宋 科,秦 秦,鄭憲清,顧富家,孫麗娟,孫雅菲,呂衛(wèi)光,薛 永*

(1上海市農(nóng)業(yè)科學院生態(tài)環(huán)境保護研究所,上海 201403;2農(nóng)業(yè)部上海農(nóng)業(yè)環(huán)境與耕地保育科學觀測實驗站,上海 201403;3上海沃儂農(nóng)產(chǎn)品專業(yè)合作社,上海 202150)

姜黃(Curcuma)是姜科多年生根莖植物,集香料、藥用、觀賞和染料等多種用途于一身,具有很高的經(jīng)濟價值[1]。姜黃種植在世界上許多溫暖的地區(qū),包括中國、日本、印度、馬來西亞、泰國、越南等國和中美洲[2]。不同種類的姜黃受到不同氣候環(huán)境和土壤類型的影響,產(chǎn)量和品質(zhì)具有較大差異,在確定的單一氣候環(huán)境下,優(yōu)良的種質(zhì)選擇和良好的土壤養(yǎng)分供應(yīng)是促進姜黃優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的保障[3]。日本在19世紀70年代就從馬來西亞引種姜黃,在確保姜黃產(chǎn)量和品質(zhì)的前提下,更注重以藥用為目的的種質(zhì)選育與研究,主要評價其經(jīng)濟性狀和主要藥用成分[4-5]。如小春天海等[6]對從世界各地收集的331份姜黃植株進行了優(yōu)良株系的評價,篩選出7個姜黃優(yōu)良株系,在日本沖繩和崗山等地區(qū)廣泛種植,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。中國科學院西雙版納熱帶植物園從20世紀60年代開始對姜科植物進行收集馴化與保存工作,主要以國內(nèi)和東南亞國家的熱帶和亞熱帶野生姜科植物種質(zhì)資源遷地保護為主,現(xiàn)保存野生姜科植物16屬170余種,多個種類已經(jīng)在云南和四川等地廣泛種植[7]。

上海崇明島是我國最大的河口沖積島,地處東經(jīng)121°10′—121°54′,北緯31°27′—31°51′,與四川省處于同一緯度帶,島上地勢低平,土壤肥沃,氣候溫潤,陽光充足,屬海洋性季風氣候,與日本島具有相似的氣候條件,適合藏紅花等藥用植物的種植與生長[8]。崇明島是一座“生態(tài)島”,重點發(fā)展綠色食品,休閑旅游和生態(tài)農(nóng)業(yè)。為了豐富島上高價值經(jīng)濟作物種質(zhì)資源,選育適合崇明島種植的特色植物,本研究于2018年3月從日本的沖繩、崗山和中國四川引種了6個姜黃種,通過田間試驗對比研究不同姜黃種的植物學性狀、產(chǎn)量、姜黃素和揮發(fā)油含量的差異,旨在為選育適合在崇明島種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)姜黃提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

田間試驗在上海市崇明區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)園區(qū)實驗基地(121°33′47″,31°41′20″)進行。崇明區(qū)地處北亞熱帶,具有顯著的季風氣候特征,四季分明,雨水充沛,年平均氣溫15.3℃,降水量1 003.7 mm,日照時數(shù)2 104 h,日照百分率47%,全年無霜期229 d。研究地點的土壤是河口沖積新成土[9],耕層土壤有機質(zhì)含量16.34 g/kg,全氮含量0.96 g/kg,堿解氮含量73.35 mg/kg,有效磷含量35.62 mg/kg,速效鉀含量96.73 mg/kg,pH 8.10(水土比5∶1)。

1.2 供試材料

分別從日本的沖繩、崗山和中國四川選擇6個姜黃種,用于引種試驗,其中從日本沖繩選擇的3個種分別為姜黃(Curcuma longaL.)、古林箐姜黃(Curcuma gulinqingensis)和童氏姜黃(Curcuma tongii),從日本崗山選擇的2個種分別為英德姜黃(Curcuma yingdeensis)和黃紅姜黃(Curcuma zanthorrhiza),從中國四川選擇的1個種為極苦姜黃(Curcuma amarissima)[10]。這些姜黃材料從已發(fā)布的姜黃種質(zhì)資源和最有種植前景的種類中選取,由中國科學院植物研究所張樹仁副研究員鑒定[11]。

