干旱胁迫对多花黄精生长与药用有效成分的影响

曹镥镔，曹基武，彭翠英，廖德志，梁军生，杨欣霖，王旭军

(1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004； 2.湖南省林业科学院，湖南 长沙 410004)

多花黄精(Polygonatumcyrtonema)为天门冬科(Asparagaceae)黄精属(Polygonatum)多年生草本植物[1]，为《中国药典》所记载的黄精(Polygonatirhizome)药材的基源植物之一。多花黄精是传统经典的食药两用物质，具有补气养阴、健脾、润肺、益肾等功效，用于缓解脾胃气虚、体倦乏力、口干食少、肺虚燥咳等症状[2]，可用于治疗冠心病、高血脂症、糖尿病等多种病症，且在抗肿瘤、降血糖、降血脂、提高免疫力和延缓衰老等方面具有显著的疗效[3-4]。研究还表明，多花黄精根茎具有不含淀粉、富含非淀粉多糖等重要特性，是一种潜力巨大且不占农田的新兴优质杂粮。此外，多花黄精的叶、花、果实皆可食用，开发辅粮、菜、茶的潜力很大[5-8]。因此，随着对多花黄精的药用价值和保健功能价值的不断挖掘，社会对多花黄精药材的需求日益增加，药材供不应求。

近代药物学家陈仁山等[9]所著的《药物出产辩》中有“黄精，以湖南产者正”的记述。 而多花黄精在湖南全省广布，生长于海拔500～1 500 m的林下、山坡、草地等，非常适宜林下栽培[10]。因此，多花黄精成为湖南发展最快、规模最大、分布最广的林下中药材栽培品种之一。湖南省新化县于2019年被中国林学会授予“中国黄精之乡”称号，安化县于2020年被中国医药物资协会授予“中国多花黄精之乡”称号。据不完全统计，截止到2021年底，湖南省多花黄精人工栽植规模近10000hm2。但湖南地区夏秋时节季节性干旱事件频发[11]，致使多花黄精等中药材的生长受到严重抑制。由于多花黄精对干旱胁迫的耐受程度少见报道，因此，本文探讨了干旱胁迫对多花黄精生长与药用有效成分的影响，以期对其规模化栽培提供理论依据。

1 试验地概况

试验地位于湖南省林业科学院国家林下经济示范基地(113°03′41″E，28°07′27″N)，属于亚热带季风性湿润气候，四季分明。春末夏初多雨，夏末秋季多旱。全年平均气温17.2℃，年积温为5457℃，年均降水量1361.6mm，年无霜期272d。

2 材料与方法

2.1 试验材料

2020年12月，选取长势均匀、生长良好且无病虫害的3年生多花黄精实生苗种植于盆口、盆底直径和盆高分别为17、13.5和18 cm的棕色塑料盆中，种植基质配比为红壤黄心土∶泥炭土∶有机堆肥=4∶3∶3，盆栽基质质量保持一致。将盆栽统一放置于顶部透光、用塑料膜覆盖的遮雨棚中，栽植后到试验前进行常规养护，即保证盆栽内基质水分充足，苗木生长正常，确保苗木成活和试验的一致性。

2.2 试验设计

于2021年4月1日开始进行干旱胁迫预处理。干旱胁迫设置为4个水分梯度，即对照(80%土壤饱和含水量，CK)、轻度干旱胁迫(65%土壤饱和含水量，T1)、中度干旱胁迫(50%土壤饱和含水量，T2)和重度干旱胁迫(35%土壤饱和含水量，T3)。首先，随机选取60盆重量一致的多花黄精，分成4个处理组，每组重复3次。给盆栽充分浇水并静置30 min后，土壤体积含水量不再下降，此时使用TZS-1土壤水分速测仪测量出的含水量为盆栽土壤饱和体积含水量。使用土壤水分速测仪测定所有盆土达到试验预设含水量后用电子秤记录每组盆栽质量，立即开始控水。之后逐日使用电子秤进行质量标定，当日17：00后根据重量差值进行补水处理，使各处理组土壤含水量保持在设定范围。2021年4月15日开始干旱胁迫试验，连续控水75 d后，先测定多花黄精地上部分生长性状，然后再洗去盆中泥土，剪取其根茎用于测定根茎宽、鲜重、干重及其药用有效成分等。

