不同小生境对苍术生长和4种挥发油的影响

不同小生境对苍术生长和4种挥发油的影响

作者：张燕 樱井美希 杨光 武田修己 陈美兰 朱寿东 王凌 郭兰萍 来源：《中国中药杂志》2015年第21期

[摘要] 为了探讨苍术适宜的生长立地环境条件，开展田间不同小生境试验，研究不同小生境对苍术成活率、生长、产量、挥发油含量的影响。研究发现，竹林下苍术的成活率为（76±15.1）%、株高为（77±14.8） cm，4种挥发油质量分数之和达4.09%，都显著高于露地苍术，4个朝向的露地苍术的成活率平均为30%，株高平均为51 cm，4种挥发油含量之和平均为2.24%；但林下苍术单株产量（41±22.3） g却极显著低于露地上种植的苍术单株产量的平均值（104.5 g）；对于4个朝向的露地苍术，有机质等营养条件好的东坡产量显著高于其他朝向的小生境。通过对不同小生境的光照、温度、土壤和叶片的营养成分分析发现，苍术是一种耐贫瘠、喜隐蔽或东坡种植的药用植物，这也提示业界，林下苍术成活率高，发病率低，管理成本低，虽然产量不高，但其药效成分高，可以通过增施有机肥来提高其产量，建议发展林药间作的苍术生态种植模式。

[关键词] 苍术；小生境；成活率；产量；挥发油；生态种植

[Abstract] To investigate the suitable site environment for Atractylodes lancea， field trials in different niches was carried out， and the seedling growth， biomass and volatile oil components in different microhabitas was studied.The study found that the survival rate， plant height， volatile oil content of those which growing under the bamboo were significantly higher than those exposed in the open field. The survival rate understory was （76±15.1）%， plant height understory was （77±14.8） cm and the summation of the four kinds of volatile oil content understory reached up to 4.09%； The same evaluation values of these indicators of the four faces in the open field respectively： survival rate is 30% ， plant height was （77±14.8） cm and the summation of the four kinds of volatile oil content was 2.24%. But， the yield of the understory （41±22.3） g was significantly lower than those four faces in the open field （104.5 g） on the contrary. For the four open field towards ， the yield of the east facing， which organic matter and other nutritional conditions were better than others， was significantly higher than those in the other facings. A. lancea was found to be an anti-poor and shading-like or growing in east facing slope herb through the

correlation analysis of light， temperature， soil and leaf nutrients with seedling growth， biomass and volatile oil components. It also reminds us that the understory herb with high survival rate， low incidence， low management costs， and high medicinal ingredients， although it′s production is not so high， but it can be improved by increased organic fertilizer. So the ecological planting patterns which can intercropping herbs with the forest was proposed.

[Key words] Atractylodes lancea； microhabitas； survival； production； volatile oil； eco-planting

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doi：10.4268/cjcmm20152105

植物与环境因子之间存在千丝万缕的联系，一方面，环境因子（如光照、温度、水分、营养状况、微生物等），会对植物的形态（如株高、叶面积、花和果的颜色等）、产量、尤其是次生代谢产物（含量、组分、比例关系等）产生影响[1-7]；而在另外一方面，植物的生长和次生代谢产物又会反过来影响植物对环境中营养元素、水分的吸收速率和累积量[7-8]，尤其是一些挥发性的物质会影响植物、动物和微生物之间的化感作用[10-13]。

次生代谢产物一直被认为是植物在长期进化中与环境相互作用的结果，是植物为了生存和繁衍后代所合成的应对环境变化的物质[14]。挥发油类属于一种特殊的次生代谢产物，其在植物中的含量受遗传、个体发育和环境变化的影响[15-18]，鉴于其具有的杀菌、刺激、放松等效应，是目前国际香料、医疗保健、食品、日用化工等领域研究的热点[19]。

苍术来源于菊科苍术属植物茅苍术Atractylodes lancea（Thunb.） DC. 或北苍术A. chinensis（DC.）Koidz.的干燥根茎，具有燥湿健脾、祛风散寒、明目的功效[20]，分布于中国、朝鲜半岛、日本、俄罗斯远东地区，被中国、日本、朝鲜、韩国等多国药典所收载，苍术与白术在中医临床中应用广泛，有“十方九术”一说，为我国常用中药材[21]。挥发油是苍术的主要活性成分，含量较高的主要为倍半萜类，包括苍术酮（atractylon）、茅术醇（hinesol）、β-桉叶醇（β-eudesmol）、苍术素（atractylodin）等[22]。前期通过对苍术的移栽后与原产地挥发油相比较表明：苍术的挥发油成分的地理变异主要由它们的遗传背景决定[23]，但生态环境因子对苍术生长发育、挥发油成分、叶片酶活性和土壤微生物群落均有影响[24-26]。

