膜莢黃芪毛蕊異黃酮葡萄糖苷積累規律研究

呂爽 包蕊 劉俊頻 袁元 全雪麗 吳松權

摘要：為了解膜莢黃芪毛蕊異黃酮葡萄糖苷的積累規律，為膜莢黃芪的種植和采收提供理論依據，測定了自然環境條件下膜莢黃芪生長中的生物量，毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量，土壤溫度和濕度，并分析了毛蕊異黃酮葡萄糖苷積累變化規律。總體而言，隨著生物量的增加，毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量在葉中呈下降趨勢，在莖中呈上升趨勢，而在根中表現出先下降再上升的趨勢、且與土壤溫度和水分呈顯著負相關，病蟲害的發生則明顯降低了生物量和毛蕊異黃酮苷的積累。研究得出的結論是膜莢黃芪毛蕊異黃酮葡萄糖苷的積累具有組織特異性，其在地上部和地下部的含量受不同機制的調控，適當的低溫和水分脅迫有利于根中毛蕊異黃酮糖苷的積累。

關鍵詞：膜莢黃芪;毛蕊異黃酮葡萄糖苷;積累規律;病蟲害

中圖分類號：S567.23+9.01? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）05-0103-03

收稿日期：2018-06-07

基金項目：國家自然科學基金（編號：21462044、30860036）。

作者簡介：呂 爽（1993—），女，吉林松原人，碩士研究生，研究方向為特種植物資源。E-mail：893226771@qq.com。

通信作者：全雪麗，博士，教授，碩士生導師，研究方向為特種植物資源，E-mail：qxl2000@aliyun.com;吳松權，博士，副教授，碩士生導師，研究方向為特種植物資源，E-mail：arswsq@ybu.edu.cn。

黃芪為豆科（Leguminosae）植物蒙古黃芪[Astragalus membranaceus （Fisch.）Bge. var. mongholicus（Bge.）Hsiao]或膜莢黃芪[Astragalus membranaceus （Fisch.）Bge.]的干燥根，具有補氣升陽、固表止汗、利水消腫、生津養血、行滯通痹、脫毒排膿的功效[1]。黃芪含有多種化學成分，主要有皂苷類、多糖類和異黃酮類等[2-3]。其中毛蕊異黃酮葡萄糖苷是黃芪中主要的異黃酮類活性成分，具有抗炎、抗病毒、抗菌、清除超氧陰離子、保護肝細胞、增加缺血再灌注大鼠腦細胞中膜的流動性[4]、預防骨質疏松、增強骨質再生等作用[5]，并且對糖尿病腎病的發展也具有潛在的調控作用[6]。2015年版《中華人民共和國藥典》中規定毛蕊異黃酮葡萄糖苷是評價黃芪藥材質量的“標記化合物”之一[1]。目前，普遍采用高效液相色譜法（high performance liquid chromatography，簡稱HPLC）來檢測黃芪中毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量，此法具有準確可靠、操作簡便、重復性好的優點[1，7-8]。

黃芪是名貴中藥材，由于長期大量采挖導致野生資源急劇減少，野生黃芪已被列為國家3級保護植物[9]。膜莢黃芪主產于黑龍江、吉林、內蒙古、河北、山西等地[3]。《藥物出產辨》（1920年）記載：“正芪產區有3處：1關東，2寧古塔，3卜奎”，其中寧古塔為黑龍江省寧安和吉林省延吉一帶（延邊朝鮮族自治州，即延邊地區）。但在延邊地區這一優質的道地藥材由于野生資源被過度利用而不能滿足人們的需求，且人工栽培黃芪還不能代替傳統的野生黃芪[10]。延邊地區位于吉林省長白山麓，屬中溫帶濕潤季風氣候，春季干燥多風，夏季溫熱多雨，秋季涼爽少雨，冬季寒冷漫長。由于其獨特的地理環境和氣候條件，形成了復雜的植被類型和豐富的野生植物資源，特別適合發展中草藥產業[11-12]。本研究的目的是以膜莢黃芪為植物材料，研究自然生長條件下根、莖和葉中毛蕊異黃酮葡萄糖苷的積累規律，為延邊地區膜莢黃芪栽培和利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 植物材料

黃芪種子和植株采自吉林省延吉市，經延邊大學農學院植物學教研室石鐵源教授鑒定為膜莢黃芪。憑證標本留存于延邊大學農學院植物學教研室。

1.2 試劑和主要儀器

對照品毛蕊異黃酮葡萄糖苷（批號：110907）購自上海融禾醫藥科技有限公司，質量分數大于98%;色譜級乙腈購于美國Fisher公司;色譜級甲醇購于美國邁瑞達科技有限公司;水為超純水;其他試劑均為分析純。

