Responses of Barringtonia racemosa to Tidal Flooding
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摘要:目的 分析濒危半红树植物玉蕊对潮汐淹浸逆境的应答特性，为玉蕊在城市内河、滨湖、湿地恢复等景观应用中的适宜淹水时长选择提供科学依据。方法 以二年生玉蕊实生幼苗为材料，试验模拟半日潮，研究各幼苗在不同淹水时长的潮汐淹浸逆境中的植株形态、生理生化及矿质元素的应答特性。结果 （1）玉蕊幼苗经过250 d的潮汐淹浸逆境胁迫处理都能存活，其株高、叶片数、叶面积都显著低于对照植株，穿袋株数量、产生气生根及皮孔的数量均显著高于对照组。（2）玉蕊叶片叶绿素a、叶绿素总量（16 h·d−1除外）整体呈下降趋势；MDA含量整体呈上升趋势（14 h·d−1除外），并与脯氨酸、可溶性糖含量在淹水10 h·d−1时达到最大值，且均显著大于CK；（3）淹浸逆境胁迫促进叶片N、P、Fe元素的吸收，但抑制K、Cu元素的吸收。结论 叶面积、叶片磷元素含量、叶绿素总含量、侧根表面积、CAT活性、POD活性、可溶性蛋白含量是玉蕊应答淹浸胁迫的主要指标；玉蕊对淹水时长≤20 h·d−1的半日潮淹浸逆境有很强的耐受性和适应性，可配植于城市内河易淹水的岸域、滨湖绿带及淡水湿地等景观环境中。Abstract:Objective Responses of the endangered semi-mangrove Barringtonia racemosa to submergence in tides were studied to determine the adequacy of their planting for urban inland river, lakeside, and wetland restorations or other similar landscape projects.Method Two-year-old B. racemosa seedlings were used in the simulated semi-diurnal tide experiment. Morphology, physiology, biochemistry, and mineral contents of the plants in response to tidal submergence for varied durations were monitored.Result (1) The seedlings survived 250 d under the flooding treatments, but the plant height, leaf count, and leaf area were significantly lower, while the numbers of aerial roots, piercing plants, and lenticels significantly higher, than those of control. (2) The chlorophyll a and total chlorophyll in the leaves decreased continuously under flooding, except the 16 h·d−1 submergence treatment; MDA increased, except the 14 h·d−1 treatment; and, MDA, proline, and soluble sugars became significantly higher than those of CK and peaked under the 10 h·d−1 treatment. (3) The flooding increased the absorption of N, P, and Fe but inhibited that of K and Cu in the leaves.Conclusion The area, the contents of P, total chlorophyll, and soluble protein, and the activities of CAT and POD of leaves as well as the surface area of lateral roots were the major indicators that reflected the responses of B. racemosa to the flooding stress. The plants showed strong tolerance and adaptability to the adversity brought about by the semi-diurnal tides that lasted 20 h·d−1. Thus, B. racemosa could be adequately planted for landscaping at waterfront, lakeshore green belt, and/or freshwater wetland.
