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Effect of copper and zinc on yield and quality of Salviae miltiorrhizae Bunge

铜、锌对丹参的产量和品质的影响


In order to investigate the effects of microelements including copper (Cu) and zinc (Zn) on Salviae miltiorrhizae Bunge root weight, contents and cumulants of three tanshinones (cryptotanshinone, tanshinoneⅠand tanshinone IIA), and transfer and distribution of Cu and Zn in Salviae miltiorrhizae , a sand culture experiments were conducted. The results showed that both Salviae miltiorrhizae root weight and the contents and cumulants of three tanshinones increased with the increasing of Cu and Zn concentration. During the early period of growing season, the increase rate of Salviae miltiorrhizae root weight was the highest, and it appeared the lowest at the end of growing season. The cumulants of three tanshinones reached their highest in the early period and prophase of growing season. The dynamic monitoring on responses of the contents of tanshinones to Cu and Zn showed that: the contents of tanshinones at 60 d were the lowest,then they increased with the time and reached the highest at 120d, and then dropped from 150d. The contents of Cu and Zn in upper and underground parts of Salviae miltiorrhizae increased with the increasing of Cu and Zn concentration. At the same concentration, Cu and Zn contents of the underground part were higher than upper one. Contents of Cu and Zn in upper and underground parts of Salviae miltiorrhizae first increased with time and reached their highest at 150d, and then decreased from 180 d.


全 文 :收稿日期:!""#$%%$"& 接受日期:!""’$"($%)
基金项目:国家科技支撑计划“有效恢复中药材生产立地条件与土壤微生态环境修复技术研究”项目(!""*+,-"&+".)资助。
作者简介:汪斌(%&’%—),男,安徽安庆人,硕士研究生,主要从事食品质量与安全—中药材方向。/01234:56"")7 891: ;91
!通讯作者 <=4:"!($’).&*!"’,/01234:>23?@7A?2B: =>B: ;A
铜、锌对丹参产量和品质的影响
汪 斌%,郭亚勤%,谈献和.,王康才!,刘德辉%,代静玉%!
(%南京农业大学资源与环境科学学院,江苏南京 !%""&(;!南京农业大学园艺学院,江苏南京 !%""&(;
.南京中医药大学药学院,江苏南京 !%"")*)
摘要:通过砂培试验研究了铜、锌对丹参根重、丹参根中 .种丹参酮的含量及其累积量的影响以及铜、锌在丹参体
内的迁移与分布规律。结果表明,丹参根重和 .种丹参酮的含量及累积量均随着铜、锌处理水平的提高而增加。
