采收期对不同种质香青兰生长和产量及其药效成分的影响

王 艳，张雄杰，盛晋华*，卢鹏飞，刘 杰

(1 内蒙古农业大学 农学院，呼和浩特 010019；2 内蒙古天际绿洲特色生物资源研发中心，呼和浩特 010018；3 深圳逗点生物技术有限公司，广东深圳 518112)

香青兰(DracocephalummoldavicaL.)为唇形科青兰属一年生草本植物[1]，以地上部分全草入药。香青兰的主要化学成分为挥发油、多糖、萜类、黄酮类、氨基酸、微量元素，具有保护心脑血管、抗动脉粥样硬化、清热解毒、抗氧化等多种药理作用[2-5]。中国华北、东北、西北大部分地区适于香青兰生长发育[6-7]，特别是内蒙古和新疆是香青兰的道地产区。香青兰除了作为蒙古族和维吾尔族的民族习用药材，还可食用，以及作为香料作物应用于化妆品中。目前，对于香青兰的研究主要集中于化学成分、药理作用及临床应用等方面，在种植栽培方面报道较少，且大多与施肥相关，如Hussein等[8]研究了香青兰挥发油与密度和复合肥施用量的关系，边丽梅等[9]研究了不同施氮量对香青兰生长发育、地上部干草产量及挥发油含量的影响，而对香青兰的适宜采收期及不同种质香青兰在生长特性、产量和药效成分方面的差异尚未明确。

内蒙古自治区从东到西约有330万hm2盐碱荒地，不论是草原，还是耕地等，均存在不同程度的盐碱化[10]。由于盐碱地被化肥和农药污染的程度较轻，且重金属含量较低，因此对于药材的种植，具有成本低、污染少、可形成规模效益的优势，且盐碱地种植的药材药效成分往往较高[11-12]。因此，本研究针对内蒙古中部地区香青兰资源匮乏、品种单一、采收期不明确等问题，通过品种与采收期的双因素田间试验，在盐碱地探究采收期对不同种质香青兰生长特性、产量及药效成分的影响，明确不同种质及采收期与香青兰药材产量及药效的关系，鉴选优质种质及适宜的采收期，为合理开发与有效利用香青兰资源提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料及试验地概况

参试试验材料包括‘蒙青兰1号’、白花香青兰、山东香青兰、甘肃香青兰、新疆香青兰，种子为本课题组收集所得。试验于2021年在内蒙古呼和浩特市土默特左旗富民扶贫科技开发园区进行，地理位置40°40′42.28″N，111°13′21.22″E，海拔1 051 m；土壤为经过改良的盐碱土，pH为8.3；耕层养分状况为：有机质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，速效钾153.24 mg·kg-1。

1.2 试验设计

试验采取两因素裂区设计，品种为主区，采收期为副区。品种(S)设5个处理水平，分别为栽培型香青兰‘蒙青兰1号’(SM)，以及生态型香青兰白花香青兰(SW)、山东香青兰(SS)、甘肃香青兰(SG)和新疆香青兰(SX)；采收期(P)设3个处理水平，分别为盛花期(FB，7月25日～8月18日)、终花期(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。试验共计15个处理组合(5×3)，每处理重复3次，共45个小区，小区面积60 m2(12 m×5 m)。2021年5月10日播种，播种量为22.5 kg·hm-2，播深2 cm，商品有机肥施用量为2 400 kg·hm-2，其他田间管理同常规栽培。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶片抗逆性生理指标分别于8月3日(盛花期)、8月24日(终花期)、9月4日(成熟期)在各小区内随机选取3株样株，取相同部位的复叶，液氮速冻后，转入-80 ℃冰箱保存待测。9月13日开始采用上海优选生物科技有限公司的试剂盒YX-C-A500测定超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量；参考《植物生理学实验指导》[13]，采用磺基水杨酸法测定脯氨酸(Pro)含量，采用紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性；采用南京建成生物工程研究所的试剂盒A045-2-1测定可溶性蛋白(SP)含量。

1.3.2 叶片光合气体交换参数分别于8月1日、8月22日、9月2日在各小区内随机选取叶片无破损的3株样株，于天气晴朗的上午10：00～11：00，使用CIRAS-3型光合仪活体测定叶片胞间CO2浓度(Ci)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)，计算叶片水分利用率(WUE=Pn/Tr)。

1.3.3 形态指标及干重分别于8月3日、8月24日、9月4日采用随机取样的方法在各小区内选取3株植株地上部分，用卷尺和电子游标卡尺分别测量株高、茎粗，并统计其分枝数，测定其鲜重后置于105 ℃烘箱杀青20 min，在80 ℃烘干至恒重，测定其干重。

