油菜素内酯对姜黄次生代谢产物合成的影响

2023-12-05管婧李花陈龙刘建福吴新泉

东南园艺 2023年3期

管婧李花陈龙刘建福吴新泉

摘要要：【目的】姜黄是我国的传统中药材，被国家列入药食同源目录。通过喷施不同质量浓度的油菜素内酯（BR），分析外源BR对姜黄代谢产物的影响，为姜黄栽培提供理论依据。【方法】以姜黄盆栽苗为试验材料，采用完全随机分组试验设计，叶面分别喷施0.01、0.05、0.1和0.2 mg/L BR后，检测姜黄根状茎的氨基酸、总黄酮、姜黄素类化合物和挥发油的含量。【结果】喷施0.1 mg/L BR后，姜黄总黄酮、姜黄素、去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素含量显著提高，分别比对照提高128.99%、73.05%、99.56%和97.42%；0.01和0.05 mg/L BR显著提高姜黄挥发油含量；亮氨酸与天冬氨酸含量在0.05 mg/L BR时达到最大值。【结论】喷施0.05～0.1 mg/L外源BR能够促进姜黄次生代谢产物的生物合成，进而提高姜黄的药材品质。

关键词：姜黄；油菜素内酯；挥发油；代谢产物

中图分类号：S685.99 文献标识码：B 文章编号：2095-5774（2023）03-0172-05

Effect of Brassinolide on Synthesis of Secondary Metabolites in Turmeric（Curcuma longa L.）

Guan Jing1，Li Hua1，Chen Long1，Liu Jianfu1*，Wu Xinquan2

（1 Institute of Horticultural Science and Engineering，Huaqiao University，Xiamen，Fujian 361021，China；

2 Quanzhou Quanfeng Biotechnology Co.，Ltd.，Quanzhou，Fujian 362014，China）

Abstract：【Objective】Turmeric is a traditional Chinese medicinal herb in China，which has been included in the national list of medicinal and food sources. By spraying different concentrations of brassinolide （BR），the effect of exogenous BR on the metabolites of turmeric potted seedlings was explored，providing a theoretical basis for its cultivation. 【Method】Using potted seedlings of Curcuma longa L. as the experimental material，a completely randomized block design was used. After spraying 0.01 mg/L，0.05 mg/L，0.1 mg/L，and 0.2 mg/L BR on the leaves，the content of amino acids，total flavonoids，curcumin，and volatile oil in the rhizome of Curcuma longa L. were determined. 【Result】After spraying 0.1 mg/L BR，the contents of total flavonoids，curcumin，demethoxycurcumin，and didemethoxycurcumin all reached their maximum values，increasing by 128.99%，73.05%，99.56%，and 97.42%，respectively compared to the control；0.01 mg/L and 0.05 mg/L BR significantly increased the content of volatile oil in turmeric. The content of leucine and aspartic acid reaches maximum value after spraying 0.05 mg/L BR. 【Conclusion】Spraying appropriate 0.05-0.1 mg/L BR exogenous BR can promote the biosynthesis of secondary metabolites in turmeric，thereby improving the medicinal quality of turmeric.

Key words：Curcuma longa L.；Brassinolide；Volatile oil；Metabolites

姜黄（Curcuma longa L.）是姜科多年生草本植物，原产于印度和东南亚地区［1］。目前我国姜黄种植面积已经超过6 667 hm2，主要集中在四川、云南、广东、福建等地。姜黄的药用历史可以追溯到五千年前，是印度瑜伽及传统养生疗法阿育吠陀的一种重要草药。姜黄的药用部位以根状茎和块根为主，其药用成分主要为姜黄素类和挥发油，包括黄酮类化合物、甾醇类、多肽类、脂肪酸、生物碱及微量元素等活性成分，具有抗菌、抗炎、祛痰、止咳、平喘、抗腫瘤、调节免疫、抗衰老等药理作用［2，3］。

油菜素内酯（Brassinolide，BR）是一种甾醇类激素，参与调控植物的各项生长发育过程［4］，可以促进细胞生长与分裂，增强光合作用，促进种子和幼苗生长，提高作物的品质，增强作物在逆境抗性等［5-7］。有研究表明，BR在提高药用植物活性成分方面具有显著作用，如促进青蒿中青蒿素合成［8］，提高半夏［9］、甘草［10］、黄芩［11］的生物活性成分含量，但对姜黄素和挥发油等姜黄次生代谢产物合成调控尚未见报道，本研究通过姜黄叶面喷施BR，测定根状茎中氨基酸、总黄酮、姜黄素类化合物和挥发油等物质含量，分析BR对姜黄生物活性成分合成代谢的影响，也为外源激素提高姜黄药用成分的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在华侨大学厦门校区温室内进行。供试材料为姜黄品种‘桂热1号，由泉州市泉丰生物科技有限公司提供。2022年3月姜黄将根状茎种植于上口直径15 cm、高10 cm的花盆中，取草炭与菜园土按12混合作为栽培土，每盆装土3 kg，培养3个月后，株高为60～70 cm，叶片为5～6片，选取长势一致的幼苗用于试验，试验期间按常规进行水肥管理。

