品种和密度对文冠果叶用价值的影响

关键词：文冠果；品种；密度；叶片性状；次生代谢物

中图分类号：S602.4；Q945 文献标志码：A 文章编号：1003—8981（2024）03—0218—08

文冠果Xanthoceras sorbifolia Bunge 是无患子科Sapindaceae 文冠果属Xanthoceras 落叶灌木或小乔木，主要分布在我国东北、西北和华北地区。文冠果耐旱、耐贫瘠，适应性强，是北方沙区防风固沙和生态建设的重要树种[1]。文冠果的茎、叶、花均可入药。文冠果叶富含黄酮、多酚和皂苷等多种活性成分，可以制成文冠果茶，具有抗癌、抗炎、抗氧化和增强学习记忆能力等功效[2-3]。

不同种植密度能引起植株个体间因生长资源的强制分配而产生相互作用，密度的增加导致植物对地上光照和地下水分养分资源的相互竞争，进而影响植物的生长发育和产量品质的形成[4]。刘慧东[5] 研究了不同种植密度对杜仲短周期矮林产量的影响，结果表明，杜仲产量与种植密度呈显著负相关，并认为在不同密度下，杜仲可以通过调节自身的生长形态，改变生物量的分配，从而使植物更好地适应生境，实现资源利用的最优化。段英姿等[6] 研究发现，丹参的单株干质量、产量及主要活性成分含量随种植密度变化呈一定规律性变化。此外，不同品种间的生长特性也随着密度的变化存在差异。彭文丽等[7] 研究了不同品种油菜在相同栽培措施下的产量，结果表明，不同品种油菜间产量差异显著。

目前，针对文冠果的研究主要集中在种子品质、繁殖栽培技术、落花落果、遗传变异及药用化学成分等方面[8-9]。然而尚鲜见关于栽植密度对文冠果的生长及次生代谢物积累影响的相关报道。本试验通过研究3 个品种文冠果在不同密度下的叶片性状差异和代谢物积累差异，分析各性状随种植密度的变化趋势以及各性状在不同种植密度下的相关性，以阐明密度因子对文冠果叶片性状及代谢物积累的影响，并运用相关性分析、主成分分析方法对文冠果进行综合评价，旨在筛选出适宜的品种和种植密度，为叶用文冠果人工林培育和确定适宜的育苗密度提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于江苏省盐城林场。该地位于江苏省盐城市（119°27′ ～ 120°54′E，32°34′ ～ 34°28′N），属亚热带季风气候，年平均气温13.9～14.5℃，年降水量980 ～ 1 100 mm，年降水日数为100 ～ 115 d。日照充足，年均日照时间为2 199 ～ 2 362 h，年均无霜期209 ～ 218 d。土壤以沙壤土为主。

1.2 试验材料

供试材料为2年生文冠果嫁接苗。于2021 年春季嫁接，砧木为盐城林场2 年生文冠果实生苗，接穗来源于沈阳林科院，嫁接品种包括‘中石1 号’（1 号）、‘中石4 号’（4 号）、‘中石9 号’（9号）3 个文冠果品种。在苗木生长期间，进行正常的抚育管理。试验采用完全随机区组设计，共设3个密度：40 cm×40 cm（A1）、60 cm×60 cm（A2）、80 cm×80 cm（A3），每个密度设置5 个小区，每个小区20 株苗木。

2023年6月，对嫁接苗成活率进行统计，成活率为100%。2023年7月采样时，分别在苗木的东、南、西、北4 个方向采集完整且成熟的叶片装入放有冰袋的保鲜箱带回实验室。

1.3 试验方法

叶形态指标测定：用叶面积扫描仪（YMJ-D，托普云农，中国）测量其复叶面积；数显游标卡尺测量其叶片厚度；采用精度为0.001 g 的电子天平称量百叶鲜质量；随后将叶片样品置于105 ℃的烘箱杀青15 min，65 ℃烘干至恒质量，称量其干质量。

比叶面积（specific leaf area，SLA）计算公式为：S=S/（1000×m）。

叶生理指标测定：采用蒽酮比色法测定可溶性糖的含量[10]；采用考马斯亮蓝染色法测定可溶性蛋白的含量[10]；采用硝酸钠- 硝酸铝比色法[11]测定总黄酮含量；参照国标，采用福林酚法[12] 测定总多酚的含量；采用香草醛- 高氯酸比色法[13]测定总皂苷含量。

