全 文 :热带作物学报 2015, 36(6): 1048-1052
Chinese Journal of Tropical Crops
收稿日期 2014-12-26 修回日期 2015-01-27
基金项目 国家自然科学基金(No. 81403035, No. 81374065)。
作者简介 王 丹(1982 年—), 女, 副研究员, 博士; 研究方向: 中药材(南药)规范化生产及其质量调控机制。 *通讯作者(Corresponding
author): 庞玉新(PANG Yuxin), E-mail: blumeachina@126.com。
钙元素对冬季迟缓期的艾纳香
生物量和有效成分含量的影响
王 丹 1,2, 马青松 1,2, 范佐旺 1,2, 李小婷 1,2, 宛 骏 1,2, 陈振夏 1,2, 庞玉新 1,2*
1 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所农业部华南作物基因资源与种质创制重点开放实验室 海南儋州 571737
2 海南省艾纳香工程技术研究中心, 海南儋州 571737
摘 要 以一年生艾纳香种子苗为实验材料, 用一水合氯化钙提供钙元素, 在冬季艾纳香生长迟缓期进行 3 次
施肥, 测定艾纳香的株高、 地径、 叶长和叶宽等生长指标以及生物量。 采用紫外可见分光光度法测定艾纳香不
同部位中总黄酮的相对含量, 并计算总黄酮的绝对含量; 采用 GC 测定艾纳香叶片中 l-龙脑的相对含量, 并计
算 l-龙脑的绝对含量。 结果表明: 钙元素极显著增加了冬季生长迟缓期的艾纳香叶、 茎和根生物量, 其中 5 g/L
钙处理组的艾纳香叶生物量极显著高于其他 3 个处理组, 10、 15 g/L 钙处理下的叶生物量极显著高于空白对照
组(CK), 分别是对照的 3.03 倍和 2.65 倍。 钙元素的施加抑制了艾纳香不同部位总黄酮相对含量的积累, 然而
显著增加了总黄酮绝对含量。 5 g/L 钙处理组的 l-龙脑相对含量和绝对含量最高, 分别为 0.22%和 0.22 g, 与
10、 15 g/L 钙和 CK 组相比, 分别增加了 37.50%、 22.22%、 37.50%和 100%、 100%、 450%。 在冬季艾纳香生
长迟缓期施加钙元素可以显著促进艾纳香叶、 茎和根生物量的积累, 提高总黄酮和 l-龙脑的绝对含量。
关键词 钙; 艾纳香; 迟缓期; l-龙脑; 总黄酮; 生物量
中图分类号 Q949.783.5 文献标识码 A
The Effect of Calcium Element on Biomass and
Contents of Effective Constituents in Blumea
balsamifera in Slow Growth Period of Winter
WANG Dan1,2, MA Qingsong1,2, FAN Zuowang1,2, LI Xiaoting1,2,
WAN Jun1,2, CHEN Zhenxia1,2, PANG Yuxin1,2*
1 Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences/
Key Laboratory of Crop Gene Resources and Germplasm Enhancement in Southern China, Danzhou, Hainan 571737, China
2 Hainan Provincial Engineering Research Center for Blumea Balsamifera, Danzhou, Hainan 571737, China
Abstract The one -year -old seedlings of Blumea balsamifera (L.) DC. were applied with CaCl2·H2O which
supplied Ca in slow growth period of winter three times. The height, ground diameter, length of leaf, width of
leaf and biomasses were measured. Then, the relative contents of total flavones in different parts of B. balsamifera
were determined by UV and the absolute contents of total flavones were calculated. The relative contents of l-
borneol in leaves of B. balsamifera were determined by GC and the absolute contents of l -borneol were
calculated. The Ca element significantly enhanced the biomasses of leaves, stems and roots. The biomass of leaves
under 5 g/L Ca treatment group was the highest. The leaves biomasses under 10 and 15 g/L Ca treatment groups
were significantly higher than that in the control (CK) group, with 3.03 and 2.65 times. The application of Ca
inhibited the accumulation of total flavones relative contents in different parts. However, it could promote the
accumulation of total flavones absolute contents. The relative and absolute contents of l-borneol of 0.22% and
0.22 g under 5 g/L Ca treatment group were the highest, which was higher with 37.50% , 22.22% , 37.50% and
100% , 100% , 450% , compared with 10, 15 g/L Ca and CK treatment groups, respectively. The Ca element
could promote significantly the accumulation of biomasses of leaves, stems and roots, as well as the absolute
contents of total flavones and l-borneol in B. balsamifera in slow growth period of winter.
