不同栽培年限黄花倒水莲产量与品质分析

万 丽， 李典鹏， 唐 辉， 刘宝玉， 王满莲， 卢凤来， 郑玉梅

( 1. 桂林医学院 药学院， 广西 桂林 541004； 2. 广西壮族自治区中国科学院 广西植物研究所， 广西 桂林 541006； 3. 广西植物功能物质与资源持续利用重点实验室， 广西壮族自治区中国科学院 广西植物研究所, 广西 桂林541006 )

黄花倒水莲(Polygalafallax)，别称黄花远志、观音坠、鸭仔兜等，为远志科远志属多年生灌木，集食用、药用于一身，是瑶、苗、壮、侗等民族药。在我国分布于江西、福建、湖南、广东、广西和云南等地(李树刚等，1991)。其根是传统药用部位，可用于病后体虚、腰膝酸痛、子宫下垂、月经不调、急慢性肝炎及创伤性损伤等症(张嫦丽等，2017)。黄花倒水莲富含多种药用成分，如类黄酮、皂苷、多糖等，具有提高机体抗应激能力(刘嫦玉等，2020)、抗血栓(刘育铖等，2021)、抗衰老和抗癌等功效(林存丽等，2011)。此外，黄花倒水莲还可用作滋补汤料食材、制作花茶等，为广西和广东地区民间煲汤用料(李根等，2022)。了解植株生长年限对药用植物生物量和有效成分的影响是制定高效栽培技术的前提条件。例如，刘芳等(2015)的研究发现在黄连生长过程中，根茎干重随生长年限不断增加，并且各生长年限的增加幅度不同。陈松树等(2020)的研究表明党参的K、Mg、B、Zn、Mn、Cu含量随着生长年限的延长而降低，Ca、P、Fe、Ni含量随着生长年限的延长而增加。霍艺丹等(2011)的研究发现不同栽培年限人参粗蛋白含量不同。这些研究提示生长年限对中药材的产量与品质会产生较大影响。张洁等(2019)的研究表明，随着远志生长年限的延长，其初级代谢物中蔗糖、果糖、胆碱的量减少，而甘氨酸、棉籽糖的量则增加；次级代谢物中皂苷类成分的量增加，而酮及部分低聚糖酯的量则减少。黄花倒水莲栽培年限与产量的关系以及栽培年限差异是否改变内部代谢物质的积累进而影响其品质等问题还需进一步研究。

目前，已有对黄花倒水莲产量与品质随光照(Liang et al., 2022)、林分(王邦富等，2018)、激素(张玉仙等，2022)等变化规律的研究，有关黄花倒水莲产量与品质随栽培年限变化的研究并不多见。随着黄花倒水莲市场需求的增大，目前已开始进行大面积的人工种植，作为多年生根类药材，确定其适宜的采收时期对生产的指导意义重大。因此，本研究以1～5 年生黄花倒水莲为对象，对其不同栽培年限的根系产量指标(根系形态特征、生物量)与品质指标(药用成分、营养成分、矿质元素)进行分析，探讨黄花倒水莲根生物量及根中有效成分积累的动态变化规律，以期为黄花倒水莲的科学采收提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于广西桂林市灌阳县新街镇(111°6′30.6″ E、25°27′23″ N，海拔 1 154 m)，属亚热带季风气候区，年平均日照时数1 171.4 h，年平均气温18.0 ℃，年平均降雨量1 582.6 mm。

1.2 试验材料及生物量统计

2017—2021年，我们对试验地(旱地)进行全面整地后，按南北方向起畦，畦宽1.5 m，畦间距30 cm。每年3月将上年秋季播种的黄花倒水莲幼苗移栽于试验区，行距60 cm，株距60 cm，每年种植面积不低于667 m2。整个生育期正常供水，随时防治病虫害，及时拔除杂草。