丹参根重的增加幅度以生长初期为最大,末期为最小;而丹参酮的累积量的增幅则以生长初期和前期最大。对 .
种丹参酮含量的动态监测表明,铜、锌处理后 *" >,.种丹参酮含量最低,随着时间的推移,丹参酮的含量逐渐增大,
到 %!" >达到高峰期,%(" >时又开始下降。丹参地上部和地下部铜、锌的含量均随处理浓度增高而增大,而且铜、
锌主要累积在丹参地下部分。另外,地上和地下部铜、锌的含量均随时间的推移而表现为先增大后减小,处理后
%(" >时达到最大值,%’" >时则稍有降低。
关键词:丹参;铜;锌;砂培;丹参酮类物质
中国分类号:C(*#D( E . 文献标识码:, 文章编号:%""’$("(F(!""&)"%$"!%%$"’
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丹参( 5-$12-% 32$42#++@2I-% +BAP=)是一种重要的 中药材,为唇形科鼠尾草属植物,具有活血祛瘀,调
植物营养与肥料学报 !""&,%((%):!%%$!%’
""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
]42A8 HB8T3839A 2A> ^=T8343Z=T C;3=A;=
经止痛,清热安神等功效[!],广泛分布于华北、华东、
中南、西北以及西南地区。应用丹参药物及其所含
药用成分进行防病、治病日趋增多,野生资源已远
不能满足日益增多的丹参药材用量的需求,栽培丹
参弥补了野生资源的不足。近年来,为了提高栽培
丹参的产量和品质,药农将施肥作为途径之一。但
是施肥普通存在重化肥轻有机肥,重氮肥轻磷、钾
肥,重大量元素,轻中、微量元素的现象,这常使丹参
枝叶繁茂,丹参根产量不高,丹参酮含量偏低["]。
韩建萍等[#]通过盆栽和大田的试验研究表明,施用
铁、锰、锌和铜等微肥有利于丹参酮 $$%的累积;而
硼肥不利于丹参酮 $$% 的累积。赵海燕[&]研究认
为,施用氨基酸螯合微肥,能显著提高丹参酮 $$%含
量,但是对丹参酮!、隐丹参酮的影响不显著。虽然
这些研究就微量元素对丹参的有效成分的影响做出
了一些探究,但并未就微量元素对丹参产量和有效
成分产生影响的浓度范围和微量元素对丹参的安全
性影响做出评价。本研究以铜、锌为试材,通过砂培
试验来研究其对丹参的产量与品质的影响,旨在为
丹参的优质高产提供理论依据。
! 材料与方法
!"! 试验材料
丹参种苗来自山东临朐县丹参种苗基地。选用
黄沙做基质,加入 !’(的蛭石充分混匀,黄沙用自
然水冲洗。测得基质 )* 为 +,!,速效 - 为 .,".
/0 1 20、速效 3 为 ’,#4 /0 1 20、速效 5 为 #4,+4
/0 1 20,67、89、:、8;、<=、>9分别为 ’,"’、’,#"、’,’#、
’,’!、’,’"、’,’& /0 1 20。营养液配方,即每升(?)
*;@0A@9B营养液中含成分:C&4 /0 <@(-D#)·&*"D、
E’+ /0 5-D#、!#E /0 5*"3D&、&C#/0 80FD&·+*"D。
!"# 试验设计
根据预备试验(水培)的结果:外源施入的铜、
锌能对丹参根中 #种丹参酮的累积产生影响,但当
铜、锌浓度达到 !,4 /0 1 ?时就会对丹参产生毒害作
用,并结合江苏省土壤中有效微量元素对作物产生
作用的浓度范围,本试验设铜、锌处理各 &个水平,
即施入铜(<=)的含量为 ’、’,"、’,&、’,. /0 1盆;施
入锌(>9)的含量为 ’、’,4、!,’、!,4 /0 1盆。每月施 !
次,共计 E次,其累积施入量见表 !。
表 ! 试验处理中施入 $%、&’的累积浓度(() * +))
,-./0 ! ,10 -22%(%/-345’ 56 $%、&’ 25’20’37-345’ 4’ 370-3(0’3
浓度(/0 1 );G) 处理后天数 H@IJ @KG7L GL7@G/79G(B)
<;9M79GL@GN;9 #’ E’ C’ !"’ !4’ !.’
<= ’,’ ’,’’ ’,’’ ’,’’ ’,’’ ’,’’ ’,’’
<= ’," ’,’& ’,’+ ’,!! ’,!4 ’,!. ’,""
<= ’,& ’,’+ ’,!4 ’,"" ’,"C ’,#E ’,&&
<= ’,. ’,!4 ’,"C ’,&& ’,4. ’,+# ’,.+
>9 ’,’ ’,’’ ’,’’ ’,’’ ’,’’ ’,’’ ’,’’
>9 ’,4 ’,’C ’,!. ’,"+ ’,#E ’,&E ’,44
>9 !,’ ’,!. ’,#E ’,44 ’,+# ’,C! !,’C
>9 !,4 ’,"+ ’,44 ’,." !,’C !,#E !,E&
选用高 "# M/,直径 "’ M/的塑料盆,每盆装入