2.3 指标测定

株高和地径分别用卷尺和电子游标卡尺测定，分别精确到0.1 cm和0.01 mm。

叶片形态使用美国Li-Cor公司的Li-3000C便携式叶面积仪测定叶长、叶宽和叶面积。

根茎测量其根茎宽、鲜重及干重。将根茎洗净并待其表面水分晾干后，首先用电子游标卡尺测定根茎最粗处的宽度为根茎宽，然后用电子天平测定其鲜重(精确到0.01 g)，再将其切片放入干燥箱中以60 ℃恒温烘干至恒重，并称量其干重(精确到0.01 g)，然后再研磨成细粉置于封口袋中，用于测定其根茎多糖、总黄酮、总皂苷和总酚。根茎多糖含量测定参考《中国药典》[2]的方法。根茎总黄酮、总皂苷、总酚含量测定参考梁焕焕等[12]的方法。

2.4 数据处理与分析

使用Excel 2019软件整理数据，使用IBM SPSS Statistics 21.0软件进行数据方差分析和相关性分析，使用Origin 2018软件绘制图件。

3 结果与分析

3.1 干旱胁迫对多花黄精株高和地径的影响

由图1可知，多花黄精株高随着干旱胁迫程度的加重而逐渐变矮，与CK相比，轻度、中度和重度干旱胁迫处理的株高分别减少12.01%、24.35%、27.27%，但不同处理间并无显著性差异。由图1还可以看到，多花黄精地径也随着干旱胁迫的逐渐加重而总体上呈现逐渐减小的趋势，且各处理间也没有显著性差异；但在中度干旱胁迫处理时，其地径生长相对轻度干旱胁迫却稍有回升。这可能是多花黄精地径在面对干旱胁迫时的一种应激性反应。

图1 干旱胁迫对株高、地径的影响Fig.1 Effect of drought stress on plant height and ground diameter diameter

3.2 干旱胁迫对多花黄精叶片形态的影响

如图2所示，多花黄精叶长、叶宽和叶面积等均随着干旱胁迫程度的加重而呈逐渐下降的变化趋势。各干旱胁迫处理的叶长和叶面积与CK的叶长和叶面积间均呈极显著差异，但不同干旱胁迫处理间则无显著差异；轻度干旱胁迫处理的叶宽与CK之间无极显著差异，但中度、重度干旱胁迫处理则与前两者间均具有极显著差异。

3.3 干旱胁迫对多花黄精根茎生长的影响

随着干旱胁迫程度的加重，多花黄精根茎宽、鲜重和干重均逐渐下降(见图3)。轻度干旱胁迫对多花黄精根茎宽没有显著影响，但中度和重度干旱胁迫处理的根茎宽则与CK间存在极显著差异。轻度和中度干旱胁迫对其根茎鲜重、干重影响不显著，直到重度干旱胁迫处理下，其根茎鲜重、干重才与CK间呈现显著差异，且各干旱胁迫处理间无显著差异。

图3 干旱胁迫对根茎宽、鲜重和干重的影响Fig.3 Effect of drought stress on rhizome width,fresh weight,and dry weight

3.4 干旱胁迫对多花黄精药用成分含量的影响

由表1可见，轻度干旱胁迫对多花黄精根茎多糖含量没有显著影响，但随着干旱胁迫程度的加深，其对多花黄精的多糖含量的影响则逐渐加剧，中度干旱胁迫与CK之间存在显著差异，而重度干旱胁迫处理则与CK之间存在极显著差异，下降幅度达18.48%。然而，根茎黄酮、皂苷和总酚含量则呈现出先升高后降低的变化趋势，但不同成分达到最高值的干旱胁迫处理程度并不一致，黄酮在轻度干旱胁迫时达到最高值，而皂苷和总酚含量则在中度干旱胁迫处理时达到最高值。