1.3 試驗設(shè)計

試驗分別于2018年和2019年種植2季姜黃,2018年4月20日種植第一季,2018年12月26日采收;2019年4月12日種植第二季,2019年12月23日采收。種植時每個種的姜黃取10.0 kg的健康根莖,從根莖中分取出(60±5)g小塊,每個種共分取出90份小塊,按照0.6 m×0.6 m的種植規(guī)格進行穴植,30穴為1小區(qū),每個小區(qū)的面積為3×4=12 m2,每個姜黃種設(shè)置3個重復,共設(shè)置18個種植小區(qū),各小區(qū)按隨機區(qū)組排列。小區(qū)之間設(shè)置田埂,田埂用塑料膜包裹隔開。在整個研究期間,各小區(qū)統(tǒng)一施肥管理,施肥以有機肥為主,播種前每小區(qū)施用商品有機肥50 kg和過磷酸鈣1 kg作為基肥。在栽種后30 d和60 d每個小區(qū)分別追肥尿素1 kg。分別于2018年11月16日和2019年11月14日姜黃成熟期對各小區(qū)姜黃的株高、假莖數(shù)、葉片數(shù)進行觀測記錄。于姜黃采收時稱重,測定每個小區(qū)的姜黃鮮重,并選擇健康根莖測定姜黃素和揮發(fā)油含量。

1.4 樣品測定

將收獲的新鮮姜黃根莖用水煮沸然后曬干,測定固化率和干物質(zhì)重。用水煮沸是為了減少干燥時間,這種沸騰和干燥的過程稱為固化。每個種的姜黃取1 kg新鮮的根莖在水中煮沸1 h,并在陽光下曬干24 h(約3 d,8 h/d)以達到大約10%的水分含量。通過鮮重和干重之間的差異計算固化率。根據(jù)單株新鮮產(chǎn)量及其每個姜黃種的固化率計算干物質(zhì)重。

將收獲的姜黃根莖徹底洗凈以除去黏附的土壤,然后日曬干燥至8.0%水分;使用混合研磨機將干燥的根莖磨成粉,過0.5 mm篩孔;用乙醇提取根莖粉中的姜黃素,并使用分光光度計在425 nm處測量吸光度,測定姜黃素含量。

取10 g上述研磨的姜黃粉末,置于燒瓶中,加入500 mL蒸餾水與玻璃珠,搖勻混合后,連接揮發(fā)油測定器與回流冷凝管;在電爐上加熱并保持沸騰5 h,至測定器中油量不再增加,停止加熱,冷卻并放置1 h以上,讀取揮發(fā)油量并計算揮發(fā)油含量。

1.5 統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2010整理后,采用SPSS 17.0軟件進行方差分析,比較不同姜黃種植物學性狀、產(chǎn)量、姜黃素和揮發(fā)油含量之間的差異。不同處理之間多重比較采用Tukey方法,采用Origin 8.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同姜黃種的植物學性狀

如表1所示,在6個姜黃種中,來自沖繩的姜黃株高最高,顯著高于其他種,來自崗山的黃紅姜黃株高最矮,顯著低于其他種,另外4個姜黃種株高沒有顯著差異。四川的極苦姜黃假莖數(shù)最多,其次為崗山的英德姜黃和沖繩姜黃,而沖繩的古林箐姜黃、童氏姜黃和崗山的黃紅姜黃假莖數(shù)相對較少。沖繩姜黃每株植物的葉片數(shù)較多,其次是沖繩古林箐姜黃和四川極苦姜黃,其余3個種的葉片數(shù)較少。6個姜黃種的株高、假莖數(shù)和葉片數(shù)在2018年和2019年表現(xiàn)出基本相同的規(guī)律,表明各姜黃種在崇明地區(qū)的種植性狀比較穩(wěn)定。

表1 不同姜黃種植株的株高、假莖數(shù)和葉片數(shù)Table 1 Plant height,number of false stems and leaves of different Curcuma species

2.2 不同姜黃種的單株鮮重、固化率和干物質(zhì)重

如表2所示,2018年,沖繩姜黃單株鮮重865.21 g,干物質(zhì)重254.20 g,固化率達到29.38%,高于其他種。英德姜黃和極苦姜黃單株鮮重分別為787.38 g和764.22 g,高于童氏姜黃、古林箐姜黃和黃紅姜黃。黃紅姜黃固化率和干物質(zhì)產(chǎn)量均最低,分別為21.82%和107.08 g。2019年的統(tǒng)計結(jié)果與2018年相似。

