王 谢 张建华 林超文 庞良玉 姚 莉 刘海涛 朱永群 许文志

(1四川省农业科学院土壤肥料研究所， 四川成都 610066； 2农业农村部西南山地农业环境重点实验室， 四川成都 610066)

桑叶和桑枝是桑树在个体水平上最重要的2个营养器官，其营养分配比例不仅关系着桑树的构型塑造和生态适应性策略[1]，还影响着其在其他领域的开发利用。作为重要的药用植物资源，桑树的叶片和枝条一直是民间常用的中药材。现代药理学研究结果显示，桑叶和桑枝都具有抗糖尿病、消除氧自由基以及延长寿命的作用[2-3]。本文从桑树生理学研究的角度出发，基于对桑树叶片和枝条内干物质和养分分配比例的探索，以揭示不同粗细桑枝的叶片和枝条的营养物质分配规律，为桑叶或桑枝的药用原材料选择提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试桑苗 农桑14号桑树品种的2年生实生苗，2014年10月在云南省鹤庆县茶桑果药站的桑园播种，冬季时桑苗高7～8 cm、直径约1 mm，2015年11月剪枝，从云南省拉回四川省农业科学院土壤肥料研究所后假植在土中备用，供试桑苗基径不等。

1.1.2 试验栽培系统 桑树智能雾化栽培系统，共14套，每套系统包含9个单株培养箱，由四川省农业科学院土壤肥料研究所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 供试桑苗的处理 将2年生农桑14号实生苗的桑树枝条生长长度大于30 cm的部分截除，余下的作为主干于2016年4月15日开始，在四川省农业科学院土壤肥料研究所网室大棚(北纬30°37′，东经104°07′，海拔491 m)内将供试桑苗根际残留的土壤洗尽后置于雾化栽培箱内进行雾化栽培，雾化栽培系统的使用和桑树雾化栽培的营养液按照《桑树智能雾化栽培系统概述》[4]中的参数和规则执行，共栽培126株。在桑苗的雾化栽培过程中，只保留主干上的1条新生桑枝条。若这条新生桑枝条上出现花芽，需立即去除，以确保桑苗吸收的营养几乎都用于新生桑枝条上的枝条和叶片的生长，由于利用雾化栽培技术可控制养分供给基本一致，因而可以认为新生桑枝的粗细差异是由植株个体的内在差异所造成的，而非环境差异的影响，桑树新生桑枝条上的养分分配策略即反映出了其内在的分配策略。此外，在试验过程中，网室大棚内严禁施用各种农药和叶肥。

1.2.2 样品的选择与划分 从桑苗雾化栽培开始(2016年4月15日)到桑树枝条采收(2016年5月30日)历时45 d。采集样品时，仅保留符合条件的目标植株(没有出现任何病虫害胁迫，叶片凋落、畸形，桑枝条内二级分支等情况)。根据栽培45 d后新生的桑树枝条离基部3 cm处的直径(D)，将桑树枝条划分为粗枝(D>7.00 mm)、中枝(4.00 mm

1.2.3 测试项目与方法 将采集的所有供试桑苗的新鲜桑树枝条先按照桑树枝条的粗细等级，再按照桑树枝条的部位(基部、中部、顶部)混合后，分装成3袋作为重复，共计采集样品27袋。样品带回实验室后，其干物质含量的测定采用烘干法进行，即干物质的质量分数(%)=干样品质量/鲜样品质量×100；全氮(N)含量的测定参考GB/T 5009.5—2003《食品中蛋白质的测定》[5]进行；全磷(P)含量的测定参考GB/T 5009.87—2003《食品中磷的测定》[6]进行；全钾(K)含量的测定参考GB/T 5009.91—2003《食品中钾、钠的测定》[7]进行；总钙(Ca)含量的测定参考GB/T 5009.92—2003《食品中钙的测定》[8]进行；总镁(Mg)、铁(Fe)、锰(Mn)含量的测定参考GB/T 5009.91—2003《食品中铁、镁、锰的测定》[9]进行；铜(Cu)、锌(Zn)、硼(B)含量的测定参考DB53/T 288—2009《食品中铅、砷、铁、钙、锌、铝、钠、镁、硼、锰、铜、钡、钛、锶、锡、镉、铬、钒含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法》[10]进行；硫(S)含量的测定参考GB/T 5009.92—2003《食品中钙的测定》[8]进行前处理后，再采用比浊法[11]进行；钼(Mo)含量的测定参考GB 5009.268—2016《食品中多元素的测定》[12]中《第一法 电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)》进行；氯(Cl)含量的测定参考YC/T 53—2001《烟草及烟草制品 氯含量的测定 电位滴定法》[13]进行。

1.2.4 数据处理与分析 某部位某元素的叶片和枝条的分配比例R=(某部位叶片某元素含量×某部位叶片干质量)/(某部位桑树枝条某元素含量×某部位桑树枝条干质量)，即表示为桑树枝条每收获1 g干物质或养分，叶片可收获Rg干物质或养分，单位无量纲。通过对样品测试数据的线性混合模型分析来表征叶片和枝条的干物质和N、P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、S、B、Mo和Cl等13种营养元素对桑枝粗细的响应情况，随机变量为桑树枝条的空间位置，显著性水平设为0.05。数据分析基于软件R project 3.1.1。