2022年2月，在1～5 年生黄花倒水莲试验小区，分别随机采挖中间畦生长良好、无病虫害的植株，每个生长年限各处理10株，清洗干净并晾干表面水分后分别用卷尺测量根幅，游标卡尺测量基径、一级根径；电子天平测量根鲜重后将各样品置于烘箱中105 ℃杀青15 min，80 ℃ 烘干至恒质，测量其干质量，并计算药材折干率(drying rate，DR)。药材折干率(DR)=干质量/鲜质量。

1.3 功能性成分检测

将烘干的样品用粉碎机粉碎，过40目筛，每个样本3个重复。蛋白质含量参照GB 5009.5—2016进行检测；脂肪含量参照GB 5009.6—2016进行检测；灰分含量参照GB 5009.4—2016进行检测；矿质元素含量参照GB 5009.268—2016进行检测。总皂苷含量参照罗亚兰等(2017)响应面法优化超声提取黄花倒水莲总皂苷中的方法；总黄酮含量参照林存丽等(2011)超声波法优选黄花倒水莲总黄酮中的方法；多糖含量参照刘嫦玉等(2020)响应面法优化黄花倒水莲多糖中的方法。

1.4 仪器和试剂

仪器：TU-1810紫外可见分光光度计(北京谱析)，SOA100自动凯氏定氮仪(美国Agilent公司)，HH-S水浴锅、EH20A-plus电热板(美国Agilent公司)，SX-4-13Z马弗炉(美国Agilent公司)，Agilent7800N8421A电感耦合等离子体质谱仪(美国Agilent公司)等。

试剂：硫酸钾、盐酸、乙酸镁、硝酸、氩气、氦气、金元素、乙醇、亚硝酸钠、氢氧化钠、硝酸铝、冰醋酸、甲醇、高氯酸、香草醛、苯酚、浓硫酸(试剂均来自西陇化工)。

1.5 数据处理

所得数据采用Microsoft Excel 2010软件进行处理，并采用SPSS 20.0软件进行单因素差异显著性分析，采用Sigmaplot 14.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同栽培年限黄花倒水莲根系形态分析

如图1和图2所示，不同栽培年限黄花倒水莲根系呈现较大差异。1～3 年生黄花倒水莲植株的根幅、基径均存在显著差异(P<0.05)，根幅、基径的变化范围分别为27.70～125.33 cm、6.18～43.33 mm。3～5 年生黄花倒水莲植株的根幅与基径无显著差异，根幅与基径分别为125.33～136.33、43.33～45.59 cm (图1：A, B)。1～5 年生黄花倒水莲植株的一级根径均存在显著差异(P<0.05)，一级根径变化范围为8.65～34.65 mm (图1：C)。1～5年生黄花倒水莲植株的根幅、基径及一级根径随栽培年限的增长其生长变化趋势相对一致，呈逐年增长趋势。其中，根幅、基径及一级根径在2～3 年增长最快，3年后趋近平缓 (图1)。

A. 根幅； B. 基径； C. 一级根径。数据为平均值±标准误差，不同小写字母表示差异达到显著水平(P<0.05)。A. Root width； B. Base diameter； C. Primary root diameter. Data are different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).图 1 不同栽培年限黄花倒水莲的根幅、基径和一级根径Fig. 1 Root width, base diameter and primary root diameter of Polygala fallax during different cultivating years

A.1 a; B. 2 a; C. 3 a; D. 4 a; E. 5 a。A. One year; B. Two year; C. Three year; D. Four year; E. Five year. 图 2 栽培年限对黄花倒水莲根系形态的影响Fig. 2 Effect on morphology of Polygala fallax roots during different cultivating years

2.2 不同栽培年限黄花倒水莲根的生物量分析

如表1所示，栽培年限对黄花倒水莲根的鲜重、干重、水分含量均有较大影响。鲜重、干重、水分的含量随着栽培年限的延长而增加，并且增长节奏和变化极为相似，均为2～3 年增长最快、3～5 年增长较慢。3～5年生黄花倒水莲根的鲜重、干重、水分分别为1 070.61～1 229.33、289.33～337.33、781.33～892.00 g。除1年生外，黄花倒水莲根的折干率均无显著差异(P<0.05)，1年生的折干率为23.86%、2～5 年生的折干率为26.07%～27.44%。