Key words Calcium (Ca); Blumea balsamifera; Slow growth period; l-borneol; Total flavones; Biomass
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.06.007
第 6 期 王 丹等: 钙元素对冬季迟缓期的艾纳香生物量和有效成分含量的影响
艾纳香为菊科多年生木质草本植物艾纳香
Blumea balsamifera(L.)DC.的新鲜或干燥地上部分,
具有祛风除湿、 温中止泻、 活血解毒之功效 [1-2]。
广泛分布于中国的海南、 贵州、 云南等省份 [3]。 艾
纳香中主要含有挥发油类和黄酮类成分, 其挥发油
类主要成分为 l-龙脑(l-borneol)[4-6]。 目前, 艾纳香
主要作为艾片(天然冰片)和艾纳香油的原料被广泛
使用 [7-9]。 由于近年来人们对艾片和艾纳香油需求
的不断增加, 导致野生艾纳香资源已不能满足生产
的需要, 因此, 人工栽培艾纳香成为解决这一问题
的必然途径。 多年来的研究发现, 栽培艾纳香中有
效成分 l-龙脑和总黄酮含量及其药材产量均低于
野生艾纳香, 而施肥是提高中药材产量和质量的有
效手段之一 [10]。 目前, 在艾纳香道地产区贵州省罗
甸等地很少给栽培艾纳香施肥或仅施少量钙镁磷
肥。 有关艾纳香施肥的研究较少, 何元农等[11]给艾
纳香施用农家肥圈肥、 油枯和柴、 一元化肥尿素、
过磷酸钙和氯化钾以及复合肥, 结果表明施肥组的
经济产量和生物产量均高于对照组, 且其有效成分
含量不减, 其中氮肥对生物产量增加作用明显; 得
油率和 l-龙脑含量与钾肥用量呈正相关关系, 二
者与磷肥的直接关系不显著。 何元农等 [12] 研究发
现氮肥可以提高艾纳香药材的产量及其有效成分的
含量。 王丹等[13]研究发现, 锰元素极显著地提高冬
季生长迟缓期的艾纳香生长指标和生物量, 对 l-
龙脑和总黄酮相对含量的提高无显著影响, 但是
极显著提高了其绝对含量。 因此, 在获得较高产
量的同时, 如何提高有效成分的含量, 是亟待解
决的问题。
钙是植物所必需的中量元素, 地上部分的钙较
多, 茎叶尤其是老叶中含钙量较高。 钙元素是细胞
壁的重要成分, 可以稳定生物膜, 调节养分离子的
生理平衡、 酶促作用以及促进细胞伸长 [14-15]。 因
此, 在本课题组前期研究的基础上, 在海南冬季
艾纳香生长的迟缓期, 研究不同浓度的钙元素对
艾纳香生长指标、 生物量及其有效成分相对含量
和绝对含量的影响, 以期为后续艾纳香专用肥研
究奠定基础。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 植物材料及预处理 选择一年生艾纳香种
子苗, 被中国热带农业科学院热带作物品种资源研
究 所 庞 玉 新 副 研 究 员 鉴 定 为 艾 纳 香 Blumea
balsamifera(L.)DC.。 于 2014 年 1 月 27 日每隔 10 d
给艾纳香叶面喷施钙肥, 共施肥 3 次。 于 2014 年
3 月 7 日取样。 以一水合氯化钙(CaCl2·H2O)提供
钙元素, 分别设置 5、 10、 15 g/L 3 个浓度; 另设
空白对照组(CK), 即不进行任何处理。
1.1.2 试验仪器 7890A 气相色谱仪(美国安捷伦
科技公司), FID 氢火焰离子化检测器(美国安捷伦
科技公司), G4513A 16 位自动进样器(美国安捷
伦科技公司), 2012-PCS 紫外分光光度计(尤尼柯
(上海)仪器有限公司), CPA225D 电子分析天平
(北京赛多利斯天平有限公司), KQ-500DB 型超声
仪(昆山市超声仪器有限公司); 左旋龙脑对照品
(阿法埃莎化学有限公司 , 批号为 10147015, 纯
度>98%), 芦丁标准品(中国药品生物制品检定
所, 批号为 100080-200707, 纯度为 92.5%); 水
杨酸甲酯(天津光复精细化工研究所), 乙酸乙酯、
甲醇、 氢氧化钠(西陇化工股份有限公司), 亚硝酸钠
(国药集团化学试剂有限公司), 一水合氯化钙、 九水
