隴中半干旱地區不同年限甘草生長與有效成分積累動態研究

范 銘，曹愛農，晉小軍，金雷杰，張 翰

(1.甘肅農業大學 農學院 甘肅省中藥材規范化生產技術創新重點實驗室， 蘭州 730070；2.甘肅金佑康藥業科技有限公司，蘭州 730100)

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隴中半干旱地區不同年限甘草生長與有效成分積累動態研究

范 銘1，曹愛農1，晉小軍1，金雷杰2，張 翰2

(1.甘肅農業大學 農學院 甘肅省中藥材規范化生產技術創新重點實驗室， 蘭州 730070；2.甘肅金佑康藥業科技有限公司，蘭州 730100)

為了探索隴中半干旱地區不同年限栽培甘草的生長規律，于2015年5-10月在甘肅省榆中縣中連川村設計大田試驗，研究2、3和4 a生栽培甘草生長與有效成分積累動態。結果表明，甘草株高、主莖粗、主根直徑、生物量均隨生長年限的增加呈先快速增長后減緩的變化趨勢；3 a生甘草平均株高、主莖粗、主根直徑和根干生物量分別較2 a生增加117.98%、109.62% 、82.33%和94.17%，4 a生較3 a生分別增加54.25%、11.58% 、25.75%和94.92%；甘草酸、甘草苷質量分數隨生長年限的增加顯著增加，2、3、4 a生甘草平均甘草酸質量分數分別為1.03%、1.82%和3.05%，甘草苷質量分數分別為0.57%、0.91%和1.76%，3 a 生平均甘草酸和甘草苷質量分數比2 a生增加76.70%和59.65%，4 a生比3 a生增加67.58%和81.44%。不同生長年限甘草酸和甘草苷質量分數均在8月達最大值，后略有下降。

隴中半干旱地區；甘草；生長動態；甘草酸；甘草苷

甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)是生長在干旱和半干旱荒漠草原的豆科(Leguminosae)甘草屬(GlycyrrhizaLinn.)多年生草本宿根植物，以味甘而得名[1]，別名美草、密甘、國老、靈通、藥祖等。作為藥物使用首載于《五十二病方》，其詳細藥用功效始載于《神農本草經》[2]。據統計，甘草在臨床的使用頻率高達50%以上，在傷寒論中更是高達62%左右[3]，故有“十方九草”之稱。隨著現代科學技術的發展，甘草在藥理作用方面不斷有新的發現，如抗炎作用[4-5]、抗病毒作用[6-7]、抗腫瘤作用[8]、抗氧化作用[9-10]、抗抑郁作用等[11-12]。同時，甘草提取物被廣泛地應用于化工業、食品工業、化妝品等行業[13]。甘草由于耐旱、耐堿、耐沙埋等特性，也是維護荒漠和半荒漠草原地區生態環境的重要植物。傳統商品甘草主要依靠野生資源提供[14]，隨著用量的不斷增加，野生資源量已不能滿足需求，且采挖野生甘草會造成嚴重的生態環境破壞，人工栽培勢在必行。

甘草研究主要集中于有效成分、藥材質量和臨床藥理方面。栽培技術研究相對滯后，特別是對甘草生長動態研究相對較少，對不同年限甘草生長動態研究未見報道。本試驗研究不同年限甘草生長與有效成分積累動態，以期為甘草規范化栽培和最佳采收期的確定提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗于2015年5-10月在甘肅省榆中縣中連川鄉中連川村進行。試驗區地處黃土高原丘陵溝壑區，海拔2 390 m，104°26′27.2″E，36°00′44.5″N。歷年平均氣溫6.7 ℃，年日照時數2 563 h,≥10 ℃積溫2 350 ℃，無霜期146 d，年均降雨量382 mm，年均蒸發量1 341 mm。試驗地土壤屬黃綿土，試驗地0～30 cm土壤肥力指標測定為：有機質16.56 g/kg，全氮1.10 g/kg，全磷0.91 g/kg，全鉀20.98 g/kg，堿解氮59.01 mg/kg，速效磷6.04 mg/kg，速效鉀105.9 mg/kg，pH 7.75。

1.2 試驗材料

供試材料為甘肅金佑康藥業科技有限公司甘草種植基地的不同生長年限的甘草，經甘肅農業大學晉小軍研究員鑒定，確認為甘草(GlycyrrhizauralensisFisch.)。

1.3 儀器與設備

卷尺、游標卡尺、電子天平、烘箱、高效液相色譜儀(IC-2010A HT，島津技邇商貿有限公司)等。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 測定指標 分別于測定日05-05、06-08、07-06、08-06、09-06和10-25隨機取不同生長年限甘草30株，測定株高、主莖粗、主根直徑，地上部分鮮、干質量，匍匐莖鮮、干質量，根部鮮、干質量，甘草酸、甘草苷質量分數。

