贵州高海拔地区试种西洋参品质对比分析

张吉光,刘瀚铮,秦 燕,周 丽,商文静

(1.兴义民族师范学院 生物与化学学院,贵州兴义 562400;2.西北农林科技大学 植物保护学院,陕西杨凌 712100)

西洋参(PanaxquinquefoliumL.)为五加科人参属多年生草本植物,别名花旗参、洋参、西洋人参等,其根、茎、叶和果实均可入药,是2015版中国药典收载植物种质,并于2021年进入药食同源的名贵作物序列试点。西洋参在中国中医治疗中的应用已有300多年历史,据《本草备要》记载,西洋参微苦、甘、凉,补肺降火,除烦倦,生津液,虚而有火者相宜。现代医学也证明西洋参具有较好的抗氧化、抗疲劳、保护神经和心血管、调节代谢和免疫以及抗肿瘤等作用[1]。西洋参原产于加拿大东南部的蒙特利尔、魁北克和美国东部的纽约州、密苏里州、威斯康辛州等地[2]。中国最早报道的引种始于20世纪40年代。1948年,江西庐山植物园引种栽培成功,但由于当时处于战乱年代,没有进行推广种植,导致绝种。1975年,西洋参引种工作受到国家高度重视,国家科委、卫生部、商业部共同制定实施了《7510工程》,经多家科研单位及生产单位协作,种植成功,并在吉林、辽宁、北京、陕西等地开始大面积推广栽培,迄今已形成陕西留坝、山东文登和吉林抚松三大优势产区[3-4]。

随着种植年限的增加,西洋参连作障碍问题日渐突出,已成为西洋参高产优质生产的瓶颈问题,严重影响西洋参产业可持续发展[5-8]。连作障碍问题在多种作物中普遍存在,原因复杂[9-11],目前还没有有效解决方法。因此,寻求新的适合西洋参生长的种植区域是缓解中国当前西洋参生产中连作障碍的有效途径之一。通过气候条件和土壤性质对比分析,贵州省部分高海拔地区具有适合西洋参生长的气候、土壤条件,笔者经过4a的试种发现西洋参在贵州省海拔1400m的地区能够顺利完成生长周期,长势长相正常,3月下旬至4月上旬出苗,10月下旬地上部分枯萎,在没有施肥的条件下产量(鲜质量)达到434kg/667m2,接近优质产区产量。为进一步明确贵州高海拔地区推广种植西洋参的潜力,为贵州发展西洋参种植的可行性提供科学依据,本研究对比分析了贵州试种西洋参与优势产区西洋参在总皂苷、总糖、氨基酸、人体必需微量元素等主要品质指标的差异,以期综合评价贵州西洋参的品质,也为解决西洋参连作障碍问题提供一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试西洋参均为4 a生干制参根。试验组西洋参试种于贵州省黔西南州兴仁市下山镇 (105.21°E,25.59°N,海拔1 421 m),土壤为砂性黄棕壤,试种用西洋参种子购自陕西省汉中市留坝佳仕森公司种植基地,按常规方法催芽、播种及田间管理,种植4 a后采收鲜参参根送佳仕森公司以标准方法干制。对照组西洋参为陕西留坝县、吉林省抚松县和山东省文登市市售产品。

1.2 方 法

皂苷含量测定参照NY/T1842-2010标准[12],采用高效液相色谱法分离和测定;总糖含量测定参照GB 5009.8-2016标准[13],利用高效液相色谱柱分离,用示差折光法测定;氨基酸的测定参照GB5009.124-2016标准[14],茚三酮溶液显色后,通过可见光分光光度检测法测定;必需元素Se的测定参照GB5009.93-2017标准[15],其他必需元素Ca、Fe、Zn的测定参照GB5009.268-2016标准[16],有害重金属元素As的测定参照GB 5009.11-2014方法[17],均采用电感耦合等离子体质谱法进行测定;Pb的测定参照GB5009.12-2017标准[18],Cd的测定参照GB5009.15-2014标准[19],均采用石墨炉原子吸收光谱法测定;汞(Hg)的测定参照GB 5009.17-2014标准[20],采用原子荧光光谱分析法。以上测定委托农业农村部食品质量监督检验测试中心(杨凌)完成,每个样品重复测定3次。

1.3 主要仪器

可见分光光度计(上海分析仪器厂),恒温水浴锅(巩义市英峪华仪器厂),原子荧光光谱仪(英国ASF公司),四极杆电感耦合等离子体质谱仪(美国赛默飞),微波仪(美国安东帕),远红外烘箱(上海跃进医疗器械厂),LC-30AD超高效液相色谱仪(日本岛津)等。

1.4 数据处理与分析

采用SPSS(26.0.0.0)进行数据分析,Excel 2010 进行绘图。

2 结果与分析

2.1 皂苷含量

皂苷含量是衡量西洋参品质的主要指标之一,2020年出版的《中华人民共和国药典》规定西洋参中人参皂苷Rg1、Re和Rb1总量,即总皂苷不得少于2.0%[21]。本研究测定结果表明,各产区西洋参总皂苷含量存在显著差异(P<0.05)(图1),陕西留坝西洋参总皂苷含量最高,为 4.39%,吉林抚松、山东文登、贵州试种西洋参的总皂苷含量分别为3.61%、3.01%和2.65%,贵州西洋参总皂苷含量相对较低,但也显著高于2020版《中华人民共和国药典》规定的西洋参总皂苷2.0%的标准。

