吉林农业大学学报2023年第45卷第6期

发布时间:2023-12-26 | 杂志分类:其他
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吉林农业大学学报2023年第45卷第6期

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吉林农业大学学报2023年第45卷第6期
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第101页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

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吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

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吉林农业大学学报 2023 年 12 月

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(责任编辑:林海涛)

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吉林农业大学学报 2023,45(6):737-746 http : // xuebao.jlau.edu.cn

Journal of Jilin Agricultural University E⁃mail : jlndxb @ vip.sina.com

土壤元素过量驱动人参红皮病形成的研究进展*

杨可欣1,2

,金 桥1,2

,刘政波1,2

,张淋淋1,2

,关一鸣1,2

,王秋霞1,2**

1. 中国农业科学院特产研究所,长春 130112;2. 吉林省中药材种植(养殖)重点实验室,长春

130112

摘 要:土壤—植物系统(Soil-plant system)是生物圈的基本结构单元,土壤环境与植物的生长状态息息相关。

红皮病是人参栽培过程中一种常见的生理性病害,与土壤环境因子,尤其是土壤元素动态密切相关。土壤中

元素过量造成生长发育异常,最终导致人参红皮病发生,严重影响人参品质及人参种植的经济效益。综述了

铁、铝、锰、氮等土壤元素过量对植物生长发育的影响,从土壤—植物—微生物互作角度综合分析了土壤元素

过量驱动人参红皮病形成的作用机制。最后,根据人参红皮病可能的发生机理,尝试从土壤调控角度开展人

参红皮病防治,取得了一定效果。通过对人参红皮病发生机理的深入阐释和病害防治措施的建立,为人参红

皮病防治奠定了理论和物质基础。

关键词:人参红皮病;土壤元素;防治;发病机制

中图分类号:S435. 675 文献标志码:A 文章编号:1000-5684(2023)06-0737-10

DOI:10.13327/j.jjlau.2023.20324

引用格式:杨可欣,金桥,刘政波,等.土壤元素过量驱动人参红皮病形成的研究进展[J].吉林农业大学学报,

2023,45(6):737-746.

Research Progress of Driving Force of Excessive Soil Elements on

Formation of Ginseng Rusty Root *

YANG Kexin1,2

,JIN Qiao1,2

,LIU Zhengbo1,2

,ZHANG Linlin1,2

,GUAN Yiming1,2

,WANG

Qiuxia1,2**

1. Institute of Special Animal and Plant Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Changc⁃

hun 130112, China;2. Jilin Provincial Key Laboratory of Traditional Chinese Medicinal Materials

Cultivation and Propagation, Changchun 130112, China

Abstract:Soil-plant system is the basic structural unit of the biosphere, and the growth of plants is

closely related to soil environment. Ginseng rusty root is a common physiological disease in ginseng

cultivation and it is closely related to soil environmental factors, especially dynamic changes of soil

elements. Excessive elements in the soil affect the normal growth and development of ginseng and

eventually lead to the occurrence of ginseng rusty root, seriously affecting ginseng quality and eco⁃

nomic benefits of ginseng cultivation. In this paper, we reviewed the effects of excessive soil ele⁃

ments, such as iron, aluminum, manganese and nitrogen, on plant growth and development. Based on

soil-plant-microbial interaction, we comprehensively analyzed the mechanisms of excessive soil ele⁃

ments driving ginseng rusty root. Finally, according to the possible occurrence mechanism of ginseng

* 基金项目:长春市重点研发计划项目(21ZGY17),吉林省重点研发项目(20220202114NC),国家自然科学基金项目(81903755),

中国农业科学院科技创新工程项目(CAAS-ASTIP-2021-ISAPS),延边州科技发展计划项目(2021NS10)

作者简介:杨可欣,女,硕士研究生,研究方向:人参逆境胁迫分子生理。

收稿日期:2023-08-01

** 通信作者:王秋霞,E-mail:wangqiuxia1018@126.com

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吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

rusty root, we tried to carry out the disease control from the perspective of soil regulation and

achieved certain results. This paper lays a theoretical and material foundation for the prevention and

control of ginseng rusty root by explaining the mechanism of disease occurrence and establishing dis⁃

ease control measures.

Key words:ginseng rusty root; soil element; prevention and control; pathogenesis

人参被誉为“百草之王”,根中富含三萜式皂

苷、黄酮类和多糖等活性成分,凭借其极高的药用

价值广受追捧,人参的大小、形状和整体外观的优

劣决定其质量和在市场上的价格[1]

。人参红皮病

也称“水锈病”,属常见病害,发病轻时仅有主根和

侧根局部出现红色斑块,严重时病变区域可以占

人参根表皮的80%以上,并且病斑颜色加深[2]

,人

参红皮病株和正常植株的茎、叶部无明显差异,

田间难以及时发现,因此导致红皮病难以预防。

图1为人参根部红皮病症状逐渐加重的情况[3]

对于人参红皮病的成因目前还存在争议,一

种认为是生理性病害,即由非生物因素引起,如水

涝等,导致土壤元素失衡,阻碍人参正常生长发

育,而在根部出现红色斑块的症状[3]

;一种认为是

侵染性病害,即由病原微生物侵染所引起,有研究

人员在人参病根中分离出有关人参红皮病的病原

物质,如毁灭柱孢菌(Cylindrocarpon destructans)

等病原物[4]

。人参红皮病是多种因素共同作用的

结果,明确其发病机制对红皮病的防治具有重要

意义。本研究在查阅相关文献的基础上,从土壤

营养元素过量和土壤病原微生物两方面对人参红

皮病的成因进行论述,以期明晰人参红皮病发生

的可能机制。

1 土壤元素过量影响人参红皮病形成的

生理机制

1. 1 铁元素

铁(Fe)是维持植物正常生长所必需的微量营

养元素,适量的铁有助于植物更好地生长。植物

体内的大部分铁存在于叶绿体中,主要参与植物

的叶绿素合成、光合作用、呼吸作用、体内的氧化

还原反应和电子传递过程[5-6]

。植物不能直接吸

收土壤中的高价铁离子,只有当 Fe3+ 被转化为

Fe2+ 或形成膜可透过的载体复合物时才能被吸

收[7]

。因此,铁对植物细胞具有潜在的毒性,过量

的铁会引发多种代谢紊乱,对植物造成严重损

害[8]

。在酸性硫酸盐土壤和积水条件下,铁过量

的现象十分常见[9]

。水稻遭受亚铁毒害时,生长

受到抑制,产量损失通常在 15%~30%,一些严重

地区甚至会绝收[10-11]

。Zhang 等[12]

发现,铁与人

参红皮病的产生有关,与正常条件下相比,当Fe2+

浓度≥200 μmol/L 时,参根表皮红棕色沉积区域

更大、pH 有所升高。此外,Yu 等[13]

发现,在铁毒

胁迫下人参根质量显著降低。

根系是植物吸收养分的主要器官,当周围环

境发生变化时,根系会主动抵御胁迫。当土壤中

的可吸收铁含量过高,且根系缺氧时,人参根会分

泌酚类化合物(即红锈的前体)来保护根免受侵

a.无发病面积;b. 0 <发病面积< 10%;c. 10% <发病面积< 25%;d. 25% <发病面积<50%;e.发病面积> 50%

图1 人参红皮病田间危害症状

Fig. 1 Symptoms of ginseng rusty root in the field

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第106页

杨可欣,等:土壤元素过量驱动人参红皮病形成的研究进展

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

害,这就解释了为何锈根表皮酚含量明显高于健

康参根[14]

。铁在植物细胞内不断积累,通过 Fen⁃

ton 反应产生羟基自由基(·OH)和大量的活性氧

自由基(ROS)[15]

,引发一系列的连锁反应,对膜

脂、蛋白质和DNA造成不可逆转的损伤,导致叶绿

素氧化,进而降低光合作用[16]

,严重破坏细胞的形

态与功能,使植物膜功能及其他生理生化反应无法

正常进行[17]

。高铁胁迫下人参体内叶绿素a、叶绿

素b、类胡萝卜素含量显著下降,过氧化物酶(POD)

活性、可溶性糖及脯氨酸含量呈增加趋势[18]

为抵御铁胁迫,一些转录因子起着重要作用。

YSL(Yellow stripe1-like)家族蛋白是负责植物体

内金属配合物转运的一类蛋白,YSL4和YSL6在铁

胁 迫 过 程 中 发 挥 作 用,维 持 叶 绿 体 中 的 铁 稳

态[19]

。此外,bHLH 家族转录因子在调控铁胁迫

途径中发挥着重要作用,在拟南芥中,bHLH105 /

ILR3 既是 Fe 短缺响应的转录激活剂,也是对 Fe

过量响应的抑制因子[20]

。近期研究发现,Pgb⁃

HLH149基因能够对人参体内铁过量产生响应,表

达量越高,铁累积量越低[21]

。目前,针对铁缺乏

对植物产生的负面影响研究较多,然而缺铁反应

的调节因子并不能有效调节铁过量反应基因的表

达,因此今后还应进一步研究铁过量对人参调节

因子基因表达的影响。

1. 2 铝元素

铝(Al)是地壳中含量最丰富的金属元素,通

常以晶体形式存在,对周围环境无影响,但铝存在

潜在危害,环境条件的改变可促使铝活化,当土壤

的 pH≤5 时,Al 溶解为 Al3+

,活化铝积累到一定程

度则会对植物产生毒害作用[22]

。铝毒主要作用

于植物根系,过量Al3+

会破坏细胞分裂、细胞壁的

合成和膜系统,使根系生长受限,根毛发育不良或

不生长,影响植物对养分和水分的吸收,造成植物

体内代谢失调,抑制作物生长[23-24]

。土壤中高活

性铝的存在对植物生长影响大,是导致植物铝中

毒的最主要原因[25]

。铝毒会阻碍植物中多种营

养物质(如 Ca、Mg、N、P、K)的吸收和代谢[26]

,是

限制植物在酸性土壤中生长的最主要因素之一。

张婷婷等[27]

研究发现,铝胁迫条件下橡胶幼苗根

系活力和根系导水能力显著降低,最终导致橡胶

苗死亡。在铝毒土壤中,大豆的株高下降、生长缓

慢[28]

。铝是根系生长的限制因素,铝毒是限制中

药材生产的主要因素之一,人参连续栽培过程中

土壤pH逐渐降低,加速铝的浸出。当pH<5时,人

参细胞对铝离子的吸收过度,导致人参出现红皮

病,患病严重的人参侧根较少,头部和根组织中的

Al积累增多,含氮化合物的水平和参与氮代谢相

关的酶活性降低[29-30]

铝能够诱导植物分泌有机酸,主要有草酸、苹

果酸、柠檬酸等[31]

,这些有机酸能够螯合土壤中

的铝离子,以减轻铝对植物的毒害作用[32]

。Wata⁃

nabe等[33]

在对野牡丹的研究中证实,植物为抵御

铝离子胁迫,根尖会分泌黏液来阻止铝离子进入

根部分生区细胞。人参在受到铝胁迫时,体内的

酚类化合物浓度和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性也

显著增加[1]

。对拟南芥进行铝胁迫试验,发现茉

莉酸(JA)可以响应铝毒并对铝胁迫条件下的根

系生长有调节作用,MYB转录因子参与JA信号通

路,涉及调节花青素和类胡萝卜素的积累,进而认

为 MYB 与人参红皮病的发生相关[34-35]

。研究人

员将人参中与铝胁迫相关的基因PgAIP转到拟南

芥中表达,证明了PgAIP位于质膜中,并且与铝敏

感蛋白(AtALS3)共同调节植物对铝的耐受性,初

步揭示了铝胁迫下的分子机制[36]

1. 3 锰元素

作为常见的微量矿物元素,锰(Mn)是植物生

长所必需的微量营养元素之一。锰不仅是叶绿体

结构的必要组分,参与生物体的多种生物过程,在

维持细胞器结构、植物光合作用、活化酶活性等方

面均发挥着重要作用[37-38]

,锰还是各种酶重要的

辅助因子,如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶

(CAT)、三羧酸循环(TCA)的脱羧酶和 RNA 聚合

酶[39]

。此外,锰还参与一系列次级代谢产物的合

成。一定浓度范围内的Mn2+

能够参与植物体内代

谢,促进蛋白质合成,而植物对超过自身需求量的

Mn2+

十分敏感。在锰毒条件下,植物体内营养元

素失衡,产生大量ROS,ROS与所有生物分子反应

性极强,导致 DNA 和 RNA 损伤、蛋白质氧化和脂

质过氧化,使得植物体内代谢失调[10]

