蕲春蕲艾头茬艾和二茬艾的产量及质量比较研究△

袁卫东，颜鸿远，陈盛秋，陈中文，陈昌婕*

1.蕲春县农业农村局，湖北 蕲春 438300；2.湖北中医药大学 中药资源中心，湖北 武汉 430065；3.湖北惠春蕲艾健康产业发展有限公司，湖北 蕲春 438300

艾叶为菊科植物艾Artemisia argyiLévl.et Van的干燥叶，具有温经止血、散寒止痛、祛湿止痒等功效[1]，为中医临床常见用药，具有悠久的应用历史。现代药理表明，艾叶中富含挥发油、黄酮、酚酸等类成分，具有消炎抗菌、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节等多种药理作用[2]，被广泛应用于医药产品、动物饲料、消毒剂等产品中。除此之外，艾叶碾磨筛去粉末之后即为艾绒，可以用来制作艾柱，对治疗类风湿关节炎[3]、溃疡性结肠炎[4]等疗效较好，可以防治多种传染性疾病[5]。蕲春是艾叶的道地产区，蕲艾自明朝以来就广受推崇。目前，对不同产地艾叶品质的比较研究也证明了蕲艾的道地性[6-7]。中药材原植物在不同的生长阶段化学成分含量差异较大[8]，适宜的采收期对于保证蕲艾的品质具有重要作用。历代本草对于艾叶采收期的记载不尽相同，从唐代的三月初三至宋代的五月初五，再至明代逐步过渡到端午节前后[9]，现代研究也证明6 月未开花前采收的艾叶品质较好[10-12]。

在采收次数上，除河南省南阳市部分产区艾采收2～3 次（头茬艾于5—6 月采收，二茬艾于8 月采收，三茬艾于10 月采收）外，包括湖北省蕲春县在内的大部分产区一般于端午节前后进行1 次采收。3 月初艾苗进入快速生长阶段，5 月后生长速度明显趋于缓慢，于6 月未开花前进行采收后，蕲艾再次进入营养生长阶段，干物质快速积累，至8 月已经长成较成熟的艾株。生产上，由于二茬艾的质量不明确，为了保证蕲春蕲艾的品牌价值，第一次采收之后再次生长的蕲艾往往被搁置，产生了大量的浪费。为充分利用蕲艾资源、提高其经济价值、最大限度降低对土地资源的浪费，本研究对蕲艾头茬艾与二茬艾的产量和品质进行了系统分析，为二茬艾的合理利用提供参考。

1 材料

1.1 仪器

Trace 1310 型气相质谱联用仪（美国Thermo Fisher 公司）；1260 型高效液相色谱仪（美国安捷伦公司）；JSM-6510 型扫描电子显微镜（日本电子公司）。

1.2 试药

对照品异泽兰黄素（批号：B21568）、棕矢车菊素（批号：B21708）均购于上海源叶生物科技有限公司，纯度均为98.0%；对照品新绿原酸（批号：X-014-180410）、隐绿原酸（批号：Y-067-180425）、异绿原酸A（批号：Y-068-190329）、异绿原酸B（批号：Y-069-180105）、异绿原酸C（批号：Y-070-180515）均购于成都瑞芬生物科技有限公司，纯度均为98.0%；对照品绿原酸（批号：110753-201716，纯度：99.3%）购于中国食品药品检定研究院。

1.3 样品

试验地位于湖北省蕲春县管窑镇胡岗村蕲艾试验示范基地，试验采用垄作种植[13]，垄幅宽80 cm，垄沟宽30 cm，垄高25 cm。于2019 年12 月5 日将蕲艾根状茎截成15～25 cm，按照每垄种2 行，行距40 cm，株距10 cm 进行定植，其余按蕲艾种植常规的农事操作进行。蕲艾由湖北中医药大学中药资源中心刘大会教授鉴定为菊科植物艾Artemisia argyiLévl.et Van。试验设头茬艾（对照）和二茬艾2 个处理，于2020 年5 月25 日采收头茬艾，2020 年8月1日对再次萌发的艾进行2次采集。

2 方法

2.1 农艺性状和产量测定

每次采收前，在试验地不同方位随机选取3 个采样点测定蕲艾生长指标和产量。各采样点选取具有代表性的15 株蕲艾测定相关农艺性状，株高为地面基部至蕲艾茎顶端的高度；茎径为蕲艾茎秆高度1/2处的直径；枯叶高为植株茎秆中下部枯叶处的高度；叶片宽和叶片长为每株蕲艾中部叶片的宽、长。每个采样点按长10 m、宽5 m 进行拉线测产。收割后及时晾干，称定叶片、茎秆的干质量并计算叶茎干质量比。

