陇中半干旱地区不同年限甘草生长与有效成分积累动态研究

范 铭，曹爱农，晋小军，金雷杰，张 翰

(1.甘肃农业大学 农学院 甘肃省中药材规范化生产技术创新重点实验室， 兰州 730070；2.甘肃金佑康药业科技有限公司，兰州 730100)



陇中半干旱地区不同年限甘草生长与有效成分积累动态研究

范 铭1，曹爱农1，晋小军1，金雷杰2，张 翰2

(1.甘肃农业大学 农学院 甘肃省中药材规范化生产技术创新重点实验室， 兰州 730070；2.甘肃金佑康药业科技有限公司，兰州 730100)

为了探索陇中半干旱地区不同年限栽培甘草的生长规律，于2015年5-10月在甘肃省榆中县中连川村设计大田试验，研究2、3和4 a生栽培甘草生长与有效成分积累动态。结果表明，甘草株高、主茎粗、主根直径、生物量均随生长年限的增加呈先快速增长后减缓的变化趋势；3 a生甘草平均株高、主茎粗、主根直径和根干生物量分别较2 a生增加117.98%、109.62% 、82.33%和94.17%，4 a生较3 a生分别增加54.25%、11.58% 、25.75%和94.92%；甘草酸、甘草苷质量分数随生长年限的增加显著增加，2、3、4 a生甘草平均甘草酸质量分数分别为1.03%、1.82%和3.05%，甘草苷质量分数分别为0.57%、0.91%和1.76%，3 a 生平均甘草酸和甘草苷质量分数比2 a生增加76.70%和59.65%，4 a生比3 a生增加67.58%和81.44%。不同生长年限甘草酸和甘草苷质量分数均在8月达最大值，后略有下降。

陇中半干旱地区；甘草；生长动态；甘草酸；甘草苷

甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)是生长在干旱和半干旱荒漠草原的豆科(Leguminosae)甘草属(GlycyrrhizaLinn.)多年生草本宿根植物，以味甘而得名[1]，别名美草、密甘、国老、灵通、药祖等。作为药物使用首载于《五十二病方》，其详细药用功效始载于《神农本草经》[2]。据统计，甘草在临床的使用频率高达50%以上，在伤寒论中更是高达62%左右[3]，故有“十方九草”之称。随着现代科学技术的发展，甘草在药理作用方面不断有新的发现，如抗炎作用[4-5]、抗病毒作用[6-7]、抗肿瘤作用[8]、抗氧化作用[9-10]、抗抑郁作用等[11-12]。同时，甘草提取物被广泛地应用于化工业、食品工业、化妆品等行业[13]。甘草由于耐旱、耐碱、耐沙埋等特性，也是维护荒漠和半荒漠草原地区生态环境的重要植物。传统商品甘草主要依靠野生资源提供[14]，随着用量的不断增加，野生资源量已不能满足需求，且采挖野生甘草会造成严重的生态环境破坏，人工栽培势在必行。

甘草研究主要集中于有效成分、药材质量和临床药理方面。栽培技术研究相对滞后，特别是对甘草生长动态研究相对较少，对不同年限甘草生长动态研究未见报道。本试验研究不同年限甘草生长与有效成分积累动态，以期为甘草规范化栽培和最佳采收期的确定提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于2015年5-10月在甘肃省榆中县中连川乡中连川村进行。试验区地处黄土高原丘陵沟壑区，海拔2 390 m，104°26′27.2″E，36°00′44.5″N。历年平均气温6.7 ℃，年日照时数2 563 h,≥10 ℃积温2 350 ℃，无霜期146 d，年均降雨量382 mm，年均蒸发量1 341 mm。试验地土壤属黄绵土，试验地0～30 cm土壤肥力指标测定为：有机质16.56 g/kg，全氮1.10 g/kg，全磷0.91 g/kg，全钾20.98 g/kg，碱解氮59.01 mg/kg，速效磷6.04 mg/kg，速效钾105.9 mg/kg，pH 7.75。

1.2 试验材料

供试材料为甘肃金佑康药业科技有限公司甘草种植基地的不同生长年限的甘草，经甘肃农业大学晋小军研究员鉴定，确认为甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)。

1.3 仪器与设备

卷尺、游标卡尺、电子天平、烘箱、高效液相色谱仪(IC-2010A HT，岛津技迩商贸有限公司)等。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 测定指标 分别于测定日05-05、06-08、07-06、08-06、09-06和10-25随机取不同生长年限甘草30株，测定株高、主茎粗、主根直径，地上部分鲜、干质量，匍匐茎鲜、干质量，根部鲜、干质量，甘草酸、甘草苷质量分数。