。锰毒首先

出现在植物体地上部分,表现为幼叶失绿,老叶叶

尖萎黄、叶缘焦枯,叶面出现褐色斑点[40-41]

,且不

同的植物、基因型、Mn2+

浓度以及生长条件遭受锰

毒的症状也有所差异[42]

。过量的锰在抑制生长

素生成同时还能加快其分解,从而抑制根的伸

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吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

长[40,43]

。与铝等其他金属元素仅对根产生毒害不

同,锰胁迫条件下大豆的芽部和根部的锰浓度均

有 所 增 加,叶 片 褐 斑 增 多,体 内 叶 绿 素 含 量 降

低[44]

,小麦叶子黄化并出现坏死性斑点[45]

。过量

的锰还会抑制植物对钙、铁离子的吸收[46]

,锰胁

迫对玉米芽生长的抑制比根更严重[47]

在土壤环境中,锰的存在形式多种多样[48]

其中Mn2+

是植物最易吸收的存在形式[38,48]

。锰作

为一种重金属,当土壤中的 pH≤5.5 时,易引起植

物Mn中毒[49]

,影响植物体的光合作用和酶活性。

锰与铁等元素之间存在拮抗作用,土壤中锰含量

过高导致促进植物正常发育所需的其他元素的

摄取受到干扰而加剧负面影响[49]

。铁和镁是叶

绿素的重要组分,在叶绿素合成及光合电子传递

过程中发挥着重要作用。过量的Mn2+

可抑制植物

对Fe2+

、Mg2+

和Ca2+

等元素的吸收及活性,引起叶绿

素和类胡萝卜素的缺乏,并可对叶绿体结构造成破

坏,导致叶绿素合成下降及净光合速率降低[41]

Mn毒性作用的发挥主要是通过ROS造成脂质过氧

化,进而损害植物体的光合色素和蛋白质,最终影

响细胞功能[38,45]

。植物为避免损伤,在锰过量时通

过提高SOD、POD和CAT的活性,从而减缓氧化应

激反应的发生[50]

。有研究发现,SgMDH1为锰毒性

上调蛋白,锰过量会刺激该蛋白表达上调,从而促

进苹果酸的合成,与锰形成螯合物来控制锰毒对

植物体的损害[51]

。目前对于人参锰毒的胁迫机制

了解尚不全面,还有待进一步研究。

1. 4 氮元素

氮(N)是植物体内合成蛋白质、核酸等所必

需的大量营养素,是植物光合器官形态建成的关

键因子,通常被称为“生命元素”,参与多种重要生

理过程,是确保作物高产的关键因素[52]

。植物吸

收的氮以无机氮(硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐)为主,

在土壤中,施用的氮肥(如尿素)在脲酶的作用下

迅速转化为铵态氮[53]

。随着氮肥的连年使用,土

壤中的氮素不断累积,土壤酸化、板结问题加剧,

不利于土壤有机碳的积累,更为严重的是会导致

土壤矿物质营养元素加速流失,使作物抗旱、抗涝

等能力减弱,最终影响其生长发育[54]

。过量的氮

会延缓植物生长,降低产量[55]

,加剧田间土传病

害的发生。罹患红皮病的人参皂苷含量显著下

降,严重影响人参品质[56]

。当人参根际土壤硝态

氮含量持续超过300 mg/kg时,便会影响人参根系

生长发育,显著增加罹患红皮病的风险[57]

。当氮

浓度在一定范围内,玉米株高随着氮含量的增加

而增高,但氮浓度过高则抑制玉米生长[58]

氮素的积累是土壤酸化的主要原因,供应超

过植物所需的氮易引起土壤富营养化和酸化,导

致土传病害发生。硝酸盐被认为是植物最重要的

氮源之一,是植物氮和碳代谢以及器官生长发育

的 重 要 影 响 因 子[59],植 物 吸 收 氮 形 成 硝 酸 盐

(NO3

)并释放 HCO3

,引发根际土壤 pH 升高[60]

在碱性条件下 Fe3+

沉积在人参根表,形成红皮

病[12]

。氮过量在改变土壤酸碱度的同时还改变

了土壤真菌和细菌的群落组成。高氮率抑制了有

益土壤微生物及其防御性次生代谢物在根系的分

泌,如木霉菌属(Trichoderma)、节菱孢霉属(Ar⁃

thrinium)、金孢子菌属(Chrysosporium)、放线菌和

蓝藻等,导致土传病原微生物拮抗活性减弱[61]

人参硝酸还原酶活力极低,土壤中氮肥过剩会促

使硝态氮及铵态氮在组织中积累,呼吸作用加强,

抑制阳离子吸收,进而影响人参生长发育[55]

。氮代

谢还能产生蛋白质和氨基酸。在红皮病参中总蛋白

和总氨基酸含量均有所下降,其中谷氨酸和甘氨酸

积累量高,导致氮代谢紊乱,表现出红皮病症状[30]

此外,较高的氮含量抑制了次级代谢相关基

因的表达量,增加了具有致病性的关键功能基因

表达。参与乙醛酸循环和 3-羟基丙酸循环的次

生代谢相关基因以及一些色素合成相关基因的表

达量在含有高浓度氮的土壤中降低,导致氮素利

用效率降低[62]

。激酶基因 CIPK8 参与高硝酸盐

反应,高外部硝酸盐刺激可能通过与低亲和力位

点结合,抑制 CHL1 磷酸化并导致初级硝酸盐反

应基因高水平表达[63]

2 元素耦合互作驱动人参红皮病形成的

微生态机制

人参红皮病的发生要经历一个复杂的过程,

受多种因素的综合影响,李志洪等[64]

对人参红皮

病病因展开研究,认为亚铁是引起红皮病的主导

因素。国外学者认为,人参红皮病的发生是其本

身抵御外界恶劣环境的一种机制,当土壤中的铁

元素过量时,人参根部会分泌酚类化合物与之结

合[65-66]

。人参红皮病的发生与土壤关系密切,生

理因素可能是导致人参锈根的重要因素。

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杨可欣,等:土壤元素过量驱动人参红皮病形成的研究进展

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

首先,人参红皮病的发病率与非根际土壤的

容重和含水量密切相关。红皮病指数较高的样地

土壤中水分含量、容重和硝态氮含量较高[67]

,土

壤湿度越大、容重越高,土壤的渗透性和通风性就

越差,人参红皮病发病指数就越高。在上述情况

下土壤中的金属由非活性状态转化为活性状态,

在电势差的作用下逐渐向人参根际迁移,红皮病

参中铁、铝、锰浓度明显增大[56,68]

。Fe2+

是人参红

皮病发生的主导因素[68]

,红皮病可能是由过量的

Fe2+

氧化和Fe3+

沉积而引起的。Wang等[68]

研究发

现,非根际土壤中Fe3+

的还原和根际土壤中Fe2+

氧化与其他元素(Al、Mn等)的协同作用可能是增

加锈根发生率的重要因素。人参根在铁、锰和铝

毒性应激下可产生氧化物质,通过氧化作用生

成 Mn3+

、Mn4+

和 Fe3+

沉淀,即形成物理屏障,从而

防止过度吸收,这可能是人参根表皮及下皮层

细胞出现红褐色斑块即红皮病的主要原因[69]

见图2-Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ。

此外,微生物和生理因素在红皮病的发生中

存在相互作用[2]

。根际微生物被认为是土壤功能

的重要指标,Beta多样性分析结果表明,红皮病发

生可能与细菌群落结构呈正相关关系,而与真菌

群落结构无关[3]

。其中,硝酸盐依赖的铁(Fe2+

)氧

化细菌,包括酸杆菌、绿弯菌和硝化螺旋菌等,促

进红皮病的生成。此外,罹患红皮病的人参在丛

枝菌根(AM)、高硝酸盐、可交换性铝和铁等共同

作用下,差异调节根部酚类化合物的生成[70]

,见

图2-Ⅳ。

人参在面对外界胁迫时会启动自我保护防御

机制,即通过合成次生代谢产物来响应逆境胁迫。

PAL是苯丙烷途径中具有明确特征的关键限制性

内切酶,参与植物中黄酮类、苯丙烷类和木质素等

多酚化合物的生物合成[71]

。在铁毒胁迫下,苯丙

烷途径中表达增加的关键酶可能导致类黄酮、多

酚、木质素和异黄酮的积累,人参通过增加次生代

谢产物的合成减轻了氧化应激反应所造成的伤

害[72]

。Wang 等[72]

研究发现,铁胁迫条件下合成

黄酮所需前体的表达量增加,如无色花色素还原

酶(LAR),PAL表达量也有所增加,酚类化合物浓

度的增加可能是由于 PAL 活性增加引起的。此

外,作为愈创木酚过氧化物酶(GuPX)底物的氧化

物质 H2O2在红皮根中表达增强,GuPX 和多酚氧

化酶(PPO)的活性较高,表明他们共同参与了酚

类化合物的氧化,导致红皮病参出现红色至棕色

斑点[1]

,见图2-Ⅴ。

图2 人参红皮病的发生机制

Fig. 2 Mechanism of ginseng rusty root

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吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

红皮病发生还与金属和酚类物质的相互作用

有关。酚类物质是响应非生物胁迫而产生的一类

重要次生代谢物[73]

,具有很强的抗氧化作用,经

氧化呈现红褐色,即红皮病的症状[74]

。大量无机

元素的积累,特别是铝和铁,激活了与酚类化合物

的积累及其氧化有关的多种酶,有助于红皮病的

发生[1]

。铁、铝、锰等金属元素除了能够氧化形成

沉淀,还能螯合酚类化合物,在人参表皮上形成红

色斑点[56]

,见图2-Ⅵ。

3 从土壤元素及微生态调控角度预防人

参红皮病发生

综上,人参红皮病的发生与土壤中元素过量

密切相关,降低土壤中金属离子饱和度是预防人参

红皮病发生的有效途径之一。毒害发生时植物往

往会出现缺素症状,有些元素之间存在拮抗作用,

可利用这一性质缓解土壤中元素过量的问题。

硅(Si)是地壳中第二丰富的元素,以硅酸的

形式提供给植物,促进根系生长。虽然 Si不是植

物生长所必需的元素,但在保护植物免受胁迫、生

物和非生物的侵害中发挥重要作用[75]

。硅元素

的添加可有效缓解铁、铝和锰中毒[76]

。在铁毒性

下,硅的应用可以降低水稻叶片和根组织中的铁

浓度,降低对光合作用的毒性,减轻对水稻生殖生

长的负面影响[77-78]

。此外,硅元素还能降低水稻

体内丙二醛(MDA)含量,提高过氧化氢酶、抗坏

血酸过氧化物酶、可溶性过氧化物酶等抗氧化酶

的活性,缓解过氧化氢毒性,降低脂质过氧化,减

轻铁中毒症状[79-80]

。Si 缓解 Al 胁迫的机制主要

在于降低植物对Al的吸收、增加植物体内果聚糖

含量以及提高淀粉酶活性[80-81]

。硅的添加并未改

变玉米幼苗的蛋白质含量,但可能增加了某些酶

(如淀粉酶和D-葡萄糖酮异构酶)的活性,因此在

Al 胁迫条件下葡萄糖含量不随 Si 的添加发生变

化,而果聚糖含量有所增加[82]

。另一个缓解机制

可归因于 Si对 Al的还原作用,Si通过激活抗氧化

酶从而减轻芽中的Al毒性[83]

。此外,Si还能通过

增加 IAA 含量和消除 ABA 对淀粉酶产生的抑制

作用来促进幼苗的生长[82]

。Si缓解 Mn毒性的机

制包括减少植物体内 Mn 的积累,促进根部的 Mn

氧化以及增加 Mn与细胞壁的结合能力。水稻中

Si减轻Mn的毒性可归因于抑制Mn从根到芽的易

位,以及通过下调 Mn 转运蛋白(如 OsNramp5 和

OsMTP9)来降低植物对Mn的摄取,增加细胞壁对

Mn 的结合能力并减少叶质外体中羟基自由基的

积累[84]

。Si 还增加了高锰敏感植物SOD、CAT和

APX的活性[85]

