林下生境及生长年限对多花黄精生长和药用活性成分含量的影响

周新华 肖智勇 曾平生 姚甲宝 武晓玉 黄宇涛

( 1. 中国林业科学研究院亚热带林业实验中心，江西 新余 336600；2. 宜春市林业科学研究所，江西 宜春，336000)

多花黄精（Polygonatum cyrtonema）别名南黄精、山姜、野生姜、姜形黄精等，隶属于百合科（Liliaceae）黄精属（Polygonatum），为多年生草本植物，分布于四川、贵州、湖南、湖北、江西、安徽、江苏、浙江、福建、广东和广西等省区，是我国传统大宗名贵药食两用的中药材，具有健脾润肺、补气养阴、益肾壮阳、降三高、抗菌、抗病毒、抗肿瘤等功效，是我国发展林下经济产业重要的经济植物，也是工厂化规模生产药品、保健品的重要原料[1-8]。多花黄精属阴生植物，喜温暖湿润的环境，一般分布在海拔500～2 100 m的林冠下、山边、沟谷边、林缘等土壤湿润疏松肥沃地带[9-11]。多花黄精生长和药用活性成分含量是决定药材产量和质量的关键因子，也是决定其能否产业化、规模化开发利用的决定性因素。目前，国内在多花黄精人工林下栽培方面的研究主要在毛竹林（Phyllostachys heterocyclacv.Pubescens）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、马尾松林（Pinus massoniana）及不同坡位林分条件下对多花黄精生长量的影响[6，12-16]，但未见不同林分、不同栽植年限下多花黄精生长和药用成分含量的研究报道。近年来，由于人们对天然多花黄精资源掠夺性地采挖，导致野生多花黄精资源近乎衰竭，仅靠野生资源供给已很难满足市场需求，开展人工仿野生栽培是解决资源短缺的重要途径。为此，本试验探讨了2012—2017年期间，多花黄精在6种不同林下生境和生长年限其生长和药用活性成分变异规律，以期为多花黄精规范化、规模化种植提供模式参考和技术支持。

1 试验地概况

试验地位于江西省新余市分宜县钤山镇年珠实验林场，地处东经 114°30′～114°45″，北纬27°30′～27°50′，为分宜、安福两县交界处。气候温暖湿润，光照和热量充足，年均降雨量1 643.6 mm，年均蒸发量1 503 mm，年均日照时数1 535.3 h，年均无霜期270 d，年均气温17.2 ℃，土壤主要为花岗岩发育而成的黄红壤。年珠实验林场森林资源丰富，杉木、毛竹和阔叶林资源面积1 015.06 hm2，是中国林科院亚林中心重要的杉、阔和毛竹科研实验研究示范平台。

2 材料与方法

2.1 试验材料

以2011年10月底采收的多花黄精块茎为试验材料，经沙藏处理至2012年3月份取出，然后将块茎掰分成带1～2个芽的多花黄精种块，栽植密度为100块/m2，质量在500 g左右。

2.2 试验设计

2012年3月在马褂木（Liriodendron chinensis）林、杉木林、毛竹林、马尾松林、油茶（Camellia oleifera）林和木荷（Schimaspp.）林下选择地势平缓林地整地（林分情况见表1），林分郁闭度控制在0.5～0.7。多花黄精不同生长年限栽培试验采用完全随机区组试验设计，试验设置生长年限为1～6 a，每个林分按不同生长年限要求设置1 m×2 m样地6个，重复3次，每个林分共计设置样地18个。按设计要求整理好样地后，在3月底按10 cm×10 cm栽植密度将多花黄精种块栽植下去，并在栽植前称量每个样地的用种质量。栽后的每年4、6、8月份各除草1次，并在每年3月份施用复合肥1次。试验期间，做好人畜管理，防止人畜对试验样地的破坏，同时在多花黄精的生长季节严格做好病虫害的防治工作，保障试验顺利开展下去。

表 1 不同林下生境试验地概况Table 1 General situation of experimental sites under different forest habitats

2.3 指标测定

2.3.1 生长指标测定

2012—2017年，每年9月份测定不同林下生境中多花黄精各生长年限的生长指标值。每个处理随机选择50株，重复3次，采用数字显示游标卡尺测定多花黄精地径值，采用不锈钢卷尺测量多花黄精株高，测量的同时统计保存率。待多花黄精地上部分完全凋落后，每年12月份，将对应生长年限样地中的多花黄精全部挖取出，洗净晾干称其质量，并计算出其生长量值。