近年来，随着野生苍术资源的匮乏，苍术的人工栽培技术取得了很大的进展[27-28]。由于野生苍术一般生于向阳或半阴半阳的山坡林下、林缘或荒坡草丛中[29]，所以野生苍术的生长环境是弱光环境。但目前苍术的人工栽培多在山间梯田或缓坡地带，单一品种露地栽培，栽培地的朝向依据山的走势而定，在栽培过程中，苍术成活率和产量差异很大，排水不畅的梯田甚至出现全军覆没的情况，所以栽培立地环境的选择成了苍术栽培成败的关键因子，研究不同小生境对苍术产量、质量的影响，探索苍术的最适栽培立地环境，对苍术生态种植和规范化生产的顺利开展具有指导意义。 1 材料

试验地选择在相同海拔高度（90 m）、类似土壤背景的安徽广德刘达林场，林下土壤的有机质比露地稍高，试验地的土壤营养状况见表1。苍术种苗采自安徽霍山的分根芽头苗，经中国中医科学院中药资源中心郭兰萍研究员鉴定为菊科Compositae苍术属Atractylodes南苍术A. lancea。种苗按照相同的密度种植在不同的小生境里，采用常规栽培管理，所有测试指标和样品均在相同的时间测定和收集。 2 方法

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2.1 试验设计 鉴于生产中对苍术生产立地环境不清楚的现状，本试验共设计5个处理：处理1（仿野生栽培的竹林下，缓平地，郁闭度>90%）、处理2（朝东，坡度大于15度，露地）、处理3（朝南，坡度大于15度，露地）、处理4（朝西，坡度大于15度，露地）、处理5（朝北，坡度大于15度，露地）。

2.2 测定项目和方法 根茎繁殖于2011年11月定植，成活率在2012年8月调查，生长指标，包括株高、分枝数、花枝数等，在2012年10月和2013年10月调查，每个小生境调查30株；单株生物量在2012年10月调查，单株产量在2013年10月调查。

不同小生境的土壤样品在定植前取样，深度在0～20 cm的土层，土壤分析由北京林业大学生物中心分析室按《土壤农业化学常规分析方法》要求进行。有机质采用油浴加热K2Cr2O7容量法，土壤全氮采用开氏法，速效磷采用0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用原子吸收分光光度法，pH采用酸度计测定，水土比为5∶1。土壤有效铁、锰、铜、锌采用原子吸收分光光度法。

苍术酮（atractylon）、茅术醇（hinesol）、β-桉叶醇（β-eudesmol）、苍术素

（atractylodin）4种挥发油有效成分测定[30-31]样品分别于2012年10月和2013年10月取样，晾干，样品采用常温、避光、防潮方式保存，次年2月将各样品粉碎，放置30 ℃烘箱中24 h至恒重，取500 mg粉末置50 mL离心管内，加25 mL正己烷，先置摇床上（250 r·min-1，15 min），然后离心（3 000 r·min-1，10 min），取上清液待用，药渣继续加入20 mL正己烷，重复以上过程，在量瓶内合并2次的上清液，加入1.0 mL的内标溶液，定容至50 mL，然后取1 mL注入气质联用色谱仪内。采用GC-MS方法测定完成，色谱柱为安捷伦（Agilent）DB-5ms系列，规格0.25 mm×30 m，0.25 μm，载气为氦气（流量 1 mL·min-1），注入模式为分流（比例50∶1），进样量1 mL，进样口温度 240 ℃，柱温前2 min 120 ℃，然后以5 ℃·min-1程序升温至240 ℃，之后240 ℃维持5 min。MSD电离方式：EI（电离电压 70 V，离子源230 ℃，四极 150 ℃）；MSD数据采集模式扫描（40～500 AMU）。经方法学考察，本法准确、快速、重复性好，见图1。

2.3 数据分析 数据采用Excel进行录入和作图，采用SPSS 18.0软件进行方差分析和统计。

3 结果与分析

3.1 不同小生境对苍术成活率、生长和生物量的影响 通过2012年霍山5个小生境的试验数据结合方差分析得出，对于一年生苍术，竹林下的苍术产量、成活率、株高都极显著高于其他处理（P