4,4 20基质。于 "’’E年 4月 !!日,选育长势一致的
丹参苗,移栽入盆,每盆 !株,.处理共 !&&盆。先后
用水和 ! 1 .、! 1 E、! 1 &、! 1 "、全浓度的 *;@0A@9B营养液
浇泼,驯化 #周后,于 E月初开始浇灌处理。每次每
盆浇灌 *;@0A@9B 营养液 !?,并将微量元素溶于
*;@0A@9B营养液中浇灌入盆。每次每盆中 <=、>9的
施入量按设计要求进行。为了保证丹参的正常生
长,在铜、锌的各处理中分别施入 67 .,"4、89 ",.#、
: ’,C"、8; ’,"! /0 1盆。另外,由于铜处理中缺少
锌,锌处理中缺少铜,因此在各铜处理中每次施 >9
!,’ /0 1盆,在各锌处理中每次施 <= ’,& /0 1盆。试
验期间保持基质水分为田间持水量的 E4(!+’(。
!"8 测定项目与方法
分别于处理后 #’、E’、C’、!"’、!4’、!.’ B时破坏
性采样(每次每处理 # 盆)。测定生物学性状指标
后,采集丹参根部分样品,用液氮冷冻 " O后,放入
冷藏柜储存,待测酶活性;剩下的丹参根样品,置 C’
P下杀青 #’ /N9,4’P烘干,粉碎过 ’,4 //筛,用封
口袋避光保存。
丹参中铜、锌的含量:用硝酸Q高氯酸消煮,原
子吸收法(R@SN%9T""’ 原子吸收分光光度计)测
"!" 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !4卷
定[!]。
根部丹参酮(丹参酮 ""#、丹参酮 "、隐丹参酮)
的含量用甲醇 $ 二氯甲烷(分析纯)超声萃取,用
%&’($高效液相色谱仪,日本岛津公司,’($)*#泵,
+&,$)*#- 紫外检测器,./0123451 (67 色谱柱()!*
88 9 :;< 88,!!8)测定
[<]。
试验数据差异显著性检验用 ,/=0>= 法。
! 结果与分析
!"# 不同铜、锌水平对丹参根产量的影响
在 <个取样中,丹参根重均随 (/、?=水平的提
高而增大(表 ))。为了以下叙述方便,将丹参生长
期人为划分为初期(处理后 @*!<* A)、前期(处理后
<*!B* A)、中期(处理后 B*!6)* A)、后期(处理后
6)*!6!* A)、末期(处理后 6!*!67* A)! 个时期。
从表 )可看出,丹参生长的中期、后期、末期,施 (/、
?=处理丹参根重与对照存在显著差异;而生长初
期、前期,只在 (/ *;7和 ?= 6;!水平时,丹参根重与
对照的差异才达显著水平。另外,与对照比较,从处
理后 @*!67* A的 <个取样期,施 (/处理丹参根重
分别增加 7*C! )*DC、7C! )7C、B:C! 6@7C、
别增加 77C!)!@C、7C!:6C、!!C!6)!B)C、@6C!D7C、@:C!B)C。表明施用一定浓
度的 (/、?=能大幅提高丹参根的重量。
表 ! 铜、锌对丹参根重的影响($ % &’(,)*)
+,-./ ! 011/2( ’1 34 ,56 75 ’5 !"#$%"& ’%#(%)**+%,"& 8’’( 9/:$;(
浓度(8E F G3H) 处理后天数(A),>I4 >JH2K HK2>H82=H
(3=02=HK>H53= @* <* B* 6)* 6!* 67*
(/ *;* *;:! L *;6* 0 :;<< L *;:B M D;B! L *;<< 0 6);D< L 6;@< A ));!< L 6;B* A @);:: L );*B A
(/ *;) *;76 L *;*< M !;*6 L *;@* M 6!;:) L *;76 M )6;!@ L 6;7* 0 @!;@* L );!D 0 :7;76 L @;*6 0
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?= 6;* 6;*< L *;6! M !;*7 L *;D! >M 6:;D6 L 6;*7 > )@;B! L 6;@@ M @:;7< L );:D M !@;*6 L @;*) >
?= 6;! 6;!) L *;@! > !;B! L *; 6!;*6 L *; )B;6! L ); :6;B6 L @;67 > !7;7@ L @;:< >
注(.3H2):同列中不同小写字母表示差异达 !C显著水平,下同 ,5JJ2K2=H 12HH2K4 5= HN2 4>82 031/8= 82>= 45E=5J50>=H >H !C 12O21 P -N2 4>82 M213QP
表 )还表明,随着丹参生长时间的延长,其根重
逐渐增大,处理后 67* A时达到最大;但增加幅度则
以生长初期为最大,末期为最小。丹参生长初期(@*
!<* A),(/、?=处理,丹参根重分别增长了 @;@!