表 1 不同栽培年限黄花倒水莲根的生物量Table 1 Biomass of Polygala fallax roots during different cultivating years

2.3 不同栽培年限黄花倒水莲根药用成分含量分析

如图3所示，不同栽培年限黄花倒水莲根中药用成分含量呈现较大差异，总皂苷含量为18.12～33.04 mg·g-1，总黄酮含量为5.09～9.08 mg·g-1，粗多糖含量为19.28～45.16 mg·g-1。总皂苷含量在1～2 年增加较快，而在第2年达到最大值(33.04 mg·g-1)。总黄酮含量呈现先增加后减少的趋势，在第4年出现峰值(9.08 mg·g-1)。粗多糖含量呈现先减少后稳定的趋势，1～4年生黄花倒水莲根中粗多糖含量均有显著差异(P<0.05)，最高含量为45.16 mg·g-1。

A. 总皂苷； B. 总黄酮； C. 粗多糖。数据为平均值±标准误差，不同小写字母表示差异达到显著水平(P<0.05)。A. Total saponins； B. Total flavonoids； C. Crude polysaccharide. Data are different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).图 3 不同栽培年限黄花倒水莲根中总皂苷、总黄酮和粗多糖的含量Fig. 3 Contents of total saponins, total flavonoids and crude polysaccharide in Polygala fallax roots during different cultivating years

2.4 不同栽培年限黄花倒水莲根营养成分含量分析

如图4所示，不同栽培年限黄花倒水莲根中的粗蛋白、粗脂肪及总灰分含量呈现较大差异，粗蛋白含量为3.12%～8.32%，粗脂肪含量为1.23%～2.07%，总灰分含量为0.74%～2.30%。粗蛋白含量随着栽培年限的延长呈现先增加后减少的趋势，在第3年出现峰值(8.32%)。粗脂肪与总灰分含量随着栽培年限的延长呈现下降趋势，最高值均在第1年，分别为2.07%、2.30%。

A. 粗蛋白； B. 粗脂肪； C. 总灰分。数据为平均值±标准误差，不同小写字母表示差异达到显著水平(P<0.05)。A. Crude fat； B. Crude protein； C. Total ash. Data are different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).图 4 不同栽培年限黄花倒水莲根中粗蛋白、粗脂肪和总灰分的含量Fig. 4 Contents of crude protein, crude fat and total ash in Polygala fallax roots during different cultivating years

2.5 不同栽培年限黄花倒水莲根矿质元素含量分析

如图5所示，黄花倒水莲根中矿质元素含量，不同栽培年限黄花倒水莲根中含有较为丰富的矿质元素，其中常量元素Ca含量为749.67～1 396.67 mg·kg-1，Mg含量为264.33～551.67 mg·kg-1。微量元素含量最高是Fe (264.33～551.67 mg·kg-1)，其次是Mn (205.00～11.00 mg·kg-1)、Cu (1.68～2.90 mg·kg-1),Pt的含量最低，为0.75～3.56 mg·kg-1。

A. 钙； B. 镁； C.铁； D. 锰; E. 铜； F. 铅。数据为平均值±标准误差，不同小写字母表示差异达到显著水平(P<0.05)。A. Ca； B. Mg； C. Fe； D. Mn; E. Cu； F. Pb. Data are different lowercase letters indicate significant differences (P<0.05).图 5 不同栽培年限黄花倒水莲根中钙、镁、铁、锰、铜和铅的含量Fig. 5 Contents of Ca, Mg, Fe, Mn, Cu and Pb in Polygala fallax roots during different cultivating years