本试验于2013年10月对2年生的苍术进行了继续调查，见表3。发现在不同的小生境下，一年生苍术的株高（47 cm）和成活率（76%）均极显著高于露地种植的苍术；二年生苍术的株高、花枝数、芽头数、单株地下鲜重均达到极显著差异（P=0.000

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3.2 不同小生境对苍术4种挥发油成分的影响 不论是一年生还是二年生的苍术，其挥发油含量均为：竹林下的苍术挥发油含量高于露地种植的苍术，可以看出遮阴对苍术挥发油积累具有促进作用。用LSD检验方法进行方差分析得出，对于一年生苍术，不同小生境下4种挥发油成分的差异显著性分别为：苍术酮（P=0.307）、茅术醇（P=0.006

竹林下一年生苍术的4种挥发油4.09%，而露地栽培的平均为2.12%；其主要贡献来源于竹林下苍术的茅术醇（1.53%）和β-桉叶醇（1.79%）均极显著高于露地栽培的苍术（分别为0.81%，0.79%）。

竹林下二年生苍术的4种挥发油3.15%，而露地栽培的平均为2.36%；其主要贡献也来源于竹林下苍术的茅术醇（1.47%）和β-桉叶醇（1.17%）比露地栽培的平均值高（分别为1.01%，0.83%），但方差分析差异未到达显著水平。但依照Duncan检验方法，将不同小生境处理下二年生苍术的β-桉叶醇和苍术素均在显著性水平上分为2组，林下（1.174%）的β-桉叶醇显著高于西坡（0.784%）和北坡（0.777%）上种植的苍术；北坡（0.26%）和林下（0.24%）的苍术素显著高于西坡（0.16%）上种植的苍术。

对于4种挥发油成分，通过相关分析得出：一年生和二年生苍术的茅术醇与β-桉叶醇分别呈极显著正相关和显著正相关（相关系数分别为0.965，0.926），同时，一年生苍术的β-桉叶醇与二年生苍术的茅术醇呈极显著正相关（相关系数0.966），一年生苍术的茅术醇与二年生苍术的茅术醇呈显著正相关（相关系数0.953）。其他成分间未见显著相关性，由于苍术醇是β-桉叶醇和茅术醇2种成分的混合物，两者的化学结构相似，说明两者的生物合成途径在苍术体内有很好的协同性。

另外，通过4种挥发油成分与生长指标的相关分析得出：苍术的挥发油成分与株高程显著正相关，但与分枝数、芽头数和产量均程负相关，所以判断苍术的挥发油与逆境胁迫有关。 3.3 不同小生境对苍术叶片营养状况的影响 通过对不同小生境上生长的苍术叶片基本营养元素的测定，发现东坡上的苍术对各种营养元素的吸收和固定都很强，极显著高于其他处理，再次为东坡产量高于其他朝向提供了佐证，见表4。

林下苍术对营养元素的固定，主要差异体现在微量元素上，其中林下苍术对锌的吸收和累积好，其锌的含量极显著高于露地种植的苍术；但对铁、锰和铜的吸收极显著低于露地处理，这可能与光照的差异对苍术主动吸收各种养分的能力产生了影响有关。叶片的Cu与Fe呈显著正相关（相关系数0.2），但Cu与Zn呈显著负相关（相关系数0.886）。

土壤的大量元素和锌营养水平与苍术的成活率、株高和茅术醇与β-桉叶醇程显著正相关，与产量多呈负相关，而铁、锰、铜3元素对苍术的影响与大量元素表现了相反的趋势，说明苍术是一种耐贫瘠药用植物，大量元素肥料容易成为苍术增产的胁迫因子。 4 讨论

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由于坡向与光照、温度、水分和土壤等生态因子形成异质性的小生境[32]，从而对植被生物多样性、植物生长发育、生产力以及生态系统功能等产生重要影响。

4.1 不同小生境下光照状况对苍术的影响 光照影响着植物的形态建成和次生代谢物质的积累，林下的光照低于露地，林下苍术株高发达，但地下部分生物量偏小，根所含挥发油却高于露地苍术，说明苍术挥发油与弱光胁迫具有一定联系。对于竹林下苍术产量低、挥发油含量高的解释，符合次生代谢产物随环境变化的3个假说[6

，11]