1.4.2 测定方法 株高：选出主茎，用卷尺测定从地面到最高点的距离；主茎粗：用游标卡尺测定主茎距地面1 cm处的粗度；主根直径：用游标卡尺测定根部芦头下1 cm处的粗度；生物量：用电子秤进行称量，测定鲜质量后，于105 ℃ 杀青2 h，然后60 ℃烘至恒量测定；有效成分：每个小区随机选取甘草10株，粉碎，测定甘草酸、甘草苷质量分数。甘草酸和甘草苷的测定均参照《中国药典》(2015)第一部规定方法。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2013进行数据处理及作图，用SPSS 17.0进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同生长年限甘草地上部分生长动态

2.1.1 株高动态变化 由图1可见，在相同的生态环境条件下，甘草株高随生长年限的增加而增加。以4 a生最高，全年平均达71.72 cm，2 a生甘草较低，平均为21.33 cm，3 a生介于两者之间，平均为46.50 cm。3 a生甘草较2 a生年平均株高增加117.98%，4 a生甘草较3 a生增加54.25%。

就全年株高的变化看，2 a生甘草从移栽至6月前生长缓慢，7月后迅速生长，而3 a生甘草6月即开始迅速生长，较2 a生提早1个月进入速生期；4 a生较3 a生返青略早，生长势更强，在2 a生甘草移栽时株高已达3.56 cm。2、3和4 a生甘草株高均在5-8月各月份间差异显著，8-10月无显著差异。4 a生甘草生长速率较2、3 a生快，以6-7月株高增长率进行比较，2、3和4 a生依次为每月10.58 cm、30.58 cm和39.57 cm。2、3和4 a生甘草株高均在9月达最高，依次为37.9 cm、70.13 cm和110.75 cm，10月略有下降，这与地上部分枯萎，顶部叶片脱落有关。总体来看，不同年限甘草株高存在显著差异，在试验范围内，生长年限越长，甘草株高越高，并较早进入速生期。

图1 不同生长年限甘草株高动态变化

2.1.2 主茎粗动态变化 由图2可见，在相同的生态条件下，甘草的主茎粗随着生长年限的增加呈先快后慢的增粗趋势。2、3和4 a生甘草主茎粗年平均为0.214 cm、0.449 cm和0.501 cm，与2 a生相比，3、4 a生主茎粗平均增加109.60%和134.17%，4 a生甘草增粗程度较3 a生降低。

图2 不同生长年限甘草主茎粗动态变化

2 a生甘草主茎粗5-6月迅速增粗，6月主茎粗显著高于5月，之后增粗减缓，6-10月各月间差异不甚显著；3 a生主茎粗5-8月迅速增粗，月增粗0.21 cm，8-9月生长缓慢，平均增长率为每月0.01 cm；4 a生变化规律与3 a生基本一致，5-8月各月间差异显著，8-10月无显著差异。2、3和4 a生甘草主茎粗均在9月达最大值，依次为0.301 cm、0.642 cm和0.735 cm。 2、3 a生主茎增粗显著，3 a后差异减小。

2.1.3 地上生物量动态变化 试区海拔高，气温低，4月底甘草才开始返青，之后地上部分生物量迅速增加，9-10月随着甘草叶片脱落，地上部分生物量开始减少。如表1所示，2 a生甘草6-8月地上部分生物量迅速增加，至9月鲜、干生物量均达最大值，分别为每株11.29 g和6.02 g，3、4 a生甘草5-8月地上生物量迅速积累，于8月份达最大值，每株鲜生物量分别为47.20 g和59.70 g，每株干生物量分别为14.93 g和21.59 g。2 a生甘草地上部分8-9月增长最快，增长率为每月每株2.84 g，3、4 a生甘草均于6-7月增长率达最大，分别为每月每株9.29 g和8.00 g。

总体来看，不同生长年限甘草地上部分生物量随着生长年限增加而增加，2、3和4 a生甘草平均地上鲜生物量每株分别为4.37 g、21.18 g和29.30 g，干生物量每株分别为1.96 g、8.65 g和12.91 g，3 a生干生物量较2 a生增加341.32%，4 a生较3 a生增加49.25%。

表1 不同生长年限单株甘草生物量动态变化

2.2 不同生长年限甘草地下部分生长动态

2.2.1 主根直径动态变化 由图3可见，不同生长年限甘草主根直径以4 a生最高，平均可达1.802 cm，2 a生甘草最低，平均为0.785 cm，3 a生介于两者之间，平均为1.433 cm。3 a生较2 a生主根直径年平均增加82.33%，4 a生较3 a生年平均增加25.75%。