2.2 出绒率测定

采用四分法从每份艾叶样品中称取艾叶干品10 g，置转速为28 000 r·min-1的高速万能粉碎机中粉碎30 s，将粉碎后的混合物置一号筛中，反复筛净粉末，即得艾绒。计算艾绒质量占总质量的比例，每份样品进行2 次平行实验，以其平均值为出绒率。

2.3 总挥发油及挥发性成分测定

2.3.1 总挥发油提取 选取干燥艾叶40 g，剪碎后置2000 mL 圆底烧瓶中，加入蒸馏水1000 mL，浸泡过夜，参照《中华人民共和国药典》（以下简称《中国药典》）2015 年版通则挥发油测定法[13]提取7 h，收集并测定艾叶干品中总挥发油含量。

2.3.2 气相色谱-质谱（GC-MS）分析 采用TG-1701 MS 毛细管柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）对样品进行GC-MS 分析[14]，得到挥发油总离子流图，见图1。

图1 艾叶挥发油GC-MS图

2.3.3 供试品溶液制备 吸取脱水后的艾叶挥发油，加入二氯甲烷稀释100倍，即得。

2.4 黄酮和酚酸类成分含量测定

2.4.1 超高效液相色谱（UPLC）条件 利用UPLC测定绿原酸、新绿原酸、隐绿原酸、异绿原酸B、异绿原酸A、异绿原酸C、棕矢车菊素、异泽兰黄素的含量[15]。对照品和艾叶UPLC图见图2。

图2 混合对照品和艾叶UPLC图

2.4.2 混合对照品溶液的制备 精密称取对照品新绿原酸、绿原酸、隐绿原酸、异绿原酸B、异绿原酸A、异绿原酸C、棕矢车菊素、异泽兰黄素适量，用甲醇制成含新绿原酸25.39 μg·mL-1、绿原酸60.27 μg·mL-1、隐绿原酸19.36 μg·mL-1、异绿原酸B 72.71 μg·mL-1、异绿原酸A 279.22 μg·mL-1、异绿原酸C 40.12 μg·mL-1、棕矢车菊素40.87 μg·mL-1、异泽兰黄素78.69 μg·mL-1的混合对照品溶液，即得。

2.4.3 供试品溶液的制备 精密称取艾叶粉末（过一号筛）0.1 g 于25 mL 量瓶中，加入色谱纯甲醇定容至刻度线，称定质量，放置过夜，超声处理30 min，冷却至室温后用甲醇补足减失质量，摇匀，滤过，取续滤液过0.22 μm微孔滤膜，即得。

2.5 数据分析

利用Mainlib 数据库进行谱库检索并结合相关文献[15-16]对GC-MS 图中的色谱峰进行定性分析；利用“中药色谱指纹图谱相似度评价系统”2004 A版对艾叶挥发油GC-MS图谱进行分析；采用SIMCA-P14.1软件进行主成分分析（PCA）；采用Excel 2010 与SPSS 25.0软件对数据进行统计分析。

3 结果

3.1 植株农艺性状比较

从表1 可知，二茬艾与头茬艾的株高、茎粗差异有统计学意义，分别降低了50.26%和37.66%。二茬艾的枯叶与头茬艾相比增加了16.37%，叶片长、叶片宽分别降低了4.53%和7.16%，差异均无统计学意义。由此可见，二茬艾的农艺性状不如头茬艾，主要表现在株高与茎粗上，但枯叶高、叶片长、叶片宽的差异无统计学意义。

表1 头茬艾与二茬艾的植株农艺性状比较（,n=3）

表1 头茬艾与二茬艾的植株农艺性状比较（,n=3）

注：与头茬艾比较，大写字母表示P＜0.01。

3.2 产量比较

从图3 可知，二茬艾叶片干质量、茎秆干质量和总干质量均与头茬艾差异有统计学意义。二茬艾叶片干质量与头茬艾相比降低了38.46%，茎秆干质量降低了47.46%，总干质量降低了50.79%。头茬艾平均叶茎比为0.59，二茬艾平均叶茎比为0.87，二茬艾的叶茎比比头茬艾提高了47.46%。说明二茬艾的产量较头茬艾明显降低，但叶茎比明显提高。