1.4.2 測定方法 株高：選出主莖，用卷尺測定從地面到最高點的距離；主莖粗：用游標卡尺測定主莖距地面1 cm處的粗度；主根直徑：用游標卡尺測定根部蘆頭下1 cm處的粗度；生物量：用電子秤進行稱量，測定鮮質量后，于105 ℃ 殺青2 h，然后60 ℃烘至恒量測定；有效成分：每個小區隨機選取甘草10株，粉碎，測定甘草酸、甘草苷質量分數。甘草酸和甘草苷的測定均參照《中國藥典》(2015)第一部規定方法。

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2013進行數據處理及作圖，用SPSS 17.0進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同生長年限甘草地上部分生長動態

2.1.1 株高動態變化 由圖1可見，在相同的生態環境條件下，甘草株高隨生長年限的增加而增加。以4 a生最高，全年平均達71.72 cm，2 a生甘草較低，平均為21.33 cm，3 a生介于兩者之間，平均為46.50 cm。3 a生甘草較2 a生年平均株高增加117.98%，4 a生甘草較3 a生增加54.25%。

就全年株高的變化看，2 a生甘草從移栽至6月前生長緩慢，7月后迅速生長，而3 a生甘草6月即開始迅速生長，較2 a生提早1個月進入速生期；4 a生較3 a生返青略早，生長勢更強，在2 a生甘草移栽時株高已達3.56 cm。2、3和4 a生甘草株高均在5-8月各月份間差異顯著，8-10月無顯著差異。4 a生甘草生長速率較2、3 a生快，以6-7月株高增長率進行比較，2、3和4 a生依次為每月10.58 cm、30.58 cm和39.57 cm。2、3和4 a生甘草株高均在9月達最高，依次為37.9 cm、70.13 cm和110.75 cm，10月略有下降，這與地上部分枯萎，頂部葉片脫落有關。總體來看，不同年限甘草株高存在顯著差異，在試驗范圍內，生長年限越長，甘草株高越高，并較早進入速生期。

圖1 不同生長年限甘草株高動態變化

2.1.2 主莖粗動態變化 由圖2可見，在相同的生態條件下，甘草的主莖粗隨著生長年限的增加呈先快后慢的增粗趨勢。2、3和4 a生甘草主莖粗年平均為0.214 cm、0.449 cm和0.501 cm，與2 a生相比，3、4 a生主莖粗平均增加109.60%和134.17%，4 a生甘草增粗程度較3 a生降低。

圖2 不同生長年限甘草主莖粗動態變化

2 a生甘草主莖粗5-6月迅速增粗，6月主莖粗顯著高于5月，之后增粗減緩，6-10月各月間差異不甚顯著；3 a生主莖粗5-8月迅速增粗，月增粗0.21 cm，8-9月生長緩慢，平均增長率為每月0.01 cm；4 a生變化規律與3 a生基本一致，5-8月各月間差異顯著，8-10月無顯著差異。2、3和4 a生甘草主莖粗均在9月達最大值，依次為0.301 cm、0.642 cm和0.735 cm。 2、3 a生主莖增粗顯著，3 a后差異減小。

2.1.3 地上生物量動態變化 試區海拔高，氣溫低，4月底甘草才開始返青，之后地上部分生物量迅速增加，9-10月隨著甘草葉片脫落，地上部分生物量開始減少。如表1所示，2 a生甘草6-8月地上部分生物量迅速增加，至9月鮮、干生物量均達最大值，分別為每株11.29 g和6.02 g，3、4 a生甘草5-8月地上生物量迅速積累，于8月份達最大值，每株鮮生物量分別為47.20 g和59.70 g，每株干生物量分別為14.93 g和21.59 g。2 a生甘草地上部分8-9月增長最快，增長率為每月每株2.84 g，3、4 a生甘草均于6-7月增長率達最大，分別為每月每株9.29 g和8.00 g。

總體來看，不同生長年限甘草地上部分生物量隨著生長年限增加而增加，2、3和4 a生甘草平均地上鮮生物量每株分別為4.37 g、21.18 g和29.30 g，干生物量每株分別為1.96 g、8.65 g和12.91 g，3 a生干生物量較2 a生增加341.32%，4 a生較3 a生增加49.25%。

表1 不同生長年限單株甘草生物量動態變化

2.2 不同生長年限甘草地下部分生長動態

2.2.1 主根直徑動態變化 由圖3可見，不同生長年限甘草主根直徑以4 a生最高，平均可達1.802 cm，2 a生甘草最低，平均為0.785 cm，3 a生介于兩者之間，平均為1.433 cm。3 a生較2 a生主根直徑年平均增加82.33%，4 a生較3 a生年平均增加25.75%。