。一是符合生长/分化平衡

（growth/differentiation balance，GDB）假说，当林下光照不充足时，苍术光合作用能力弱，生长缓慢，苍术以分化为主，而挥发油是细胞分化过程中生理活动的产物；二是符合最佳防御（optimun defense，OD）假说，即林下光照胁迫下，苍术生长缓慢（露地栽培苍术单株鲜重是林下苍术的2.5倍），产生次生代谢产物（挥发油）的所获得的防御收益大于其生长所获得的收益，所以林下苍术挥发油含量高。三是符合资源获得（resource availability，RA）假说，即苍术潜在的生长速度降低时，其产生的用于防御的次生代谢产物的数量就会增加，所以林下苍术的挥发油含量高。

对于4个朝向的露地苍术，东坡上的苍术好于其他朝向，因为苍术喜干燥、忌潮湿（潮湿易发病虫害），东坡早上蒸发量大、露水消失快，而在中午和下午又避开了暴晒，利于苍术的健康生长。

4.2 不同小生境下温度状况对苍术的影响 温度通过对酶促的影响来调节植物体内细胞的新陈代谢和生长繁殖，并且在小生境研究中，温度与光照存在相关性，苍术的适宜月月平均最高温度为32 ℃，夏季露地的温度高达38 ℃，林下的温度适宜苍术生长，林下苍术的药材生物量低，林下挥发油含量高于露地，说明林下对极端高温的作用，有利于苍术的生长和挥发油的积累。

4.3 不同小生境下土壤、叶片营养状况对苍术的影响 通过表1，4可以看出，不同的小生境，其土壤有机质、pH和营养元素含量存在显著差异，通过综合评价，竹林下的土壤有机质和营养条件好于露地（东坡、南坡、西坡、北坡），而在露地条件下，东坡的有机质含量又显著高于其他朝向（南坡、西坡、北坡），这也为东坡产量高于其他朝向提供了依据。 另外，对于4个朝向的露地苍术，东坡上的苍术对营养元素的吸收好于其他朝向，综合了东坡的光照和温度对苍术生长的促进作用，同时也促进了苍术对营养元素的吸收和利用。 5 结论

由于茅苍术是一种喜适当遮阴的药用植物，竹林下苍术的成活率、株高和挥发油含量都显著高于露地苍术，但产量却极显著低于露地上种植的苍术。另外，东坡的光照比其他坡向适合，这为东坡产量高于其他朝向提供了佐证。

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竹林下的土壤有机质和总体营养条件好于露地，但林下光照、温度等条件更接近野生苍术的生长环境，这也提示我们，如果采用林药间作等生态种植方式，苍术成活率高，发病率低，管理成本低，虽然产量不高，但其药效成分高，可以通过增施有机肥来提高其产量，是以后考虑发展的一种苍术生态种植模式。 [参考文献]

[1] Chang X， Alderson P G， Wright C J .Solar irradiance level altersthe growth of basil （Ocimum basilicum L.） and its content ofvolatile oils[J]. Environ Exp Bot，2008，63： 216. [2] Amzallag G N，Larkov O， Hur M B，et al. Soil micro variations as a source of variability in the wild： the case of secondary metabolism in Origanum dayipost[J]. J Chem Ecol， 2005， 31（6）：1235.

[3] Renata Nurzyńska-Wierdak， Bartomiej Borowski， Katarzyna Dzida，et al. Essential oil composition of sweet basil cultivars as affected by nitrogenand potassium fertilization[J]. Turk J Agric For，2013， 37： 427.

[4] Elena Ormeo，Virginie Baldy，Christine Ballini，et al. Production and diversity of volatile terpenes from plantson calcareous and siliceous soils： effect of soil nutrients[J]. J Chem Ecol，2008， 34：1219.

[5] Ez-Ell Din A A， Hendawy S F， Aziz E E， et al. Enhancinggrowth， yield， and essential oil of caraway plants by nitrogenand potassium fertilizers[J]. Inter J Acad Res， 2010， 2： 192.

[6] 黄璐琦，郭兰萍. 环境胁迫下次生代谢产物的积累及道地药材的形成[J].中国中药杂志，2007，32（4）：277.

[7] 阎秀峰，王洋，李一蒙. 植物次生代谢及其与环境的关系[J]. 生态学报，2007，27（6）：25.

