jié)果說明各香青蘭種質(zhì)的抗逆能力以新疆香青蘭最強，在各采收期中以盛花期最強。

表1 不同采收期下各種質(zhì)香青蘭葉片抗逆性生理指標(biāo)的變化Table 1 The physiological indexes of stress resistance in leaves of germplasm from D. moldavica L. at different harvesting periods

2.2 采收期對不同種質(zhì)香青蘭葉片光合氣體交換參數(shù)的影響

種質(zhì)資源、采收期及其互作效應(yīng)對香青蘭葉片的光合氣體交換參數(shù)均有著顯著性影響；各種質(zhì)香青蘭的光合特征參數(shù)均隨著采收期的推遲表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢，并以盛花期為最佳(表2)。其中，各種質(zhì)香青蘭葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和水分利用效率基本上均表現(xiàn)為SX、SM顯著較高，SS、SG其次，而SW均較低，而胞間二氧化碳濃度表現(xiàn)則正好相反。SX和SM葉片的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和水分利用效率均顯著高于其他種質(zhì)，而其胞間二氧化碳濃度則顯著低于其他種質(zhì)；在3種采收期中，F(xiàn)B的胞間二氧化碳濃度顯著低于其他采收期，而其凈光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率基本上均顯著高于其他采收期，其水分利用效率也處于較高水平。以上結(jié)果說明盛花期的新疆香青蘭光合能力最強。

表2 不同采收期下各種質(zhì)香青蘭葉片光合氣體交換參數(shù)的變化Table 2 The photosynthetic gas exchange parameters in leaves of germplasms from D. moldavica L. at different harvesting periods

2.3 采收期對不同種質(zhì)香青蘭形態(tài)指標(biāo)的影響

由表3可知，種質(zhì)對香青蘭的形態(tài)指標(biāo)有著顯著性影響，除分枝數(shù)外，不同采收期對香青蘭的其他各形態(tài)指標(biāo)也均存在顯著性影響，而種質(zhì)與采收期的互作僅對香青蘭的株高和莖粗存在顯著性影響。各種質(zhì)香青蘭的形態(tài)特征指標(biāo)隨著采收期的推遲表現(xiàn)為逐漸增加的趨勢，并以成熟期為最佳。其中，各種質(zhì)香青蘭的形態(tài)特征指標(biāo)基本上表現(xiàn)為：SX>SW>SM>SS>SG，SX的莖粗、分枝數(shù)、鮮重以及干重均高于其他種質(zhì)，其株高也處于較高水平，并均與SG存在顯著性差異；在3種采收期中，各種質(zhì)成熟期的鮮重均低于其他采收期，而成熟期的株高、莖粗以及干重基本上均高于其他采收期。可見，成熟期的新疆香青蘭形態(tài)特征最佳。

2.4 采收期對不同種質(zhì)香青蘭藥材產(chǎn)量和藥效成分的影響

表4顯示，種質(zhì)和采收期對香青蘭的藥材產(chǎn)量、總黃酮和揮發(fā)油含量均有著顯著性影響，而種質(zhì)與采收期的互作僅對總黃酮和揮發(fā)油含量存在顯著性影響。首先，各種質(zhì)香青蘭的藥材產(chǎn)量均隨著采收期的推遲表現(xiàn)為先增高后降低的趨勢，且以終花期為最佳，并顯著高于盛花期，而與成熟期無顯著差異；各種質(zhì)香青蘭的產(chǎn)量總體表現(xiàn)為SM>SX>SW>SS>SG，SM的產(chǎn)量最高(4 445.14 kg·hm-2)，且與其他種質(zhì)間存在顯著性差異。其次，各種質(zhì)香青蘭的總黃酮和揮發(fā)油含量均隨著采收期的的推遲表現(xiàn)為逐漸降低的趨勢，并以盛花期為最佳，且各收獲期之間均存在顯著性差異；各種質(zhì)香青蘭的總黃酮和揮發(fā)油含量總體表現(xiàn)為：SX>SM>SW>SG>SS，SX的總黃酮和揮發(fā)油含量最高，分別達(dá)到19.01 mg·g-1和0.49%，但與SM無顯著性差異。由此可見，終花期的‘蒙青蘭1號’產(chǎn)量最高(4 692.32 kg·hm-2)，盛花期的新疆香青蘭藥效成分含量達(dá)最高，總黃酮含量達(dá)23.40 mg·g-1，揮發(fā)油含量達(dá)0.59%。

表4 不同采收期下各種質(zhì)香青蘭藥材產(chǎn)量和藥效成分的變化Table 4 The yield and pharmacodynamic components contents of germplasms from D. moldavica L. at different harvesting periods

2.5 香青蘭藥材產(chǎn)量及藥效成分與所測指標(biāo)的相關(guān)性分析

由圖1可知，香青蘭藥材產(chǎn)量與其株高、干重之間存在高度正相關(guān)關(guān)系，即株高等指標(biāo)的增加會引起香青蘭藥材產(chǎn)量的增加；香青蘭藥效成分中總黃酮、揮發(fā)油含量與其凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、鮮重、超氧化物歧化酶活性、過氧化物酶活性、過氧化氫酶活性、脯氨酸含量以及可溶性蛋白含量均呈高度正相關(guān)關(guān)系，即香青蘭葉片凈光合速率等光合指標(biāo)以及抗氧化酶活性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等抗逆生理指標(biāo)的增強有利于其總黃酮和揮發(fā)油含量等藥效成分的積累。