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Keywords:
- Barringtonia racemosa /
- semi-mangrove plant /
- endangered /
- tidal flooding /
- stress
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0. 引言
【研究意义】多花黄精Polygonatum cyrtonema Hua.是中药材黄精Polygonati Rhizoma.的基源植物之一，用于脾胃气虚，体倦乏力，胃阴不足，口干食少，肺虚燥咳，劳嗽咯血，精血不足，腰膝酸软，须发早白，内热消渴[1]。多花黄精主产于贵州、湖南、云南、浙江、安徽等地区[2]。多花黄精的根茎一般每年向前伸长1节，当年新生的1节，为1节龄，把节龄为1的节称1年节龄，与其相连接的上一节的节龄为2，把节龄为2的节称2年龄节，依此类推（图1）。在黄精根茎的生长过程中，不同龄节间存在物质转移，各龄节干重和品质不一致，如果混杂使用会造成药效下降[3]。有效成分含量对临床合理用药有指导意义，研究多花黄精不同龄节药材质量，可为多花黄精临床合理用药提供科学指导。【前人研究进展】迄今，国内外学者开展了多花黄精资源状况、化学成分、药理作用和繁育栽培技术等方面[4-7]的研究。【本研究切入点】多花黄精不同龄节物质含量情况尚未见报道。【拟解决的关键问题】本试验通过测定种植年限为5年的多花黄精不同龄节中水分、灰分、浸出物、多糖和黄酮的含量，探明多花黄精不同龄节物质含量情况，为多花黄精产地采收初加工、分级分类和临床合理用药量的配伍提供依据。
1. 材料与方法
1.1 试验地概况
本次试验的基地位于贵州省六枝特区落别乡抵耳村，年平均气温在14.5°C左右，年平均降雨量为1 400～1 600 mm，无霜期288 d左右。土壤pH6.83，有机质62.967 8 g·kg−1，全氮2.92 g·kg−1，碱解氮160.877 8 mg·kg−1，全磷0.691 3 mg·kg−1，速效磷0.003 1 mg·kg−1，缓效钾0.621 6 mg·kg−1，速效钾0.149 0 mg·kg−1。多花黄精套种在樱桃树苗下。
1.2 供试材料
供试材料于2018年10月采自贵州大禹王农业发展有限公司黄精种植基地，种植年限为5年，经贵州大学生命科学学院赵财副教授鉴定为多花黄精Polygonatum cyrtonema Hua.。洗净材料，将根茎按不同节龄分开，再用去离子水清洗，晾干表面水分后将根茎切成大约3 mm厚的薄片，称重，然后置于105℃条件下杀青30 min，60℃烘至恒重，称重，粉碎，过五号筛，备用。
1.3 指标测定
1.3.1 水分、总灰分、浸出物和多糖含量的测定
参照2015版《中华人民共和国药典》 一部[1]和四部[8]中的方法。
1.3.2 黄酮含量的测定[9]
对照品溶液制备：精确称取在120℃干燥至恒重的芦丁对照品10 mg，置于100 mL容量瓶中，加70%乙醇适量，超声处理（60℃，50 Hz，50 min）使之溶解，冷却后，用70%乙醇定容，摇匀，即得0.1 mg·mL−1的芦丁标准液。
供试品溶液制备：称取处理好的黄精根茎粉末0.5 g至离心管中，加入70%乙醇15 mL，在60℃、50 Hz下进行超声波辅助提取50 min，提取液经抽滤后用70%乙醇定容至25 mL容量瓶中。精密量取1 mL置于10 mL容量瓶中，加70%乙醇至5 mL，加0.05 g ·mL−1的亚硝酸钠溶液0.3 mL，摇匀，放置6 min后加0.1 g·mL−1硝酸铝0.3 mL，摇匀，放置6 min后加0.04 g·mL−1的氢氧化钠4 mL，摇匀定容，放置15 min后立即置于500 nm下测定其吸光度。
标准曲线的制备：精确量取标准液0、1、2、3、4、5 mL置于10 mL容量瓶中，加70%乙醇至5 mL，加0.05 g·mL−1的亚硝酸钠溶液0.3 mL，摇匀，放置6 min后加0.1 g·mL−1硝酸铝0.3 mL，摇匀，放置6 min后加0.04 g·mL−1的氢氧化钠4 mL，摇匀定容，放置15 min后立即置于500 nm下测定其吸光度。
1.4 数据处理与分析
利用SPSS22.0、Microsoft Office Excel2010软件对数据进行分析和图表制作。
2. 结果与分析
2.1 多花黄精不同龄节各检测指标成分含量变化
折干率可以从侧面反映各部分水分和干物质储存状况[3]。由图2可知，1～4年龄节折干率比较大，表明生长代谢活跃，随年限增长，折干率下降，5年龄节黄精折干率最小，趋向老化，代谢降低。
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图 2 不同龄节的折干率Figure 2. Percent yield on weight of dehydrated plant sections of different ages药材水分对保证其质量有重大意义，过量的水分易导致药材发生霉烂变质或使有效成分分解[10]。由图3可知，2年龄节的水分含量最高，为5.48%，3年龄节的水分含量最低，为4.89%，随后，随年限增长，水分含量上升。