2.3.2 皂苷和多糖含量测定

黄精多糖和皂苷的测定分别采用蒽酮-硫酸比色法和RP-HPLC法[17-18]。测定每个处理的主要药用活性成分含量时，按照测定方法流程及要求，

每个处理称取混合均匀了的样品1 g，每次测定3份，重复3次，以所测得的含量数据平均值作皂苷和多糖的含量数据。

2.4 数据分析

采用平均值±标准误来表示所测数据，并对保存率这一指标采用反正弦法进行数据转换，对其他的数量指标进行平方根转换，然后运用社会统计学分析软件SPSS 25.0对数据进行多因素方差

分析和显著度在0.05水平上的邓肯多范围比较分析。隶属函数的计算公式为：，此式中、和分别为表示某一个处理指标的实际测定值、最大值和最小值。

3 结果与分析

3.1 方差分析

双因素方差分析结果（表2）可知：在2个主效应因素中，生长年限对多花黄精生长和药用活性成分的影响最大，除保存率和株高为显著水平（P＜0.05）外，地径、生长量、多糖含量和皂苷含量等指标均为极显著影响水平（P＜0.01）；生境类型对多花黄精生长和药用活性成分的影响最小，除地径影响不显著外，株高、保存率、生长量、多糖含量和皂苷含量均达显著水平。在双因素交互作用中，生境类型×生长年限的交互作用除保存率影响不显著外，对其他指标的影响均为显著。双因素方差分析的F值显示，生境类型×生长年限的交互作用主要来源于生长年限，这表明生长年限是影响多花黄精生长和次生代谢物积累的主要因素。

3.2 生境类型影响分析

生境类型和生长年限对多花黄精生长及次生代谢物含量的影响见表3。

表 2 多花黄精生长指标的双因素方差分析（F值）Table 2 Two-factor ANOVA of growth index of P. cyrtonema (F value)

表 3 生境类型和生长年限对多花黄精生长及次生代谢物含量的影响Table 3 Effects of habitat types and growth years on the growth and secondary metabolites content of P. cyrtonema

由表3可知，生境类型对多花黄精部分生长指标及全部次生代谢物指标的影响显著。在多花黄精不同林下生境类型的栽培试验中：毛竹林下栽培多花黄精的保存率、年生长量和多糖含量3个指标最高，且均显著高于其他生境类型下栽培的多花黄精，其保存率分别比马褂木、杉木、马尾松、油茶和木荷林下高0.89%、0.92%、7.84%、11.43%和2.13%，其年生长量分别比马褂木、杉木、马尾松、油茶和木荷林下高19.03%、9.45%、31.35%、32.27%和1.47%，其黄精多糖含量分别比马褂木、杉木、马尾松、油茶和木荷林下高14.47%、11.11%、24.85%、22.51%和1.59%；杉木林下栽培多花黄精的皂苷含量显著好于其他生境类型，其值分别比马褂木、毛竹、马尾松、油茶林和木荷林下高3.85%、19.23%、7.69%、15.38%和1.92%；此外，生境类型对多花黄精株高和地径的影响不显著。

3.3 生长年限影响分析

方差分析结果表明，生长年限对多花黄精生长指标和次生代谢物的积累影响非常显著（表3），但各指标在不同生长年限间表现不一致。株高和地径2个生长指标随着生长年限的增加而不断增加，增长幅度在1～2 a间最大，其后随着生长年限的增加其增幅不断呈现缩小趋势；保存率指标随着生长年限的增加呈现下降趋势，1 a时的保存率最高，其值为90.56%，6 a时的保存率最低，其值为79.22%；年生长量、黄精多糖含量和黄精皂苷含量3个指标均随着生长年限的增加而呈现先升后降的趋势，当生长年限为4 a时，年生长量最大为626.37 g/m2，分别比1、2、3、5 a和6 a高67.97%、36.17%、16.62%、33.20%和43.83%，当生长年限为5 a是，黄精多糖含量和黄精皂苷含量最大，黄精多糖含量最大值为130.74 mg/g，分别比1、2、3、4 a和 6 a高31.26%、25.48%、4.86%、1.77%和0.92%，黄精皂苷含量最大值为0.57 mg/g，分别比1、2、3、4 a和6 a高43.86%、29.82%、8.77%、5.26%和8.77%。

