貴州高海拔地區(qū)試種西洋參品質(zhì)對比分析

張吉光,劉瀚錚,秦 燕,周 麗,商文靜

(1.興義民族師范學(xué)院 生物與化學(xué)學(xué)院,貴州興義 562400;2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 植物保護學(xué)院,陜西楊凌 712100)

西洋參(PanaxquinquefoliumL.)為五加科人參屬多年生草本植物,別名花旗參、洋參、西洋人參等,其根、莖、葉和果實均可入藥,是2015版中國藥典收載植物種質(zhì),并于2021年進入藥食同源的名貴作物序列試點。西洋參在中國中醫(yī)治療中的應(yīng)用已有300多年歷史,據(jù)《本草備要》記載,西洋參微苦、甘、涼,補肺降火,除煩倦,生津液,虛而有火者相宜。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)也證明西洋參具有較好的抗氧化、抗疲勞、保護神經(jīng)和心血管、調(diào)節(jié)代謝和免疫以及抗腫瘤等作用[1]。西洋參原產(chǎn)于加拿大東南部的蒙特利爾、魁北克和美國東部的紐約州、密蘇里州、威斯康辛州等地[2]。中國最早報道的引種始于20世紀(jì)40年代。1948年,江西廬山植物園引種栽培成功,但由于當(dāng)時處于戰(zhàn)亂年代,沒有進行推廣種植,導(dǎo)致絕種。1975年,西洋參引種工作受到國家高度重視,國家科委、衛(wèi)生部、商業(yè)部共同制定實施了《7510工程》,經(jīng)多家科研單位及生產(chǎn)單位協(xié)作,種植成功,并在吉林、遼寧、北京、陜西等地開始大面積推廣栽培,迄今已形成陜西留壩、山東文登和吉林撫松三大優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)[3-4]。

隨著種植年限的增加,西洋參連作障礙問題日漸突出,已成為西洋參高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的瓶頸問題,嚴(yán)重影響西洋參產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5-8]。連作障礙問題在多種作物中普遍存在,原因復(fù)雜[9-11],目前還沒有有效解決方法。因此,尋求新的適合西洋參生長的種植區(qū)域是緩解中國當(dāng)前西洋參生產(chǎn)中連作障礙的有效途徑之一。通過氣候條件和土壤性質(zhì)對比分析,貴州省部分高海拔地區(qū)具有適合西洋參生長的氣候、土壤條件,筆者經(jīng)過4a的試種發(fā)現(xiàn)西洋參在貴州省海拔1400m的地區(qū)能夠順利完成生長周期,長勢長相正常,3月下旬至4月上旬出苗,10月下旬地上部分枯萎,在沒有施肥的條件下產(chǎn)量(鮮質(zhì)量)達到434kg/667m2,接近優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量。為進一步明確貴州高海拔地區(qū)推廣種植西洋參的潛力,為貴州發(fā)展西洋參種植的可行性提供科學(xué)依據(jù),本研究對比分析了貴州試種西洋參與優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)西洋參在總皂苷、總糖、氨基酸、人體必需微量元素等主要品質(zhì)指標(biāo)的差異,以期綜合評價貴州西洋參的品質(zhì),也為解決西洋參連作障礙問題提供一定的參考價值。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試西洋參均為4 a生干制參根。試驗組西洋參試種于貴州省黔西南州興仁市下山鎮(zhèn) (105.21°E,25.59°N,海拔1 421 m),土壤為砂性黃棕壤,試種用西洋參種子購自陜西省漢中市留壩佳仕森公司種植基地,按常規(guī)方法催芽、播種及田間管理,種植4 a后采收鮮參參根送佳仕森公司以標(biāo)準(zhǔn)方法干制。對照組西洋參為陜西留壩縣、吉林省撫松縣和山東省文登市市售產(chǎn)品。

