白术生长动态研究

熊鹏飞， 李金玲， 曹国璠， 赵 致， 王华磊， 刘红昌， 王 星， 彭方丽， 何 尧

[1.贵州大学农学院，贵州贵阳 550025； 2.贵州省药用植物繁育与种植重点(工程)实验室，贵州贵阳 550025； 3.贵州恒霸药业有限责任公司，贵州贵阳 550008； 4.贵州省植物园，贵州贵阳 550004]

中药白术来源于菊科多年生植物白术(AtractylodesmacrocephalaKoidz.)的干燥根茎，在《神农本草经》上被列为上品，气清香，味甘、微辛，嚼之略带黏性，具有健脾益气、燥湿利水、止汗安胎功效[1]。白术主产于浙江、贵州、湖南、安徽、河北等地[2]。白术属于大宗类药材，市场需求量较大，近年来白术栽培面积不断扩大，白术的栽培技术显得尤为关键。目前关于白术栽培方面的研究主要在种源遗传多样性[3-4]、种子种苗特性[5-7]、简单肥料试验[8-9]、种源品质比较[10-12]及病虫害[13-15]等方面，而栽培技术系统研究的基础是生长发育规律，但是目前关于白术生长发育规律研究仅见于对白术生育时期的简单划分[16]和白术地下根茎的发育规律[17]，对于白术地上部和地下部生长动态的定量分析及其干物质分配率方面的研究尚未见报道。在白术栽培过程中，为了获得较大的产量，本研究在白术生育过程中对现蕾期进行摘蕾处理，对其地上部、地下部各表观指标(生物量、干物质量，折干率、根冠比、干物质分配率及药材品质动态变化)进行测定，掌握白术的生长特性，为以后白术生产采取适宜的栽培管理措施提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试剂仪器

白术试材来源于贵州松桃华源药材种植公司，由贵州大学王华磊教授鉴定为菊科苍术属植物白术。在白术现蕾后，进行摘蕾处理。

Agilent 1260液相色谱仪，白术内酯Ⅰ(批号111975—201501)、白术内酯Ⅱ(批号111976—201501)、白术内酯Ⅲ(111976—201501)均购于中国药品食品检定研究院，含量≥99.9%。甲醇(分析纯，天津富宇精细化工有限公司)、甲醇(色谱纯，德国Merck)、乙腈(色谱纯，德国Merck)，水为纯化水。

1.2 试验方法

试验于2014年2—11月在贵州省松桃苗族自治县长兴堡镇寨云村贵州恒霸药业白术种植基地进行，基地位于 109°10′～109°17′E、28°20′～29°01′N，海拔650～680 m，土壤质地为黏壤土。土壤pH值5.20，碱解氮含量为4.42 mg/kg，有机质含量为40.32 g/kg，有效磷含量为10.65 mg/kg，速效钾含量为40.80 mg/kg。

试验白术于2014年2月下旬移栽，行株距为25 cm×12 cm。随机抽出30株白术苗进行规格测定，根长最长为22.11 mm，最短为8.42 mm，根直径最大为14.81 mm，最小为7.58 mm，根质量平均4.32 g/株。田间管理同大田栽培，施入复合肥(贵州西洋肥业有限公司)60 kg/667 m2，尿素(贵州赤天化股份有限公司)50 kg/667 m2。其中复合肥 30 kg/667 m2作为底肥，4月下旬施30 kg/667 m2尿素作第1次追肥，6月中旬摘蕾后施入剩余肥料作第2次追肥。

在白术出苗后，于2014年4月7日开始取样，至2014年10月29日结束，共取样10次，每次取样20株，前5次每隔20 d取样1次，后5次每隔25 d取样1次。采样样品均在 50 ℃ 烘干。具体取样日期见表1。