合硝酸铝(广州化学试剂厂), 均为国产分析纯。
1.2 方法
1.2.1 生长指标的测定 将艾纳香的植株按照根、
茎、 叶分别进行取样, 用直尺和卷尺分别测量株
高、 叶长和叶宽, 使用电子游标卡尺测量地径, 用
天平分别测量其生物量。
1.2.2 总黄酮相对含量测定 (1)对照品溶液的配
制及标准曲线的制备: 对照品溶液的配制以及标准
曲线的制备同王丹等[13]的方法。
(2)供试品溶液的制备: 分别准确称取阴干后
的艾纳香叶、 茎和根(过20目筛)粉末 1.000 0 g, 放
入具塞锥形瓶中, 加甲醇溶液 50 mL, 称定重量;
冷浸 30 min后, 在超声频率为 80 Hz的超声清洗器
中超声提取 30 min; 放冷, 再称定重量, 用甲醇补
足减失的重量, 摇匀后过滤, 取滤液作为供试品。
(3)总黄酮相对含量测定: 按照(2)项的方法进
行样品溶液制备, 接着测定供试品吸光度值, 计算
得出艾纳香不同部位总黄酮相对含量。 艾纳香不同
部位总黄酮相对含量是指艾纳香不同部位中每 100
个单位质量所含总黄酮的单位质量数, 为质量百分
数, 单位为%。
1.2.3 总黄酮绝对含量计算 总黄酮的绝对含量
为单株艾纳香总黄酮产量, 指单株艾纳香不同部位
中所含总黄酮的质量, 单位为 g。
总黄酮绝对含量/g=不同部位总黄酮相对含量/
100×对应部位药材生物量
1.2.4 l-龙脑相对含量测定 采用 GC 法测定艾
纳香叶片中 l-龙脑相对含量, 具体见王丹等[13]的方法。
1049- -
第 36 卷热 带 作 物 学 报
120
100
80
30
40
20
0
15 g/L 钙
CK
5 g/L钙
10 g/L钙
a
aa
a
bb
b
b
c
c
c
ab
叶 茎 根
不同部位
生
物
量
/g
图中不同小写字母表示不同处理间在 0.05水平差异显著。 下同。
Different small letter means differences reach highly significant
level at 0.05. The same as below.
图 1 钙元素对艾纳香不同部位生物量的影响
Fig. 1 The effect of Ca on biomass of different
parts in B. balsamifera
图 2 钙元素对艾纳香不同部位总黄酮相对含量的影响
Fig. 2 The effect of Ca on relative contents of total
flavones of different parts in B. balsamifera
aa
a
bb
b
b
c
c
ab
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0
叶 茎 根
不同部位
b
bc
5 g/L钙
10 g/L钙
15 g/L 钙
CK
总
黄
酮
相
对
含
量
/%
钙不同浓度处理组
生长指标
株高/cm 地径/mm 叶长/cm 叶宽/cm
5 g/L (16.08±3.77)c (6.68±0.83)a (11.03±1.99)a (3.28±0.46)a
10 g/L (23.66±3.44)a (6.03 ±0.27)a (9.16±0.58)ab (2.78±0.30)ab
15 g/L (21.78±2.07)ab (5.46±0.46)a (9.28±0.62)ab (2.94±0.26)ab
0(CK) (22.57±1.33)ab (5.35±1.07)a (7.73±2.46)b (2.02±0.89)b
表 1 钙元素对艾纳香生长指标的影响
Table 1 The effect of Ca on the growth indexes in B. balsamifer
说明: 表中不同小写字母表示不同处理间在 0.05 水平差异显著。 下同。
Note: Different small letter means differences reach highly significant level at 0.05. The same as below.