1.3.4 产量及药效成分含量分别于8月16日、8月29日、9月5日开始对小区预留1/2面积进行地上全草产量(Y)的测定(阴干后测定)。9月16日开始参照卢鹏飞[14]的方法进行挥发油(EO)、和总黄酮(TF)含量的测定。

1.4 数据统计与分析

试验数据使用SPSS 25进行方差和相关性分析。使用Heat map Illustrator绘制相关性热图。

2 结果与分析

2.1 采收期对不同种质香青兰叶片抗逆性生理指标的影响

种质和采收期对香青兰叶片的各抗逆生理指标均有着显著性影响，而种质与采收期的互作仅对香青兰叶片的SOD和POD活性以及MDA含量有着显著的影响；各种质香青兰的生理特性均随着采收期的推迟表现为逐渐降低的趋势，并以盛花期为最佳(表1)。其中，各种质香青兰叶片的抗逆性生理指标除MDA含量外总体表现为新疆香青兰(SX)>‘蒙青兰1号’(SM)>白花香青兰(SW)>甘肃香青兰(SG)>山东香青兰(SS)，SX叶片的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种质中最高，且其SOD活性、POD活性和可溶性蛋白含量均与其他种质差异显著，而其MDA含量则显著低于其他种质；在3个采收期中，盛花期(FB)叶片的MDA含量低于其他采收期，而FB的其他抗逆生理指标基本上均显著高于其他采收期，成熟期(MS)的各指标表现正好相反。以上结果说明各香青兰种质的抗逆能力以新疆香青兰最强，在各采收期中以盛花期最强。

表1 不同采收期下各种质香青兰叶片抗逆性生理指标的变化Table 1 The physiological indexes of stress resistance in leaves of germplasm from D. moldavica L. at different harvesting periods

2.2 采收期对不同种质香青兰叶片光合气体交换参数的影响

种质资源、采收期及其互作效应对香青兰叶片的光合气体交换参数均有着显著性影响；各种质香青兰的光合特征参数均随着采收期的推迟表现为逐渐降低的趋势，并以盛花期为最佳(表2)。其中，各种质香青兰叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率基本上均表现为SX、SM显著较高，SS、SG其次，而SW均较低，而胞间二氧化碳浓度表现则正好相反。SX和SM叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用效率均显著高于其他种质，而其胞间二氧化碳浓度则显著低于其他种质；在3种采收期中，FB的胞间二氧化碳浓度显著低于其他采收期，而其净光合速率、气孔导度和蒸腾速率基本上均显著高于其他采收期，其水分利用效率也处于较高水平。以上结果说明盛花期的新疆香青兰光合能力最强。

表2 不同采收期下各种质香青兰叶片光合气体交换参数的变化Table 2 The photosynthetic gas exchange parameters in leaves of germplasms from D. moldavica L. at different harvesting periods

2.3 采收期对不同种质香青兰形态指标的影响

由表3可知，种质对香青兰的形态指标有着显著性影响，除分枝数外，不同采收期对香青兰的其他各形态指标也均存在显著性影响，而种质与采收期的互作仅对香青兰的株高和茎粗存在显著性影响。各种质香青兰的形态特征指标随着采收期的推迟表现为逐渐增加的趋势，并以成熟期为最佳。其中，各种质香青兰的形态特征指标基本上表现为：SX>SW>SM>SS>SG，SX的茎粗、分枝数、鲜重以及干重均高于其他种质，其株高也处于较高水平，并均与SG存在显著性差异；在3种采收期中，各种质成熟期的鲜重均低于其他采收期，而成熟期的株高、茎粗以及干重基本上均高于其他采收期。可见，成熟期的新疆香青兰形态特征最佳。

2.4 采收期对不同种质香青兰药材产量和药效成分的影响

表4显示，种质和采收期对香青兰的药材产量、总黄酮和挥发油含量均有着显著性影响，而种质与采收期的互作仅对总黄酮和挥发油含量存在显著性影响。首先，各种质香青兰的药材产量均随着采收期的推迟表现为先增高后降低的趋势，且以终花期为最佳，并显著高于盛花期，而与成熟期无显著差异；各种质香青兰的产量总体表现为SM>SX>SW>SS>SG，SM的产量最高(4 445.14 kg·hm-2)，且与其他种质间存在显著性差异。其次，各种质香青兰的总黄酮和挥发油含量均随着采收期的的推迟表现为逐渐降低的趋势，并以盛花期为最佳，且各收获期之间均存在显著性差异；各种质香青兰的总黄酮和挥发油含量总体表现为：SX>SM>SW>SG>SS，SX的总黄酮和挥发油含量最高，分别达到19.01 mg·g-1和0.49%，但与SM无显著性差异。由此可见，终花期的‘蒙青兰1号’产量最高(4 692.32 kg·hm-2)，盛花期的新疆香青兰药效成分含量达最高，总黄酮含量达23.40 mg·g-1，挥发油含量达0.59%。