[8] Myung-Min Oha， Harold N Trickb， C B Rajashekara. Secondary metabolism and antioxidants are involved in environmental adaptation and stress tolerance in lettuce[J]. J Plant Physiol， 2009 ，166（2）： 180.

[9] C Wiegand， S Pflugmacher.Ecotoxicological effects of selected cyano bacterial secondary metabolites a short review[J].Toxicol Appl Pharm，2005，203（3）： 201.

[10] Baldwin I T， Kessler A， Halitschke R. Volatile signaling in plant-plant-herbivore interactions： what is real Curr. Opin[J]. Plant Biol，2002，5：351.

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[11] 孔垂华， 徐涛， 胡飞， 等. 环境胁迫下植物的化感作用及其诱导机制[J]. 生态学报， 2000（20）： 849.

[12] Stranden M， Borg-Karlson A K， Mustaparta H.Receptorneuron discrimination of the germacrene D enantiomers in themoth Helicover paarmigera[J].Chem Senses，2002， 27： 143. [13] Rstelien T， Borg-Karlson A K， Fldt J， et al.The plant sesquiter peneger macrene D specifically activates a major type of antennal receptor neuron of the tobacco budworm moth Helio this virescens[J]. Chem Senses，2000，25：141.

[14] Harbome J B.Recent advances in the ecological chemistry of plant ter penoids[M]//Harbome J B.Ecological chemistry and biochemistry of planter penoids.Oxford：Clarendon Press，1991：399. [15] Dudai N. Factors affecting content and composition of essential oils in aromatic

plants[M]//R Dris. Crops growth， quality and biotechnology. Part Ⅲ： quality management of foodcrops for processing technology. Helsinki：WFL Publisher， 2005.

[16] zcan M， Chalchat J C .Essential oil composition of Ocimum basilicum L. and Ocimum minimum L. in Turkey[J]. Czech J Food Sci，2002，20： 223.

[17] Rakic Z， Johnson C B. Influence of environmental factors（including UV-B radiation） on the composition of the essential oil of Ocimum basilicum-sweet basil[J]. J Herbs Spic Med Plants，2002，9： 157.

[18] Chang X， Alderson P G， Wright C J. Solar irradiance level altersthe growth of basil （Ocimum basilicum L.） and its content of volatile oils[J]. Environ Exp Bot ，2008，63： 216. [19] 张志军，刘西亮，李会珍，等.植物挥发油提取方法及应用研究进展[J]. 中国粮油学报，2011，26（4）：118.

[20] 中国药典.一部[S].2010：150.

[21] 彭华胜.术类药材基原的系统学研究[D].北京：中国中医科学院中药研究所，2011. [22] 郭兰萍，刘俊英，吉力，等.茅苍术道地药材的挥发油组成特征分析[J].中国中药杂志，2002，27（11）：814.

[23] Takeda O， Miki E， Terabayashi S， et al. A comparative study on essential oil components of wild and cultivated Atractylodes lancea and A. chinensis[J]. Planta Med，1996，62：444.

[24] 郭兰萍.影响苍术质量的生态因子研究[D].北京：中国中医科学院中药研究所，2005.

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[25] 曾燕.郭兰萍.陈保冬，等.不同温度对茅苍术生长发育及挥发油组分的影响[J].世界科学技术——中医药现代化，2010，12（5）：773.

[26] 顾永华，冯煦，夏冰.营养条件对茅苍术生长与挥发油含量的影响[J].江苏农业科学，2008（5）：133.

[27] 杨秀珍，池小妹.茅苍术优质、高产及无公害人工栽培技术概述[J].云南中医中药杂志，2007，29（9）：21.

[28] 张惠芝.茅苍术种子育苗关键技术研究[D].武汉：华中农业大学，2010. [29] 侯芳洁，茅苍术的种质资源调查及品质评价[D].南京：南京中医药大学，2008. [30] Osami Takeda， Eiji Miki， Makoto Morita， et al. Variation of essential oil components of Atractylodes lancea growing in Mt. Maoshan area in Jiangsu province[J]. China Nat Med，1994， 48（1）：11.

[31] 郭兰萍，黄璐琦，胡娟，等.基于生物信息分析的苍术挥发油成分变异及其化学型的划分[J]. 中国中药杂志，2008，30（5）：770.

[32] 张谧，熊高明，陈志刚，等，神农架米心水青冈-曼青冈群落的地形异质性及其生态影响[J]. 生态学报，2004，24（12）：2686. [责任编辑 吕冬梅]

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