表1 取样日期与生长天数对应

1.3 测定指标及其计算方法

1.3.1 主要生长指标测定 株高：茎基部到植株顶部的高度。茎粗：茎基处的直径。叶片数：全株绿叶数。根茎长度：根茎基部到顶部的长度。根茎直径：分别测量根茎基部、中部、顶部的直径。植株生物量：分地上茎叶与地下根茎，10株1组称鲜质量。干物质积累量：地上茎叶105 ℃杀青 30 min，再经50 ℃烘干至恒质量，地下根茎直接50 ℃烘干至恒质量。根茎体积采用浸入排水法测定。水分、灰分、浸出物参照《中国药典版(一部)：化学成分分析简明手册》2010方法测定。具体测定计算公式如下：

根茎长度、直径日均增长率=(ln-ln-1)/(tn-tn-1)，2≤n≤10；公式中ln表示第n次取样根茎长度、直径。tn表示第n次取样的植株生长时间，d。

地上部分折干率=m2/m1；地下部分折干率=m4/m3；根冠比=m4/m2；地上部分干物质分配率=m2/(m2+m4)，地下部分干物质分配率=(m4-m0)/(m2+m4)。以上公式中m1表示地上部分生物量，m2表示地上部分干物质量，m3表示地下部分生物量，m4表示地下部分干物质量，m0表示白术苗干物质量。

1.3.2 生理指标白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含量的测定 使用高效液相色谱法对内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含量进行测定。

1.3.2.1 测定色谱条件与系统适应性 色谱条件参照段启的方法[18]略有改动。色谱柱：Agilent SB-C18柱(5 μm，4.6×250 mm)；流动相：乙腈(A)-水(B)；柱温：25 ℃；流速：1.0 mL/min；进样量：10 μL；检测波长：白术内酯Ⅰ为 276 nm，白术内酯Ⅱ、Ⅲ为220 nm；记录时间24 min。梯度洗脱条件见表2。

表2 洗脱条件

1.3.2.2 供试品制备 取过100目筛的白术粉末约2.0 g，置50 mL具塞锥形瓶中，精确称定，加入甲醇20 mL，称定质量，浸泡30 min，超声30 min，冷却至室温，加甲醇补足减失的质量，过滤，取续滤液，加甲醇定容至25 mL，过0.45 μm微孔滤膜，取滤液作为供试品溶液。

1.3.2.3 对照品制备 精确称取白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分别 6.00、6.10、2.55 mg对照品置于25 mL容量瓶中，加甲醇溶解并定容，制成白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ质量浓度分别为0.240、0.244和0.102 mg/mL的混合对照品溶液，放入冰箱待用。

1.3.2.4 线性关系考察 精确吸取1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0、10.0、20.0 μL混合对照品溶液注入高效液相色谱仪，测定色谱峰面积，以进样量(mg)为横坐标，色谱峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。白术内酯Ⅰ标准曲线：y=4×106x-85.162；白术内酯Ⅱ标准曲线：y=4×106x+53.127；白术内酯Ⅲ标准曲线：y=3×106x-30.519；r均为0.999 5。

1.4 数据分析

采用SPSS 20.0和Excel 2007对数据进行整理分析并作图。

本项研究的数据表明，理工科的大学生在词典使用中存在着多种问题和误区，这些问题导致部分学生养成了不好的词典使用习惯，并进而影响了学习效率和效果及在英语考试中的成绩。主要表现在：

2 结果与分析

2.1 白术地上部分生长动态变化

由表3可知，白术生长前20 d，茎节较短，茎较粗，生长20～40 d，株高增加，茎节伸长，茎粗变小，40 d后，随着生长时间的延长，茎粗逐渐增大，生长125 d时，茎粗达到最大，125 d后逐渐减小，可能原因是茎木质化程度增加，基部叶柄脱落。生长前期株高快速增加，生长80 d后达到最大值，摘蕾处理后株高稳定。生长前60 d一级分枝生长较慢，60 d后分枝生长加快，至175 d达到最大分枝数。生长前60 d叶片数生长变化与分枝数变化一致，60 d后生长加快，至150 d达到最大叶片数，150 d后基部叶片开始衰老脱落，叶片数开始减少。