叶片矿质营养测定：氮、磷含量通过浓硫酸-过氧化氢消煮，采用全自动凯氏定氮仪法测定叶片全氮含量，采用钼锑抗比色法测定叶片全磷含量[14]。

1.4 数据处理

采用Excel 2016软件对数据进行整理，运用SPSS 23.0 进行各性状差异性分析、相关性分析、主成分分析；利用Origin 2021 进行作图。数据为平均值± 标准误。

2 结果与分析

2.1 文冠果叶功能性状的变化特征

对文冠果的叶片性状指标进行统计分析（表1），结果表明：密度对文冠果叶片性状各指标均有显著影响（P ＜ 0.05）。品种极显著影响文冠果的复叶面积、百叶鲜质量、百叶干质量、比叶面积（P ＜ 0.001）。品种和密度对文冠果的百叶鲜质量、百叶干质量、比叶面积有显著交互作用（P＜ 0.05）。文冠果的叶面积、百叶鲜质量、百叶干质量都随种植密度增大而呈减少趋势。小叶数、叶片厚度和比叶面积随种植密度的增大呈现增大的趋势。‘中石4 号’的复叶面积在各密度下都高于其他品种。在A1 密度下，‘中石1 号’的百叶鲜质量、百叶干质量比‘中石9 号’显著增加16.7%，33.6%（P ＜ 0.05）。在A3 密度下，‘中石9 号’与‘中石1 号’、‘中石4 号’的叶面积、百叶鲜质量、百叶干质量差异显著（P ＜ 0.05）。

2.2 文冠果叶片性状间相关性分析

对文冠果的叶片性状相关性分析表明（表2）：百叶鲜质量与百叶干质量、复叶面积之间呈极显著正相关，相关系数分别为0.957、0.782，与叶片厚度呈显著负相关；百叶干质量与复叶面积呈极显著正相关，与叶片厚度呈极显著负相关；叶片厚度与复叶面积呈极显著负相关；复叶面积与小叶数呈显著负相关。综上所述，文冠果叶片各指标之间既存在一定的关联，又相互较独立。

2.3 密度和品种对文冠果营养元素含量的影响

由表3 可知，密度显著影响文冠果叶片营养元素的含量（P ＜ 0.05），叶片含氮量、叶片含磷量、氮磷比都随着密度的增加而呈减小的趋势。A3密度下的叶片含氮量、叶片含磷量显著高于其他密度（P ＜ 0.05）。品种极显著影响叶片含氮量、叶片含磷量和氮磷比（P ＜ 0.001）。在相同的密度下，‘中石4 号’的叶片含磷量显著高于其他品种。此外，品种和密度对叶片含氮量、叶片含磷量和氮磷比有显著的交互作用（P ＜ 0.05）。

2.4 密度和品种对文冠果可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

由表4 可知，密度和品种极显著影响可溶性糖含量（P ＜ 0.001），对可溶性蛋白的影响未达到显著水平（P ＞ 0.05）。文冠果叶片中可溶性糖的含量随着密度的增加而呈逐渐减小的趋势。可溶性蛋白的含量随着密度的增加而呈现逐渐增加的趋势。在A3 密度下，‘中石4 号’可溶性糖含量和可溶性蛋白的含量显著高于其他品种（P ＜ 0.05）。

2.5 密度和品种对文冠果次生代谢物的影响

密度和品种极显著影响文冠果叶总黄酮的含量（P ＜ 0.01）（表5）。由图1 可知，同一品种文冠果总黄酮含量随着密度的增加呈减少的趋势，在相同密度下，不同品种总黄酮含量由大到小均表现为‘中石4 号’＞‘中石9 号’＞‘中石1 号’。总黄酮含量最高的为A3 密度下‘中石4 号’，含量为84.684 mg·g^-1，显著高于其他品种（P ＜ 0.05）。总黄酮含量最低的为A1 密度下‘中石1 号’，含量为55.11 mg·g^-1，与该品种的其他密度相比，分别显著降低了19.7%、22.14%（P ＜ 0.05）。