島津高效液相色譜儀（LC-10ATVP Plus），包括二元高壓梯度泵（LC-10ADVP）、紫外可見雙波長檢測器（SPD-10AVP Plus）、自動進樣器（SIL-10A）、柱溫箱（CTO-10ASVP Plus）;C18反向色譜柱（華譜科儀科技有限公司）;RE-2000B型旋轉蒸發儀（上海亞榮生化儀器廠）;DLSB-5/20型低溫冷卻液循環泵（上海豫康科教儀器設備有限公司）;RE-501型恒溫水浴鍋（上海豫康科教儀器設備有限公司）;KQ-500D型數控超聲波清洗器（昆山市超速儀器有限公司）;精密鼓風干燥箱（上海施都凱儀器設備有限公司）;RHP-600型高速多功能粉碎機（浙江榮浩工貿有限公司）;土壤溫濕度測定儀（順科達）。

1.3 方法

1.3.1 黃芪種植和采收 于延邊大學農學院實驗基地（吉林省延吉市）進行。2015年4月10日播種，6月10日后現真葉，10月枯萎;越冬后，次年4月下旬開始返青，10月枯萎。由此確定1年生采收期從7月開始，2、3年生采收期從5月開始，截止至10月，具體采樣日期為每月10日。每次采樣時取9株植株，3株植株為1次重復。采樣后，將樣品于50 ℃烘干箱中烘干至恒質量，測定生物量。將干燥樣品磨至粉末狀，過60目篩，用于毛蕊異黃酮葡萄糖苷的提取。

1.3.2 毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量的測定

1.3..2.1 供試品溶液 參考2015年版《中華人民共和國藥典》方法[1]。精確稱取黃芪樣品粉末0.5 g，放入圓底燒瓶中，加入分析級甲醇50 mL，于80 ℃水浴鍋中加熱回流4 h，冷卻至室溫，用沃特曼（Whatman）中速濾紙過濾后，在50 ℃下旋轉蒸發濃縮至干，用5 mL色譜級甲醇溶解，0.45 μm微孔濾膜過濾，轉移到5 mL離心管中，密封保存，待HPLC分析。每個處理重復3次。

1.3..2.2 HPLC分析 采用Kim等的方法[13-14]。利用反向C18色譜柱（5 μm，100A，4.6 mm×250 mm）進行試驗，流動相A為水，B為乙腈;流速為0.8 mL/min;檢測波長為 230 nm，柱溫為30 ℃，進樣體積為20 μL。二元梯度洗脫條件：B泵濃度在0～30 min為15%～55%，30～35 min為55%～100%，35～40 min為100%～15%，40～45 min為15%。

1.3.2.3 毛蕊異黃酮葡萄糖苷產量 毛蕊異黃酮葡萄糖苷產量=毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量×生物量。

1.4 土壤溫度和濕度

用土壤溫濕度測定儀測定，探針深度為10 cm，取月平均值代表土壤溫度和濕度。

1.5 統計分析

數據分析采用SPSS 19.0軟件包，2個樣本之間顯著性差異利用獨立樣本t檢驗（P<0.05），相關性分析利用雙變量相關分析中的皮爾森相關系數（Pearson correlation coefficient，簡稱Pearson）。

2 結果與分析

2.1 不同生長時期膜莢黃芪的生物量

在本研究過程中，隨著膜莢黃芪的自然生長，1、2年生黃芪幾乎沒有發生病蟲害，而3年生黃芪在5月末受到蚜蟲侵害，6月初發生白粉病，8月初開始受根腐病危害，其生物量的動態變化如圖1所示。隨著植株生長，根生物量呈持續增長趨勢，1、2年生積累速度較快，3年生積累速度開始減緩，這可能與3年生黃芪發生病蟲害有關;1、2年生莖生物量至9月份為止呈上升趨勢，10月份地上部開始枯萎時出現下降現象，而3年生莖生物量至9月份為止呈波動升高，隨后降低;1、2年生葉生物量積累與莖相似，3年生葉生物量則在6月份明顯增加后，一直呈降低趨勢。2、3年生莖和葉的生物量在6月份快速積累，表明植株開始進入旺盛生長期。總體而言，1、2年生黃芪的生物量隨著植株生長逐漸積累，而病蟲害的發生嚴重限制了3年生黃芪生物量的積累。