表3 白术植株地上部主要性状生长动态

2.2 白术地下部分生长动态变化

由表4可知，白术地下各部分指标都随生长时间延长而增长，根茎基部全生育期日均生长速率为0.11 mm/d，在 60～80 d、80～100 d、200～225 d这3个生长阶段生长较快，日均生长速率分别为0.12、0.15、0.20 mm/d，在125～150 d生长速率最快，日均生长速率达到0.29 mm/d。根茎中部全生育期日均生长速率为0.09 mm/d，在80～100 d、100～125 d、125～150 d生长较快，日均生长速率分别为0.17、0.11、0.17 mm/d，其中在60～80 d生长最快，日均生长速率达到0.21 mm/d。根茎底部全生育期日均生长速率为 0.09 mm/d，在60～80 d、100～125 d、125～150 d生长较快，日均生长速率分别为0.12、0.11、0.14 mm/d，在200～225 d生长最快，日均生长速率达到0.18 mm/d。根茎长度全生育期日均生长速率为0.25 mm/d，在80～100 d生长较快，日均生长速率为0.51 mm/d，在60～80 d生长速度最快，日均生长速率达到0.89 mm/d。根茎体积的增大主要是由于根茎长度与直径的变化，根茎体积全生长期的日均增大速率为 0.35 mm3/d，在80～100 d、200～225 d体积增大较快，日均体积增大速率分别为0.51、0.47 cm3/d，在125～150 d增大最快，日均增大速率达到0.98 cm3/d。

表4 白术地下根茎性状指标

2.3 白术根茎鲜质量及干质量动态变化

由图1可见，白术地上茎叶鲜质量与干质量随生长时间的延长而先增大后减小，呈抛物线形变化，说明在生长前期，光合产物主要用于地上茎叶生长，鲜质量在150 d左右达到最大，为208.61 g/株，干质量在125 d左右达到最大，约为66.69 g/株。白术产量形成过程，实际上是地下根茎膨大与根茎干物质积累过程，白术根茎膨大与干物质积累各个指标表现为“慢—快—慢”，整个生长过程呈“S”形曲线，符合Logistic方程，用Logistic方程对地下根茎鲜质量(主根及须根)和干质量进行模拟，由表5可见，r2均达到0.98以上，达到极显著水平。对模拟方程进行求二阶导数可得生长速率最大点，求三阶导数可得生长速率的2个拐点。根茎鲜质量2个拐点分别为83.77、174.60 d，即前84 d根茎生长缓慢，在生长 84～175 d，生长迅速，日均生长量为0.50 g/株，其中在生长130 d时达到整个生长期的最大生长速率，为 0.57 g/株。根茎干质量增长的2个拐点分别为110.04、195.01 d，即地下干质量增长主要集中在111～196 d，日均生长量为0.23 g/株，其中在生长153 d时，积累速率达到最大，为0.26 g/株。叶片是白术干物质积累的主要光合源，地上茎叶与地下根茎是光合产物的主要库，生长前110 d叶片光合产物主要流向地上库，用于地上茎叶生长。111～153 d，光合产物一部分流向地上库，用于维持地上茎叶的生长，一部分流向地下库，用于根茎膨大；153～195 d，地上茎叶生长基本停止，光合产物主要流向地下库，用于根茎膨大，196 d后地上茎叶衰老加速，养分逐渐回流。

2.4 白术折干率、根冠比、干物质分配率、药材品质的动态变化

折干率的变化趋势与生物量密切相关，能反映干物质积累程度及利用价值[19]。由表5可见，白术植株折干率随生长时间的延长呈增大趋势，说明糖、蛋白质等物质在白术体内得到积累，干物质相对含量增加。生长前125 d，白术地上茎叶折干率随生长时间的延长而增大，生长125～150 d有所下降，生长150 d后，折干率随生长时间的延长又增大。白术地下根茎折干率随生长时间的延长而增大。

表5 白术根茎鲜、干质量曲线

根冠比的大小反映地上部分与地下部分的相关性，能够体现植物光合产物的分配情况[20-24]。由表5可知，白术在整个生育期根冠比变化较大，由于生长前期白术根茎大部分干物质是前一年积累的，根冠比较大，随着生长时间的延长，光合产物主要用于地上部分快速生长，地下部生长较慢，根冠比变小，在生长125 d左右，根冠比最小。生长125 d后，光合产物逐渐加大向地下部分运转，地上部分生长变慢，加之植株开始衰老，水分散失、叶片脱落，导致茎叶生物量降低，致根冠比增大。