。在锰胁迫的水稻中添加硅元素,显

著提高了水稻体内抗坏血酸(AsA)浓度和谷胱甘肽

(GSH)浓度,表明外源硅可以通过提高抗坏血酸谷胱甘肽循环效率来提高植物对Mn毒性下氧化胁

迫的耐受性,从而抑制Mn诱导的氧化损伤[86]

钙(Ca)是土壤中含量最丰富的元素之一,也

是植物生长发育过程中必需的营养元素,具有极

其重要的生理功能[87]

。Ca 与 Fe 是拮抗关系,施

加Ca能有效缓解植株铁毒症状,Ca主要通过减少

植株对金属元素的摄取,调节质膜(PM)选择性吸

收来增强植物对过量微量金属的抵抗力,Ca 和

Mg 的添加导致 PM 外表面电势呈负性,由于静电

吸引力下降,导致PM表面有毒物质活性降低[88]

由于铁与钙化学性质相似,能够利用共同的载体

在人参体内运输,通过人参水培试验发现,钙增强

了抗氧化酶 SOD 和 POD 的活性,消除 ROS,证实

钙能够有效缓解铁对人参的胁迫[89]

。Ca 可缓解

Al 引 起 的 植 物 生 长 抑 制,减 少 植 物 体 内 Al 积

累[90]

。当拟南芥受高浓度Al胁迫时,植株体内Al

积累增强,Ca 的施用显著降低了叶片、茎和根中

的Al含量,这与植物有机酸以及根系木质素的合

成密切相关,Ca能够影响Al胁迫下有机酸浓度和

相关酶活性,且Ca通过抑制纤维素酶和半纤维素

酶的合成来调节Al胁迫下的植物根细胞伸长率,

从而降低植物中 Al 含量[91]

。通过外施 Ca、Mg 可

以克服植物在金属胁迫下生长时的养分缺乏,从

而有助于减轻植物内部的金属毒性[87]

钾(K)元素的添加也有利于缓解铁毒症状。

钾能影响植物的新陈代谢,促进表皮细胞壁增厚,

从而防止病害的发生[92]

。钾的添加可以有效缓解

过量铁对主根生长和侧根形成的抑制[93]

。在铁毒

性条件下,钾稳态在调节过量的铁易位到芽组织

中起着至关重要的作用,充分摄取钾可以保护水

稻免受铁毒危害[94]

。敏感型水稻(IR64)在铁毒胁

迫条件下,增施钾肥能够明显缩短开花时间,说明

钾肥有助于缓解铁毒胁迫对水稻造成的影响[95]

植物-土壤-微生物紧密相连,土壤微生物能

够促进物质循环,增强植物养分吸收能力,通过改

善土壤微生物群落能够有效缓解或避免红皮病发

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杨可欣,等:土壤元素过量驱动人参红皮病形成的研究进展

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

生[96]

。近年来,微生物菌剂作为化学农药的替代

品正逐渐引领市场,在避免化学物质对土壤环境

污染的基础上,微生物菌剂能有效改善农田土壤、

缓解病害发生,促进植株生长,提高存活率。研究

发 现,拟 康 宁 木 霉[97]、毛 簇 木 霉[98]以 及 钩 状 木

霉[99]

菌制剂能够改良农田参土微环境,在保护土

壤微生物种群结构的同时,还能有效提升土壤微

生物种群的生物丰度,使土壤更适合栽培人参,在

安全的前提下,可以缓解主要病害发生,保证存苗

率,促进植株干物质积累,改善现有人参栽培环

境,进而有利于提升人参的产量和质量。

利用 Si、Ca、K 元素共同作用缓解铁胁迫,王

秋霞等[100]

研制出一种含有丰富营养物质的调理

剂,具有改善人参土壤营养状况,促进人参根系生

长和干物质积累的效果,该土壤调理剂为多种成

分的复合剂,包括草炭土、无机肥(硝酸钙、硅酸

钾)等成分,在为人参生长提供必需的主要营养元

素基础上,还能增强人参抗逆性,有效改善土壤微

生物环境,防治因铁元素过量和微生物因素而引

发的红皮病。该调理剂生产方法简便,成分稳定,

易于长期保存,既可做基肥又可做追肥,能在人参

生长过程中的多个时期预防红皮病的发生。

4 展 望

中医药越来越受到人们的重视,因此,提升药

材质量尤为重要。良好的土壤环境是人参健康生

长的首要条件,人参栽培年限较长,一般4~6年才

能收获,各种胁迫都对其生长造成威胁。土壤中

金属元素过量会抑制植物根系生长,改变水分平

衡和养分吸收,抑制光合作用和氮代谢,抑制人参

的生长[101-105]

缓解金属胁迫是预防人参红皮病的重要手

段,可以从减少金属吸收及增强植物金属耐受能

力两方面来考虑。适量添加一些矿质元素,如硅、

钙、钾等,在调节土壤pH,刺激抗氧化酶产生活性

的同时还能与过量的金属离子形成络合物共沉

淀,从而增强植物对金属元素的抗性,降低植物对

金属离子的吸收。

筛选抗金属胁迫的植物激素,降低人参红皮

病发病率。花青素、水杨酸等可用作植物抗氧化

剂和金属螯合剂[45]

,在体内还可与其他激素相互

作用合成抗氧化物,以及促进植物新陈代谢以减

轻金属对人参的胁迫。

通过挖掘金属抗性或红皮病抗性基因,筛

选抗金属胁迫或抗红皮病品种来降低红皮病发

病率。WRKY 家族转录因子和 bHLH 家族转录

因子等在植物响应逆境胁迫中发挥重要作用,

bHLH149、PgAIP 等基因在人参抵御金属胁迫过

程中发挥重要作用,但相较于其他作物来说在人

参抗病中的研究较少,在今后的研究中应注重通

过调控基因表达提高植物抗病性。

植物—土壤—微生物紧密相连,土壤微生物

能够促进物质循环,增强植物养分吸收能力,通过

改善土壤微生物群落能够有效缓解或避免红皮病

发生。当植物受到病原体感染时,植物促生菌和

内生菌能够诱导植物产生抗性来抵御生物和非生

物胁迫,降低发病率。为推进现代绿色农业的可

持续发展,以促生、抗病菌为主的微生物菌剂、菌

肥等新型生物肥料正成为防治红皮病的新趋势。

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(责任编辑:林海涛)

746

第114页

吉林农业大学学报 2023,45(6):747-755 http : // xuebao.jlau.edu.cn

Journal of Jilin Agricultural University E⁃mail : jlndxb @ vip.sina.com

防治人参菌核病新型高效低毒农药室内筛选*

冯 时1

,孙国刚4

,冯志伟3

,白 洁1

,宋明海3

,杨丽娜1

,王 雪1,2

,卢宝慧1,2**,

高 洁1,2**

1. 吉林农业大学植物保护学院,长春 130118;2. 人参新品种选育与开发国家地方联合工程研

究中心,长春 130118;3. 抚松县参王植保有限责任公司,白山134500;4. 集安人参研究所,通

化 134200

摘 要:选用不同化学杀菌剂原药和生防菌剂(株),采用生长速率法对人参菌核病原菌进行室内毒力测定,

并比较不同药剂在不同浓度下对菌核形成数量的影响,以期筛选出高效防治人参菌核病药剂。结果表明:化

学药剂中氟环唑和咯菌腈的抑菌效果最好,其EC50和EC90值均<0. 010 0 mg/L,其次为戊唑醇和氟啶胺,其EC50

和 EC90值均<0. 100 0 mg/L。首次采用原药对 16种药剂进行了抑菌效果和菌核形成抑制效果评价,能够真实

地反映出药剂的实际水平,其中氟环唑和氟啶胺首次用于人参菌核病的防治研究。生防菌剂(株)中枯草芽孢

杆菌(科诺)、复合内生芽孢杆菌(京青)抑菌效果最好,EC50较小,EC90分别为 4. 22 × 105

,2. 45 × 106

CFU/mL;

其次为枯草芽孢杆菌(德强)、解淀粉芽孢杆菌FS6,EC50均<2. 0 × 105

CFU/mL,EC90均<6. 0 × 107

CFU/mL。其中

解淀粉芽孢杆菌FS6为吉林农业大学植物病害综合治理实验室自主研发的生防菌剂。在抑制菌核形成方面,生

物菌剂比化学药剂效果好,30 d后复合内生芽孢杆菌(京青)、多粘类芽孢杆菌(临猗)、枯草芽孢杆菌(科诺、德

强)、解淀粉芽孢杆菌FS6和N1仍能够持续抑制菌丝不形成菌核,菌核形成抑制率达100%。试验共筛选出13种

对人参菌核病菌有良好抑菌效果的高效、低毒、低残留的化学药剂,5种高效、低毒、无残留生防药剂,且均能较好

地抑制菌核形成。筛选出的氟环唑、氟啶胺、氟唑菌酰胺、吡唑醚菌酯等化学药剂以及解淀粉芽孢杆菌和多粘类

芽孢杆菌等生防药剂,首次用于菌核病菌的室内毒力测定,为人参菌核病的田间防治奠定了理论基础。

关键词:人参;菌核病菌;化学药剂;生防菌剂;毒力测定;室内筛选

中图分类号:S435. 675 文献标志码:A 文章编号:1000-5684(2023)06-0747-09

DOI:10.13327/j.jjlau.2021.1221

引用格式:冯时,孙国刚,冯志伟,等 . 防治人参菌核病新型高效低毒农药室内筛选[J]. 吉林农业大学学报,

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Indoor Screening of New High-efficiency and Low-toxicity Fungicides

for the Prevention and Control of Sclerotinia ginseng *

FENG Shi1

,SUN Guogang4

,FENG Zhiwei3

,BAI Jie1

,SONG Minghai3

,YANG Li'na1

WANG Xue1,2

,LU Baohui1,2**,GAO Jie1,2**

1. College of Plant Protection, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China;2. State Lo⁃

cal Joint Engineering Research Center of Ginseng Breeding and Application, Changchun 130118,

China;3. Fusong County Shenwang Plant Protection Co. , Ltd. , Baishan 134500, China;4. Ji'an

Ginseng Research Institute, Tonghua 134200, China

Abstract:Using different chemical fungicides and biocontrol agents (strains), the growth rate

* 基金项目:吉林省科技发展计划项目(20180311001YY,20180201003NY),“111基地”建设项目(D17014)

作者简介:冯时,女,在读硕士,研究方向:植物病害综合治理。

收稿日期:2021-04-18

** 通信作者:卢宝慧,E-mail:LBH860110@126.com;高洁,E-mail:jiegao115@126.com

第115页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

method was used to determine the indoor toxicity of Sclerotinia ginseng, and the effects of different

agents on the number of sclerotia formation at different concentrations were compared in order to

screen efficient agents for the prevention and controlt of Sclerotinia ginseng. The results showed that

epoxiconazole and fludioxonil had the best antifungal effects in the tested chemicals, and their EC50

and EC90 values are both less than 0.010 0 mg/L, followed by tebuconazole and fluazinam, with EC50

and EC90 values less than 0.100 0 mg/L. The antifungal effects and sclerotia formation inhibition

effects of 16 chemical fungicides were evaluated for the first time using the technical materials, which

can reflect the actual level of the fungicides more truly. Among them, epoxiconazole and fluazinam

were used for the first time in the prevention and control of Sclerotinia ginseng. Among the biocontrol

agents (strains), Bacillus subtilis (Kenuo) and composite endophyte Bacillus (Jingqing) had the best

antifungal effects, EC50 value is less, and EC90 at 4. 22 × 105

and 2. 45 × 106

CFU/mL, respectively;

followed by Bacillus subtilis (Deqiang), Bacillus amyloliquefaciens FS6, the EC50 is less than 2. 0 ×

105

CFU/mL, and the EC90 is less than 6. 0 × 107

CFU/mL. Among them, B. amyloliquefaciens FS6 is

a biocontrol agent independently developed by our laboratory. In terms of inhibiting the formation of

sclerotia, biological agents are more effective than chemical agents. After 30 days, they were com⁃

bined with composite endophyte Bacillus (Jingqing), Paenibacillus polymyxa (Linyi), B. subtilis

(Kono, Deqiang). B. amyloliquefaciens FS6 and N1 could continue to inhibit mycelium without

forming sclerotia, and the inhibition rate of sclerotia formation reached 100%. In this test, a total of

13 high-efficiency, low-toxicity, and low-residue chemical agents with good antifungal effects on

S. ginseng were screened out, and 5 high-efficiency, low-toxicity, and no-residue biocontrol agents

were selected, and all of them can inhibit sclerotia formation. The chemical agents such as epoxicon⁃

azole, fluazinam, pyraclostrobin, pyraclostrobin, and biocontrol agents such as B. amyloliquefaciens

and P. polymyxa selected in this study were used indoor for Sclerotinia ginseng for the first time. This

study lays a theoretical foundation for the prevention and control of Sclerotinia ginseng.