表4 不同采收期下各种质香青兰药材产量和药效成分的变化Table 4 The yield and pharmacodynamic components contents of germplasms from D. moldavica L. at different harvesting periods

2.5 香青兰药材产量及药效成分与所测指标的相关性分析

由图1可知，香青兰药材产量与其株高、干重之间存在高度正相关关系，即株高等指标的增加会引起香青兰药材产量的增加；香青兰药效成分中总黄酮、挥发油含量与其净光合速率、气孔导度、鲜重、超氧化物歧化酶活性、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性、脯氨酸含量以及可溶性蛋白含量均呈高度正相关关系，即香青兰叶片净光合速率等光合指标以及抗氧化酶活性、渗透调节物质等抗逆生理指标的增强有利于其总黄酮和挥发油含量等药效成分的积累。

3 讨 论

本研究通过相关性分析发现，香青兰的药材产量与其单株株高及干重呈高度正相关关系。株高是体现作物长势的重要指标，也是影响作物产量的重要因素之一；干物质生产是作物产量的基础，干物质的积累和合理分配是作物高产的关键[15]。因此株高及干重的增加会引起香青兰药材产量的增加。本研究中香青兰药效成分(总黄酮、挥发油)含量与净光合速率等光合指标、超氧化物歧化酶等抗性指标以及单株鲜重呈高度正相关关系。净光合速率、气孔导度的大小可反映作物光合作用的强弱，且相关值越大光合作用越强，光合作用对植物的生长起着至关重要的作用，光合作用所制造的初级代谢物是次级代谢物的合成前体，因此，净光合速率、气孔导度的增加会引起次级代谢物总黄酮和挥发油含量的升高；超氧化物歧化酶等逆境指标可反映出植物受胁迫的程度，在植物可承受范围内，逆境指标越高则代表胁迫程度越高，在环境胁迫下植物会产生更多的次生代谢产物，以保证植物适应环境的需求[16-17]，即超氧化物歧化酶等逆境指标含量的增加，总黄酮和挥发油含量也会升高；植株鲜重与药效成分含量呈高度正相关关系，可能是由于本试验中鲜重与药效成分含量的变化趋势相似度较高，相关论证有待进一步研究。

药用植物产量及次生代谢产物的积累不仅受环境的影响，而且受种质和遗传因素的影响很大。舒志明[18]、战戈[19]通过对丹参种质资源的收集评价表明，不同丹参种质在单株产量、有效成分含量上有一定的差异；梁莹等[20]、林立等[21]对白及种质资源的生长、生理及药效成分进行了比较研究，指出不同白及种质中农艺性状、生理特性、成分特征及多糖含量均存在一定的差异；本研究结果也表明，不同种质香青兰在生长特性、药材产量及药效成分含量上有显著性差异，这与前人研究结果相似。

药用植物在不同时期的生长动态、生理活动不同，其药材产量和次生代谢产物含量也会随之发生变化，适宜的采收期对药材的产量和药效成分含量至关重要。本研究结果表明不同采收期下，香青兰的药材产量由盛花期到成熟期表现为先增加后降低的趋势，并于终花期出现产量峰值，这与Lianhua Li等[22]对杂交狼尾草的研究结果相似；而香青兰的总黄酮和挥发油的含量表现为随采收期的推迟逐渐下降的趋势，于宁[23]、王亚俊[24]等采用HPLC法测定了香青兰不同采收期下部分黄酮类和酚酸类成分的变化规律，表明花期的香青兰中黄酮类和酚酸类的含量最高，为最佳采收期。本研究结果与其有相似之处。

本研究关于不同香青兰种质及其采收期的鉴选结果显示：终花期的‘蒙青兰1号’药材产量达峰值，盛花期新疆香青兰的总黄酮和挥发油含量最高。在药材生产中高产和优质往往不能兼得[25]，本研究符合这一规律。在目前的药材栽培生产中，不仅追求产量，更加注重药效成分[25]，今后可通过优化种植密度、科学水肥管理等栽培措施，建立产量与药效的最优平衡点，培育筛选高产优质的香青兰品种，为内蒙古中部地区的特色资源的发展提供参考。

基于以上研究结果认为，终花期的‘蒙青兰1号’药材产量最高，盛花期的新疆香青兰在生长特性以及药效成分含量方面均为最高。在栽培实践中，注重产量可选择‘蒙青兰1号’并于终花期进行采收为宜，追求药效则采用新疆香青兰并于盛花期采收为宜。