1.2 方 法

皂苷含量測定參照NY/T1842-2010標(biāo)準(zhǔn)[12],采用高效液相色譜法分離和測定;總糖含量測定參照GB 5009.8-2016標(biāo)準(zhǔn)[13],利用高效液相色譜柱分離,用示差折光法測定;氨基酸的測定參照GB5009.124-2016標(biāo)準(zhǔn)[14],茚三酮溶液顯色后,通過可見光分光光度檢測法測定;必需元素Se的測定參照GB5009.93-2017標(biāo)準(zhǔn)[15],其他必需元素Ca、Fe、Zn的測定參照GB5009.268-2016標(biāo)準(zhǔn)[16],有害重金屬元素As的測定參照GB 5009.11-2014方法[17],均采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法進行測定;Pb的測定參照GB5009.12-2017標(biāo)準(zhǔn)[18],Cd的測定參照GB5009.15-2014標(biāo)準(zhǔn)[19],均采用石墨爐原子吸收光譜法測定;汞(Hg)的測定參照GB 5009.17-2014標(biāo)準(zhǔn)[20],采用原子熒光光譜分析法。以上測定委托農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心(楊凌)完成,每個樣品重復(fù)測定3次。

1.3 主要儀器

可見分光光度計(上海分析儀器廠),恒溫水浴鍋(鞏義市英峪華儀器廠),原子熒光光譜儀(英國ASF公司),四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國賽默飛),微波儀(美國安東帕),遠紅外烘箱(上海躍進醫(yī)療器械廠),LC-30AD超高效液相色譜儀(日本島津)等。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS(26.0.0.0)進行數(shù)據(jù)分析,Excel 2010 進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 皂苷含量

皂苷含量是衡量西洋參品質(zhì)的主要指標(biāo)之一,2020年出版的《中華人民共和國藥典》規(guī)定西洋參中人參皂苷Rg1、Re和Rb1總量,即總皂苷不得少于2.0%[21]。本研究測定結(jié)果表明,各產(chǎn)區(qū)西洋參總皂苷含量存在顯著差異(P<0.05)(圖1),陜西留壩西洋參總皂苷含量最高,為 4.39%,吉林撫松、山東文登、貴州試種西洋參的總皂苷含量分別為3.61%、3.01%和2.65%,貴州西洋參總皂苷含量相對較低,但也顯著高于2020版《中華人民共和國藥典》規(guī)定的西洋參總皂苷2.0%的標(biāo)準(zhǔn)。

柱形圖上不同字母表示各處理間存在顯著差異(P<0.05)。下同

2.2 氨基酸含量

作為名貴藥材的西洋參,其氨基酸含量的高低也是衡量其品質(zhì)和藥用價值的重要指標(biāo)之一。通過對總氨基酸含量檢測發(fā)現(xiàn),不同種植區(qū)西洋參總氨基酸含量存在顯著差異(P<0.05),貴州試種西洋參的總氨基酸含量在檢測樣品中最高,為71.3 mg/g,顯著高于其他產(chǎn)區(qū);其次為陜西留壩西洋參,其總氨基酸含量為44.3 mg/g。吉林撫松、山東文登西洋參總氨基酸含量分別為42.0和41.2 mg/g(圖2)。

2.3 總糖含量

測定的總糖主要包括還原性的葡萄糖、果糖、戊糖、乳糖以及非還原糖性的蔗糖、麥芽糖和淀粉等,非還原糖中的許多活性多糖是西洋參的主要活性成分之一[22]。檢測結(jié)果顯示,各產(chǎn)區(qū)之間西洋參總糖含量存在顯著差異(P<0.05),其中,陜西留壩西洋參總糖含量最高,為19.8 mg/g;其次為貴州試種西洋參,含量為15.1 mg/g;吉林撫松和山東文登較低,分別為7.4和5.8 mg/g(圖3)。

圖3 不同產(chǎn)地西洋總糖含量對比

2.4 人體必需微量元素含量

西洋參進入藥食同源名貴作物試點以后,微量元素的含量成為其營養(yǎng)價值和藥用價值的重要評價標(biāo)準(zhǔn)之一。檢測結(jié)果顯示,不同產(chǎn)區(qū)西洋參人體必需微量元素含量存在顯著差異(P< 0.05)(圖4)。陜西留壩西洋參Ca含量為 2 216.8 mg/kg,顯著高于其他產(chǎn)區(qū)西洋參,貴州試種西洋參次之,含量為1 854.6 mg/kg;陜西留壩和貴州試種西洋參Fe含量持平,顯著高于其他產(chǎn)區(qū);貴州試種西洋參Zn含量達到15.9 mg/kg,顯著高于其他產(chǎn)地。Se元素在各地樣品中都沒檢出(限定值0.03 mg/kg)。

