甘南野生小叶黑柴胡产量与品质形成分析

马怀义，贺学锋，张晓燕,马雄,丁耀录,马玲

(1.甘肃民族师范学院,甘肃 合作 747000；2.甘肃省甘南藏族自治州食品检验检测中心,甘肃 合作 747000; 3.甘肃省甘南藏族自治州农业科学研究所,甘肃 合作 747000)

小叶黑柴胡(BupleurumsmithiiWolff var.parvifolium)为伞形科柴胡属多年生草本植物，常作为柴胡药用，喜温光，耐寒性较强，主要分布于甘肃、青海、宁夏等地区海拔2 700～3 700 m的山坡草地及林下[1-2].化学研究发现，小叶黑柴胡植株中含有柴胡皂甙、黄酮类、酚类、甾醇、多糖、挥发油等化合物[3-5].药理学研究表明，小叶黑柴胡根具有解热、镇痛、抗炎、保肝、增强免疫功效[6-7]；茎叶中黄酮类化合物对动物胆汁淤积性、化学性、免疫性肝损伤具有保护作用[8]；柴胡皂苷具有抗癫痫、抑制肝脏癌细胞增殖的功能[9].

近年来，对小叶黑柴胡的研究主要集中在栽培生理特性[10]、皂苷含量测定[11-12]、药理作用[13]等方面，而在产量与品质形成机制方面的研究鲜见报道.甘南地区位于青藏高原东北缘，属高寒阴湿区，大部分地区海拔3 000 m以上，较适宜于小叶黑柴胡的生长.为了探明该植物在甘南地区的生长适应性及其活性物质的积累，本研究以野生小叶黑柴胡根、茎和叶为试验材料、对其生物量、总黄酮、酚、皂苷类及抗氧化能力进行测定与分析，旨在为种植区域选择、大面积栽培推广及其品质评价提供一定的理论基础与技术参考.

1 材料与方法

1.1 试验材料

野生小叶黑柴胡于2018年10月中旬采自甘肃省合作市当周草原(N 34°57′17″，E 102°53′13″，海拔3 000 m)，根、茎和叶经流水冲洗后，阴干备用.

1.2 试验方法

1.2.1 提取液的制备 取阴干的根、茎和叶，粉碎后过80目筛；准确称取2.0 g粉末置于70%乙醇(30 mL)离心管中，37 ℃、150 r/min遮光振荡提取72 h，然后5 000 r/min离心15min；连续提取3次，收集上清液，用70%乙醇定容至100 mL，用于总黄酮、酚、皂苷类及抗氧化能力的测定.

1.2.2 总黄酮、酚、皂苷类化合物含量的测定总黄酮类化合物含量的测定采用亚硝酸钠-硝酸铝-氢氧化钠法[14-15]，总酚类化合物含量的测定采用福林酚试剂法[16-17]，总皂苷类化合物含量的测定采用紫外分光光度法[18].

1.2.3 抗氧化能力的测定抗氧化能力采用1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)和铁离子还原/氧化能力(FRAP)[19-20]2种方法综合评价.

1.3 数据处理

采用Excel 2003和SPSS 20.0软件进行数据处理与分析，单因素(one-way ANOVA)进行差异显著性分析.

2 结果与分析

2.1 单株的根、茎、叶生物量

植物的形态建成和单株不同器官生物量的积累受基因和环境因子共同调控，生长于3 000 m以上地区的野生小叶黑柴胡不同器官生物量的积累如图1所示，茎的干质量(0.34 g/株)显著高于根(0.14 g/株)和叶(0.15 g/株)(P<0.05)，分别为根、叶干质量的2.43和2.67倍，而根和叶之间无显著差异(P>0.05).

2.2 根、茎、叶总黄酮类化合物的含量

黄酮类化合物在不同植物物种、品种和植株个体间分布不同，在同一植株的不同组织器官中分布也不尽相同，如图2所示，生长于高海拔地区的野生小叶黑柴胡根、茎和叶总黄酮类化合物含量存在较大差异；叶中含量(274.36 mg/g)分别为茎和根的2.23和8.60倍(图2-A)；茎和叶中单株含量较高，达到42 mg/株以上，显著高于根(P<0.05，图2-B).

图1 甘南野生小叶黑柴胡单株根、茎、叶的干质量Figure 1 Comprison of root，stem and leaf dry weight on a per plant basis of wild B.smithii located in Gannan region

图2 甘南野生小叶黑柴胡根、茎和叶中黄酮类含量(A)和单株不同器官含量(B)的比较Figure 2 Comprison of flavonoids contents in root，stem and leaf on a dry weight (A) and per plant basis (B) of wild B.smithii located in Gannan region

2.3 根、茎和叶总酚类化合物的含量

因不同植物物种和个体的基因型不同，生存环境的差异，导致植株体不同器官对外界逆境适应和抵抗能力不同，次生代谢酚类化合物的合成与分布也不相同.生长于高海拔地区的野生小叶黑柴胡根、茎和叶总含量如图3所示存在较大差异；叶中含量(387.77 mg/g)分别为茎和根的1.84和8.87倍(图3-A)；茎中单株含量最高(71.70 mg/株)，分别为叶和根的1.25和11.87倍(图3-B).