3.4 最佳生境类型和生长年限选择

通过上述分析发现，生境类型、生长年限及其交互作用对多花黄精生长和次生代谢物积累的影响不一致，使用某个或部分指标来评价多花黄精的生长效果不够全面，故而，为了能够得到最优的多花黄精栽培林分和栽培年限，运用隶属函数法对各生境类型不同栽培年限的生长指标和次生代谢物累积指标进行了综合评价。试验所设计的36个组合平均隶属函数值排名前5的见表4。由表4可知，在排名前5为的组合中，生境类型为毛竹林的占了3个，多花黄精的生长指标要显著优于其他生境类型，这就说明毛竹林下非常适合栽种多花黄精；在不同生长年限中，4年生的多花黄精占了3个，多花黄精的药用活性成分指标要显著优于其他生长年限，这就说明生长年限达4 a有助于多花黄精次生代谢物的累积。在生境类型和生长年限的组合中，当生境类型为毛竹、生长年限为4 a时这一组合的平均隶属函数值最大（0.938），在所有组合中排名第1位，其次是生境类型为毛竹、生长年限为5 a组合的隶属函数值（0.877），排名第3位的是生境类型为杉木、生长年限为4 a的组合。

表 4 不同因素组合对多花黄精生长和药用活性指标的隶属函数评价Table 4 Different combinations of factors on growth and medicinal activity index of P. cyrtonema membership function evaluation

4 结论与讨论

1）生境类型是影响多花黄精生长和次生代谢物累积的因子之一[19]。本研究发现，不同的林下生境类型对多花黄精块茎生长和药用成分含量的影响较大。随着生境类型的不断变化，多花黄精林下生长的光照、温度和空气湿度等因子也在不断变化，因而导致多花黄精栽培在不同的林分条件下其生长和次生代谢物累计存在差异。当多花黄精种植在毛竹林下时，因其林分结构单一，林下空间较大，林分内的散射光照较为充足，空气湿润，非常有利于多花黄精的生长和次生代谢物的合成，结果导致其保存率、年生长量和黄精多糖含量为各生境类型中的最高。就保存率、年生长量和黄精多糖含量这3个指标而言，在多花黄精不同林下生境的种植过程中，选择栽种在毛竹林下为最佳。

2）生长年限是影响多花黄精生长和次生代谢物累积的主要因素。多花黄精的生长年限不仅影响年生长量，而且直接影响其次生代谢物的合成与累积。多花黄精种植在不同的林下生境条件下，株高和地径与生长年限的关系均大体表现出正相关关系，且在1～2 a间的绝对增长幅度最大；保存率与生长年限的关系却表现为负相关，这有两个方面原因，一是多花黄精自然生长过程中随时间存在一个自然淘汰死亡，另一个是人为或动物的破坏；而生长量、黄精多糖和皂苷含量与生长年限却表现出先呈正相关后呈负相关，当栽植年限为4 a时，多花黄精的年生长量最大，当栽植年限为5 a时，多花黄精中黄精多糖含量和黄精皂苷含量最大。就黄精多糖含量和皂苷含量与生长年限的关系，刘佳等[20]在多花黄精适宜采收期初步研究中也得到与本研究相类似的研究结果，即随着生长年限的不断增加，多花黄精体内次生代谢物的累积量持续提升，但当生长年限增加到一定程度后，多花黄精逐渐衰老，导致大量活性成分被消耗，消耗的量大于新增累积量时，药用成分含量便出现降低趋势。因此，在选择最佳栽植年限时，可根据生长指标和药用成分指标同时达到最大时所对应的生长年限来选择，本试验两者均达最大值时应该为4～5 a。

3）在多花黄精的规模化种植产业发展过程中，根茎不同摆放方法[21]、不同的光照和温度[22]、不同的施肥方法[23]、不同的立地条件[24]均对多黄黄精的生长和生理有较为显著的影响。本研究发现，不同林下生境、生长年限不仅单独影响多花黄精块茎生长和次生代谢物的累积，且两者之间还有着显著的交互效应。林下生境×生长年限交互效应除对保存率影响不显著外，对多花黄精的株高、地径、年生长量、黄精多糖含量和皂苷含量等指标均有显著影响。因此，在进行多花黄精种植时最佳林下生境和种植年限的选择不能仅仅依据单因素方差分析结果进行简单的组合选择。本试验是在双因素方差分析结果的基础上，采用了隶属函数平均值来选择和评价各生境和生长年限条件下多花黄精生长和次生代谢物累积效果，并给出了最佳的林下生境和生长年限组合：当生境类型为毛竹林、生长年限为4 a时，以及排名前5的多花黄精种种植模式组合，这些组合可广泛运用到多花黄精林下经济规模化种植中。