从年变化来看，2 a生甘草前期差异不显著，主根直径无明显变化，月增长率为0.07 cm，8月后显著增粗，8-9月增粗0.253 cm，9、10月显著高于8月；3 a生主根直径增粗生长明显早于2 a生，于6月初即开始增粗，6-8月主根直径各月间差异显著，6-8月增长率为每月0.217 cm。这与甘草移栽后缓苗和土壤干旱有关。4 a生甘草增粗缓慢，各月间差异不甚显著，呈现平稳的上升趋势， 6-8月增粗相对较快，增长率为每月0.108 cm。2、3和4 a生甘草主根直径10月分别为1.062 cm、1.740 cm和1.949 cm，达到当年最粗。

图3 不同生长年限甘草主根直径动态变化

2.2.2 地下生物量动态变化 地下部分生物量是指甘草根和匍匐茎生物量总和。生产中甘草匍匐茎可用于无性繁殖，有研究认为甘草匍匐茎中也含有少量的甘草酸、甘草苷等活性成分。由表1 可以看出，甘草移栽后，自7月开始萌发匍匐茎，之后匍匐茎生物量逐月增加，3 a生甘草匍匐茎生物量从5-10月呈稳定上升趋势，4 a生变化规律与3 a生类似。甘草匍匐茎生物量随着生长年限的增加而增加，2、3和4 a生年平均单株鲜质量分别为1.65 g、7.96 g和15.62 g，平均单株干质量分别为0.89 g、3.63 g和7.86 g，3 a生匍匐茎干生物量比2 a生增长305.59%，4 a生比3 a生增长116.53%。

甘草以根茎入药，根部是收获目标，也是光合产物积累和储藏的重要器官，甘草根部生物量的大小决定着产量和经济效益。如表1所示，地上部分返青之后，根部生物量随之开始迅速积累。2 a生甘草在5-7月根部鲜生物量略有增长，干质量基本不增加，是由于发芽时需要消耗根部营养物质， 8-10月根部鲜干质量迅速增加，10月达最大值，单株鲜质量和干质量分别为18.54 g和10.78 g，这与该期甘草生长旺盛、光合产物积累量大及枯萎时地上部分物质转移有关。3、4 a生甘草根部生物量5-6月增长缓慢，7月即开始迅速增长，且均在10月达最大值，单株根平均鲜质量分别为41.39 g和63.46 g，单株平均干质量分别为21.70 g和33.23 g。3、4 a生甘草休眠期单株消耗干质量分别为2.27 g和3.87 g，3 a生甘草在7月单株干生物量较休眠前增加0.27 g，4 a生甘草于6月恢复并较休眠前单株增加1.16 g。就不同生长年限甘草根部生物量平均值而言，2 a生、3 a生和4 a生甘草根部单株鲜生物量分别为10.08 g、31.22 g和60.62 g，单株干生物量分别为4.97 g、13.77 g和26.84 g，3 a生根部鲜、干生物量分别较2 a生增加209.72%和94.17%，4 a生根部鲜、干生物量分别较3 a生增加117.06%和94.92%。

如表1所示，不同生长年限甘草总生物量(地上生物量+地下生物量)变化规律基本类似，均表现为5-6月缓慢增长，7-9月迅速增加，2 a生和4 a生总生物量均于9月达最大值，3 a生10月份最大，2、3和4 a生甘草单株年平均总生物量分别为7.53 g、25.90 g和45.94 g。由于返青期地上部分生物量较小，光合产物积累能力弱，同时消耗根部营养，总生物量较小；7-9月甘草进入旺盛生长期，光合产物积累量大，总生物量迅速上升，10月地上部分枯萎，总生物量略有降低。

2.3 不同生长年限甘草有效成分质量分数动态变化

不同生长年限甘草有效成分质量分数测定结果见表2。由表2可知，甘草酸和甘草苷质量分数均随着甘草生长年限的增加而增加，2、3和4 a生平均甘草酸质量分数分别为1.03%、1.82%和3.05%，甘草苷质量分数分别为0.57%、0.91%和1.76%，3 a生甘草酸和甘草苷质量分数比2 a生分别增长76.70%和59.65%，4 a生比3 a生分别增长67.58%和81.44%。1 a内甘草酸、甘草苷质量分数均呈倒“V”型的变化趋势。2 a生甘草酸质量分数5月最低，随着生长期推移逐渐增加， 8月达到最大值，为1.35%，9-10月略有降低；3 a生甘草酸质量分数在8月达最大，为2.2%，4 a生甘草酸质量分数在9月达最大，为3.40%。不同生长年限甘草苷的年动态变化与甘草酸类似，2、3和4 a生均于8月达最大值，分别为0.70%、 1.15%和2.19%。