Key words:ginseng;Sclerotinia sclerotiorum; chemical fungicide; biocontrol agent; toxicity test;

indoor screening

人参(Panax ginseng C. A. Meyer)为五加科人

参属多年生宿根草本植物,具有极高的药用和经

济价值,被誉为“百草之王”[1]

。人参中的皂苷、多

糖类物质可以调节中枢神经系统,提高学习记忆

能力,抗疲劳,增强机体的免疫力;烯醇类、炔三醇

和挥发油类物质可以起到抗肿瘤作用[2]

,并且越

来越多的药用价值及功效仍在开发中。人参在市

场中的需求不断增加,价格在中草药市场中稳中

有升。

核盘菌(Sclerotinia spp.)是一类非常重要的

植物病原真菌,其寄主范围十分广泛,可危害农

作物、中草药和杂草在内的 75 科 208 属 600 余种

植 物 并 造 成 毁 灭 性 破 坏[3]。 由 人 参 核 盘 菌

(Sclerotinia ginseng)引 起 的 人 参 菌 核 病 是 人 参

最重要的土传根部病害之一[4]

,条件适宜时由

菌核萌发直接产生菌丝引起侵染,造成危害,个

别地块损失惨重,已成为人参栽培中亟待解决

的问题[5]

。目前对人参菌核病防治研究较少,

尚无登记药剂可供选择,且生产上过度单一用

药,导致病原菌对药剂产生了抗药性,用药量持

续增高,引起了食品药品安全问题和环境污染

问题。因此开发新型、高效、低残留、无公害的

农药成为人参菌核病防控的重点。随着绿色植

保战略的推进与实施,绿色农业发展理念深入

人心,以生物农药研发和应用为核心的病害生

物防治将成为我国农业科研与应用的热点[6]

利 用 有 益 生 物 及 其 代 谢 产 物 的 生 物 农 药 防 治

植物病害,其最大特点是对环境安全、友好、无

污染。

因此,本研究首次根据不同药剂的作用机理

选择化学杀菌剂原药,此外,还选择了生防菌剂,

包括吉林农业大学植物病害综合治理实验室分

748

第116页

冯时,等:防治人参菌核病新型高效低毒农药室内筛选

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

离得到并证实具有广谱拮抗作用的生防菌株。

通过抑制菌丝生长速率以及对菌核形成抑制率

的比较,进行室内抑菌效果测定,以期筛选出高

效 防治 人 参 菌 核 病 菌 的 化 学 药 剂 和 生 防 菌 剂

(株),为人参菌核病的防治提供参考依据,填补

人参菌核病无高效低毒药剂可用的空缺,为下一

步农药在防治人参菌核病上的登记奠定基础,同

时也为进一步田间药剂试验奠定基础和提供理

论指导。

1 材料与方法

1. 1 供试病原菌

人参菌核病菌(Sclerotinia ginseng TH2),由吉

林农业大学植物病害综合治理实验室分离鉴定并

保存。

1. 2 供试药剂

供试化学杀菌剂原药 16 种,供试生防菌剂

12 种,其中 7种为商品菌剂,5种由吉林农业大学

植物病害综合治理实验室分离鉴定。含量、有效

活菌数及生产厂家见表1。

1. 3 方法

化学药剂先用少量丙酮溶解后用 0.1% 吐温

80稀释,化学药剂以加入相同体积的丙酮和0.1%

吐温80为对照(ck),生防菌剂以加入同等体积的

LB培养基为对照(ck)。每个处理重复3次。将直

径为8.0 mm的菌饼菌丝面朝下,接于含菌平板中

央,25 ℃培养,当对照菌落长至培养皿直径的2/3

时采用十字交叉法测量菌落直径。

1. 3. 1 化学药剂室内毒力测定方法 各原药先

用 2%的丙酮溶解后,用 0.1%吐温 80稀释成含量

为0.01,0.1,1,10,100,1 000 mg/L浓度的药液,向

9.0 mL 冷却至约 40 ℃的 PDA 培养基中加入配好

的药液1.0 mL,摇匀后倒入培养皿中,制成含药平

板。根据初筛结果确定复筛药剂浓度,复筛药剂

浓度见表2,试验方法同上。

表1 供试16种杀菌剂和12种生物菌剂(株)

Table 1 16 fungicides and 12 biological agents (strains)

化学杀菌剂原药有

效成分含量及名称

96%苯醚甲环唑

96%吡唑醚菌酯

98%多菌灵

95%氟啶胺

96%腐霉利

95%福美双

97%氟环唑

98%氟唑菌酰胺

95%咯菌腈

95%甲基硫菌灵

95%精甲霜灵

95%腈菌唑

96%菌核净

95%嘧菌酯

97%肟菌酯

98%戊唑醇

生产厂家

湖北久丰隆化工有限公司

河北锐药生物科技有限公司

江苏龙灯化学有限公司

湖北久丰隆化工有限公司

宜宾北方川安化工有限公司

河北冠龙农化有限公司

江苏蓝丰生物化工股份有限公司

巴斯夫欧洲公司

南通嘉禾化工有限公司

江苏蓝丰生物化工股份有限公司

淄博德樽生物科技有限公司

浙江禾本科技股份有限公司

江西禾益化工股份有限公司

浙江禾本科技股份有限公司

湖北万业医药化工有限公司

山东海利尔化工有限公司

生物菌剂(株)及含量

3亿CFU/g哈茨木霉菌

300亿CFU/g复合内生芽孢杆菌

100亿CFU/g枯草芽孢杆菌

1 000亿CFU/g枯草芽孢杆菌

50亿CFU/g多粘类芽孢杆菌

5亿CFU/g多粘类芽孢杆菌

10亿CFU/mL解淀粉芽孢杆菌B7900

10亿CFU/mL解淀粉芽孢杆菌FS6

5亿CFU/mL解淀粉芽孢杆菌N1

5亿CFU/mL贝莱斯芽孢杆菌2-8

5亿CFU/mL枯草芽孢杆菌Y4

5亿CFU/mL解淀粉芽孢杆菌XH1

生产厂家(简称)

美国拜沃股份有限公司(拜沃)

山东京青农业科技有限公司(京青)

德强生物股份有限公司(德强)

武汉科诺生物科技股份有限公司(科诺)

山西省临猗中晋化工有限公司(临猗)

武汉科诺生物科技股份有限公司(科诺)

陕西先农生物科技有限公司(先农)

吉林农业大学植物病害综合治理实验室

吉林农业大学植物病害综合治理实验室

吉林农业大学植物病害综合治理实验室

吉林农业大学植物病害综合治理实验室

吉林农业大学植物病害综合治理实验室

749

第117页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

1. 3. 2 生防菌剂(株)室内药剂筛选 商品药剂

根据其活菌数直接用无菌水稀释成 106

,5×105

105

,5×104

,104

,103

CFU/mL,6 个浓度梯度;本实

验室分离得到的FS6等生防菌株(表1)用LB培养

基 28 ℃ 180 r/min 培 养 12 h,获 得 种 子 液。以

4.0% 接种量接种在配制好的 LB 培养基中,28 ℃

180 r/min 培养 16 h,获得发酵液[7]

。向 9.0 mL 冷

却至约 40 ℃的 PDA 培养基中加入无菌水稀释成

与商品药剂相同浓度梯度的含菌发酵液 1.0 mL,

摇匀后倒入培养皿中,制成含菌平板。

1. 3. 3 不同药剂对人参菌核形成数量的影响 将

含药平板中的人参菌核病菌 TH2培养 30 d后,对

菌核形成数量进行统计,并与对照(ck)中的菌核

数量进行比较,计算抑制率,分析不同药剂和浓度

对菌核形成的影响[8]

1. 3. 4 统计分析方法 计算抑制率公式[9]

:抑制

率(%)=[(对照菌落直径-菌饼直径)-(处理菌落

直径-菌饼直径)]/(对照菌落直径-菌饼直径)×

100。计算方法参照卢宝慧等[10]

进行处理和统计

分析,并求出各药剂对病原菌的毒力回归曲线方

程、EC50、EC90及相关系数。

2 结果与分析

2. 1 化学药剂的毒力测定结果

16种供试杀菌剂采用表2中的质量浓度。试

验结果表明,16种化学杀菌剂对人参菌核病菌菌

丝生长均具有抑制活性(表 3),其中 EC50值较小

的药剂有氟环唑、咯菌腈、氟唑菌酰胺、菌核净、氟

啶胺和戊唑醇,其 EC50值分别为 0.000 4,0.000 5,

0.002 9,0.004 7,0.006 9,0.008 9 mg/L,EC50 值

均 <0.010 0 mg/L;EC90值较小的药剂有氟环唑、咯

菌腈、戊唑醇、氟啶胺和菌核净,EC90 值分别为

0.006 0,0.007 8,0.038 2,0.077 5,0.149 7 mg/L,均

<1.000 0 mg/L。其他参试杀菌剂对人参菌核病

菌的抑制作用根据 EC90从小到大排序,依次为氟

唑菌酰胺、苯醚甲环唑、嘧菌酯、吡唑醚菌酯、福美

双、腈菌唑、腐霉利、甲基硫菌灵、肟菌酯、多菌灵、

精甲霜灵。其中精甲霜灵、多菌灵、肟菌酯抑菌效

果最差,咯菌腈中气生菌丝旺盛;不同的药剂对菌

丝生长状况会有不同影响,氟环唑、咯菌腈、戊唑

醇、氟 啶 胺、菌 核 净 对 人 参 菌 核 病 抑 菌 效 果 较

好(图1)。

表2 供试药剂

Table 2 Tested fungicides

药剂名称

氟环唑

咯菌腈

戊唑醇

氟啶胺

菌核净

氟唑菌酰胺

苯醚甲环唑

嘧菌酯

吡唑醚菌酯

福美双

腈菌唑

腐霉利

甲基硫菌灵

肟菌酯

多菌灵

精甲霜灵

ρ(/ mg·L-1

1×10-2

5×10-3

0.1

1

0.1

0.1

0.5

0.5

1

1

5

10

10

10

50

50

5×10-3

1×10-3

1×10-2

0.1

5×10-2

1×10-2

0.1

0.1

0.1

0.5

1

1

1

1

10

10

1×10-3

8×10-4

5×10-3

1×10-2

1×10-2

8×10-3

5×10-2

5×10-2

5×10-2

10

10

10

10

10

1

1

8×10-4

5×10-4

1×10-3

1×10-3

5×10-3

1×10-3

1×10-2

1×10-2

1×10-2

5×10-2

5×10-2

1×10-2

1×10-2

1×10-2

0.1

0.1

5×10-4

1×10-4

5×10-4

5×10-4

1×10-3

8×10-4

5×10-3

5×10-3

5×10-3

1×10-2

1×10-2

5×10-3

5×10-3

5×10-3

1×10-2

5×10-2

1×10-4

5×10-5

1×10-4

1×10-4

5×10-4

1×10-4

1×10-3

1×10-3

1×10-3

5×10-3

5×10-3

1×10-3

1×10-3

1×10-3

5×10-3

1×10-2

750

第118页

冯时,等:防治人参菌核病新型高效低毒农药室内筛选

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

2. 2 生防菌剂(株)的筛选结果

室内抑菌试验结果表明(表 4),不同生防菌

剂对人参菌核病菌的抑菌作用差异较大,其中,复

合内生芽孢杆菌(京青)、多粘类芽孢杆菌(临猗)、

枯草芽孢杆菌(科诺)、枯草芽孢杆菌(德强)的EC50

值较小,分别约为4.72,7.69,14.26,82.9 CFU/mL;

其次为解淀粉芽孢杆菌FS6、多粘类芽孢杆菌(科

诺)、解淀粉芽孢杆菌 N1和枯草芽孢杆菌Y4,EC50

表3 不同药剂对人参菌核病菌菌丝生长的抑制作用

Table 3 Inhibitory effects of different fungicides on mycelial growth of Sclerotinia ginseng