图3 头茬艾与二茬艾产量比较（,n=3）

3.3 叶片出绒率比较

出绒率是评价艾叶质量的重要指标之一，出绒率越高，说明艾叶中非腺毛密度越高，越适宜作为制造灸材的原材料。从图4可以看出，二茬艾的出绒率与头茬艾相比提高了66.34%。利用扫描电镜在200 倍放大倍数下观察头茬艾与二茬艾植株中部叶片背部非腺毛并拍照，从图5可以看出，二茬艾叶片中非腺毛的密度明显高于头茬艾。这说明二茬艾中非腺毛的积累量明显高于头茬艾，叶片的出绒率较高。

图4 头茬艾与二茬艾出绒率比较（,n=3）

图5 头茬艾与二茬艾中部叶片扫描电镜图（×200）

3.4 叶片总挥发油及挥发性组分比较

3.4.1 总挥发油含量比较 从图6 可知，二茬艾的总挥发油含量与头茬艾相比降低了12.9%，但差异无统计学意义。这说明与头茬艾相比，二茬艾叶片中总挥发油的积累量较低，但降低幅度较小。

图6 头茬艾与二茬艾中总挥发油含量（,n=3）

3.4.2 挥发性组分比较 取6 批艾叶样品提取总挥发油，按挥发性成分含量测定方法检测，得到总离子流图，将各挥发油的GC-MS 图谱导入中药色谱指纹图谱相似度评价系统2004 A 版，生成6 批样品指纹图谱（图7）和指纹图谱相似度（表2），3批头茬艾与3 批二茬艾组内相似度均大于0.95，所有批次的艾叶相似度均大于0.90，符合指纹图谱要求。

表2 艾叶挥发油GC-MS 指纹图谱相似度

图7 头茬艾和二茬艾GC-MS指纹图谱

由GC-MS 分析结果可知，头茬艾与二茬艾叶片中挥发油化学成分的种类差异不大，从头茬艾与二茬艾叶片挥发性成分中选取萜类、烯类和酯类化合物共31 种共有成分，见表3。采用峰面积归一化法计算头茬艾与二茬艾中这31 种成分所占总流出峰面积的平均相对百分含量，这31 种共有成分分别占头茬艾与二茬艾总挥发性成分的75.08%和74.60%。其中，质量分数超过5%的共有成分有桉油精（头茬艾16.55%、二茬艾17.04%）、异龙脑（头茬艾11.47%、二茬艾5.72%）、侧柏酮（头茬艾9.99%、二茬艾10.94%）、D-樟脑(头茬艾6.58%、二茬艾9.78%)和（-）-4-萜品醇（头茬艾5.81%、二茬艾5.70%），这5 种挥发性成分总含量分别占头茬艾与二茬艾叶片总挥发油含量的50.40%和49.19%。二茬艾中桉油精、侧柏酮、D-樟脑、反式石竹烯等15 种共有成分的含量多于头茬艾，其中8 种共有成分含量显著高于头茬艾，而异龙脑、乙酸冰片酯、（-）-4-萜品醇等16 种成分含量低于头茬艾，其中8 种共有成分含量显著低于头茬艾。头茬艾与二茬艾中桉油精的含量差异不大，但二茬艾中龙脑的含量显著低于头茬艾。由此可见，虽然头茬艾与二茬艾叶片中挥发性组分无明显差异且主要药用成分桉油精的差异较小，但16 种挥发性组分的相对含量差异较大，说明头茬艾与二茬艾叶片中各挥发性组分的积累存在明显差异。

表3 头茬艾与二茬艾叶片中挥发性成分相对质量分数（,n=3）

表3 头茬艾与二茬艾叶片中挥发性成分相对质量分数（,n=3）

注：与头茬艾相比，小写字母表示P＜0.05；大写字母表示P＜0.01；表4同。

3.5 叶片黄酮和酚酸类成分比较

从表4 可知，头茬艾与二茬艾叶片中隐绿原酸、异绿原酸B 和异绿原酸A 的含量差异有统计学意义（P＜0.05），棕矢车菊素的含量差异有统计学意义（P＜0.01）。与头茬艾相比，二茬艾叶片中异绿原酸B、异绿原酸A 和棕矢车菊素的含量分别增加了34.89%、97.97%和614.74%，隐绿原酸的含量降低了48.48%，而新绿原酸、绿原酸、异绿原酸C 和异泽兰黄素的含量差异无统计学意义。说明头茬艾和二茬艾中叶片中各黄酮和酚酸类成分含量差异较大，除隐绿原酸外，二茬艾中其余黄酮和酚酸类成分含量均有所增加或差异不大，整体来说，二茬艾叶片中黄酮及酚酸类成分含量高于头茬艾。