從年變化來看，2 a生甘草前期差異不顯著，主根直徑無明顯變化，月增長率為0.07 cm，8月后顯著增粗，8-9月增粗0.253 cm，9、10月顯著高于8月；3 a生主根直徑增粗生長明顯早于2 a生，于6月初即開始增粗，6-8月主根直徑各月間差異顯著，6-8月增長率為每月0.217 cm。這與甘草移栽后緩苗和土壤干旱有關。4 a生甘草增粗緩慢，各月間差異不甚顯著，呈現平穩的上升趨勢， 6-8月增粗相對較快，增長率為每月0.108 cm。2、3和4 a生甘草主根直徑10月分別為1.062 cm、1.740 cm和1.949 cm，達到當年最粗。

圖3 不同生長年限甘草主根直徑動態變化

2.2.2 地下生物量動態變化 地下部分生物量是指甘草根和匍匐莖生物量總和。生產中甘草匍匐莖可用于無性繁殖，有研究認為甘草匍匐莖中也含有少量的甘草酸、甘草苷等活性成分。由表1 可以看出，甘草移栽后，自7月開始萌發匍匐莖，之后匍匐莖生物量逐月增加，3 a生甘草匍匐莖生物量從5-10月呈穩定上升趨勢，4 a生變化規律與3 a生類似。甘草匍匐莖生物量隨著生長年限的增加而增加，2、3和4 a生年平均單株鮮質量分別為1.65 g、7.96 g和15.62 g，平均單株干質量分別為0.89 g、3.63 g和7.86 g，3 a生匍匐莖干生物量比2 a生增長305.59%，4 a生比3 a生增長116.53%。

甘草以根莖入藥，根部是收獲目標，也是光合產物積累和儲藏的重要器官，甘草根部生物量的大小決定著產量和經濟效益。如表1所示，地上部分返青之后，根部生物量隨之開始迅速積累。2 a生甘草在5-7月根部鮮生物量略有增長，干質量基本不增加，是由于發芽時需要消耗根部營養物質， 8-10月根部鮮干質量迅速增加，10月達最大值，單株鮮質量和干質量分別為18.54 g和10.78 g，這與該期甘草生長旺盛、光合產物積累量大及枯萎時地上部分物質轉移有關。3、4 a生甘草根部生物量5-6月增長緩慢，7月即開始迅速增長，且均在10月達最大值，單株根平均鮮質量分別為41.39 g和63.46 g，單株平均干質量分別為21.70 g和33.23 g。3、4 a生甘草休眠期單株消耗干質量分別為2.27 g和3.87 g，3 a生甘草在7月單株干生物量較休眠前增加0.27 g，4 a生甘草于6月恢復并較休眠前單株增加1.16 g。就不同生長年限甘草根部生物量平均值而言，2 a生、3 a生和4 a生甘草根部單株鮮生物量分別為10.08 g、31.22 g和60.62 g，單株干生物量分別為4.97 g、13.77 g和26.84 g，3 a生根部鮮、干生物量分別較2 a生增加209.72%和94.17%，4 a生根部鮮、干生物量分別較3 a生增加117.06%和94.92%。

如表1所示，不同生長年限甘草總生物量(地上生物量+地下生物量)變化規律基本類似，均表現為5-6月緩慢增長，7-9月迅速增加，2 a生和4 a生總生物量均于9月達最大值，3 a生10月份最大，2、3和4 a生甘草單株年平均總生物量分別為7.53 g、25.90 g和45.94 g。由于返青期地上部分生物量較小，光合產物積累能力弱，同時消耗根部營養，總生物量較小；7-9月甘草進入旺盛生長期，光合產物積累量大，總生物量迅速上升，10月地上部分枯萎，總生物量略有降低。

2.3 不同生長年限甘草有效成分質量分數動態變化

不同生長年限甘草有效成分質量分數測定結果見表2。由表2可知，甘草酸和甘草苷質量分數均隨著甘草生長年限的增加而增加，2、3和4 a生平均甘草酸質量分數分別為1.03%、1.82%和3.05%，甘草苷質量分數分別為0.57%、0.91%和1.76%，3 a生甘草酸和甘草苷質量分數比2 a生分別增長76.70%和59.65%，4 a生比3 a生分別增長67.58%和81.44%。1 a內甘草酸、甘草苷質量分數均呈倒“V”型的變化趨勢。2 a生甘草酸質量分數5月最低，隨著生長期推移逐漸增加， 8月達到最大值，為1.35%，9-10月略有降低；3 a生甘草酸質量分數在8月達最大，為2.2%，4 a生甘草酸質量分數在9月達最大，為3.40%。不同生長年限甘草苷的年動態變化與甘草酸類似，2、3和4 a生均于8月達最大值，分別為0.70%、 1.15%和2.19%。