药剂名称

氟环唑

咯菌腈

戊唑醇

氟啶胺

菌核净

氟唑菌酰胺

苯醚甲环唑

嘧菌酯

吡唑醚菌酯

福美双

腈菌唑

腐霉利

甲基硫菌灵

肟菌酯

多菌灵

精甲霜灵

毒力回归方程

y=15.354 1x-0.420 7

y=15.262 8x-0.491 0

y=21.324 9x-0.880 9

y=14.925 5x-0.528 0

y=12.075 8x-0.368 8

y=8.944 8x-0.200 8

y=9.938 3x-0.287 1

y=10.00 2x-0.295 8

y=9.838 4x-0.287 1

y=10.064 8x-0.318 7

y=9.124 0x-0.241 5

y=9.022 6x-0.244 3

y=8.833 3x-0.228 3

y=8.036 5x-0.193 4

y=7.866 9x-0.186 2

y=6.979 1x-0.145 6

相关系数

0.983 0

0.971 4

0.867 9

0.919 8

0.973 4

0.908 1

0.988 5

0.991 1

0.963 9

0.944 8

0.988 8

0.963 7

0.961 6

0.894 3

0.975 0

0.988 4

EC50(/ mg·L-1

0.000 4

0.000 5

0.008 9

0.006 9

0.004 7

0.002 9

0.033 9

0.045 2

0.047 9

0.125 5

0.038 4

0.070 5

0.051 0

0.152 1

0.205 7

1.252 2

EC90(/ mg·L-1

0.006 0

0.007 8

0.038 2

0.077 5

0.149 7

1.720 8

2.928 5

3.425 6

4.135 4

6.963 7

7.684 8

13.304 2

13.886 0

113.771 8

198.962 8

8 223.535 0

图1 不同药剂对人参菌核病菌菌丝生长的抑制作用

Fig. 1 Inhibitory effects of different fungicides on mycelial growth of Sclerotinia ginseng

751

第119页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

值 分 别 为 1.04×105

,8.72×105

,8.76×105

,9.74×105

CFU/mL,EC50值均<1.0×106

CFU/mL。解淀粉芽

孢杆菌XH1、贝莱斯芽孢杆菌2-8、哈茨木霉菌(拜

沃)、解淀粉芽孢杆菌 B7900(先农)的 EC50值均>

1.0×106

CFU/mL,对于人参菌核病菌的抑菌效果

低于其他供试生物药剂。

EC90值较小的有枯草芽孢杆菌(科诺)、复合

内生芽孢杆菌(京青)、枯草芽孢杆菌(德强)、多粘

类 芽 孢 杆 菌(临 猗)和 解 淀 粉 芽 孢 杆 菌 FS6,其

EC90 值分别为 4.22×105

,2.45×106

,4.61×106

,5.66×

106

,5.14×107

CFU/mL。因此以上 5 种生防菌剂

(株)对人参菌核病菌抑制效果较好(图2)。

2. 3 不同杀菌剂对菌核形成数量的影响

不同杀菌剂对菌核数量的形成会有不同程度

的影响。由表5可知,随着药剂浓度的升高,菌核

形成数量呈减少趋势。在化学药剂中氟唑菌酰胺

和咯菌腈处理后菌核形成数量最少,分别在浓度

为1×10-4

和5×10-5

mg/L时,2种药剂每皿平均产生

菌核 47.33个,菌核形成抑制率为 73.95%;其次为

氟环唑,在浓度为5×10-4

mg/L时,每皿平均产生菌

核 87.67 个,菌核形成抑制率为 51.74%。对菌核

形成抑制效果较差的药剂有福美双,在浓度为

图2 不同生防菌剂(株)对人参菌核病菌菌丝生长的抑菌效果

Fig. 2 Inhibitory effects of different biocontrol agents on mycelial growth of Sclerotinia ginseng

表4 不同生防菌剂(株)对人参菌核病菌菌丝生长的抑菌效果

Table 4 Inhibitory effects of different biocontrol agents on mycelial growth of Sclerotinia ginseng

菌剂名称

复合内生芽孢杆菌(京青)

多粘类芽孢杆菌(临猗)

枯草芽孢杆菌(科诺)

枯草芽孢杆菌(德强)

解淀粉芽孢杆菌FS6

多粘类芽孢杆菌(科诺)

解淀粉芽孢杆菌N1

枯草芽孢杆菌Y4

解淀粉芽孢杆菌XH1

贝莱斯芽孢杆菌2-8

哈茨木霉菌(拜沃)

解淀粉芽孢杆菌B7900(先农)

毒力回归方程

y=7.536 7x-0.097 3

y=7.424 8x-0.094 8

y=8.105 2x-0.124 3

y=7.719 5x-0.117 2

y=8.316 4x-0.206 2

y=6.509 6x-0.108 2

y=7.291 1x-0.164 3

y=6.729 3x-0.124 9

y=6.701 5x-0.139 0

y=6.327 1x-0.112 1

y=6.038 6x-0.103 7

y=6.166 0x-0.122 4

相关系数

0.962 2

0.969 1

0.905 8

0.960 9

0.899 8

0.953 4

0.904 0

0.973 3

0.941 9

0.9812

0.954 5

0.932 7

EC50(/ CFU·mL-1

4.76

7.69

14.26

82.91

1.04×105

8.72×105

8.76×105

9.74×105

4.83×106

7.25×106

4.47×107

7.27×107

EC90(/ CFU·mL-1

2.45×106

5.66×106

4.22×105

4.61×106

5.14×107

1.20×1011

2.12×109

2.74×1010

4.82×1010

6.57×1011

1.03×1013

2.54×1012

752

第120页

冯时,等:防治人参菌核病新型高效低毒农药室内筛选

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

5×10-3

mg/L 时可产生 169 个菌核,菌核形成抑制

率为7.52%。其次为肟菌酯,在浓度为1×10-3

mg/L

时可产生 168 个菌核,菌核形成抑制率为 6.97%。

因此,化学药剂中氟唑菌酰胺和咯菌腈处理后对菌

核的形成影响最大。

生防菌剂对菌核的形成影响比化学药剂大

(表 6)。在复合内生芽孢杆菌(京青)、多粘类芽

孢杆菌(临猗)、枯草芽孢杆菌(科诺)、枯草芽孢杆

菌(德强)、解淀粉芽孢杆菌FS6、解淀粉芽孢杆菌

N1 中各浓度下均无菌核形成。枯草芽孢杆菌

Y4、多粘类芽孢杆菌(科诺)、解淀粉芽孢杆菌

B7900(先农)、哈茨木霉菌(拜沃)、贝莱斯芽孢杆

菌2-8和解淀粉芽孢杆菌XH1中菌核形成数量也

较少,当浓度为 1×103

CFU/mL 时,平均菌核形成

抑制率分别为 95.60%,85.69%,77.43%,60.55%,

41.65%,40.00%。同一种生防菌不同厂家(菌株)

之间对菌核的抑制效果不同。同样是解淀粉芽孢

杆菌,FS6 在试验活菌数范围内无菌核形成,而

B7900和XH1却有较多的菌核形成。

表5 不同化学药剂对菌核形成的影响

Table 5 Effects of different fungicides on formation of sclerotia

药剂名称

氟环唑

咯菌腈

戊唑醇

氟啶胺

菌核净

氟唑菌酰胺

苯醚甲环唑

嘧菌酯

吡唑醚菌酯

福美双

腈菌唑

腐霉利

甲基硫菌灵

肟菌酯

多菌灵

精甲霜灵

不同浓度药剂菌核形成数量

46.00 ±6.08

8.33 ±3.51

31.67 ±3.79

12.00 ±2.65

28.33 ±6.81

8.00 ±7.55

42.00 ±5.57

65.33 ±16.65

39.00±5.29

39.67±14.05

23.33 ±3.79

0.00 ±0.00

27.00±6.24

45.67 ±7.57

0.00 ±0.00

22.00±6.24

58.33 ±3.51

30.67 ±5.03

41.33 ±3.51

46.33 ±6.03

45.33 ±2.52

7.33 ±7.02

58.67 ±4.04

57.33 ±36.67

49.00±10.44

52.00 ±6.24

42.33 ±3.79

15.33 ±7.57

33.67 ±2.08

59.00 ±4.58

2.33 ±4.04

21.33 ±2.52

69.33 ±4.51

36.00 ±9.17

85.67 ±3.21

59.00 ±1.00

108.33 ±14.57

4.33 ±7.51

69.33 ±3.51

108.00 ±2.65

84.00 ±8.00

64.67±2.08

56.33 ±6.03

23.67±2.08

66.67 ±15.57

63.67 ±8.62

25.67±4.62

38.33 ±4.73

70.67 ±6.03

41.67 ±3.06

111.67 ±3.79

72.00 ±5.00

120.00 ±8.00

5.00 ±5.57

75.00 ±6.08

122.33 ±3.21

87.33 ±5.51

79.33 ±5.86

95.00±7.55

49.33 ±10.21

68.33 ±1.53

69.00 ±11.53

81.67 ±11.59

51.33 ±4.04

87.67 ±5.03

45.67 ±6.03

113.67 ±4.51

144.33 ±1.53

131.67 ±42.55

32.33 ±3.06

87.33 ±9.02

124.67 ±8.33

93.00 ±3.00

97.67 ±9.61

129.33±11.85

57.67 ±14.57

98.00±12.29

108.00 ±3.61

87.67 ±2.52

71.00 ±8.00

99.67 ±5.51

47.33 ±3.06

140.33 ±5.69

154.00 ±9.17

152.00 ±25.63

47.33 ±5.03

123.67 ±10.02

129.33 ±9.07

109.00 ±2.00

169.00 ±8.00

161.00 ±12.53

121.33 ±5.51

136.67 ±4.73

168.00 ±16.37

113.67 ±23.18

127.67±16.50

注:各化学药剂的浓度顺序与表2一致

表6 不同生防菌剂对菌核形成的影响

Table 6 Effects of different biocontrol agents on formation of sclerotia

菌剂名称

复合性内生芽孢杆菌(京青)

多粘类芽孢杆菌(临猗)

枯草芽孢杆菌(科诺)

枯草芽孢杆菌(德强)

解淀粉芽孢杆菌FS6

多粘类芽孢杆菌(科诺)

解淀粉芽孢杆菌N1

枯草芽孢杆菌Y4

解淀粉芽孢杆菌XH1

贝莱斯芽孢杆菌2-8

哈茨木霉菌(拜沃)

解淀粉芽孢杆菌B7900(先农)

不同浓度生防菌剂菌核形成数量

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

57.00±9.54

3.00±5.20

0.00±0.00

5.67±6.03

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

2.00±1.00

54.33±11.68

21.33±18.48

1.67±1.53

9.33±2.31

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

3.00±1.65

0.00±0.00

5.00±2.00

64.33±5.69

33.67±29.37

1.33±1.53

13.33±12.22

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00 ±0.00

0.00±0.00

1.67±2.89

96.33±4.73

39.67±8.50

6.33±5.69

17.33±14.57

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

15.67±8.63

0.00±0.00

3.67±3.51

108.67±1.53

55.67±6.51

61.33±15.95

28.00±18.52

0.00±0.00a

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

0.00±0.00

26.00±14.31

0.00±0.00

8.00±7.00

109.00±21.66

106.00±11.00

71.67±5.51

41.00±21.66

注:菌剂(株)的浓度顺序见本文“1.3.2”

753

第121页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

3 讨 论

本研究选取16种化学杀菌剂原药,采用生长

速率法对人参菌核病菌进行抑菌活性研究。结果

表明:氟环唑、咯菌腈、戊唑醇、氟啶胺、菌核净、氟

唑菌酰胺、苯醚甲环唑、嘧菌酯、吡唑醚菌酯、福美

双、腈菌唑、腐霉利、甲基硫菌灵13种化学药剂对

人参菌核病菌菌丝生长均具有较好的抑制效果,

其中氟环唑、氟唑菌酰胺、福美双 3 种杀菌剂对

人参菌核病菌的抑菌作用未见报道。韩月泠[11]

报道 10%苯醚甲环唑WG,王燕等[12]

报道1 000亿

CFU/g 枯草芽孢杆菌可湿性粉剂(武汉天惠)、

70%甲基硫菌灵(允发化工)等对人参菌核病菌具

有良好的抑菌效果,本研究也进一步证实了这几

种药剂的抑菌效果。范文忠等[13]