药材灰分含量高低可以从侧面反映各部分有机物含量[11]，灰分含量越高，有机物含量越低。由图4可知，2年龄节的灰分含量最低，为1.38%，表明有机物含量最高，随年限增大，灰分上升。
醇溶出物和水溶出物量的变化基本上能够代表总有效成分的动态变化[3]，由表1可知，2龄节的醇溶性浸出物和水溶出物均最高，分别为78.04%和76.74%，5年龄节的醇溶性浸出物和水溶出物均最低，分别为69.41%和63.21%。
表 1 多花黄精不同龄节浸出物含量Table 1. Ethanol extracts in plant sections of different ages类型
Type醇溶性浸出物
Alcohol soluble extract水溶性浸出物
Water soluble extract一年龄节
1-year-old section77.89±0.68 aA 75.12±0.69 bA 二年龄节
2-year-old section78.04±1.32 aA 76.74±0.76 aA 三年龄节
3-year-old section75.10±0.12 bB 71.11±0.47 cB 四年龄节
4-year-old section71.75±0.28 cC 66.86±0.60 dC 五年龄节
5-year-old section69.41±1.20 dC 63.27±0.41 eD 变异系数
Coefficient of variation4.88 7.41 黄精多糖是黄精化学组成的一个重要活性部分，含量也最多，并且是药典规定中黄精质量的唯一评价指标[12-13]。由表2可知，随年限的增长，多花黄精根茎的多糖含量逐渐降低，1年龄节含量最高，为14.65%；4年龄节多糖含量最低，为3.54%。对不同龄节中多糖含量利用LSD法方差分析后发现，1年龄节多糖含量显著高于其他各时期，4年龄节和5年龄节多糖含量差异不显著。
表 2 多花黄精不同龄节多糖、黄酮含量Table 2. Polysaccharides and flavonoids in plant sections of different ages类型
Type多糖
Polysaccharides黄酮
Flavonoids一年龄节 1-year-old section 14.65±1.83 aA 1.61±0.33 abA 二年龄节 2-year-old section 12.36±0.69 bAB 1.91±0.84 aA 三年龄节 3-year-old section 9.77±0.28 cB 1.67±0.42 abA 四年龄节 4-year-old section 3.54±0.54 dC 1.21±0.24 abA 五年龄节 5-year-old section 4.00±0.57 dC 0.66±0.12 bA 变异系数 Coefficient of variation 53.03 46.71 多花黄精含有天然高异黄酮类化合物[14]，由表2可知，2龄节的黄酮含量高于其他龄节，为1.91%；5龄节的黄酮含量最低，为0.66%。对不同龄节中黄酮含量利用LSD法方差分析后发现，黄酮含量1～4年龄节差异不显著，2年龄节显著高于5年龄节。
从表1和表2可知各指标变异系数多糖＞黄酮＞水溶性浸出物＞醇溶性浸出物。从变异系数来看，不同龄节的多糖、黄酮的变异系数较大，表明这3个成分含量容易受到生长年限的影响，不同生长年限差异较大。
2.2 多花黄精不同龄节各检测指标相关性分析
对各指标进行相关性分析可知（表3），折干率与黄酮呈显著正相关，与灰分呈显著负相关，醇溶性浸出物与水溶性浸出物呈极显著正相关，多糖与醇溶性浸出物、水溶性浸出物呈显著正相关，黄酮与醇溶性浸出物、水溶性浸出物呈显著正相关。相关性分析表明，灰分与药用成分均呈负相关，当药材中灰分过高时，会影响其他药用成分的积累[10]。
表 3 多花黄精各检测指标相关性分析Table 3. Correlation analysis on tested parameters指标
Item折干率
Drying rate水分
Moisture灰分
Ash醇溶性浸出物
Alcohol soluble extract水溶性浸出物
Water soluble extract多糖
Polysaccharide黄酮
Flavonoids折干率 Drying rate 1.000 水分 Moisture −0.04 1.000 灰分 Ash −0.880* −0.251 1.000 醇溶性浸出物 Alcohol soluble extract 0.722 0.264 −0.683 1.000 水溶性浸出物 Water soluble extract 0.708 0.180 0.634 0.995** 1.000 多糖 Polysaccharide 0.522 0.143 −0.357 0.930* 0.953* 1.000 黄酮 Flavonoids 0.909* 0.095 −0.821 0.941* 0.936* 0.809 1.000 注：*表示相关性差异达到显著水平（P＜0.05），**表示相关性达到极显著水平（P＜0.01）。