柱形图上不同字母表示各处理间存在显著差异(P<0.05)。下同

2.2 氨基酸含量

作为名贵药材的西洋参,其氨基酸含量的高低也是衡量其品质和药用价值的重要指标之一。通过对总氨基酸含量检测发现,不同种植区西洋参总氨基酸含量存在显著差异(P<0.05),贵州试种西洋参的总氨基酸含量在检测样品中最高,为71.3 mg/g,显著高于其他产区;其次为陕西留坝西洋参,其总氨基酸含量为44.3 mg/g。吉林抚松、山东文登西洋参总氨基酸含量分别为42.0和41.2 mg/g(图2)。

2.3 总糖含量

测定的总糖主要包括还原性的葡萄糖、果糖、戊糖、乳糖以及非还原糖性的蔗糖、麦芽糖和淀粉等,非还原糖中的许多活性多糖是西洋参的主要活性成分之一[22]。检测结果显示,各产区之间西洋参总糖含量存在显著差异(P<0.05),其中,陕西留坝西洋参总糖含量最高,为19.8 mg/g;其次为贵州试种西洋参,含量为15.1 mg/g;吉林抚松和山东文登较低,分别为7.4和5.8 mg/g(图3)。

图3 不同产地西洋总糖含量对比

2.4 人体必需微量元素含量

西洋参进入药食同源名贵作物试点以后,微量元素的含量成为其营养价值和药用价值的重要评价标准之一。检测结果显示,不同产区西洋参人体必需微量元素含量存在显著差异(P< 0.05)(图4)。陕西留坝西洋参Ca含量为 2 216.8 mg/kg,显著高于其他产区西洋参,贵州试种西洋参次之,含量为1 854.6 mg/kg;陕西留坝和贵州试种西洋参Fe含量持平,显著高于其他产区;贵州试种西洋参Zn含量达到15.9 mg/kg,显著高于其他产地。Se元素在各地样品中都没检出(限定值0.03 mg/kg)。

图4 不同产地人体必需微量元素含量对比

2.5 重金属元素含量

西洋参为多年生宿根植物,4～5 a的生长期使得参根对土壤中重金属元素极易富集,严重影响西洋参的品质,这也是西洋参种植对土壤要求极高的根本原因之一。对各产地西洋参中重金属元素As、Pb、Hg、Cd进行检测和对比分析,结果显示,所有供试样品中有害重金属元素未检出或含量均低于中国药典规定的标准(表1)。

表1 各产区西洋参样品中有害重金属元素含量

3 讨 论

中药材品质不仅取决于药用植物本身的遗传特性,还受到其生长的生态环境和栽培方式的制约[23]。贵州良好的生态环境为西洋参在贵州的推广种植提供先天优质的环境条件。早在2015年,贵州省政府就提出2020年森林覆盖率达到60%的目标。目前,贵州治理石漠化面积为全国第一,森林覆盖率年均增速全国第一,全省9个中心城市环境空气质量平均优良天数比率达 98.4%[24]。西洋参适生于气候温和、雨量充沛的环境,一般要求种植于海拔1 000 m左右,年降雨量在1 000 mm以上、年平均温度13 ℃左右、无霜期150～200 d的山地阔叶林地带[25]。本课题组前期以西洋参种植区域气候和生态条件的对比分析结果为标准,以海拔1 000 m作为是否适合西洋参种植界限,对贵州省全境进行区划,结果表明,贵州省海拔高于1 000 m的区域在7月份平均气温均低于25 ℃(图5),理论上贵州中西部大部分区域都能满足西洋参生长的条件,贵州省具有极大的推广种植西洋参的潜力。

图5 贵州省高于1 000 m地区分布

本研究西洋参试种区位于贵州省西南部的黔西南布依族苗族自治州兴仁市(105.21°E,25.59°N),属高原型北亚热带温和湿润季风气候,海拔 1 421 m,冬无严寒,夏无酷暑,无霜期长,雨热同季。全市常年平均气温15.2 ℃,7 月份平均气温不高于25 ℃,该地气候条件和生态环境接近陕西留坝西洋参优质产区。不同产区西洋参品质对比分析结果显示,贵州试种西洋参的总皂苷、总氨基酸、总糖含量和人体必需微量元素含量均达到或超出《中华人民共和国药典》2020版标准,其中氨基酸和总糖含量在全国都处于较高的水平。该结果说明试种地区能够进行西洋参的人工种植,证实了贵州省具备优质西洋参种植的自然条件。本研究结果同时显示陕西留坝西洋参整体质量指标最高,该结果与贾禅[26]、高立强等[27]研究的结果相似,也为未来贵州地区推广西洋参种植借鉴“留坝模式”提供了数据支持。

西洋参种植过程中,除了不同产地环境、气候条件对西洋参中皂苷含量具有较大的影响外,不同施肥方式、采收时间、土壤pH、遮荫棚透光率等都可影响西洋参皂苷含量[28-33]。据曹欣欣等[29]报道,不同氮素水平对西洋参皂苷含量有一定影响,参根皂苷含量在施氮量为10 g/m2时最高。农田种植西洋参利用苏子、豆科作物等进行压绿肥,对皂苷含量的增加也有一定效果[30]。影响西洋参皂苷含量的因素众多,原因复杂,因此,探索一套适合当地条件的标准化生产技术是提高西洋参产量和品质,以及促进西洋参产业在贵州地区推广的先决条件。针对本研究中贵州试种西洋参总皂苷含量偏低的问题,下一步将进行不同施肥水平和不同种植模式等对比试验,探寻适合贵州省的高效、优质西洋参栽培模式。