研究发现,联苯

吡嗪菌胺与氟啶胺等二元复配防治人参菌核病具

有增效作用,50% 氟啶胺悬浮剂(日本石原)EC50

为 1.090 0 mg/L,复配后 1∶1 增效作用最佳,EC50

为0.80 mg/L;而本试验中氟啶胺对人参菌核病菌的

EC50为0.006 9 mg/mL,EC90为0.077 5 mg/L,效果优

于已报道制剂单剂及与联苯吡嗪菌胺复配的复配

效果。本研究中使用的药剂均为原药,排除了一

些助剂及添加剂的干扰,能充分地展现各杀菌剂

对人参菌核病菌的抑菌作用。

除针对人参菌核病菌的抑菌作用外,关于其

他作物的菌核病防治也有一些报道。2019 年,徐

雪亮等[14]

比较了不同商品药剂对油菜菌核病菌

的抑菌效果,结果表明:腐霉利、多菌灵、戊唑醇

和 吡 唑 醚 菌 酯 可 以 作 为 防 治 油 菜 菌 核 病 菌

(Sclerotinia sclerotiorum)的理想药剂,其中 80%多

菌灵可湿性粉剂(陕西先农)EC50为0.086 0 mg/mL,

效果优于本试验(EC50为 0.205 7 mg/mL,EC90为

198.962 8 mg/L),但在本研究中多菌灵对人参菌

核病菌的抑菌效果在所选的 16 种药剂中抑菌效

果仅高于精甲霜灵,低于其他 14 种药剂,戊唑醇

和吡唑醚菌酯对人参菌核病菌抑菌效果也较好,

与徐学亮对核盘菌抑菌效果的报道趋势一致;

2019 年,高崇等[15]

研究发现,20% 腈菌唑乳油、

25%嘧菌酯悬浮剂、50%春雷·多菌灵可湿性粉剂

等药剂对烟草菌核病菌(S. sclerotiorum)抑菌作用

较好,其中 25% 嘧菌酯悬浮剂(利民化工)EC50为

0.000 324 mg/mL,EC90为0.040 04 mg/mL,低于本

试验嘧菌酯原药的 EC50和 EC90值,原因可能是不

同寄主的菌核病菌种类不同,其对药剂的敏感性

不同。

随着绿色植保战略的推进与实施,绿色农业

发展理念深入人心,以生物农药研发和应用为核

心的病害生物防治将成为我国农业科研与应用的

热点[16-17]

。本研究中的 12 种生防菌剂(株)对人

参菌核病菌均有不同程度的抑菌效果,但不同生

防菌剂之间的抑菌效果差异较大。2016年,卢占

慧等[18]

从人参分离出的内生细菌解淀粉芽孢杆

菌(Bacillus amyloliquefaciens)对人参菌核病菌有

显著的抑制效果。本试验中选用的解淀粉芽孢杆

菌 FS6 分离自人参根际土壤、N1 来自烟草叶片

内,对人参菌核病菌的菌丝生长均有良好的抑制

效果,但解淀粉芽孢杆菌 B7900(先农)对人 参

菌 核 病 菌 菌 丝 生 长 抑 制 作 用 不 理 想,可 能由

于 菌株来源不同,抑菌谱有所不同。2019 年,

孙海峰等[19]

研究发现,哈茨木霉菌对平贝母菌

核病(S. sclerotiorum)有较好的防治效果,抑菌带

宽度达(2.17±0.06) cm,田 间 防 效 达 84.77%,而

本研究中哈茨木霉菌EC50值为4.47×107

CFU/mL,

EC90 值 为 1.03×1013 CFU/mL,抑 菌 效 果 并 不 理

想。2020 年,宋文欣等[20]发现,贝莱斯芽孢杆

菌(Bacillus velezensis)和 枯 草 芽 孢 杆 菌(Bacillus

subtilis)防治桑枝枯菌核病菌(S. sclerotiorum)效果

良好,而在本试验中的贝莱斯芽孢杆菌 2-8 的

EC50虽较小,但EC90较大。

菌核是核盘菌越冬的唯一形态,是菌核病发

生的初侵染来源,在土壤中可长期存活,其在土壤

中存活时间7~8年,甚至更长[21]

。菌核一旦形成,

由于其抗逆性强,在土壤中很难消除,而且由于菌

核病菌寄主范围广泛,种植其他作物有可能发生

菌核病,一旦发生,在生产防治上难度较大,易给

人参生产造成毁灭性的灾害[22-23]

。因此生产实际

中抑制或减少菌核形成数量对于病害的防治,尤

其是减轻下茬作物菌核病的发生具有重要意义。

本研究不仅开展了多种药剂对菌核病菌菌丝生长

的抑菌作用,同时也测定了药剂对菌核形成的影

响,这在以往针对人参菌核病菌的药剂筛选中未

见报道[12-14]

。经研究发现,化学药剂和生防菌剂

对菌核形成的数量均具有一定的抑制作用,但二

者相比,生防菌剂(株)对菌核形成的影响更大,在

复合内生芽孢杆菌(京青)、多粘类芽孢杆菌(临

754

第122页

冯时,等:防治人参菌核病新型高效低毒农药室内筛选

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

猗)、枯草芽孢杆菌(科诺)、枯草芽孢杆菌(德强)、

解淀粉芽孢杆菌 FS6、解淀粉芽孢杆菌 N1中各试

验浓度下30 d后均无菌核形成。从抑制菌核形成

方面考虑,生防菌剂在防治菌核病可能更具优势,

而且生物菌剂具有对生态环境及人畜安全,低毒、

无残留,不易产生抗药性等优点,具有广阔的开发

应用潜力[24-26]

本研究筛选出13种化学药剂和5种生物菌剂

(株)对人参菌核病菌具有较好的抑菌作用且均能

抑制菌核形成,其中氟环唑、氟啶胺、氟唑菌酰胺、

吡唑醚菌酯等化学药剂以及解淀粉芽孢杆菌和多

粘类芽孢杆菌等生防药剂,首次用于菌核病菌的

室内毒力测定,为人参菌核病的田间防治奠定了

理论基础。

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(责任编辑:王希)

755

第123页

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吉林农业大学学报 2023,45(6):756-762

Journal of Jilin Agricultural University

人参外部形态特征与小孢子发育时期的相关性

研究*

王轶晗1

,张 浩2

,杨 鹤2

,杨玉坤2

,方 平2

,王英平1**

1. 人参新品种选育与开发国家地方联合工程研究中心,长春 130118;2. 中国农业科学院特产

研究所,长春 130112

摘 要:通过观察人参小孢子不同发育时期的植株外部形态及细胞学特征,分析小孢子发育时期与植株、花

器官外部形态的相关性,为人参有性生殖研究和小孢子培养提供细胞学依据。采摘四年生人参花蕾作为试验

材料,一部分花药染色后压片,观察小孢子发育的细胞学特征变化;另一部分观测植株和花器官的特征变化,

建立小孢子发育时期与外部形态特征的对应关系。结果表明:人参小孢子发育经历四分体时期、单核早期、单

核中后期、空泡期、双核期和三核期,各时期细胞学特征明显。小孢子各发育时期与植株和花器官形态特征密

切相关,当人参花蕾直径在 1. 21~1. 41 mm,花药直径 0. 42~0. 64 mm,花梗长 12. 8~17. 2 mm,花蒂长 1. 34~

9. 57 mm,花序直径1. 51~1. 86 cm,叶柄长21. 6~26. 6 mm,株高24~48 cm,部分叶片展开,花蕾整体呈深绿色,

花瓣顶端区域可见白色,花药内部较饱满时,大部分小孢子处于单核中后期。植株和花器官外部形态特征及

指标可作为判断小孢子发育时期的依据,据此可便捷地找到试验研究所需时期的小孢子。

关键词:人参;小孢子;发育时期;植株形态;花器形态

中图分类号:S567. 51 文献标志码:A 文章编号:1000-5684(2023)06-0756-07

DOI:10.13327/j.jjlau.2021.1251

引用格式:王轶晗,张浩,杨鹤,等 .人参外部形态特征与小孢子发育时期的相关性研究[J].吉林农业大学学

报,2023,45(6):756-762.

Correlation Between External Morphological Characteristics and Mi⁃

crospore Developmental Stages of Ginseng *

WANG Yihan1

,ZHANG Hao2

,YANG He2

,YANG Yukun2

,FANG Ping2

,WANG Yingping1**

1. State Local Joint Engineering Research Center of Ginseng Breeding and Application,Changchun

130118,China;2. Institute of Special Animal and Plant Sciences of CAAS,Changchun 130112,

China

Abstract:By observing the external morphology and cytological characteristics of ginseng micro⁃

spores at different developmental stages and analyzing the correlation between the developmental

stages of microspores and the external morphology of plants and floral organs, this study provides a

cytological basis for ginseng sexual reproduction research and microspore culture. Materials and

methods Four-year-old ginseng flower buds were picked as test materials. One part of the anthers was

stained and pressed into tablets to observe the changes in cytological characteristics of the micro⁃

spore development and the other part to observe the changes in the characteristics of plants and floral

* 基金项目:吉林省科技发展计划项目(20200802015GH),吉林省科技发展计划人参产业战略提升重大科技专项(20200504001YY)

作者简介:王轶晗,女,在读硕士,研究方向:生态学。

收稿日期:2021-05-07

** 通信作者:王英平,E-mail:yingpingw@126.com

第124页

王轶晗,等:人参外部形态特征与小孢子发育时期的相关性研究

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

organs, establishing a corresponding relationship between the developmental stages and the external

morphological characteristics of the microspores. The results showed that the development of ginseng

microspores has experienced tetrad stage, early mononuclear stage, middle and late mononuclear

stage, vacuole stage, binuclear stage and trinuclear stage, with obvious cytological characteristics at

each stage. The developmental stages of microspores are closely related to the morphological charac⁃

teristics of plants and floral organs. When the ginseng flower bud diameter is 1.33-1.68 mm, the an⁃

ther diameter is 0.48-0.69 mm, the peduncle length is 12.8-17.2 mm, the pedicel length is 1.34-

9.57 mm, the inflorescence diameter is 1.51-1.86 cm, the petiole length is 21.6-26.6 mm, the plant

height is 24-48 cm, part of the leaves are spread out, the whole flower bud is dark green, and the top

area of the petals can be white, and when the anther is full, most of the microspores are at the middle

and late stages of mononuclear.Conclusion The external morphological characteristics and indica⁃

tors of plants and floral organs can serve as the basis for determining the developmental stages of mi⁃

crospores, and the microspores at the required stage of experimental research can be easily found.

Key words:ginseng; microspore; developmental stage; plant morphology; floral morphology

人参(Panax ginseng C.A.Meyer)伞形目五加

科多年生草本植物,多生长在北纬 40°~45°、东经

117.5°~134°,分布于辽宁东部、吉林东部和黑龙

江东部,生于海拔数百米的落叶阔叶林或针叶阔

叶混交林下[1]

。人参是地球发展史第三纪古老的

孑遗植物,我国的人参栽培史可追溯至唐代以前,

距今已有 1 200 多年的历史[2]

。人参是具有极高

药用价值的中草药,最早记载于东汉时期所编写

的《神农本草经》,有悠久的中医临床历史,可用于

各种疾病的防御和治疗,具有大补元气、固脱、生

津、安神和益智的功效[3]

人参作为我国极具优势和特色的药用经济作

物,为进一步提高其经济效益,最有效的方法是培

育高产、优质、抗病的优良品种。人参为常异花授

粉植物,由于其存在生长周期长的问题,常规育种

方法在短时间内难以选择到控制性状的优良基

因,获得纯合基因型株系也十分困难,从而使得优

良遗传基因无法实现高效、定向的优化聚合[4]

应用花药和小孢子培养获得单倍体植株,这种单

倍体育种技术可在较短时间内获得纯合育种材

料,从而大幅度缩短育种年限[5]

。在花药或游离

小孢子培养体系的建立过程中,供体植株的基因

型、小孢子发育时期、培养基等多种因素均会影响

其诱导成功率,其中小孢子发育时期是决定单倍

体诱导是否成功的关键因素之一。有研究表明,

单核靠边期是多数物种诱导胚胎的最佳时期,此

时获得单倍体的成功率最高[6-8]

,因此小孢子最佳

发育时期鉴定是花药或小孢子培养成功的关键因

素和必要条件。已有在小白菜、黄花菜和菜心等

多种植物上的研究结果表明,小孢子发育时期与

花蕾外部形态密切相关,但不同品种和变种以及

不同的栽培条件,其形态指标有所不同[9-12]

