宋 科,秦 秦,郑宪清,顾富家,孙丽娟,孙雅菲,吕卫光,薛 永*

(1上海市农业科学院生态环境保护研究所,上海 201403;2农业部上海农业环境与耕地保育科学观测实验站,上海 201403;3上海沃侬农产品专业合作社,上海 202150)

姜黄(Curcuma)是姜科多年生根茎植物,集香料、药用、观赏和染料等多种用途于一身,具有很高的经济价值[1]。姜黄种植在世界上许多温暖的地区,包括中国、日本、印度、马来西亚、泰国、越南等国和中美洲[2]。不同种类的姜黄受到不同气候环境和土壤类型的影响,产量和品质具有较大差异,在确定的单一气候环境下,优良的种质选择和良好的土壤养分供应是促进姜黄优质高产的保障[3]。日本在19世纪70年代就从马来西亚引种姜黄,在确保姜黄产量和品质的前提下,更注重以药用为目的的种质选育与研究,主要评价其经济性状和主要药用成分[4-5]。如小春天海等[6]对从世界各地收集的331份姜黄植株进行了优良株系的评价,筛选出7个姜黄优良株系,在日本冲绳和岗山等地区广泛种植,产生了巨大的经济效益。中国科学院西双版纳热带植物园从20世纪60年代开始对姜科植物进行收集驯化与保存工作,主要以国内和东南亚国家的热带和亚热带野生姜科植物种质资源迁地保护为主,现保存野生姜科植物16属170余种,多个种类已经在云南和四川等地广泛种植[7]。

上海崇明岛是我国最大的河口冲积岛,地处东经121°10′—121°54′,北纬31°27′—31°51′,与四川省处于同一纬度带,岛上地势低平,土壤肥沃,气候温润,阳光充足,属海洋性季风气候,与日本岛具有相似的气候条件,适合藏红花等药用植物的种植与生长[8]。崇明岛是一座“生态岛”,重点发展绿色食品,休闲旅游和生态农业。为了丰富岛上高价值经济作物种质资源,选育适合崇明岛种植的特色植物,本研究于2018年3月从日本的冲绳、岗山和中国四川引种了6个姜黄种,通过田间试验对比研究不同姜黄种的植物学性状、产量、姜黄素和挥发油含量的差异,旨在为选育适合在崇明岛种植的高产优质姜黄提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

田间试验在上海市崇明区现代农业园区实验基地(121°33′47″,31°41′20″)进行。崇明区地处北亚热带,具有显著的季风气候特征,四季分明,雨水充沛,年平均气温15.3℃,降水量1 003.7 mm,日照时数2 104 h,日照百分率47%,全年无霜期229 d。研究地点的土壤是河口冲积新成土[9],耕层土壤有机质含量16.34 g/kg,全氮含量0.96 g/kg,碱解氮含量73.35 mg/kg,有效磷含量35.62 mg/kg,速效钾含量96.73 mg/kg,pH 8.10(水土比5∶1)。

1.2 供试材料

分别从日本的冲绳、岗山和中国四川选择6个姜黄种,用于引种试验,其中从日本冲绳选择的3个种分别为姜黄(Curcuma longaL.)、古林箐姜黄(Curcuma gulinqingensis)和童氏姜黄(Curcuma tongii),从日本岗山选择的2个种分别为英德姜黄(Curcuma yingdeensis)和黄红姜黄(Curcuma zanthorrhiza),从中国四川选择的1个种为极苦姜黄(Curcuma amarissima)[10]。这些姜黄材料从已发布的姜黄种质资源和最有种植前景的种类中选取,由中国科学院植物研究所张树仁副研究员鉴定[11]。

1.3 试验设计

试验分别于2018年和2019年种植2季姜黄,2018年4月20日种植第一季,2018年12月26日采收;2019年4月12日种植第二季,2019年12月23日采收。种植时每个种的姜黄取10.0 kg的健康根茎,从根茎中分取出(60±5)g小块,每个种共分取出90份小块,按照0.6 m×0.6 m的种植规格进行穴植,30穴为1小区,每个小区的面积为3×4=12 m2,每个姜黄种设置3个重复,共设置18个种植小区,各小区按随机区组排列。小区之间设置田埂,田埂用塑料膜包裹隔开。在整个研究期间,各小区统一施肥管理,施肥以有机肥为主,播种前每小区施用商品有机肥50 kg和过磷酸钙1 kg作为基肥。在栽种后30 d和60 d每个小区分别追肥尿素1 kg。分别于2018年11月16日和2019年11月14日姜黄成熟期对各小区姜黄的株高、假茎数、叶片数进行观测记录。于姜黄采收时称重,测定每个小区的姜黄鲜重,并选择健康根茎测定姜黄素和挥发油含量。

1.4 样品测定

将收获的新鲜姜黄根茎用水煮沸然后晒干,测定固化率和干物质重。用水煮沸是为了减少干燥时间,这种沸腾和干燥的过程称为固化。每个种的姜黄取1 kg新鲜的根茎在水中煮沸1 h,并在阳光下晒干24 h(约3 d,8 h/d)以达到大约10%的水分含量。通过鲜重和干重之间的差异计算固化率。根据单株新鲜产量及其每个姜黄种的固化率计算干物质重。

将收获的姜黄根茎彻底洗净以除去黏附的土壤,然后日晒干燥至8.0%水分;使用混合研磨机将干燥的根茎磨成粉,过0.5 mm筛孔;用乙醇提取根茎粉中的姜黄素,并使用分光光度计在425 nm处测量吸光度,测定姜黄素含量。