2.2 毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量

毛蕊異黃酮葡萄糖苷在膜莢黃芪自然生長中的各個時期、各個部位（根、莖和葉）均有分布（圖2）。其含量在1年生根中呈增長趨勢（7—10月），在2年生根中呈先降低（5—7月）后升高（8—10月）趨勢，在3年生根中除8月明顯增加之外，變化趨勢與2年生相似，這可能與3年生根在8月受根腐病刺激有關;1、2年生莖中含量一直保持上升趨勢，3年生莖中含量到8月為止也一直呈上升趨勢，之后開始下降;1、2年生葉中含量呈持續下降趨勢，3年生葉中除6月急劇增加之外，也一直保持下降趨勢。總而言之，1、2年生黃芪中毛蕊異黃酮葡萄糖苷積累規律相似，而病蟲害的發生干擾了3年生黃芪中較為規律的積累模式。

2.3 土壤溫度和濕度對根毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量的影響

由于3年生黃芪受病蟲危害，本研究只分析了土壤溫度和濕度對1、2年生黃芪根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量的影響。由圖3可知，黃芪土壤溫度和濕度變化趨勢與根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷的含量變化趨勢（圖2）相反。統計分析結果顯示，土壤溫度和濕度與1年生根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量之間的Pearson相關系數分別為-0.974（P<0.05）和 -0.988（P<0.05），與2年生根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量之間的Pearson相關系數分別為-0.952（P<0.01）和 -0.931（P<0.01），這表明土壤溫度和濕度與毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量呈顯著負相關。

2.4 毛蕊異黃酮的葡萄糖苷產量

由圖4可見，毛蕊異黃酮葡萄糖苷總產量（包括根、莖和葉）在1、2年生黃芪中整體呈上升趨勢，10月時最高，而病蟲害的發生則抑制了3年生黃芪總產量增長。值得一提的是，除5月外，2年生莖中的產量明顯高于同時期根和葉中的產量。

3 討論

毛蕊異黃酮葡萄糖苷是黃芪中主要的活性成分之一，由本研究結果可知，其組成型表達發生在膜莢黃芪生長的各個部位和各個時期， 這表明它在膜莢黃芪的生長發育過程中起重要的作用。在不發生病蟲害時，無論是1年生還是2年生黃芪，隨著植株的生長和生物量的積累，毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量在莖中呈上升趨勢，在葉中則保持下降趨勢，說明地上部毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量受植物本身生長發育水平的調控，

在嫩葉和成熟莖中含量較高。特別是2年生成熟莖（8、9、10月）中毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量符合《中華人民共和國藥典》規定的標準[1]（>0.02%，即>200 μg/g），產量高，可成為獲取毛蕊異黃酮葡萄糖苷的有效途徑。

根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷的含量與土壤溫度和濕度呈顯著負相關，且地上部枯萎后，土壤中的根經過寒冷漫長的冬季和寒冷干燥的春季，其毛蕊異黃酮葡萄糖苷的含量（2、3年生5月）與上一年（1、2年生10月）相比明顯增加。這些結果表明，根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量的積累與黃酮類化合物在植物的抗寒和抗旱過程中的保護作用密切相關[15]，即適當的低溫和水分脅迫促進了毛蕊異黃酮葡萄糖苷的積累。Pan等也報道，低溫（2 ℃）刺激了蒙古黃芪幼苗根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷的積累[7]，并且這種積累提高了蒙古黃芪幼苗的耐凍性[16]。還有報道表明，適當的干旱脅迫促進了3年生蒙古黃芪根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷的積累[17]。

在黃芪植株生長過程中，病蟲害的發生是不可避免的。由本研究結果可知，進入快速生長期之后，病蟲害的發生嚴重限制了3年生黃芪生物量的積累，這與楊春清等報道的黃芪白粉病、根腐病和蚜蟲等病蟲害的發生會造成黃芪大幅度減產的結果[18]相一致。異黃酮是豆科植物中的植保素[19]，異黃酮的含量與大豆抗蚜蟲[20]、紅三葉抗白粉病[21]和大豆抗根腐病[19]的能力密切相關。與此相似，在本研究中蚜蟲與白粉病（6月的葉）、根腐病的發生之初（8月的根）分別誘導了黃芪葉和根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷的明顯積累，但是長期的病蟲危害則降低了毛蕊異黃酮葡萄糖苷的含量和產量。

根是黃芪主要的入藥部位，在本試驗中，根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷的積累是動態的，與非生物和生物脅迫密切相關，同時也具有時間特異性，這可能與膜莢黃芪長期適應延邊地區的生長環境有關。因此，在比較不同地區膜莢黃芪毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量時，應充分了解各自地區毛蕊異黃酮葡萄糖苷積累的差異性，以增加可比性。

綜上，本試驗結果表明，2年生膜莢黃芪根中毛蕊異黃酮葡萄糖苷含量均符合《中華人民共和國藥典》規定的標準，可進行適時采收;成熟莖中含量和產量都較高，可用于開發飼料;嫩葉中含量也不低，適合作茶飲，這些結果將有助于指導延邊地區黃芪的栽培和生產。

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