圖4 不同產(chǎn)地人體必需微量元素含量對比

2.5 重金屬元素含量

西洋參為多年生宿根植物,4～5 a的生長期使得參根對土壤中重金屬元素極易富集,嚴(yán)重影響西洋參的品質(zhì),這也是西洋參種植對土壤要求極高的根本原因之一。對各產(chǎn)地西洋參中重金屬元素As、Pb、Hg、Cd進行檢測和對比分析,結(jié)果顯示,所有供試樣品中有害重金屬元素未檢出或含量均低于中國藥典規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)(表1)。

表1 各產(chǎn)區(qū)西洋參樣品中有害重金屬元素含量

3 討 論

中藥材品質(zhì)不僅取決于藥用植物本身的遺傳特性,還受到其生長的生態(tài)環(huán)境和栽培方式的制約[23]。貴州良好的生態(tài)環(huán)境為西洋參在貴州的推廣種植提供先天優(yōu)質(zhì)的環(huán)境條件。早在2015年,貴州省政府就提出2020年森林覆蓋率達到60%的目標(biāo)。目前,貴州治理石漠化面積為全國第一,森林覆蓋率年均增速全國第一,全省9個中心城市環(huán)境空氣質(zhì)量平均優(yōu)良天數(shù)比率達 98.4%[24]。西洋參適生于氣候溫和、雨量充沛的環(huán)境,一般要求種植于海拔1 000 m左右,年降雨量在1 000 mm以上、年平均溫度13 ℃左右、無霜期150～200 d的山地闊葉林地帶[25]。本課題組前期以西洋參種植區(qū)域氣候和生態(tài)條件的對比分析結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn),以海拔1 000 m作為是否適合西洋參種植界限,對貴州省全境進行區(qū)劃,結(jié)果表明,貴州省海拔高于1 000 m的區(qū)域在7月份平均氣溫均低于25 ℃(圖5),理論上貴州中西部大部分區(qū)域都能滿足西洋參生長的條件,貴州省具有極大的推廣種植西洋參的潛力。

圖5 貴州省高于1 000 m地區(qū)分布

本研究西洋參試種區(qū)位于貴州省西南部的黔西南布依族苗族自治州興仁市(105.21°E,25.59°N),屬高原型北亞熱帶溫和濕潤季風(fēng)氣候,海拔 1 421 m,冬無嚴(yán)寒,夏無酷暑,無霜期長,雨熱同季。全市常年平均氣溫15.2 ℃,7 月份平均氣溫不高于25 ℃,該地氣候條件和生態(tài)環(huán)境接近陜西留壩西洋參優(yōu)質(zhì)產(chǎn)區(qū)。不同產(chǎn)區(qū)西洋參品質(zhì)對比分析結(jié)果顯示,貴州試種西洋參的總皂苷、總氨基酸、總糖含量和人體必需微量元素含量均達到或超出《中華人民共和國藥典》2020版標(biāo)準(zhǔn),其中氨基酸和總糖含量在全國都處于較高的水平。該結(jié)果說明試種地區(qū)能夠進行西洋參的人工種植,證實了貴州省具備優(yōu)質(zhì)西洋參種植的自然條件。本研究結(jié)果同時顯示陜西留壩西洋參整體質(zhì)量指標(biāo)最高,該結(jié)果與賈禪[26]、高立強等[27]研究的結(jié)果相似,也為未來貴州地區(qū)推廣西洋參種植借鑒“留壩模式”提供了數(shù)據(jù)支持。

西洋參種植過程中,除了不同產(chǎn)地環(huán)境、氣候條件對西洋參中皂苷含量具有較大的影響外,不同施肥方式、采收時間、土壤pH、遮蔭棚透光率等都可影響西洋參皂苷含量[28-33]。據(jù)曹欣欣等[29]報道,不同氮素水平對西洋參皂苷含量有一定影響,參根皂苷含量在施氮量為10 g/m2時最高。農(nóng)田種植西洋參利用蘇子、豆科作物等進行壓綠肥,對皂苷含量的增加也有一定效果[30]。影響西洋參皂苷含量的因素眾多,原因復(fù)雜,因此,探索一套適合當(dāng)?shù)貤l件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)技術(shù)是提高西洋參產(chǎn)量和品質(zhì),以及促進西洋參產(chǎn)業(yè)在貴州地區(qū)推廣的先決條件。針對本研究中貴州試種西洋參總皂苷含量偏低的問題,下一步將進行不同施肥水平和不同種植模式等對比試驗,探尋適合貴州省的高效、優(yōu)質(zhì)西洋參栽培模式。