3 討 論

本研究通過相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，香青蘭的藥材產(chǎn)量與其單株株高及干重呈高度正相關(guān)關(guān)系。株高是體現(xiàn)作物長勢的重要指標(biāo)，也是影響作物產(chǎn)量的重要因素之一；干物質(zhì)生產(chǎn)是作物產(chǎn)量的基礎(chǔ)，干物質(zhì)的積累和合理分配是作物高產(chǎn)的關(guān)鍵[15]。因此株高及干重的增加會引起香青蘭藥材產(chǎn)量的增加。本研究中香青蘭藥效成分(總黃酮、揮發(fā)油)含量與凈光合速率等光合指標(biāo)、超氧化物歧化酶等抗性指標(biāo)以及單株鮮重呈高度正相關(guān)關(guān)系。凈光合速率、氣孔導(dǎo)度的大小可反映作物光合作用的強弱，且相關(guān)值越大光合作用越強，光合作用對植物的生長起著至關(guān)重要的作用，光合作用所制造的初級代謝物是次級代謝物的合成前體，因此，凈光合速率、氣孔導(dǎo)度的增加會引起次級代謝物總黃酮和揮發(fā)油含量的升高；超氧化物歧化酶等逆境指標(biāo)可反映出植物受脅迫的程度，在植物可承受范圍內(nèi)，逆境指標(biāo)越高則代表脅迫程度越高，在環(huán)境脅迫下植物會產(chǎn)生更多的次生代謝產(chǎn)物，以保證植物適應(yīng)環(huán)境的需求[16-17]，即超氧化物歧化酶等逆境指標(biāo)含量的增加，總黃酮和揮發(fā)油含量也會升高；植株鮮重與藥效成分含量呈高度正相關(guān)關(guān)系，可能是由于本試驗中鮮重與藥效成分含量的變化趨勢相似度較高，相關(guān)論證有待進(jìn)一步研究。

藥用植物產(chǎn)量及次生代謝產(chǎn)物的積累不僅受環(huán)境的影響，而且受種質(zhì)和遺傳因素的影響很大。舒志明[18]、戰(zhàn)戈[19]通過對丹參種質(zhì)資源的收集評價表明，不同丹參種質(zhì)在單株產(chǎn)量、有效成分含量上有一定的差異；梁瑩等[20]、林立等[21]對白及種質(zhì)資源的生長、生理及藥效成分進(jìn)行了比較研究，指出不同白及種質(zhì)中農(nóng)藝性狀、生理特性、成分特征及多糖含量均存在一定的差異；本研究結(jié)果也表明，不同種質(zhì)香青蘭在生長特性、藥材產(chǎn)量及藥效成分含量上有顯著性差異，這與前人研究結(jié)果相似。

藥用植物在不同時期的生長動態(tài)、生理活動不同，其藥材產(chǎn)量和次生代謝產(chǎn)物含量也會隨之發(fā)生變化，適宜的采收期對藥材的產(chǎn)量和藥效成分含量至關(guān)重要。本研究結(jié)果表明不同采收期下，香青蘭的藥材產(chǎn)量由盛花期到成熟期表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢，并于終花期出現(xiàn)產(chǎn)量峰值，這與Lianhua Li等[22]對雜交狼尾草的研究結(jié)果相似；而香青蘭的總黃酮和揮發(fā)油的含量表現(xiàn)為隨采收期的推遲逐漸下降的趨勢，于寧[23]、王亞俊[24]等采用HPLC法測定了香青蘭不同采收期下部分黃酮類和酚酸類成分的變化規(guī)律，表明花期的香青蘭中黃酮類和酚酸類的含量最高，為最佳采收期。本研究結(jié)果與其有相似之處。

本研究關(guān)于不同香青蘭種質(zhì)及其采收期的鑒選結(jié)果顯示：終花期的‘蒙青蘭1號’藥材產(chǎn)量達(dá)峰值，盛花期新疆香青蘭的總黃酮和揮發(fā)油含量最高。在藥材生產(chǎn)中高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)往往不能兼得[25]，本研究符合這一規(guī)律。在目前的藥材栽培生產(chǎn)中，不僅追求產(chǎn)量，更加注重藥效成分[25]，今后可通過優(yōu)化種植密度、科學(xué)水肥管理等栽培措施，建立產(chǎn)量與藥效的最優(yōu)平衡點，培育篩選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的香青蘭品種，為內(nèi)蒙古中部地區(qū)的特色資源的發(fā)展提供參考。

基于以上研究結(jié)果認(rèn)為，終花期的‘蒙青蘭1號’藥材產(chǎn)量最高，盛花期的新疆香青蘭在生長特性以及藥效成分含量方面均為最高。在栽培實踐中，注重產(chǎn)量可選擇‘蒙青蘭1號’并于終花期進(jìn)行采收為宜，追求藥效則采用新疆香青蘭并于盛花期采收為宜。