表2 不同生长年限甘草有效成分质量分数的动态变化

3 结论与讨论

甘草株高、主茎粗、地上部分生物量等均随着生长年限的增加而增加，其速生期也随着生长年限的增加而提早，3、4 a生甘草速生期可较2 a生甘草提前1个月。3 a生甘草平均株高、主茎粗、地上干生物量分别较2 a生增加117.98%、109.62%和341.32%，4 a生分别较3 a生增加54.25%、11.58%和49.25%，4 a生甘草的株高、主茎粗和地上干生物量增长率均较3 a生有所降低，这与谷会岩等[15]研究结果基本一致，但其研究无年内动态变化。

甘草主根直径也随着生长年限增加而增加，但4 a生甘草主根直径增长量较小，3、4 a生甘草平均主根直径分别较前一年增加82.33%和25.75%。同一年内甘草根部生物量在4-6月较上一年略有降低， 6-8月光合产物积累迅速，生物量快速增加， 9-10月地上部分物质转移，根部生物量出现第2个增长期。因此，可将甘草根部生长动态划分为4个时期，即休眠期-恢复增长期-快速增长期-转移缓慢增长期。甘草根部生物量随着生长年限逐年增加，3、4 a生根部年平均干生物量分别较前一年增加94.17%和94.92%。

药用植物中有效成分的积累动态与植物生长发育阶段的关系是确定适宜采收期的重要指标。随着生长年限增加，甘草酸、甘草苷质量分数也显著增加，3 a生平均甘草酸和甘草苷质量分数较2 a 生增加76.70%和59.65%，4 a生较3 a生增加67.58%、81.44%，4 a生甘草苷大量积累，可达到药典标准4倍以上。同年内，甘草酸、甘草苷质量分数先增加后降低，于8月达最大值。彭励等[16]研究半野生型乌拉尔甘草中甘草酸质量分数随生长年限延长而增加，随生长季节呈现波动性上升趋势，与本研究后期下降结果有差异。

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(责任编辑：潘学燕 Responsible editor:PAN Xueyan)

Growth and Accumulation of Active Components of Licorice in Different Growth Years in Semiarid Regions of Middle of Gansu Province

FAN Ming1,CAO Ainong1,JIN Xiaojun1,JIN Leijie2and ZHANG Han2

(1.Key Laboratory for the Standardized Production and Innovation of Chinese Herbal Medicines in Gansu Province,Agricultural College,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Gansu Jinyoukang Pharmaceutical Technology Company Limited,Lanzhou 730070,China)

In order to explore the growth regularity of cultivated licorice in different years in semiarid regions of Middle of Gansu province,field experiment was conducted in Yuzhong county of Gansu province during May to October in 2015,to study the dynamics of growth andof active components accumulation of the biennial,triennial and quadrennial licorice.The results showed that the plant height,main stem diameter,main root diameter and the biomass of licorice showed a trend of the first rapid and then slow growth with the increase of growth period.The average plant height,main stem diameter,main root diameter and root dry biomass of triennial licorice respectively were 117.98%,109.62%,82.33% and 94.17% higher than those of the biennial,and those of quadrennial licorice respectively were 54.25%,11.58% ,25.75% and 94.92% higher than those of the triennial.The mass fraction of glycyrrhizic acid and liquritin increased significantly with the growth period.The average mass fraction of glycyrrhizic acid in the biennial,triennial and quadrennial licorice was 1.03%,1.82% and 3.05% respectively,and the average liquritin mass fraction was 0.57%,0.91% and 1.76% respectively.The mass fraction s of glycyrrhizic acid and liquritin in triennial licorice respectively increased by 76.70% and 59.65% compared to the biennial,and those of quadrennial licorice respectively increased by 67.58% and 81.44% compared to the triennial.For different year-aged licorice,the mass fraction of glycyrrhizic acid and liquritin reached the maximum in August,and then decreased slightly.

Semiarid regions of middle of Gansu province; Licorice; Growth dynamics; Glycyrrhizic acid; Liquritin

FAN Ming,female,master student.Research area:resources and utilization of medicinal plant.E-mail:1425387378@qq.com

JIN Xiaojun,male,research fellow,master supervisor.Research area:resources and utilization of medicinal plant.E-mail:jingxj@gsau.edu.cn

2016-01-18

2016-03-11

甘肃农业大学项目(070003)。

范 铭，女，在读硕士，研究方向为药用植物资源与利用。E-mail:1425387378@qq.com

晋小军，男，研究员，硕士生导师，主要从事药用植物资源与利用研究。E-mail:jingxj@gsau.edu.cn

日期：2016-10-20

S567.7+1;S147.22

A

1004-1389(2016)10-1522-07

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161020.1655.030.html

Received 2016-01-18 Returned 2016-03-11

Foundation item The Key Project of Gansu Agricultural University(No.070003).