Note: * indicates that the correlation difference reach significant level (P＜0.05), and ** indicates that the correlation reach a very significant level (P＜0.01).2.3 多花黄精不同龄节药材成分的主成分分析
由表4可知，前1个主成分的贡献率为72.030%。当主成分个数达到2时，主成分累计贡献率为88.537%，即2个主成分代表了各检测指标88.537%的信息量。
表 4 特征合计值、方差贡献及累计贡献率Table 4. Total score on features, variance contribution rate, and cumulative contribution rate成分
Composition初始特征值 Initial eigenvalue 提取平方和载入 Extract the sum of squares and load 合计
A combined方差贡献率
Variance contribution rate/%累积贡献率
Cumulative contribution rate/%合计
A combined方差贡献率
Variance contribution rate/%累积贡献率
Cumulative contribution rate/%1 4.322 72.030 72.030 4.322 72.030 72.030 2 0.990 16.507 88.538 0.990 16.508 88.537 3 0.673 11.219 99.756 4 0.015 0.244 100.000 5 0.000 0.000 100.000 6 0.000 0.000 100.000 由表5可知，多花黄精的水溶性浸出物、醇溶性浸出物、多糖、黄酮在第一主成分上有较高载荷，水分在第二主成分上有较高载荷，再结合表1、2、3进行分析，第一主成分可解读为黄精的药用成分的描述指标，其特征因子为多糖、黄酮和浸出物，第二主成分可解读为水分的描述指标，可以利用这2个成分对黄精的品质进行评价。
表 5 各成分主成分的特征向量Table 5. Characteristic vector of each principal component指标 Item 成分 Composition 1 2 水分 Moisture 0.255 0.946 灰分 Ash −0.752 −0.195 水溶性浸出物 Water soluble extract 0.994 −0.010 醇溶性浸出物 Alcohol soluble extract 0.984 −0.103 多糖 Polysaccharide 0.892 −0.177 黄酮 Flavonoids 0.969 −0.123 用2个主成分对多花黄精不同龄节进行综合评价，其综合评价函数为F=4.322×F1+0.990×F2按综合评价函数计算出的各检测指标的主成分值、综合成分得分及排序见表6。多花黄精不同龄节中，排名依次为2、1、3、4、5年龄节。
表 6 多花黄精不同龄节药材主成分、综合成分得分与排序Table 6. Main components, comprehensive score on component, and ranking of P. cyrtonema plant sections of different ages类型 Type F1 F2 F 排名 二年龄节 2-year-old section 1.142 1.336 6.259 1 一年龄节 1-year-old section 0.640 −0.789 1.984 2 三年龄节 3-year-old section 0.187 −1.095 −0.275 3 四年龄节 4-year-old section −0.589 −0.076 −2.623 4 五年龄节 5-year-old section −1.380 0.624 −5345 5 3. 讨论与结论
《中国药典》中规定黄精药材的水分≤18%、总灰分≤4%、浸出物（本试验醇溶性浸出物）≥45%、多糖≥7%。本试验结果显示，各龄节的水分、灰分、浸出物含量均符合药典标准；1～3龄节的多糖含量符合药典标准，4、5年龄节的多糖含量低于药典标准。有研究显示，根茎繁殖的黄精于栽后2～3年采挖、种子繁殖的于栽后3~4年采挖[15]。根据本实验结果并结合药典标准表明，根茎繁殖的多花黄精，节龄超过3以后的节，品质会下降到低于药典标准，所以根茎繁殖的多花黄精，种植年限不宜超过3年。
初生代谢产物往往积累较快较早[11]。有研究显示随着时间延长，黄精多糖降解大于合成，消耗过多[3]。本试验结果显示，多糖含量在1年龄节中最高，节龄越大的节多糖含量越低，这与前人研究相符。次生代谢产物黄酮往往需要一定的时间进行积累[11]，本研究结果显示，黄酮含量在2年龄节中最高，而后随着节龄的增加而缓慢下降。多糖、黄酮是黄精的主要活性物质，黄精多糖具有抗氧化抗衰老、抑菌抗炎、降血脂、抗动脉粥样硬化、抗肿瘤和调节血糖等药理活性[16]，黄酮具有降血糖、抗氧化活性、抗肿瘤活性、抗菌活性和抗炎活性等药理活性[17]。综上所述，当黄精以多糖的功效入药时，1年龄节为最优；当黄精以黄酮的功效入药时，2年龄节为最优。