此外,人参的生殖发育对其繁殖、营养形态建

成和产量至关重要。人参主要靠种子繁殖,小孢

子发育作为种子形成过程中的重要环节,直接关

系到种子形成的数量多少和品质优劣。由于人参

对生长环境要求非常严格,栽培气候不适宜以及

病虫害等都会导致小孢子发育异常[13]

,无法形成

成熟饱满的种子。目前有关人参细胞遗传学、有

性生殖生物学的研究明显滞后,制约了人参优良

品种选育和种质资源创新研究。为此,本研究通

过观察人参小孢子各发育时期的细胞学特点,探

讨其与植株形态、花器官外部形态的相关性,建立

花粉研究取材更为精细的形态学指标,为进一步

开展人参单倍体育种和生殖生长研究奠定基础。

1 材料与方法

1. 1 材料

2020 年 10 月下旬,将 100 mg/kg 赤霉素处理

12 h 后的人参移栽到聚乙烯花盆中,该盆中山皮

土∶草炭土∶珍珠岩∶蛭石=50∶25∶20∶5,所有试验

材料置于吉林农业大学 A03 温室内,管理同常规

大田。

1. 2 方法

1. 2. 1 取样与测量 11 月 中 旬 至 12 月 中 旬

(11 月 12,16,21,25,30 日和 12 月 4,11 日)每日

757

第125页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

08:00—10:00,采集生长良好且长势一致的供试

植株,装于自封袋中,编号后放置在冰盒里并及

时带回实验室。采用 Mitutoyo 数显游标卡尺和

Leica S9D体式显微镜测量人参的外部形态指标:

株高、叶柄长、花序大小、花梗长、花蒂长、花蕾直

径和花药直径,观察整体植株、花器官等外部形态

特征,记录数据并拍照。每个取样时间取 5 株进

行测定,重复3次。

1. 2. 2 小孢子不同发育阶段的细胞学观察 将

经过形态观测后的花蕾置于卡诺固定液[V(乙

醇)∶V(乙酸)=3∶1]固定 1~24 h,取出花蕾后用蒸

馏水冲洗 2~3次,最后转入 70%乙醇中,于 4 ℃冰

箱保存以待镜检。制片时,用镊子从花蕾中取出

花药,并置于载玻片上。轻轻挤压花药使花粉母

细胞散出并均匀铺开,去除杂质,滴加两滴醋酸洋

红 染 色 液,盖 上 盖 玻 片,制 成 临 时 压 片 后 静 置

30 min。在Leica DM6B正置荧光显微镜下观察小

孢子不同发育时期的细胞学形态特征,并对其进

行拍照记录。每个取样时间选取 20 个花蕾进行

观察,重复 3次;每个压片选择 5~10视野观察,并

以视野中出现次数最多的某一发育时期作为该花

蕾小孢子所处的发育时期。

1. 3 数据处理

本试验数据采用 Excel 进行数据整理和图表

绘制,采用SPSS数据处理系统进行相关性分析。

2 结果与分析

2. 1 人参小孢子不同发育阶段的细胞学特征

通过醋酸洋红染液对不同发育时期人参小孢

子进行染色观察,结果发现,人参小孢子的发育是

一个连续发生的过程(图1),1个花药中通常包含

着不同发育时期的小孢子。花药发育初期,孢原

细胞分裂形成造孢细胞,造孢细胞进一步有丝分

裂形成小孢子母细胞。小孢子母细胞呈不规则形

状,体积较大,染色后显微镜下观察到红色且体积

较大的细胞核,细胞质浓厚,不具有细胞壁,最外

层为胼胝质层(图 1-Ⅰ)。小孢子母细胞经减数

分裂后形成被胼胝质壁包裹的四分体,外层的胼

胝质壁不易被染色,薄且透明,易于分辨,此时的

小孢子体积较小,形状不规则,在胼胝质壁内呈立

体排列(图1-Ⅱ)。随后胼胝质壁被酶催化降解,

小孢子游离出来被释放到花粉囊中,细胞核不明

显,细胞质被染成红色均匀分布于整个细胞,具有

较薄的初生细胞壁,还未形成花粉壁(图 1-Ⅲ);

小孢子继续发育,不规则的外部轮廓逐渐变为圆

球形,细胞核体积较大,且多数居于细胞中央位

置,少数有偏移,细胞壁同步增厚,液泡增多,并逐

渐合并成较大的液泡,但尚未形成中央大液泡,以

上阶段为单核早中期(图1-Ⅲ、Ⅳ)。当小孢子逐

渐发育形成中央大液泡,即进入单核晚期(单核靠

边期),在此期间细胞核被大液泡从细胞中央推挤

到靠近细胞壁的一侧,细胞壁上可观察到明显的

萌发沟,在细胞核外侧聚集一股浓缩的细胞质

(图 1-Ⅴ)。随着中央大液泡持续增大,小孢子

开始第 1 次有丝分裂,由于分裂过程中染色体

解聚无法被染色,因此只能观察到透明大液泡

(图1-Ⅵ)。小孢子经历第1次有丝分裂,形成1个

营养核和 1 个靠近细胞壁的生殖核,花粉内出现

分布不均匀的细胞质,中央大液泡向细胞边缘移

动,最后消失(图1-Ⅶ)。当细胞内完全充满淀粉

等贮藏物质时,花粉粒呈椭球型,生殖细胞进行

第 2 次分裂,2 个外形相同的精细胞,此时营养核

居于细胞中央,2 个较小的生殖核贴近细胞壁

(图 1-Ⅷ、图 1-Ⅸ)。成熟的花粉粒具有 3个明显

的萌发孔,此时由于花粉内充满了淀粉等贮藏物,

其内的3个核通常不容易被观察到(图1-Ⅹ)。至

此,人参花粉的发育过程完成。

2. 2 人参小孢子发育时期与植株形态特征的相

关性

人参作为多年生植物,3 年以上植株的芽孢

中有着被叶芽包裹的淡黄色花序原基(图2-Ⅰ),

在越冬芽期就孕育着花蕾,随着茎叶的出土而同

步出土。通过观察发现,人参小孢子发育时期与

植株外部形态特征密切相关。从表 1 中可以看

出,株高、叶柄长、花序大小、花梗长、花蒂长等均

随小孢子发育呈显著变化。在萌芽初期(未展叶

期),可见弯曲茎相连的折叠叶包裹着嫩绿色的伞

形花序,每个花序上包含 60~100 个花芽,花序外

侧与内侧花芽的发育具有不同步性,外侧较内侧

优先发育,但此时花序上的大部分花芽处于小孢

子减数分裂时期,少部分小孢子发育到四分体时

期(图 2-Ⅱ,图 3-Ⅰ)。出芽后第 5 天(展叶前

期),茎和花序梗开始活跃生长,花序外层花的花蒂

比内层花的花蒂长,株高 11~23 cm,叶柄长 8.0~

13.0 mm,花序大小 0.93~1.35 cm,此时小孢子四

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第126页

王轶晗,等:人参外部形态特征与小孢子发育时期的相关性研究

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

分体时期所占比例较大(图2-Ⅲ,图3-Ⅱ)。出芽

后5~11 d(半展叶期),植株上半部呈扇形开展,叶

子微卷半展开,伞状花序着生于短花梗顶端,花芽之

间距离紧凑,花序直径增大,花梗长12.3~16.9 mm,

花 蒂 长 1.20~6.27 mm,株 高 17~39 cm,叶 柄 长

15.5~23.6 mm,花序直径 1.43~1.85 cm,此时小孢

子发育进入单核早期,少部分发育至单核中晚期

(图 2-Ⅳ,图 3-Ⅲ)。出芽后 14 d(部分展叶期),

部 分 叶 片 展 开,茎 和 花 序 梗 持 续 伸 长,花 梗 长

12.8~17.2 mm,花 蒂 长 1.34~9.57 mm,株 高 24~

48 cm,叶 柄 长 21.6~26.6 mm,花 序 直 径 1.51~

1.86 cm,此 时 处 在 单 核 中 晚 期 的 小 孢 子 居 多

(图 2-Ⅴ,图 3-Ⅳ)。出芽后半个月(展叶期),植

株生长进入成熟期,叶片全部展开,花芽全部发育

成蕾向花序四周散开,花序梗、花蒂伸长较快,并

最终在成熟期位于小叶上方,地上部分的高度约

为 35~55 cm,花梗长 24.0~80.5 mm,花蒂长 1.81~

12.59 mm,叶柄长 36.0~65.9 mm,花序直径 2.04~

3.00 cm,由于人参小孢子发育存在一定程度的渐

续性,此阶段的同一花药中往往包含着空泡期、双

核期 2个阶段的小孢子(图 2-Ⅵ,图 3-Ⅴ)。出芽

后 1 个月,茎伸长缓慢,花序梗达到约 15 cm 的最

大 高 度,花 序 上 具 有 微 微 盛 开 的 小 花,花 梗 长

60.0~149.2 mm,花 蒂 长 5.80~12.87 mm,叶 柄 长

61.1~88.7 mm,花序直径 3.80~4.59 cm,此阶段大

部分小孢子发育至成熟的三核时期(表1)。

表1 人参小孢子发育时期与植株形态指标对应关系

Table 1 Corresponding relationship between developmental stages of ginseng microspores and plant morphologi⁃

cal indicators

发育时期

四分体时期

单核早期

单核中后期

空泡期

双核期

三核期

花蕾直径/

mm

0.78~1.24

1.21~1.41

1.33~1.68

1.56~1.78

1.65~1.88

1.78~2.10

花药直径/

mm

0.30~0.55

0.42~0.64

0.48~0.69

0.61~0.72

0.64~0.74

0.70~0.78

花蒂长/

mm

0.61~4.47

1.20~6.27

1.34~9.57

1.81~11.38

5.07~12.59

5.80~12.87

花梗长/

mm

6.4~10.2

12.3~16.9

12.8~17.2

24.0~45.6

35.5~80.5

60.0~149.2

花序直径/

cm

0.93~1.35

1.43~1.85

1.51~1.86

2.04~2.58

2.38~3.00

3.80~4.59

叶柄长/

mm

8.0~13.0

15.5~23.6

21.6~26.6

36.0~52.7

46.8~65.9

61.1~88.7

植株高/

cm

11~23

17~39

24~48

35~55

35~55

35~55

出芽后

时间/d

5

5~11

11~14

14~19

19~23

23~35

植株形态

叶子较小,没有展开

叶子半展开

部分叶子展开

叶片全部展开,有微微褶皱

叶片全部展开,十分平整;花蕾

下部较膨胀

少数花蕾开放,部分花药开裂

Ⅰ. 小孢子母细胞时期;Ⅱ. 四分体时期;Ⅲ. 单核早期;Ⅳ. 单核中期;Ⅴ. 单核晚期;Ⅵ. 空泡期;Ⅶ. 双核期;Ⅷ. 双核到三核过渡期;Ⅸ. 三

核期;Ⅹ. 成熟花粉

图1 人参不同发育时期小孢子的细胞学特征

Fig. 1 Cytological characteristics at different stages of microspore development of ginseng

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第127页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