1.2.5 l-龙脑绝对含量计算 l-龙脑的绝对含量
为单株艾纳香 l-龙脑产量, 指单株艾纳香不同部
位中所含总 l-龙脑的质量, 单位为 g。
l-龙脑绝对含量/g=不同部位 l-龙脑相对含量/
100×对应部位药材生物量
1.3 数据分析
采用 Excel 进行数据录入及图表的绘制, 采用
SPSS 16.0 软件进行数据统计与 One-way ANOVA
方差分析, 并用 Duncan 检验法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 钙元素对艾纳香生长指标的影响
方差分析结果表明, 不同浓度的钙处理组, 艾
纳香株高、 地径、 叶长和叶宽在各处理间差异均不
显著(p>0.05)。 由表 1 可见, 与 CK 处理相比, 5、
10、 15 g/L 钙处理组的叶长均高于 CK 组, 分别增
加了 42.69%、 18.50%和 20.05%。
2.2 钙元素对艾纳香生物量的影响
方差分析结果表明, 不同浓度的钙处理组, 艾
纳香叶、 茎和根的生物量在各处理间差异极显著
(p<0.01)。 由图 1可见, 其中 5 g/L钙处理组的艾纳
香叶生物量极显著高于其他 3个处理组, 10、 15 g/L
钙处理组的叶生物量极显著高于 CK 组, 分别是
CK 处理叶生物量的 3.03 倍和 2.65 倍。 5、 10 g/L
钙处理组的茎生物量分别为 76.71、 76.15 g, 极显
著高于 15 g/L 钙处理组 (53.79 g)和 CK 处理组
(36.57g), 分别增加了 42.61%、 109.72%和41.57%、
108.23%。 5、 10、 15 g/L钙处理组的艾纳香根生物
量极显著高于 CK 组。
2.3 钙元素对艾纳香不同部位总黄酮含量的影响
2.3.1 钙元素对艾纳香不同部位总黄酮相对含量的
影响 方差分析结果表明, 不同浓度的钙处理组,
艾纳香叶、 茎和根中总黄酮相对含量在各处理间差
异极显著(p<0.01)。 由图 2 可见, CK 组的艾纳香
叶总黄酮相对含量最高, 为 2.23%, 极显著高于其
他 3 个处理组, 与 5、 10、 15 g/L 钙处理组相比,
分别增加了 57.04%, 84.30%和 67.67%。 CK 组的
艾纳香茎总黄酮相对含量显著高于 5、 10、 15 g/L
钙处理组。 5、 10 g/L 钙和 CK 处理组根总黄酮含
量高于 15 g/L钙处理组。
1050- -
第 6 期 王 丹等: 钙元素对冬季迟缓期的艾纳香生物量和有效成分含量的影响
图 3 钙元素对艾纳香不同部位总黄酮绝对含量的影响
Fig. 3 The effect of Ca on absolute contents of total
flavones of different parts in B. balsamifera
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0
5 g/L钙
10 g/L钙
15 g/L 钙
CK
叶 茎 根
不同部位
总
黄
酮
绝
对
含
量
/%
钙不同浓度处理组
l-龙脑含量
相对含量/% 绝对含量/g
5 g/L (0.22±0.04)a (0.22±0.050)a
10 g/L (0.16±0.03)b (0.11±0.030)b
15 g/L (0.18±0.03)ab (0.11±0.030)b
CK (0.16±0.01)b (0.04±0.007)c
表 2 钙元素对艾纳香叶片中 l-龙脑
相对含量和绝对含量的影响
Table 2 The effect of Ca on relative and absolute contents
of l-borneol of different parts in B. balsamifera
3 讨论与结论
钙是植物生长发育所需要的营养元素之一, 是
植物细胞壁的重要成分, 可促进细胞伸长, 调节植
物体内养分离子的平衡, 并且还可以消除某些离子
的毒害作用 [16]。 钙可以显著增加胡椒、 油菜、 苜
蓿、 大豆、 烤烟等作物的产量 [17-20]。 何元农等 [21]研