表1 干旱胁迫对多花黄精药用成分的影响Tab.1 Effect of drought stress on the medicinal components处理多糖含量/%黄酮含量/(mg·g-1)皂苷含量/(mg·g-1)总酚含量/(mg·g-1)CK8.66±0.08 Aa6.00±0.71 Aa29.18±9.40 Aa5.86±0.41 AaT18.65±0.10 Aa6.26±0.47 Aa29.56±6.54 Aa6.47±0.15 AaT28.32±0.11 Ab5.18±0.09 Bb34.86±6.86 Aa6.21±0.53 AaT37.06±0.23 Bc4.38±0.19 Cc31.26±4.04 Aa4.81±0.99 Bb注:表中的数据用平均值±标准差表示。同一列中不同大小写字母分别代表在0.01、0.05水平上差异显著。

4 结论与讨论

4.1 干旱胁迫对多花黄精生长的影响

植物体的一切生命活动都离不开水的参与，植物对水分的需求及对水分亏缺的反应是与植物本身地上、地下部分的外部形态特征、生长状况及生态条件密切相关的[13]。本研究显示，干旱胁迫对多花黄精植株的生长产生抑制作用，这与陈平等[14]对决明子(Catsiatora)和菘蓝(Isatisindigotica)的干旱胁迫响应研究结论基本一致。干旱胁迫处理下对照组与轻度、中度、重度干旱胁迫处理组的叶长和叶面积均有极显著性差异，特别是对照组叶宽指标与中度和重度干旱胁迫组呈极显著差异，这表明了中度和重度干旱胁迫处理对多花黄精叶片的生长产生了明显的抑制作用，这也就直接减弱了该处理下多花黄精叶片的光合能力，从而导致有机物的积累也同样减少。同时根茎宽这一性状的变化也正好印证了这一结论，与对照组相比，中度和重度干旱胁迫处理的根茎宽分别减少了40.70%和49.18%，而且对照组与重度干旱胁迫处理下的根茎鲜重和干重均存在极显著差异，这也再次表明重度干旱胁迫处理已经对多花黄精根部的生物量积累产生了严重的抑制作用，这与王元忠等[15]对不同种源滇重楼(Parispolyphyllavar.yunnanensis)在不同土壤水分下根部性状的研究结论一致。

4.2 干旱胁迫对多花黄精药用成分的影响

药用植物的活性成分主要是次级代谢产物[16-17]，次级代谢产物是植物为响应环境变化而产生的一类细胞生命活动或植物生长发育正常运行非必需的小分子有机化合物，主要包括生物碱、黄酮、萜类、酚类和皂苷等小分子有机化合物[18-20]。本研究发现，随着干旱胁迫程度的加深，多花黄精多糖含量逐渐降低，这与贾向荣等[21]、苑璐[22]对黄精的研究基本一致。而皂苷、黄酮和总酚这三种次级代谢产物含量出现先上升后下降的趋势，黄酮和总酚含量均在轻度干旱胁迫处理下达到最大值，而在重度干旱胁迫处理均与其他3组存在极显著差异，这表明适度的干旱有助于多花黄精黄酮和总酚的积累，这与李光跃等[23]、梁宗锁等[24]的研究结果一致，也印证了“适度干旱胁迫能促进药用植物次生代谢物的积累”这一观点，同时也暗示了中度干旱胁迫可能是干旱对多花黄精产生伤害的转折点，在中度干旱胁迫处理后完全抑制了多花黄精的生长，从而使参与代谢途径的酶失活，导致了次级代谢产物无法正常积累。对于多花黄精多糖的积累，较重的干旱胁迫便产生了明显的抑制作用。而对于多花黄精黄酮、皂苷和总酚的积累则可以控制在土壤含水量为50%以下条件的中度干旱胁迫，这对于多花黄精的栽培管理具有实际的指导意义。