由图2可知，白术生长前125 d，光合产物主要用于地上茎叶生长，地上干物质分配较多，20 d时最多，生长20～100 d时光合产物有一部分流向地下，根茎干物质缓慢增加，地上干物质分配缓慢减少。在生长125 d时地上干物质分配有所增大，是由于地上干物质量达到最大，125 d后光合产物逐渐加大向地下部分运转，地上干物质分配率变小。

由表6可知，白术水分、灰分、浸出物是检验白术药材质量的重要指标，整个生育期，水分含量在生长200 d后低于5%，灰分含量只有在200 d左右低于5%，浸出物含量只有在生长200 d左右高于35%，达到36.10%。综上，只有在生长200 d左右水分、灰分和浸出物含量均达到《中华人民共和国药典》要求。根据《中华人民共和国药典》对白术品质的要求，建议白术在生长200 d左右进行采收。

2.5 白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含量动态变化

表6 白术折干率、根冠比、药材品质的动态变化

表7 白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ含量动态变化

2.6 白术内酯单株积累量动态变化

由图3可见，在白术整个生育期，白术内酯Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ单株积累量呈倒“V”字形动态变化，单株积累量最多主要在根茎膨大期。在生长前60 d，白术内酯Ⅰ积累量随生长时间的延长而增加，生长60～100 d，积累量有减少趋势，100 d后，随生长时间延长而增加，至175 d达到最高，为3.90 mg/株，175 d后积累量减少。生长前40 d，白术内酯Ⅱ积累量随生长时间延长而减少，40～100 d随生长时间延长而增多，100 d后含量降低，至125 d时随生长时间延长含量逐渐增加，至150 d达到最高，为16.27 mg/株，150 d后积累量减少。生长前 40 d，白术内酯Ⅲ积累量随生长时间延长而减少，40～150 d随生长时间延长而增多，至150 d达到最大，为20.40 mg/株，150 d后积累量减少。

2.7 白术生育时期划分

根据白术生长发育特点及干物质积累动态，在白术出苗后，可将白术植株个体生长过程分为苗期、地上部分旺长期、根茎膨大期及倒苗期，具体生育时期划分见表8。

3 结论与讨论

白术栽培产量取决于地下根茎的膨大与干物质的积累，白术地下根茎生长符合“S”形曲线生长。根据“源库”理论，根茎作为白术最主要的“库”，“库”的增加受到地上“源”的影响。付顺华等研究表明，白术根茎质量与地上茎叶各指标存在显著正相关[25]。本试验研究表明，在生长150 d后，白术地上生物量和叶片数达到最大值，地下干物质积累速率也达到最大值。对白术地下生物量和干物质积累量的曲线模拟表明，白术根茎生物量增长的第1个拐点是84 d，干物质积累的第1个拐点是111 d，出现拐点推后的原因可能是80～110 d 地下部分生长较快，但折干率较低，水分含量较高。

根据产量与药典对白术品质的要求进行综合考虑，建议贵州产白术最佳采收期在生长200 d左右即10月下旬前，如果以内酯类成分为主要药用成分，可将生长175 d即9月上旬作为最佳采收期。

表8 白术生育时期划分

正确划分白术生育时期，有利于选择适宜的栽培管理措施。白术出苗后，根据白术地上部分和地下部分的生长发育特点及干物质积累与分配规律，将白术生育时期划分为苗期、地上部分旺长期、根茎膨大期及倒苗期。苗期和地上部分旺长期，应该增施氮肥，促进地上茎叶生长。根茎膨大期及养分回流期应增施氮肥、磷肥和钾肥，可以延长叶片功能期，防止叶片过早枯萎，保证根茎形成所需要的营养物质，同时促进光合产物向地下转移。

白术苗期与地上部分旺长期，光合产物主要用于地上部分生长，少部分转移到地下根茎。根茎膨大期，白术地上部分生物量与干物质积累量都达到最大，光合产物加快向地下根茎转移。倒苗期，地上部分衰老加速，养分继续向地下根茎转移。