究证实 1~2 月是艾纳香生长迟缓期, 3 月为恢复生
长期。 本研究于海南冬季艾纳香生长的迟缓期研究
钙元素的肥效, 经对比发现, 未施加钙元素处理
(CK)的艾纳香幼苗生长迟缓, 大部分的植株停止
生长, 有些植株的叶片已脱落。 施加钙元素的艾纳
香植株生长较好, 叶宽和叶长增加比较明显, 其中
5 g/L 钙处理组的叶宽和叶长显著高于 CK 处理。
钙元素显著提高了艾纳香根、 茎和叶的生物量, 这
主要与钙元素的生理作用息息相关, 即可以促进植
物细胞伸长, 促进艾纳香的生长和生物量的积累,
其中 5、 10 g/L 钙肥效较明显。 因此, 在海南冬季
艾纳香生长的迟缓期需要施加适量的钙肥, 有利于
促进艾纳香植株生长和生物量的积累, 显著提高药
材产量。
同时, 本研究发现施加钙元素对艾纳香不同部
位的总黄酮相对含量的积累有一定的抑制作用, 降
低了叶片和茎中总黄酮的相对含量。 总黄酮是艾纳
香中黄酮类物质的总和, 是次生代谢产物, 而植物
次生代谢过程是一个持续而动态的过程, 并且在这
一过程中对营养元素的需求也各有差别。 10~11 月
是海南产艾纳香总黄酮相对含量积累的高峰期, 而
1~2 月总黄酮积累比较缓慢, 相对含量较低。 因
此, 本研究结果可能是由于冬季艾纳香处于生长迟
缓期, 钙元素对次生代谢产物的积累影响不明显,
总黄酮相对含量的积累受到一定的抑制作用, 对艾
纳香初生代谢影响较大, 进而导致总黄酮绝对含量
(即单株艾纳香叶片中总黄酮的积累量)显著增加。
钙结合在钙调蛋白上, 可以活化植物体内多种关键
酶, 进而对细胞代谢起到调节作用[22]。 通过本研究
发现, 在海南的冬季, 低浓度 5 g/L 钙元素显著提
高了艾纳香叶片中 l-龙脑的相对含量, 对 l-龙脑
绝对含量的提高也有显著的促进作用; 钙元素对艾
纳香叶片中 l-龙脑相对含量的影响不显著, 但是
却显著增加了 l-龙脑的绝对含量(即单株艾纳香叶
片中 l-龙脑积累量)。 综上所述, 在海南冬天艾纳
香生长的迟缓期, 施加钙元素可以显著提高艾纳香
2.3.2 钙元素对艾纳香不同部位总黄酮绝对含量的
影响 方差分析结果表明, 不同浓度的钙处理组,
艾纳香叶和根中总黄酮绝对含量在各处理间差异极
显著(p<0.01), 茎总黄酮绝对含量在各处理间差异
显著(p<0.05)。 由图 3 可见, 5 g/L 钙处理组艾纳
香叶总黄酮绝对含量为 1.37 g, 显著高于其他 3 个
处理, 与 10、 15 g/L 钙和 CK 组相比, 分别增加了
65.06%、 73.42%和 174.00%, 差异极显著。 5 g/L
钙处理下茎总黄酮绝对含量显著高于 10、 15 g/L钙
处理组。 5 和 10 g/L 钙处理组根总黄酮绝对含量显
著高于 15 g/L钙处理和 CK 组。
2.4 钙元素对艾纳香叶片中 l-龙脑相对和绝对含
量的影响
方差分析结果表明, 不同浓度的钙处理组, 艾
纳香叶中 l-龙脑相对含量在各处理间差异不显著,
l-龙脑绝对含量在各处理间差异极显著(p<0.01)。
由表 2可见, 5 g/L钙处理组的 l-龙脑相对含量和绝
对含量最高, 分别为 0.22%和 0.22 g, 与 10、 15 g/L
钙处理组和 CK 组相比 , 分别增加了 37.50% 、
22.22%、 37.50%和 100%、 100%、 450%。
1051- -
第 36 卷热 带 作 物 学 报
药材的产量, 但对艾纳香药材的质量(即有效成分
的相对含量)不仅无促进作用, 反而抑制其积累,
因此在以获得药用成分为目的的艾纳香栽培中不建
议使用。 但是, 如果从以艾纳香作为提取精油的原
料方面考虑, 施加钙元素可以显著提高艾纳香药
材的产量和有效成分的绝对含量, 即可以提高精
油的产量, 具有实际的使用价值和意义。 本研究
为艾纳香专用肥的研究提供了理论依据。 本课题
后续将研究艾纳香不同生长期的钙肥肥效, 进而
确定钙肥的最适宜施肥时期、 施用量及艾纳香的
最佳采收季节。
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责任编辑: 林海妹
1052- -