表4 头茬艾与二茬艾叶片黄酮和酚酸类成分质量分数（,n=3） mg·g−1

表4 头茬艾与二茬艾叶片黄酮和酚酸类成分质量分数（,n=3） mg·g−1

3.6 叶片中化学成分的PCA

PCA 是一种无监督模式的识别方法，可通过降维的方式直观展现多变量的样品差异。将头茬艾与二茬艾叶片总挥发油及31 种挥发性成分含量、8 种黄酮和酚酸类成分含量导入SIMCA-P14.1 软件进行分析，得PCA 得分图（图8）。可以看出头茬艾与二茬艾沿着PC1 轴方向具有明显的区分趋势，且6 批样品可完全按照采集时间进行归类，这说明了头茬艾与二茬艾叶片中化学成分差异明显。

图8 头茬艾与二茬艾化学成分的PCA得分

4 讨论

头茬作物和二茬作物的产量及品质差异较大，刘刚等[17]通过研究发现，二茬燕麦与头茬燕麦相比经济产量和单位面积粗蛋白含量较低；李春宏等[18]发现，二茬高粱的产量显著高于头茬高粱。本试验中，二茬艾的株高与茎粗显著低于头茬艾，这可能是由于5 月蕲艾第一次采收前经历了长时间的营养积累，而二茬艾营养生长期天气炎热，气候条件和水分状况及根系活力不如3—5 月，到了8 月，蕲艾进入开花前的物质准备阶段而停止生长，因此蕲艾的生长速度和物质积累时间不如头茬艾，导致二茬艾的叶片干质量、茎秆干质量显著低于头茬艾。头茬艾收割之后，留茬主秆上开始萌发2～5 个侧芽，生长成新的蕲艾植株，因此二茬艾的茎秆较细，也解释了二茬艾叶茎比显著高于头茬艾的结果。

将艾叶粉碎可以制成艾绒，艾绒的主要成分是一种特殊形态的非腺毛[19]，主要分布于艾叶的背部，在炎热的夏季可以降低叶片的蒸腾作用，防止水分过度散失，保证植株正常的生理代谢[20]。在本试验中，二茬艾的出绒率显著高于头茬艾，这可能是由于二茬艾的营养生长期气候炎热，蕲艾为了抵御不良环境而分化出了更多的非腺毛。也有研究证明，随着艾叶叶龄增大，其非腺毛逐渐脱落，出绒率降低[21]，而二茬艾的叶龄较头茬艾更低，与该研究结果一致。艾叶中富含丰富的挥发油、黄酮和酚酸类成分，是衡量艾叶品质的主要因素。二茬艾中的总挥发油含量与头茬艾相比降低了12.9%，两者的GC-MS 总离子流图较为相似，但其各组分含量差异明显。桉油精和龙脑是艾叶在《中国药典》2020 年版中的规定成分[22]，对于呼吸系统疾病、心脑血管疾病的治疗有良好的效果[23]，头茬艾与二茬艾中桉油精成分含量差异不大，但头茬艾中龙脑含量明显高于二茬艾；侧柏酮和樟脑是艾叶挥发油中已知的毒性成分[24]，侧柏酮对于肝、肾和神经系统有明显毒性，樟脑对于生殖器官、神经系统、肝脏和心脏具有不良反应，二茬艾中的侧柏酮和D-樟脑含量高于头茬艾，由此可见，头茬艾挥发油的产量及药理活性优于二茬艾，但总体来说差异不明显。艾叶中的黄酮和酚酸类成分具有镇痛消炎、改善血液循环、温经止血等作用[2]，二茬艾中除隐绿原酸含量有所下

降之外，其余成分均为上升或变化较小，这说明二茬艾中黄酮和酚酸类成分含量较高，质量较好。

综上所述，二茬艾虽叶片产量不如头茬艾，但蕲艾采收2茬与采收1茬相比可增产61.5%，增产幅度较大。二茬艾的出绒率较高，适宜作为制作灸材的原材料，创造较高的经济效益；二茬艾总挥发油含量略低于头茬艾，但药用活性成分桉油精含量无明显差异；除此之外，二茬艾中黄酮和酚酸类成分含量总体来说优于头茬艾，质量较好。因此，生产实践上可以通过采收二茬艾提高蕲艾的产量，且二茬艾质量较优，可以加以利用，减少对资源的浪费。