通过主成分分析可知，多花黄精不同龄节中，以2年龄节质量最好，其次为1年龄节和3年龄节。目前在产地初加工时，将去除须根后的多花黄精根茎统一进行炮制，并未将不同龄节的根茎分开处理[18]。等级是中药质量的标志，也是商品定价的依据[19]，结合本试验结果，在产地初加工时，可将不同龄节进行分级，其中2年龄节为1级，1年龄节为2级，3年龄节为3级。有效成分含量的差异极大影响了用药的安全、稳定及有效[20]。因此在临床中，应该根据多花黄精药材的不同品质进行合理用药量的配伍。
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图 1 淹浸逆境对玉蕊株高、地径、叶片数及叶面积的影响
注：不同处理间玉蕊幼苗叶片的株高总增量（A）、地径总增长量（B）、叶片数变化量（C）及叶面积（D）。不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），差异性分析为不同处理间的差异性比较，图2~7同。
Figure 1. Effects of flooding on plant height, underground trunk girth, leaf number, and leaf area of B. racemose
Note: Increases on plant height (A), increases on underground trunk girth (B), changes on leaf count (C), and changes on leaf area (D) of B. racemosa seedlings under treatments. Data with different lowercase letters indicate significant differences at P＜0.05 on different treatments. Same for the following.
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图 2 淹浸逆境对玉蕊气生根数、穿袋株数、皮孔数及主侧根表面积的影响
注：不同处理间玉蕊幼苗叶片的气生根数（A）、穿袋株数（B）、皮孔数（C）、主根表面积（D）及侧根表面积（E）。
Figure 2. Effects of flooding on numbers of aerial roots, piercing plants, and lenticels and surface area of main and lateral roots of B. racemose
Note: Number of aerial roots (A), number of plants penetrated breeding bag (B), number of pores (C), surface area of main roots (D), and surface area of lateral roots (E) of B. racemosa seedlings under treatments.
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图 5 淹浸逆境对玉蕊叶片渗透物质及细胞膜的影响
注：不同处理间玉蕊幼苗叶片的脯氨酸（A）、可溶性糖（B）、可溶性蛋白（C）及丙二醛的含量（D）。
Figure 5. Effects of flooding on osmotic substances and cell membrane of B. racemosa leaves
Note: Contents of proline (A), soluble sugar (B), soluble protein (C) and MDA (D) of B. racemosa seedlings under treatments.
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图 6 淹浸逆境对玉蕊叶片氮磷钾的影响
注：不同处理间玉蕊幼苗叶片的硝态氮（A）、有效磷（B）和有效钾的含量（C）。
Figure 6. Effects of flooding on N, P, and K in B. racemosa leaves
Note: Contents of nitrate N (A), effective P (B), and effective K (C) of B. racemosa seedlings under treatments.
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图 3 淹浸逆境对玉蕊叶绿素含量的影响
注：不同处理间玉蕊幼苗叶片的叶绿素a的含量（A）、叶绿素b的含量（B）及叶绿素的总含量（C）。
Figure 3. Effect of flooding on chlorophyll content of B. racemose
Note: Chlorophyll a (A), chlorophyll b (B), and total chlorophyll (C) of B. racemosa seedlings under treatments.