B;:、);B!7;7倍;而在丹参生长末期(6!*!67* A),
则只增长了 *;:!*;!、*;@!*;!倍。这可能是由于
在丹参生长的初期和中期,它对营养物质的需求量
大,因而施入的 (/、?=能大大促进其生长,使得丹参
根重增幅较大;而生长末期由于丹参自身的衰老,
对营养物质的吸收减少,施入的 (/、?=对其生长的
影响较小,根重增幅降低。
!"! 不同铜、锌水平对丹参根中 <种丹参酮含量的
影响
表 @看出,@ 种丹参酮的含量均随 (/、?= 水平
的提高而增大。其中,以施入最高水平的处理,@种
丹参酮的含量与对照比较存在显著差异,只有施 (/
处理后 @* A时,隐丹参酮含量差异不明显。从处理
后 @* A到 67* A 的 <个取样期,施 (/处理丹参根中
隐丹参酮、丹参酮"、丹参酮##的含量分别比对照
增加 增加 6C!:6*C、BC!D培基质中含有一定量的 (/、?=能显著提高丹参根中
@种丹参酮的含量,且对隐丹参酮、丹参酮##的含
量影响更显著。
相同处理水平 <个采样时间比较,处理后 <* A
时 @种丹参酮含量最低,随着时间的推移,含量逐渐
增大,到 6)* A时达到高峰期,6!* A时又开始下降。
说明 @种丹参酮的含量与丹参的生长时期关系密
切。有研究表明,根直径的大小与丹参酮##的含
量呈负相关[D]。在丹参酮##含量高峰期,丹参根
系尚未膨大,单位重量的根表皮面积相对较大,所以
丹参酮##的含量高。随着根径长粗,丹参酮##
的含量逐渐降低。本试验 @种丹参酮的含量呈现先
增后降的趋势,处理 6)* A 后达到高峰期,6!* A 后
@6)6期 汪斌,等:铜、锌对丹参产量和品质的影响
开始下降,可能就是由此原因所致。韩建萍[!]等人
就微量元素对丹参的生长发育以及有效成分的影响
结果表明,丹参酮!"在丹参苗移栽 #$% &后达到最
大值,随后又开始下降,这也与本试验结果基本一
致。
表 ! 铜、锌对丹参根中 !种丹参酮含量的影响(")
#$%&’ ! ())’*+ ,) *,--’. $/0 12/* ,/ +3.’’ +$/432/,/’4 *,/+’/+4 2/ !"#$%"& ’%#(%)**+%,"& .,,+
丹参酮种类 浓度(’( ) *+,) 处理后天数 -./0 .1,23 ,32.,’24,(&)
5.40674+42 ,/*20 8+4924,3.,7+4 !% :% ;% #<% #$% #=%
隐丹参酮 8> %?% %?#$# @ %?%<# . %?%#A @ %?%%A 9 %?#!= @ %?%%; B %?!%$ @ %?%83/*,+,.40674+42 8> %?< %?#:% @ %?%#; . %?%<: @ %?%%$ 9 %?#$A @ %?%%$ . %?!!; @ %?%%; B %?8> %?C %?#A# @ %?%!! . %?%CA @ %?%## B %?#:# @ %?%%A . %?!$A @ %?%#! B %?<:A @ %?%%; B %?#=A @ %?%#< .B
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丹参酮!" 8> %?% %?##$ @ %?%%; & %?%#< @ %?%%C 9 %?%;; @ %?%#% B %?!:: @ %?%## 9 %?5.40674+42!" 8> %?< %?#!$ @ %?%%; 9 %?%<= @ %?%%A 9 %?#%! @ %?%%A B %?!=$ @ %?%!% B9 %?<:$ @ %?%#C B9 %?<#! @ %?%%= B
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D4 #?% %?#:= @ %?%#C . %?%C: @ %?%#< B %?##$ @ %?%%C .B %?C!C @ %?%#$ B %?!D4 #?$ %?#=# @ %?%%; . %?%:$ @ %?%#! . %?#<: @ %?%%: . %?C;< @ %?%<# . %?!$# @ %?%#; . %?56! 不同铜、锌水平对丹参根中 !种丹参酮累积量
的影响
丹参酮的累积量为不同铜、锌水平的丹参根重
乘以三种丹参酮的含量。图 #—图 !看出,不同 8>、
D4处理,: 个取样期中,! 种丹参酮的累积量均随
8>、D4水平的提高而增大;且 8>、D4水平最高时累
积量最大。与对照比较,从处理后 !% &到 #=% &,当
8>水平最高时,隐丹参酮、丹参酮"、丹参酮!"的
累积量分别增加了 #?;!C?=、#?C!!?C、#?;!A?:
倍;而当 D4水平最高时隐丹参酮、丹参酮"、丹参
酮!"的累积量则分别增加了 #?A!!?;、#?C!C?!