2.4 根、茎和叶总皂苷类化合物的含量

皂苷类化合物是植物次生代谢的一类重要化合物，不同物种，同一物种的不同品种以及环境条件都会导致不同植株个体，同一植株个体不同的器官合成不同的皂苷类化合物，其含量也不尽相同.生长于高海拔地区的野生小叶黑柴胡根、茎和叶总皂苷类化合物含量如图3所示，根、茎和叶存在较大差异；根中含量(13.75 mg/g)分别为茎和叶的2.95和1.61倍(图4-A)；单株根中含量也最高(1.9 mg/株)，分别为茎和叶的1.19和1.50倍(图4-B).

2.5 小叶黑柴胡根、茎和叶抗氧化能力

根据上述试验结果，生长于高海拔地区的野生小叶黑柴胡根、茎和叶不同器官中次生代谢物黄酮类，酚类和皂苷类含量不尽相同，可能导致不同组织器官的抗氧化能力也不同，为了确证这一推断，进行了根、茎和叶浸提液的抗氧化能力分析，结果如图5所示，根、茎、叶提取液自由基抑制率和FRAP值均表现为叶>茎>根，且达到显著水平(P<0.05)，叶抑制率(92.43%)和FRAP值(7 137.89 μmol/L)分别为茎、根的1.06、5.94倍(图5-A)和1.34、12.91倍(图5-B).

3 讨论

很多研究已经表明，植物的生长发育及其代谢产物(初级和次级)是在长期进化过程中与环境(生物的和非生物的)相互作用的结果，代谢产物在植物提高自身生态适应性方面充当着重要角色，其种类与积累易受到生长环境(如光、温和水等)的调控[21-22].植物次级代谢不同于初级代谢，不仅存在种属特异性，而且同一种或一类次级代谢产物在同一科属植物体内也存在差异性，且限制于特定的细胞、组织和器官[22-24].

图3 甘南野生小叶黑柴胡根、茎和叶中总酚类 (A)和单株不同器官含量(B)的比较Figure 3 Comprison of phenolics contents in root，stem and leaf on a dry weight (A) and per plant basis (B) of wild B.smithii located in Gannan region

图4 甘南野生小叶黑柴胡根、茎和叶中总皂苷类含量(A)和单株不同器官含量(B)的比较Figure 4 Comprison of saikosaponins contents in root，stem and leaf on a dry weight (A) and per plant basis (B) of wild B.smithii located in Gannan region

图5 甘南野生小叶黑柴胡根、茎和叶提取液抑制率(A)和FRAP值(B)的比较Figure 5 Comprison of inhibition rate(A) and FRAP value (B) in root，stem and leaf of wild B.smithii located in Gannan region

周亚福等[18]通过对紫花大叶柴胡不同器官(根、茎、叶)结构与活性成分柴胡皂苷和黄酮类化合物的积累关系进行研究，发现根、茎、叶中柴胡黄酮类化合物和总皂苷干质量含量均呈现为叶>根>茎.汤芳玲等[25]通过对不同产地(青海省、内蒙)小叶黑柴胡不同器官(根茎结合部、茎、叶)中黄酮化合物含量进行比较与分析，发现随地上部分升高黄酮化合物干重含量呈现增加的趋势；该研究结果中根、茎和叶黄酮和酚类化合物干重含量均表现为叶>茎>根，与汤芳玲等[25]研究结果基本一致；而单株不同器官含量则呈现为茎>叶>根.这说明品种和环境因素对柴胡属植物生长及其次级代谢产物在不同器官中的分布与积累具有显著的影响.本研究中野生小叶黑柴胡生长于甘南藏自治州草原地带(海拔3 000 m)，具有低温、强光照和紫外线辐射等的特点，可能使得黄酮和酚类化合物以及总皂苷含量和单株不同器官含量在根、茎、叶中存在较大差异.

研究证明，黄酮类化合物具有吸收紫外线、减少辐射对植物的伤害，并促进紫外吸收物生物合成的功能[26]；酚类化合物可使植株对低温、辐射等逆境胁迫起到防御作用[27].马金娥等[28]研究认为，不同居群、同一居群夏蜡梅不同器官(根、茎、枝和叶)中黄酮类化合物种类和含量存在较大差异，其中位于顶层、光照强度大的居群下黄酮类化合物含量较高.李正华[29]研究认为，气温降低可提高杨树叶片中酚类化合物的含量.本研究小叶黑柴胡中黄酮和酚类类化合物含量由形态学上端至上形态学下端 (叶>茎>根)的降低可能与器官受到的强光照与低温有一定的相关性.

本研究对甘南高原野生小叶黑柴胡不同器官(根、茎、叶)生物量、主要活性物质(黄酮和酚类)以及抗氧化能力进行了检测分析，研究结果可为小叶黑柴胡高海拔区域种植栽培、各器官开发与利用提供一定的理论基础.而对于小叶黑柴胡高海拔区的产量形成与活性成分积累的生理生化和分子机制，还需要进一步深入的研究.