取10 g上述研磨的姜黄粉末,置于烧瓶中,加入500 mL蒸馏水与玻璃珠,摇匀混合后,连接挥发油测定器与回流冷凝管;在电炉上加热并保持沸腾5 h,至测定器中油量不再增加,停止加热,冷却并放置1 h以上,读取挥发油量并计算挥发油含量。

1.5 统计分析

数据经Excel 2010整理后,采用SPSS 17.0软件进行方差分析,比较不同姜黄种植物学性状、产量、姜黄素和挥发油含量之间的差异。不同处理之间多重比较采用Tukey方法,采用Origin 8.0软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同姜黄种的植物学性状

如表1所示,在6个姜黄种中,来自冲绳的姜黄株高最高,显著高于其他种,来自岗山的黄红姜黄株高最矮,显著低于其他种,另外4个姜黄种株高没有显著差异。四川的极苦姜黄假茎数最多,其次为岗山的英德姜黄和冲绳姜黄,而冲绳的古林箐姜黄、童氏姜黄和岗山的黄红姜黄假茎数相对较少。冲绳姜黄每株植物的叶片数较多,其次是冲绳古林箐姜黄和四川极苦姜黄,其余3个种的叶片数较少。6个姜黄种的株高、假茎数和叶片数在2018年和2019年表现出基本相同的规律,表明各姜黄种在崇明地区的种植性状比较稳定。

表1 不同姜黄种植株的株高、假茎数和叶片数Table 1 Plant height,number of false stems and leaves of different Curcuma species

2.2 不同姜黄种的单株鲜重、固化率和干物质重

如表2所示,2018年,冲绳姜黄单株鲜重865.21 g,干物质重254.20 g,固化率达到29.38%,高于其他种。英德姜黄和极苦姜黄单株鲜重分别为787.38 g和764.22 g,高于童氏姜黄、古林箐姜黄和黄红姜黄。黄红姜黄固化率和干物质产量均最低,分别为21.82%和107.08 g。2019年的统计结果与2018年相似。

表2 不同姜黄种的单株鲜重、固化率和干物质重Table 2 Fresh weight,solidification rate and dry matter weight per plant of different Curcuma species

2.3 不同姜黄种的姜黄素和挥发油含量

如图1、2所示,不同姜黄种的姜黄素和挥发油含量存在一定差异。其中,冲绳姜黄的姜黄素含量最高(1.63%),古林箐姜黄含量最低(0.85%),两者差异显著。冲绳姜黄(7.32 mL/g)和四川极苦姜黄(6.89 mL/g)的挥发油含量较高,显著高于岗山英德姜黄(5.83 mL/g)和岗山黄红姜黄(5.53 mL/g),冲绳古林箐姜黄(3.57 mL/g)挥发油含量最低,显著低于其他种。

图1 不同姜黄种的姜黄素含量Fig.1 Curcumin content of different Curcum a species

图2 不同姜黄种的挥发油含量Fig.2 Volatile oil content of different Curcuma species

2.4 不同姜黄种的产量

如表3所示,2018年和2019年冲绳姜黄产量均为最高,2年平均产量达到24.07 t/hm2,显著高于其他姜黄种;其次是岗山英德姜黄和四川极苦姜黄,岗山黄红姜黄产量最低,平均为13.89 t/hm2。冲绳姜黄的产量不仅高于来自日本的其他4个姜黄种,也高于从我国四川引种的极苦姜黄,说明日本冲绳姜黄在崇明地区种植的产量潜力最高。

表3 不同姜黄种的产量Table 3 Yield of different Curcuma species t·hm-2

3 结论与讨论

世界上已知的姜黄植物大约有70种之多,栽培于中国和日本的超过10种[12]。为了选育出适合在崇明地区种植的优良姜黄,本研究于2018年和2019年对6个姜黄种进行了田间试验。结果表明:冲绳姜黄的株高和叶片数均高于其他姜黄种,单株鲜重和产量均为冲绳姜黄＞岗山英德姜黄＞四川极苦姜黄＞冲绳童氏姜黄＞冲绳古林箐姜黄＞岗山黄红姜黄,固化率也基本呈现相同的规律,提示不同的区域和环境不是导致姜黄产量差异的主要原因,基因型可能是导致产量差异的主要因素。在6个种中冲绳姜黄产量最高,除了其植物生长参数更好外,该姜黄种的根茎节多而密、姜块多、双层或多层排列紧密也是其产量高的主要原因。研究还发现,冲绳姜黄与四川极苦姜黄的出苗率高、苗数多,更适合崇明地区的气候条件,产量也相对较高。Sasikumar[13]和Sarangthem等[14]也认为姜黄种之间在植物生长、根茎属性和根茎产量方面的差异性导致了姜黄产量的差异。

姜黄素和挥发油是从姜黄中提取的主要活性成分,是评价姜黄药理作用的主要指标[15]。本研究6个姜黄种中冲绳姜黄的姜黄素含量最高,古林箐姜黄含量最低;冲绳姜黄和四川极苦姜黄的挥发油含量也较高,显著高于其他4个姜黄种。有研究认为,姜黄素和挥发油的含量除了受到不同种类和基因型的影响外,土壤中有机物质的含量也是重要的影响因素[16]。本研究是在相同的土壤环境条件下种植不同种类的姜黄种,所以造成姜黄素和挥发油含量差异的主要因素是不同的姜黄种。综合比较结果表明:冲绳姜黄所含有的姜黄素和挥发油含量均最高,品质相对更好。

综上,冲绳姜黄的株高和叶片数等生长性状较好,单株鲜重和产量最高,姜黄素和挥发油等主要活性成分含量也最高,表明该姜黄种适合崇明地区的气候条件,具有较大的种植和发展潜力。