由表5 可知：品种以及品种和密度的交互作用显著影响文冠果叶总多酚含量（P ＜ 0.01）。密度对文冠果叶总多酚含量影响不显著（P ＞ 0.05）。由图1 可知，A1 密度下的‘中石9 号’总多酚含量最高，含量为24.467 mg·g^-1，显著高于‘中石1号’34.45%、‘中石4 号’20.28%（P ＜ 0.05）。‘中石1 号’和‘中石4 号’叶总多酚含量在不同密度下差异不显著（P ＞ 0.05）。在A3 密度下，‘中石4 号’叶总多酚含量显著高于‘中石1 号’和‘中石9 号’（P ＜ 0.05）。

由表5 可知，密度和品种极显著影响文冠果叶中总皂苷的含量，品种和密度的交互作用极显著影响总皂苷含量（P ＜ 0.01）。在A1 密度下，‘中石4 号’的总皂苷含量显著高于其他品种（P ＜0.05）。在A2 与A3 密度下，不同的品种之间皂苷含量差异显著（P ＜ 0.05）。‘中石1 号’在A2与A3 密度下的总皂苷含量显著高于A1 密度（P ＜0.05）。‘中石9 号’的总皂苷含量在A2 密度下达到最大，为253.951 mg·g^-1，显著高于A1 密度3.7%、11.08%（P ＜ 0.05）（图1）。

2.6 文冠果各指标间的相关性分析

由表6 可知，可溶性糖与黄酮、N、P、N∶P呈极显著正相关；可溶性蛋白与氮磷比呈显著负相关；总黄酮含量与总多酚含量、总皂苷含量、N、P、N∶P 均呈极显著正相关；总多酚含量与总皂苷含量呈极显著正相关；总皂苷含量与N∶P 呈极显著正相关；营养元素含量之间都呈显著正相关。

2.7 不同品种文冠果的综合分析与评价

叶用文冠果选育的最终目标是尽可能多地提供药用物质，叶的形态、营养元素的含量和药用物质含量是评价叶用树种药用价值优劣的重要依据。根据相关性分析结果及选育目标，将14 个指标作为核心评价指标，进行主成分分析。如表7 所示：决定第一主成分的主要是小叶数、叶片厚度、复叶面积、可溶性糖含量、总黄酮含量、N、P 和N∶P 值，决定第二主成分的主要是鲜质量、干质量、比叶面积、可溶性蛋白含量和总皂苷含量，决定第三主成分的主要是总多酚含量，前3个主成分累积方差贡献率达80.098%，能反映原有性状的大部分信息，故可以选择前3 个主成分进行综合评价。分别计算每个处理的3 个主成分得分，根据所选主成分的贡献率对主成分得分进行加权平均，求得主成分综合得分（表8）。由表8 可以看出：在相同密度下，叶用文冠果综合评价为‘中石4 号’＞‘中石1 号’＞‘中石9 号’。在相同的品种下，不同密度按照综合得分由高到低排序依次为A3 ＞A2 ＞ A1。

3 讨论

3.1 密度和品种对文冠果叶片性状的影响

对3个品种文冠果在3 个种植密度下的叶片性状指标进行分析后表明，密度显著影响文冠果的叶片性状（P ＜ 0.05），品种显著影响百叶鲜质量、百叶干质量、比叶面积（P ＜ 0.05）。密度通过改变植物种群内各植株个体可利用资源的数量，如光照、温度、土壤水分和土壤养分，从而影响植物的生长[15]。不同品种因为基因型不同，叶片性状也存在较大差异。在本研究中，文冠果叶面积、百叶鲜质量、百叶干质量随种植密度的增大而呈减少趋势，这与胡满平等[16] 的研究结果较为一致。叶面积和叶生物量随种植密度的增大而减少，可能是因为高密度种植时，植物个体间通风透光性不足，从而限制个体的生长发育。李奋灿[17] 对不同密度下的菊芋Helianthus tuberosus 研究的结果表明，菊芋个体的比叶面积随着种植密度的增加而呈增大的趋势，这与本研究的结果一致，可能是因为种群密度越大， 文冠果叶片之间遮阴程度越大， 种群内的通风透光性能减弱， 植物的光合作用也随之越弱， 较低的光合作用不利于物质的积累，进而影响文冠果的比叶面积。综上所述文冠果叶片性状对种植密度具有较强的依赖性，因此在造林以及森林经营抚育管理方面要因地制宜，确定合理的种植密度。