倍、#?C!C?;倍。表明施用一定浓度的 8>、D4能显
著提高丹参根中 !种丹参酮的累积量。
不同采样时间比较可以看出,随处理时间的延
长 ! 种丹参酮的累积量逐渐增大,以处理后 #=% &
的累积量最大。但隐丹参酮和丹参酮!"累积量的
增加则以生长前期最大;丹参酮"以生长初期最
大。在丹参生长前期,8>、D4 处理后 ;% &比 :% &隐
丹参酮的累积量分别增加了 $?;!#:?:、!?A!;?<
倍,丹参酮!" 的累积量则增加了 C?!!#!?!、C?%
!;?$倍;在丹参生长初期,8>、D4处理的 :% &比 !%
&的丹参酮"的累积量增加了 倍。表明丹参酮类物质积累量的增幅则以丹参生长
的初期和前期为最大。
C#< 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 #$卷
图 ! 铜、锌对隐丹参酮累积量的影响
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图 8 铜、锌对丹参酮!累积量的影响
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图 : 铜、锌对丹参酮";累积量的影响
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8<= 铜、锌自丹参根向地上器官的迁移
丹参根向地上器官的迁移情况(图 !—图 ")看
出,不同 #$、%&处理地上部分和地下部分 #$、%&含
量,均随 #$、%&水平的提高而逐渐增大,且地下部含
量高于地上部。处理后 ’( )到 *+( ),#$、%&处理地
下部 #$、%& 含量分别是地上部分的 ,-!!"-. 倍、
,-/!’-0倍。
/个采样时间比较,地上和地下部分 #$、%& 含
量均随时间的推移而呈现出先增后降趋势,处理后
*"( )时达到最大值,*+( )时稍有降低,这可能是外
界环境以及自身生长等的原因。处理后 *+( ) 时,
丹参地下部分生物量大于处理后 *"( ) 时的丹参地
"*,*期 汪斌,等:铜、锌对丹参产量和品质的影响
图 ! 不同施铜浓度对丹参地上和地下部铜含量的影响
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图 4 不同施锌浓度对丹参地上和地下部铜含量的影响
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下部分生物量,因而使其单位含量下降,而对照则表
现为随时间的延长而减小。
6 讨论
药用植物生长发育过程中不仅需要大量元素,
也需要微量元素。许多研究表明,微量元素是药用
植物体内许多酶的成份或是酶的活化剂,主要影响
其体内的代谢过程。适量施用微量元素,对作物增
产和提高品质起到很大的作用。铜、锌是植物正常
生命活动所必需的微量矿质元素,广泛参与各种生
命活动。铜在电子传递和酶促反应中起作用。铜参
与酪氨酸酶、虫漆酶和抗坏血酸氧化酶系统,在细胞
色素氧化酶的末端起氧化作用;参与质体蓝素介导
的光合电子传递,对形成根瘤有间接影响。铜对叶
绿素有稳定作用,可防止叶绿素过早破坏,参与蛋白
质和糖代谢,与呼吸作用密切相关[!]。锌对生物体
内 "##多种酶起调节、稳定和催化作用。在高等植
物体内的酶促反应中,锌既可作为酶的金属组分,也
可作为酶在结构功能及调节方面的辅助因子,是植