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图 4 淹浸逆境对玉蕊叶片酶系统的影响
注：不同处理间玉蕊幼苗叶片的SOD活性（A）、POD活性（B）及CAT活性（C）。
Figure 4. Effect of flooding on enzyme activities of B. racemosa leaves
Note: Activities of SOD (A), POD (B), and CAT (C) of B. racemosa seedlings under treatments.
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图 7 淹浸逆境对玉蕊叶片铁、铜离子的影响
注：不同处理间玉蕊幼苗叶片矿质元素的Fe含量（A）和Cu的含量（B）。
Figure 7. Effects of flooding on Fe and Cu ions in B. racemosa leaves
Note: Contents of Fe (A) and Cu (B) of B. racemosa seedlings under treatments.
表 1 玉蕊对淹浸逆境应答指标的主成分分析
Table 1 Principal component analysis on responses of B. racemosa to flooding
应答指标
Response indicators主成分矩阵
Principal component matrix a1 2 3 4 5 6 7 株高 Plant height 0.780 −0.212 0.119 0.027 −0.016 −0.079 −0.286 地径 Ground diameter −0.121 0.586 0.387 0.149 0.469 0.149 0.188 叶片数 Number of blades 0.770 −0.107 0.202 0.007 0.031 −0.263 0.010 叶面积 leaf area 0.822 0.000 −0.329 0.203 0.007 0.140 0.004 皮孔数 Number of lenticels −0.703 −0.398 −0.103 −0.366 0.025 0.129 −0.196 主根表面积 Surface area of taproot 0.370 0.159 0.269 0.563 −0.430 −0.014 −0.316 侧根表面积 Surface area of lateral roots 0.132 0.250 0.460 0.703 −0.082 0.353 0.090 叶绿素 a Chlorophyll a 0.599 0.125 −0.153 −0.429 0.335 0.160 0.028 叶绿素 b Chlorophyll b −0.287 0.049 −0.820 0.404 −0.074 −0.056 0.098 叶绿素总量 Total chlorophyll 0.398 −0.051 0.728 −0.488 0.081 0.068 −0.095 SOD活性 SOD activity 0.573 0.194 −0.572 −0.082 0.179 0.272 0.093 POD活性 POD activity −0.027 −0.381 0.201 −0.157 −0.604 0.355 0.433 CAT活性 CAT activity −0.334 0.247 0.057 0.242 0.538 −0.497 0.153 脯氨酸含量 Proline content −0.098 0.602 0.130 −0.679 −0.207 0.062 0.076 可溶性糖含量 Soluble sugar content −0.155 0.638 0.493 0.181 0.022 −0.114 −0.216 可溶性蛋白含量 Soluble protein content −0.346 −0.070 0.096 0.123 0.509 0.691 −0.104 丙二醛含量 Malondialdehyde content −0.164 0.535 −0.323 −0.279 −0.139 0.189 −0.589 硝态 N含量 Nitrate N content −0.549 −0.569 0.227 0.270 −0.101 0.145 −0.013 P含量 P content 0.111 0.877 0.009 −0.075 −0.105 0.148 0.289 K含量 K content 0.477 −0.660 0.155 −0.197 0.145 −0.097 0.168 Fe含量 Fe content −0.449 0.561 0.066 −0.235 −0.284 −0.245 0.126 Cu含量 Cu content 0.418 0.585 −0.230 0.146 −0.167 0.057 0.095 特征值 Characteristic value 4.679 4.155 2.71 2.467 1.695 1.385 1.05 贡献率 Contribution rate/% 21.267 18.888 12.32 11.211 7.707 6.297 4.772 累积贡献率 Cumulative contribution rate/% 21.267 40.155 52.475 63.686 71.393 77.691 82.462 注：提取方法：主成分；a：已提取了7个成分。
Note: Extraction method: principal component; a:7 principle components extracted.
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