黄花倒水莲根中Ca、Mg、Mn、Cu含量随着栽培年限的延长呈现先增加后减少的趋势，总体表现为3年生最丰富、5年生最低；3年生黄花倒水莲根中Ca、Mg、Mn、Cu含量显著高于4～5 年(P<0.05)。黄花倒水莲根中Fe含量随着栽培年限的延长呈现减少的趋势，1年生Fe含量显著高于4～5 年(P<0.05)。黄花倒水莲根中Pt含量随着栽培年限的延长呈现增加的趋势，1～2 年生Pt含量显著低于3～5 年(P<0.05)。

3 讨论与结论

中药材人工种植需同时兼顾产量与品质，从而保障其可持续发展。本研究中，黄花倒水莲根系的生长总体呈现由快变慢的生长规律。黄花倒水莲的根幅、基径及一级根径均在1～2 年增长缓慢、2～3 年增长迅速、3～5 年趋于平缓，其根的鲜重和干重等生物量积累也呈现相同的趋势。这与刘芳等(2015)的研究结果相似，说明栽培的第3年是黄花倒水莲根产量形成的重要年份。这种根系形态变化趋势可能与植物的异速生长有关，种植前3年黄花倒水莲根系生长迅速有利于植株固定与养分吸收，当根系积累到一定程度能满足地上部分快速生长的养分需求时，植株增大地上部生长速率以获取更多光能。虽然3年后黄花倒水莲根系生物量还在继续增长，但增长速度趋于平缓，并且生产周期越长投入越大。因此，从投资收益的角度来看3年为适宜的产量采收期。

从品质的角度分析，黄花倒水莲根中大多数品质指标含量随着栽培年限增加而变化较大，结果与多年生黄苓、毫芍根中指标含量随栽培年限变化较大基本一致(缪晓素等，2015；姚厚军等，2017)。我们对不同年限黄花倒水莲根中药用成分含量研究的结果表明，不同药用成分含量受栽培年限的影响各不相同，其中皂苷类化合物均在第2年含量最高，这与李心怡等(2018)研究不同栽培年限桔梗的结果相似。黄酮类化合物在第4年最高，而多糖则在第1年含量最高。出现这一现象的原因可能与药用植物生长年限增加，其根老化、柴化程度逐年增加，初生代谢产物减少而次生代谢产物含量增加有关(刘莎等，2018)。我们对不同栽培年限黄花倒水莲营养成分和矿质元素含量研究的结果表明，1～3 年生黄花倒水莲根中粗蛋白、粗脂肪和总灰分含量波动较小且处于较高水平，3～5 年生黄花倒水莲根中的粗蛋白、粗脂肪和总灰分含量随着栽培年限的增加逐渐降低，说明1～3 年生黄花倒水莲营养价值高，适宜采收。各类矿物质元素中，除Fe、Pb元素外，其余随栽培年限增加呈先增高后降低的趋势，在第3年含量达到最高。矿质元素是人体新陈代谢及生长发育不可缺少的营养成分，缺失会导致身体发育迟缓和疾病的发生(张孟琴等，2022)。3年生黄花倒水莲根中大多数矿质元素含量较1、2、4、5年生的含量高，说明3年生植株在汤料应用方面具有更高的营养价值。植物在生长过程中积累人体必需矿质元素的同时也会积累一些重金属，如Pb等。重金属Pb是中毒性较大的一种，可影响人体的神经、造血和生殖等各个系统(张梦妍等，2019)。本研究中，黄花倒水莲中Pb的含量逐年上升，至第5年含量为3.56 mg·kg-1，参照《中华人民共和国药典》(2020版一部)中对人参、三七等药材Pb含量的要求，不得超过5 mg·kg-1，说明1～5 年生黄花倒水莲根中的Pb含量在合理范围内。

综上所述，黄花倒水莲的根系形态、生物量、药用成分、营养成分及矿质元素均存在较大的年限差异。产量指标整体呈现先增长后平缓的趋势，3～5 年生黄花倒水莲根系具有较高的生物量，适宜3～5 年采收。品质指标大多数呈现先增长后降低的趋势，大多数指标在第3年达到最大值。基于不同栽培年限黄花倒水莲根中生物量、药用成分、营养成分及矿质元素最大化原则，黄花倒水莲宜在第3年时采收。