3.2 密度和品种对文冠果营养元素及生理特性的影响

密度会影响植物生长的微气候环境，合理的密度能够为植物提供良好的通风透光条件，提高光合速率，增加光合产物的积累，从而增加产量[18]。本研究结果表明，叶片营养元素含量和氮磷比都随种植密度的增大而呈减少趋势，叶片含氮量与比叶面积呈极显著负相关，氮磷比与比叶面积呈显著正相关。这与张剑等[19] 的研究结果不一致，可能是因为文冠果耐干旱，耐贫瘠，因此对光资源的竞争能力随着密度的增加较强烈，而对水分、矿质营养和地下空间等资源的竞争能力较弱。此外，可溶性糖在植物的生长和次生代谢积累中发挥着重要作用，它们对植物的生长起重要调节作用[20]。有研究表明，紫苏Perilla frutescens 幼苗可溶性糖含量随种植密度的增加先升高后降低[21]，赵小光等[22] 对不同种植密度下的甘蓝型油菜Brassica napus 叶片的可溶性糖含量进行研究，结果表明：可溶性糖含量随密度增高而有所降低。这与本实验的研究结果一致，说明在高密度下，叶片相互遮阴，加剧株间资源竞争，会促使叶片功能期缩短，碳氮比值降低，从而影响植物的光合能力，使光合能力下降，光能利用率降低，光合产物的积累随之减少，可溶性糖含量也随之减少。本实验研究发现，密度和品种对可溶性蛋白的影响未达到显著水平，且可溶性蛋白的含量随着密度的增加而呈现逐渐增加的趋势，与毋柳柳[21]等的结论相似。可能是因为高密度胁迫下，可溶性蛋白的增加和积累能提高植物的保水能力，从而来维持渗透平衡，降低其对植物的伤害。

3.3 密度和品种对文冠果次生代谢物的影响

次生代谢物在植物体内的产生以及代谢是一个非常复杂的生理生化过程。环境条件对植物生长和次生代谢物质积累具有重要的影响，比如光照强度和土壤营养元素[23-24] 等。本研究发现密度极显著影响总黄酮和总皂苷的含量，品种极显著影响总黄酮、总多酚的含量，这与温锦丽等[25] 的研究结果一致。此外，生长是产量形成的基础，药用植物产量取决于初生代谢产物的积累，其质量取决于次生代谢产物的积累，保持质量及有效性的基础是植物的次生代谢[26]。在本研究中，同一品种文冠果总黄酮含量随着密度的增加而呈减少的趋势，这可能是因为低密度利于文冠果的生长，提高了光能利用率，光照提高了植物关键酶活性，使文冠果的碳代谢非常旺盛，积累了更多的糖，而糖是植物体内黄酮类成分次生合成代谢的起始物质，因此低密度种植能促进植物黄9pnAa9795Dku3EWXLch99vEbxdleyKvsYNfqxp0AUxs=酮类化合物的积累[27]，此外，矿质元素作为植物生长发育、生理代谢的重要因素，是植物体碳、氮代谢的物质基础，对植物光合作用与碳、氮代谢起着重要的调节功能，从而也影响次生代谢物的积累。

研究刚开始时因苗龄较小，栽植密度设置较小，水平设置较少，在后续实验中应进一步选择苗龄较大的文冠果，并筛选有利于次生代谢物积累的栽植密度，选择及确定合理栽植密度。不同栽植密度文冠果的群体结构、微气候等存在差异，且过高的栽植密度易造成病虫害，因此后续可对不同栽植密度文冠果的冠层结构、微气候、病虫害发生情况等进行调查研究，旨在为我国文冠果的生产提供技术参考。

4 结论

‘中石1 号’‘中石4 号’和‘中石9 号’在不同密度下叶用价值的综合排序均为A3 ＞ A2 ＞A1；在相同的密度下，不同品种文冠果叶用价值综合评价顺序为中石4 号＞中石1 号＞中石9 号；综合排名前3 位的为A3‘中石4 号’、A3‘中石1 号’、A2‘中石4 号’。因此，A3 时，‘中石1 号’‘中石4 号’‘中石9 号’文冠果叶用价值最大，A2 时‘中石4 号’的叶用价值最大，其余品种叶用价值均较差。A1 时，3 个文冠果品种的叶用价值均较差。因此，在后续的生产中，应以‘中石4 号’作为叶用文冠果的主要品种，并根据苗龄进一步选择合适的栽植密度，并进行整形修剪以及病虫害的防治，同时，应控制适宜的冠幅及树高，并合理控制枝量。