1.2 试验方法

在姜黄株高30 cm左右时进行叶片喷施BR处理；BR设置4个浓度处理，分别为0.01、0.05、0.1、0.2 mg/L，以蒸馏水为对照；每个处理5盆，重复3次，隔7 d喷施1次，共喷3次，喷施时间在1700左右，以叶片正反面湿润，叶尖挂水珠为止。喷施结束7 d后进行取样，截取各处理姜黄根状茎，清洗干净后，将根状茎切成约5 mm薄片，放入55 ℃烘箱中24 h烘至恒重，使用打粉机研磨成粉末后经20目筛网过筛，放入密封罐常温阴凉处保存。

1.3 测定指标与方法

姜黄氨基酸（亮氨酸与天冬氨酸）含量测定采用茚三酮显色法［12］，总黄酮含量测定采用芦丁比色法［13］，姜黄素类化合物（姜黄素、去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素）含量测定采用HPLC法［14］，挥发油含量采用水蒸馏法提取［15］。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2019軟件进行数据处理，采用Origin 2019软件进行作图，采用SPSS Statistics 22软件进行显著性差异分析。

2 结果与分析

2.1 BR对姜黄氨基酸含量的影响

BR能够提高姜黄根状茎中氨基酸的含量（图1），亮氨酸与天冬氨酸的含量均随着BR的浓度增加先升高后降低。喷施BR后，亮氨酸与天冬氨酸含量均显著提高，且各处理中天冬氨酸含量均高于亮氨酸含量；0.05 mg/L BR时，亮氨酸与天冬氨酸含量达到最大值，分别比对照提高483.23%和494.46%；0.1 mg/L和0.2 mg/L处理含量下降。因此，0.05 mg/L BR有利亮氨酸与天冬氨酸的合成。

2.2 BR对姜黄总黄酮含量的影响

总黄酮是药用植物的主要活性成分，其含量受到植物生长环境因子的影响［13］。由图2可知，喷施0.01～0.10 mg/L BR后，显著提高了姜黄中总黄酮含量，且随着BR浓度的升高而升高；0.1 mg/L BR时，姜黄总黄酮含量达到最大值，比对照提高128.99%。0.2 mg/L BR时，总黄酮含量高于对照，但与对照差异不显著。因此，0.1 mg/L BR有利姜黄总黄酮的合成。

2.3 BR对姜黄中姜黄素类化合物含量的影响

姜黄进行BR处理后，姜黄中姜黄素类化合物的含量得到提高，其中姜黄素含量高于去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素含量（图3）。随着BR浓度的增加，姜黄素类化合物含量表现出先升高后下降；0.1 mg/L BR时，姜黄素、去甲氧基姜黄素和双去甲氧基姜黄素含量均达最大值，分别比对照提高73.05%、99.56%和97.42%。0.2 mg/L BR时，姜黄素类化合物含量高于对照，但与对照差异不显著。因此，喷施0.1 mg/L BR有利姜黄素类化合物的合成。

2.4 BR对姜黄挥发油含量的影响

由图4可知，随着喷施BR浓度的增加，姜黄挥发油含量表现为先升高后降低；0.01～0.05 mg/L BR显著提高姜黄挥发油含量；0.01 mg/L BR时，挥发油含量达到最大值为0.493 mL/g，比对照提高20.86%。0.1 mg/L BR时，挥发油含量与对照差异不显著；0.2 mg/L BR时，姜黄挥发油含量最小，为0.323 mL/g，比对照组降低20.86%，且差异显著。因此，0.01～0.05 mg/L BR有利姜黄挥发油的合成。

3 结论与讨论

油菜素内酯（BR）是一类广泛存在于植物中的甾醇类激素，自从作为第六大植物激素被发现以来广受关注。油菜素内酯在植物的生长发育、提高植物初生代谢产物和次生代谢产物含量方面都有重要的作用，参与植物各个生长过程的调控［4］。油菜素内酯通过提高卡尔文循环关键酶的活力及基因表达而提高植物的光合效率，通过影响其合成的关键基因对次生代谢产物起调控作用［10］。外源油菜素内酯通过促进青蒿素生物合成关键基因ADS、CYP71AV1和DBR2的表达而促进青蒿中青蒿素的合成，对药用植物青蒿中的倍半萜类次生代谢产物—青蒿素的生物合成具有重要的调控作用［8］；申雨肖等［9］施用油菜素内酯显著促进半夏生物碱的含量；王孟珂［16］发现EBR能显著提高银杏叶片中黄酮类化合物的含量；EBR具有调节植物生长发育和次生代谢的作用，特别是对类黄酮化合物的合成和积累有显著的促进作用。

姜黄是中国的传统中药，其功效成分为挥发油和姜黄素。挥发油主要以萜类化合物为主，还有姜黄酮、姜油烯等；酚性成分主要有姜黄素类化合物等［17］。姜黄次生代谢产物的生成受到苯丙烷代谢和萜类代谢等多条合成途径关键酶基因的调控［18］，同时也受到植物激素的影响；2，4-表油菜素内酯（EBR）可通过诱导苯丙氨酸解氨酶、肉桂酸-4-羟化酶、香豆酸辅酶A连接酶活性上升，增加总酚和类黄酮含量［19］。本研究表明姜黄喷施0.05～0.10 mg/L油菜素内酯可能显著提高苯丙烷合成途径代谢，促进姜黄素类化合物、萜类物质、氨基酸和总黄酮物质的合成。

参考文献：

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［9］申雨肖，姚晓芹，张世豪，等．油菜素内酯对半夏品质及产量的影响［J］．北方园艺，2021（16）：116-122.

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