物体内蛋白质、核酸、激素代谢、光合作用和呼吸作
用所必需的[$]。王兴文等[%#]的研究表明,施硫酸锌
&硫酸锰可提高阳春砂仁的产量和质量,挥发油含
量比平均值大 ’(!#),比对照提高 *(*+),氨基酸
也比对照显著提高。徐继振等[%%]报道,栽培当归中
施用钼、锰、锌、硼微肥均有一定的增产效果,而以施
钼作用最大,达 %,(+$);施用钼、锰微肥能提高当
归中挥发油、多糖、-#) 醇溶物和阿魏酸含量,提高
药材质量。
微量元素单一及复合施用时对作物的影响是有
很大差异的。李新兰等[%"]报道,以 +-&.为基本培
养基培养的人参组织中皂贰含量为 %($!);但培养
基中添加微量元素铜、锌、钼等后,组织培养物中皂
贰含量大多数有提高,尤其是两种微量元素配合添
加的提高较明显。介晓磊等[%’]就锌、锰微肥对苜蓿
生产的效应研究表明,锌肥与锰肥的互作可以增强
锌肥的利用效果,最佳互作组合为:/012, ’!#
34 5 64和 7012, ,’# 34 5 64。可使牧草产量提高
%#(-),种子产量提高 %’(-)。赵永厚等[%,]就锌、
硼微肥对甘蓝产量和品质的影响研究表明,不论是
单独喷施还是混合喷施,锌、硼都能明显提高甘蓝
+%" 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 %*卷
!" 含量、可溶性糖含量,但混合施用与单独施用相
比差异不显著。这些资料表明,微量元素的交互作
用是非常复杂的,它因植物的种类、微量元素的种类
及其浓度等不同均有差异。本试验结果显示,铜、锌
对丹参的产量和品质的影响呈现一致性,表明单独
施用一定浓度的铜、锌微肥,其产生的效果具有一致
性。然而在实际的生产中,铜、锌多为同时施入,由
于金属离子之间存在协同或颉颃作用,势必会影响
植物对 #$% &、’(% &的吸收,从而影响了铜、锌对作物
产量和品质的影响。因此,铜、锌单一施用与配合施
用对丹参的影响,还有待进一步研究。
药用植物的有效成分是其次生代谢的产物,其
代谢、积累除与自身的种质和遗传因素有关外,在很
大程度上受生长环境、气候、土壤等因素的直接或间
接影响。研究者曾系统地分析了药用植物有效成分
含量差异的原因[)*],并认为在这些环境因素中,土
壤是影响有效成分种类和含量的主要因素。土壤中
的矿质元素作为植物的营养库,对次生代谢物的种
类、数量产生很大的影响[)+]。郭肖红等[),]运用组
培丹参试验表明,高含量的铜、镁离子促进丹参不定
根的增值,铜、锌离子抑制原儿茶醛的合成,低含量
的铜、锌、镁以及高含量的铁、锰离子促进丹参酮!
-的合成。.$ 等[)/]研究表明,施用硼肥能显著提
高(! 0 12*)龙胆中龙胆苦苷的含量,与对照相比增
加 ,234,铁肥则增加 54,而锌肥降低 62)4。这
些结果与本试验的结论均表明,矿质元素对植物的
次生代谢产生很大的影响,然而其内在机理有待进
一步研究。
铜、锌既是微量元素,又是重金属元素,当丹参
体内其含量超过一定浓度时,食用后就会对人体产
生不利影响。《药用植物及制剂进出口绿色行业标
准》中规定铜的含量应小于 %1 78 9 :8(未规定锌的
安全标准)。本试验条件下,丹参根的最高含铜量为
)/23* 78 9 :8,属于安全标准之内。
参 考 文 献:
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