2 结果与分析

2.1 桑枝粗细对其叶片与枝条干物质分配比例的影响

从表1可以看出，桑枝粗细可以显著地影响叶片和枝条的干物质的分配比例(P<0.05)，具体表现为桑树枝条越细，干物质分配给叶片的比例越高。本试验研究中，细枝的叶片和枝条干物质的分配比例为5.26，分别是中枝和粗枝的叶片和枝条干物质分配比例的1.18倍和1.56倍。这表明，当桑枝较细时，植株更倾向于将资源用于叶片生长，进行光合作用，以同化合成更多的干物质；而当桑枝较粗时，分配给桑树枝条的干物质比例则会适当地增加，以更好地支撑桑树枝条和构建养分运输通道。

表1 桑树叶片和枝条中干物质和养分的分配比例及其响应桑枝粗细的线性混合模型分析结果

P<0.01表示差异极显著，P<0.05表示差异显著。

2.2 桑枝粗细对其叶片与枝条矿物质养分分配比例的影响

从表1还可以看出，桑枝粗细可以显著地影响桑树叶片和枝条的N、P、Cu、Fe、S、B、Mo和Cl养分的分配比例(P<0.05)。细枝的叶片和枝条的N、P、Cu、Fe、S、B、Mo和Cl的分配比例分别为10.43、6.20、6.03、24.28、7.78、20.72、13.29和7.14，分别是中枝的叶片和枝条的N、P、Cu、Fe、S、B、Mo和Cl的分配比例的1.12、0.98、1.45、1.34、1.32、2.33、1.72和1.09倍，分别是粗枝的叶片和枝条的N、P、Cu、Fe、S、B、Mo和Cl的分配比例的1.23、1.24、1.71、2.64、1.46、1.89、1.32和1.49倍。这与叶片和枝条的干物质分配比例对桑枝粗细的响应情况基本一致。桑树上K、Ca、Mg、Zn和Mn的叶片和枝条的分配比例对桑枝粗细的响应不显著(P>0.05)，这表明桑枝粗细不会改变桑枝条内叶片和枝条本身的K、Ca、Mg、Zn和Mn的分配额度，即可以认为无论桑枝粗细与否，叶片的K、Ca、Mg、Zn和Mn的分配比例无显著差异，其平均营养品质和保健价值与枝条的粗细关系不大。

3 小结与讨论

3.1 基于N的分配比例的桑树叶片和枝条的药用开发

植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境(生物的和非生物的)相互作用的结果，次生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系上发挥着重要作用[14]。而N则是生物碱类次生代谢物质的必要条件[15]。结合本试验研究的结果，细枝条的叶片可享受更大比例的干物质和N养分分配，即在等质量的干样品中，细枝条上采集的桑叶含有更多的N元素养分。参考其他一些研究结果[16-18]，在逆境胁迫下植物导管的直径会变小，在胁迫生境条件下也常见较细小的桑树枝条[19-20]，我们猜测细桑枝的桑叶分配到更多的N可能与桑叶生物碱类次生代谢物质的累积有关。其中1-脱氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin，DNJ)，作为桑树的一种重要的哌啶生物碱，其对于提高桑树叶片和枝条的药用价值值得人们重点关注。DNJ含量与桑树叶片和枝条营养元素之间的相关关系是否确实存在尚需进一步研究。

3.2 基于Fe的分配比例的桑树叶片和枝条的药用开发

Fe是人体内含量最多的微量元素，缺Fe会导致人体内多种酶活性失调，使人代谢紊乱，影响个体生长和智力发育，其中最为典型和常见的就是因Fe元素缺乏所引起的缺铁性贫血病。而桑叶是一味重要的治疗再生障碍性贫血的中药材[21]。结合本试验研究的结果，与N的分配比例相同，鉴于细枝上的桑叶片分配有更大比例的Fe元素，我们猜测细枝上的桑叶片治疗缺铁性贫血的药效可能会更好，但两者之间具体的相关性如何，需要进一步的研究论证。

在这种情况下，资本存量将被固定在0期(基期)价格水平上，当0期足够远离研究期时，K0对资本存量的估计几乎不会产生影响。因此，在PIM中K0的确定至关重要，根据先前的研究[17，32]，采用如下的标准情形：

3.3 基于B的分配比例的桑树叶片和枝条的药用开发

除了N养分和Fe养分外，等质量的干样品中，细枝中桑叶片分配的B养分比例也很高。有研究表明，B能够提高机体内许多激素和酶的表达和分泌，促进组织对葡萄糖的摄取、肝糖的合成及葡萄糖向脂肪的转化，使血糖降低[22]。虽然降血糖是桑叶的最主要的药效，但现有的研究重点仍停留在桑叶中的多糖、DNJ和黄酮方面，对桑叶整个系统的研究尚不完全、不充分，对桑叶降血糖的有效剂量也不清楚[23]。结合本试验研究中细枝桑叶片分配的B养分的显著优势，和B养分对于动物和人的降血糖功能，我们认为未来可从微量元素的角度出发，进一步探讨桑叶降血糖药效与B元素之间的关系。

3.4 理想的药用桑树原材料的定向培育

桑树K、Ca、Mg、Zn和Mn在桑树叶片和枝条的分配比例不受桑枝粗细的影响，而细枝上的叶片在干物质和N、P、Cu、Fe、S、B、Mo与Cl等营养元素的分配比例上具有显著的优势。细枝倾向于将养分资源用于叶片生长，粗枝倾向于将养分资源分配给桑枝条用于构建养分的传输系统和支撑系统。结合主要元素的营养效用和药用功能进行思考，我们认为细枝上的桑叶片营养价值要高于粗枝上的桑叶片。由此，让我们不得不思考一个问题，即未来的桑树植物营养学研究需要如何贯穿“施肥—养分吸收—养分分配和累积—有效成分富集—有效成分的效用提升”这一整个营养链，做到有的放矢，通过“精准栽培”，获得“完美的原材料”，以保障后续“高精尖产品”的研发。