表2 不同生長年限甘草有效成分質量分數的動態變化

3 結論與討論

甘草株高、主莖粗、地上部分生物量等均隨著生長年限的增加而增加，其速生期也隨著生長年限的增加而提早，3、4 a生甘草速生期可較2 a生甘草提前1個月。3 a生甘草平均株高、主莖粗、地上干生物量分別較2 a生增加117.98%、109.62%和341.32%，4 a生分別較3 a生增加54.25%、11.58%和49.25%，4 a生甘草的株高、主莖粗和地上干生物量增長率均較3 a生有所降低，這與谷會巖等[15]研究結果基本一致，但其研究無年內動態變化。

甘草主根直徑也隨著生長年限增加而增加，但4 a生甘草主根直徑增長量較小，3、4 a生甘草平均主根直徑分別較前一年增加82.33%和25.75%。同一年內甘草根部生物量在4-6月較上一年略有降低， 6-8月光合產物積累迅速，生物量快速增加， 9-10月地上部分物質轉移，根部生物量出現第2個增長期。因此，可將甘草根部生長動態劃分為4個時期，即休眠期-恢復增長期-快速增長期-轉移緩慢增長期。甘草根部生物量隨著生長年限逐年增加，3、4 a生根部年平均干生物量分別較前一年增加94.17%和94.92%。

藥用植物中有效成分的積累動態與植物生長發育階段的關系是確定適宜采收期的重要指標。隨著生長年限增加，甘草酸、甘草苷質量分數也顯著增加，3 a生平均甘草酸和甘草苷質量分數較2 a 生增加76.70%和59.65%，4 a生較3 a生增加67.58%、81.44%，4 a生甘草苷大量積累，可達到藥典標準4倍以上。同年內，甘草酸、甘草苷質量分數先增加后降低，于8月達最大值。彭勵等[16]研究半野生型烏拉爾甘草中甘草酸質量分數隨生長年限延長而增加，隨生長季節呈現波動性上升趨勢，與本研究后期下降結果有差異。

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(責任編輯：潘學燕 Responsible editor:PAN Xueyan)

Growth and Accumulation of Active Components of Licorice in Different Growth Years in Semiarid Regions of Middle of Gansu Province

FAN Ming1,CAO Ainong1,JIN Xiaojun1,JIN Leijie2and ZHANG Han2

(1.Key Laboratory for the Standardized Production and Innovation of Chinese Herbal Medicines in Gansu Province,Agricultural College,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.Gansu Jinyoukang Pharmaceutical Technology Company Limited,Lanzhou 730070,China)

In order to explore the growth regularity of cultivated licorice in different years in semiarid regions of Middle of Gansu province,field experiment was conducted in Yuzhong county of Gansu province during May to October in 2015,to study the dynamics of growth andof active components accumulation of the biennial,triennial and quadrennial licorice.The results showed that the plant height,main stem diameter,main root diameter and the biomass of licorice showed a trend of the first rapid and then slow growth with the increase of growth period.The average plant height,main stem diameter,main root diameter and root dry biomass of triennial licorice respectively were 117.98%,109.62%,82.33% and 94.17% higher than those of the biennial,and those of quadrennial licorice respectively were 54.25%,11.58% ,25.75% and 94.92% higher than those of the triennial.The mass fraction of glycyrrhizic acid and liquritin increased significantly with the growth period.The average mass fraction of glycyrrhizic acid in the biennial,triennial and quadrennial licorice was 1.03%,1.82% and 3.05% respectively,and the average liquritin mass fraction was 0.57%,0.91% and 1.76% respectively.The mass fraction s of glycyrrhizic acid and liquritin in triennial licorice respectively increased by 76.70% and 59.65% compared to the biennial,and those of quadrennial licorice respectively increased by 67.58% and 81.44% compared to the triennial.For different year-aged licorice,the mass fraction of glycyrrhizic acid and liquritin reached the maximum in August,and then decreased slightly.

Semiarid regions of middle of Gansu province; Licorice; Growth dynamics; Glycyrrhizic acid; Liquritin

FAN Ming,female,master student.Research area:resources and utilization of medicinal plant.E-mail:1425387378@qq.com

JIN Xiaojun,male,research fellow,master supervisor.Research area:resources and utilization of medicinal plant.E-mail:jingxj@gsau.edu.cn

2016-01-18

2016-03-11

甘肅農業大學項目(070003)。

范 銘，女，在讀碩士，研究方向為藥用植物資源與利用。E-mail:1425387378@qq.com

晉小軍，男，研究員，碩士生導師，主要從事藥用植物資源與利用研究。E-mail:jingxj@gsau.edu.cn

日期：2016-10-20

S567.7+1;S147.22

A

1004-1389(2016)10-1522-07

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20161020.1655.030.html

Received 2016-01-18 Returned 2016-03-11

Foundation item The Key Project of Gansu Agricultural University(No.070003).