表2 不同姜黃種的單株鮮重、固化率和干物質(zhì)重Table 2 Fresh weight,solidification rate and dry matter weight per plant of different Curcuma species

2.3 不同姜黃種的姜黃素和揮發(fā)油含量

如圖1、2所示,不同姜黃種的姜黃素和揮發(fā)油含量存在一定差異。其中,沖繩姜黃的姜黃素含量最高(1.63%),古林箐姜黃含量最低(0.85%),兩者差異顯著。沖繩姜黃(7.32 mL/g)和四川極苦姜黃(6.89 mL/g)的揮發(fā)油含量較高,顯著高于崗山英德姜黃(5.83 mL/g)和崗山黃紅姜黃(5.53 mL/g),沖繩古林箐姜黃(3.57 mL/g)揮發(fā)油含量最低,顯著低于其他種。

圖1 不同姜黃種的姜黃素含量Fig.1 Curcumin content of different Curcum a species

圖2 不同姜黃種的揮發(fā)油含量Fig.2 Volatile oil content of different Curcuma species

2.4 不同姜黃種的產(chǎn)量

如表3所示,2018年和2019年沖繩姜黃產(chǎn)量均為最高,2年平均產(chǎn)量達到24.07 t/hm2,顯著高于其他姜黃種;其次是崗山英德姜黃和四川極苦姜黃,崗山黃紅姜黃產(chǎn)量最低,平均為13.89 t/hm2。沖繩姜黃的產(chǎn)量不僅高于來自日本的其他4個姜黃種,也高于從我國四川引種的極苦姜黃,說明日本沖繩姜黃在崇明地區(qū)種植的產(chǎn)量潛力最高。

表3 不同姜黃種的產(chǎn)量Table 3 Yield of different Curcuma species t·hm-2

3 結(jié)論與討論

世界上已知的姜黃植物大約有70種之多,栽培于中國和日本的超過10種[12]。為了選育出適合在崇明地區(qū)種植的優(yōu)良姜黃,本研究于2018年和2019年對6個姜黃種進行了田間試驗。結(jié)果表明:沖繩姜黃的株高和葉片數(shù)均高于其他姜黃種,單株鮮重和產(chǎn)量均為沖繩姜黃＞崗山英德姜黃＞四川極苦姜黃＞沖繩童氏姜黃＞沖繩古林箐姜黃＞崗山黃紅姜黃,固化率也基本呈現(xiàn)相同的規(guī)律,提示不同的區(qū)域和環(huán)境不是導致姜黃產(chǎn)量差異的主要原因,基因型可能是導致產(chǎn)量差異的主要因素。在6個種中沖繩姜黃產(chǎn)量最高,除了其植物生長參數(shù)更好外,該姜黃種的根莖節(jié)多而密、姜塊多、雙層或多層排列緊密也是其產(chǎn)量高的主要原因。研究還發(fā)現(xiàn),沖繩姜黃與四川極苦姜黃的出苗率高、苗數(shù)多,更適合崇明地區(qū)的氣候條件,產(chǎn)量也相對較高。Sasikumar[13]和Sarangthem等[14]也認為姜黃種之間在植物生長、根莖屬性和根莖產(chǎn)量方面的差異性導致了姜黃產(chǎn)量的差異。

姜黃素和揮發(fā)油是從姜黃中提取的主要活性成分,是評價姜黃藥理作用的主要指標[15]。本研究6個姜黃種中沖繩姜黃的姜黃素含量最高,古林箐姜黃含量最低;沖繩姜黃和四川極苦姜黃的揮發(fā)油含量也較高,顯著高于其他4個姜黃種。有研究認為,姜黃素和揮發(fā)油的含量除了受到不同種類和基因型的影響外,土壤中有機物質(zhì)的含量也是重要的影響因素[16]。本研究是在相同的土壤環(huán)境條件下種植不同種類的姜黃種,所以造成姜黃素和揮發(fā)油含量差異的主要因素是不同的姜黃種。綜合比較結(jié)果表明:沖繩姜黃所含有的姜黃素和揮發(fā)油含量均最高,品質(zhì)相對更好。

綜上,沖繩姜黃的株高和葉片數(shù)等生長性狀較好,單株鮮重和產(chǎn)量最高,姜黃素和揮發(fā)油等主要活性成分含量也最高,表明該姜黃種適合崇明地區(qū)的氣候條件,具有較大的種植和發(fā)展?jié)摿Α?/p>