2. 3 人参小孢子发育时期与花蕾、花药形态特

征的相关性

人参小孢子发育时期与花蕾、花药外部形态

特征密切相关。每朵人参花包含5个萼片、5个花

瓣和围绕 2个柱头的 5个雄蕊。在未成熟花芽的

初始发育阶段,花芽呈嫩绿色,5 片花萼未分离,

此时尚未分化出花瓣、花药等其他花组织器官

(图 4-Ⅰ);小孢子母细胞时期,花冠被萼片紧密

包被,5片花瓣尚未分离,萼片及其基部融合的封

闭花瓣呈浅绿色,花药嫩绿色透明状,未完全分

化,难以与苞片剥离(图4-Ⅱ,图5-Ⅰ);小孢子发

育至四分体时期,花蕾逐渐增大,整体呈绿色,萼

片完全分离,花瓣仍被花萼紧密包裹,花药内部逐

渐饱满,顶端透出白色(图4-Ⅲ,图5-Ⅱ);小孢子

发育至单核时期,花蕾颜色加深,整体呈深绿色,

花萼渐渐松散开来,花瓣单个分离且长于萼片,在

顶端区域可见白色,花药内部逐渐饱满,苞片易剥

除(图 4-Ⅳ、Ⅴ,图 5-Ⅲ);小孢子发育至 双 核 时

期,基部花托充分膨大,萼片顶端散开,花冠保

持恒定增长,花药翠绿色,比较饱满(图 4-Ⅵ,

图 5-Ⅳ);小孢子发育至三核时期,萼片完全张

开,花冠微微打开,花药翠绿透白,内部十分饱满

(图4-Ⅶ,图5-Ⅴ、Ⅵ)。

从表1中可以看出,花蕾直径、花药直径均随

着小孢子发育显著增长。小孢子发育处于四分体

时 期 ,花 蕾 的 直 径 在 0.78~1.24 mm,花 药 直 径

0.30~0.55 mm;发育到单核早期时,花蕾直径在

1.21~1.41 mm,花药直径 0.42~0.64 mm;单核中后

期,花 蕾 直 径 在 1.33~1.68 mm,花 药 直 径 0.48~

0.69 mm;进入空泡期,花蕾直径在1.56~1.78 mm,

花 药 直 径 0.61~0.72 mm;双 核 期 ,花 蕾 直 径 在

1.65~1.88 mm,花药直径 0.64~0.74 mm;达到成熟

的 三 核 期 ,花 蕾 直 径 1.78~2.10 mm,花 药 直 径

0.70~0.78 mm。

Ⅰ. 花芽时期;Ⅱ. 未展叶期;Ⅲ. 展叶前期;Ⅳ. 半展叶期;Ⅴ. 部分展叶期;Ⅵ. 展叶期

图2 人参不同发育阶段花序形态

Fig. 2 Inflorescence morphology at different developmental stages of ginseng

Ⅰ. 未展叶期;Ⅱ. 展叶前期;Ⅲ. 半展叶期;Ⅳ. 部分展叶期;Ⅴ. 展叶期

图3 人参不同发育阶段植株形态

Fig. 3 Plant morphology of ginseng at different developmental stages

760

第128页

王轶晗,等:人参外部形态特征与小孢子发育时期的相关性研究

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

3 讨论与结论

花序和花粉的发育是人参质量和产量建成的

基础。因此,本研究对人参的生殖生长和小孢子

发育过程进行了详细观察与描述。与多数具有多

伞形花序的五加科植物不同,人参具唯一顶生伞

形花序。人参一般3年开花,从第2个生长年限开

始,人参从营养生长转入生殖生长阶段,在根茎侧

生的芽孢中形成由叶芽包裹的花序原基,花序原

基上着生着许多尚未分化的花芽,在前一年产生

的花序原基则需要冬季休眠才能进一步发展为成

熟的花序,这也是多年生植物共同的特征[14-15]

被子植物的成熟花粉通常分为双核与三核 2 种,

多数被子植物的授粉时为二核花粉[16]

,成熟时期

的人参花粉为三核花粉,包含1个营养核和2个较

小生殖核。人参的小孢子发育经历了四分体时

期、单核早期、单核中期、单核靠边期(单核晚期)、

空泡期、双核期和三核期 7 个阶段,经观察发现,

同一花药内小孢子的发育具有不同步性,例如四

分体时期通常会出现少数单核早期的小孢子,空

泡期与双核期的小孢子常常对等分布,在青稞、小

白 菜、金 莲 花 等 多 数 被 子 植 物 中 也 存 在 此 现

象[17-18]

,这可能是植物为延长传粉期以抵抗外界

不良环境的一种适应机制。此外,人参小孢子的

发育过程与拟南芥、水稻等多数被子植物高度相

似,是一个较为保守的过程,包括花药原基分化、

生殖细胞分裂、成熟花粉形成和花药开裂等过程,

但 这 种 高 等 植 物 雄 性 生 殖 的 保 守 机 制 仍 有 待

研究[19-20]

在小麦小孢子培养中,以单核中晚期的小孢

子培养效果最佳[21]

;Kim等[22]

研究表明,辣椒花药

培养中小孢子最佳培养时期为单核晚期至双核早

期;Gu 等[23]

的研究认为,花椰菜游离小孢子培养

Ⅰ. 细胞分裂时期;Ⅱ. 小孢子母细胞时期;Ⅲ. 四分体时期;Ⅳ. 单核早期;Ⅴ. 单核中晚期;Ⅵ. 双核期;Ⅶ. 三核期

图4 人参不同发育阶段花蕾形态

Fig. 4 Flower bud morphology of ginseng at different developmental stages

Ⅰ. 小孢子母细胞时期;Ⅱ. 四分体时期;Ⅲ. 单核时期;Ⅳ. 双核期;Ⅴ. 三核期;Ⅵ. 成熟花粉时期

图5 人参不同发育阶段花药形态

Fig. 5 Anther morphology of ginseng at different developmental stages

761

第129页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

的最佳时期也是单核晚期至双核早期;Ma'arup

等[24]

选取小孢子发育时期处于单核期的玫瑰茄

花药进行离体培养,成功获得了小孢子再生植株;

雷秀娟[25]

选取人参小孢子不同发育时期进行花

药离体培养,结果发现,处于单核中后期的小孢子

诱导率较高,特别是在单核中期,450个花药中成

功诱导出186块愈伤组织,成功率达47.4%。由此

可见,小孢子的发育时期在小孢子或花药离体培

养中起着十分重要的作用。本研究观察到人参发

育的各个时期都有明显的特征,当人参花蕾直径

在 1.21~1.41 mm,花药直径 0.42~0.64 mm,花梗长

12.8~17.2 mm,花 蒂 长 1.34~9.57 mm,花 序 直 径

1.51~1.86 cm,叶 柄 长 21.6~26.6 mm,株 高 24~

48 cm,部分叶片展开,花蕾整体呈深绿色,花瓣顶

端区域可见白色,花药内部较饱满时,大部分小孢

子处于单核中后期。通过这些形态指标可简单、

快速地筛选出适宜进行花药或小孢子培养的花

蕾,而无需镜检,不仅提高了人参花药和小孢子离

体培养时取材的准确性和效率,降低了小孢子培

养时取样的污染率,也为正在进行的人参花药离

体培养研究提供了重要的参考。

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(责任编辑:王希)

762

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吉林农业大学学报 2023,45(6):763-772 http : // xuebao.jlau.edu.cn

Journal of Jilin Agricultural University E⁃mail : jlndxb @ vip.sina.com

人参产地趁鲜切制技术对人参有效成分含量的

影响*

张 昊,刘 伟,朱亮亮,任 珅,李 伟**

吉林农业大学中药材学院,长春130118

摘 要:基于人参的产地趁鲜切制工艺及传统加工方法差异,探究不同的加工方式对人参饮片质量的影响,

进一步探讨人参产地趁鲜切制加工方式的可行性,为人参饮片的加工及工业生产提供参考。首先依据人参不

同含水量,比较切制后人参饮片的外观形态,并进一步以人参皂苷、总多糖、醇浸出物、水浸出物、氨基酸含量

为指标,探究人参产地趁鲜切制技术对饮片质量的影响。结果表明:与传统方法相比,经产地趁鲜切制可使总

皂苷含量提高2. 878 mg/g,氨基酸类含量提高10%~15%,烘干过程中温度变化以及饮片厚度对人参有效成分

产生影响,揭示了人参产地趁鲜切制方法具有一定的可行性。

关键词:人参饮片;加工方式;趁鲜切制技术;皂苷;氨基酸

中图分类号:S567. 51;R283 文献标志码:A 文章编号:1000-5684(2023)06-0763-10

DOI:10.13327/j.jjlau.2022.1881

引用格式:张昊,刘伟,朱亮亮,等 .人参产地趁鲜切制技术对人参有效成分含量的影响[J].吉林农业大学学

报,2023,45(6):763-772.

Effect of Fresh Cutting Technology on Content of Effective Compo⁃

nents in Ginseng Producing Areas *

ZHANG Hao,LIU Wei,ZHU Liangliang,REN Shen,LI Wei**

College of Chinese Medicinal Materials, Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China

Abstract:Based on the differences of fresh-cut processing technology and traditional processing

methods of ginseng from different origins, the effects of different processing methods on quality of gin⁃

seng slices were explored and the feasibility of fresh-cut processing method in ginseng production ar⁃

eas was further explored to provide reference for the processing and industrial production of ginseng

slices. In this study, the appearance of ginseng slices after cutting was compared based on different

water contents of ginseng. The effects of fresh-cutting technology on quality of ginseng slices were fur⁃

ther explored from multiple perspectives with ginsenosides, total polysaccharides, ethanol extracts,

water extracts and amino acid content as the indexes. The results showed that compared with the tra⁃

ditional methods, the fresh-cutting method in the producing areas could increase total saponin con⁃

tent by 2.878 mg/g and amino acid content by 10%-15%. Temperature change and thickness of

slices also affected the effective components of ginseng during drying, revealing the feasibility of

fresh-cut method in ginseng producing areas.

Key words:ginseng slice; processing method; fresh-cutting process technology; ginsenoside;

amino acid

* 基金项目:国家高层次人才特殊支持计划项目(万人计划),吉林省中青年领军创新人才支持计划项目(20200301037RQ)

作者简介:张昊,男,在读硕士,主要从事中药药效物质基础与作用机制研究。

收稿日期:2022-07-11

** 通信作者:李伟,E-mail:liwei7727@126.com

第131页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

中药材作为中华民族的瑰宝,是独特的医药

资源,具有巨大的经济发展潜力,在我国经济社会

发展中发挥着重要作用。近年来,我国中药饮片

需求量不断增大,饮片加工业呈现逐年上升趋势,

并保持良好的增长势头[1]

。但值得注意的是,中

药饮片在拥有良好发展的同时,也伴随着诸多的

问题,尤其是产地加工工艺的规范化问题尤为严

重。由于多数的中药材加工没有具体标准,造成

了工艺交叉重复,加工操作繁琐等问题,进而导致

中 药 材 中 有 效 成 分 流 失,最 终 影 响 中 药 材 质

量[2-3]

。人参饮片的传统生产模式以“鲜人参采

收-净制-干燥-闷润-切制-干燥”过程为主。然

而,人参因其品质、采收时间和产地等差异,由加

工引起的饮片质量差异屡见不鲜,进而在人参有

效成分、生产效率和投入产出率等方面的短板逐

渐显现,在一定程度上制约了人参饮片质量提高

及其产业化发展,而产地趁鲜切制技术可以有效

缓解以上问题。产地趁鲜切制即利用新鲜药材进

行加工,直接切制,无需进行二次浸润,工艺上省

时省力,并且减少了加工工艺上的重复环节,节约

加工成本[4]

。魏晋南北朝时期,中药炮制技术逐

渐发展,趁鲜加工与炮制一体化逐渐出现,以《雷

公炮炙论》为例,在其记载的 184 种草木类药材

中,趁鲜加工炮制药材有61种,而加工、炮制完全

分开的只有35种,可见趁鲜加工与炮制是当时的

主流[5]

,其中明确记载了人参为加工与炮制明确

分开的药材。因此,加强中药产地趁鲜切工艺,从

源头上把控中药材饮片质量,是解决当前中药材

饮片加工问题的主要途径。

人参作为传统大宗药材,具有极高的药用价

值和经济价值[6]

。吉林省是世界上的人参主产

区,吉林省东部地区是主要的人参生产基地,人参

种植面积 4 000余万 m2

,年产鲜参 1.5万 t,折合干

品约4 500 t,人参产量约占全国的80%,约占世界

产量的60%[7]

。虽然吉林省人参产业近几年得到

快速发展,但目前对于人参饮片的加工工艺仍缺

乏标准化管理[8]

。人参饮片的切制作为传统的人

参加工方法历史悠久,在切片前一般需要进行润

洗、软化,再切片、干燥等过程[9]

,该过程处理后,

其总皂苷含量会受到一定程度的影响,进而影响

人参饮片的品质。基于此,本研究探讨了人参产

地趁鲜切制的工艺,利用趁鲜切制后快速脱水的

加工方式,研究鼓风干燥、红外干燥、微波干燥及

真空冷冻干燥等现代干燥方式,分析比较不同水

分含量切制下对人参饮片的外观形态及质量的影

响,同时探究不同烘干方式下人参饮片中有效成

分的含量变化。为人参饮片加工操作标准化提供

科学依据,并综合考察人参产地趁鲜切技术实施

的可行性。

1 材料与方法

1. 1 材料

鲜人参购自吉林省通化市,经吉林农业大学

郑毅男教授鉴定为五年生以上大马牙人参。

甲醇、乙醇,分析纯,购自天津市永大化学试

剂开发中心;娃哈哈纯净水,杭州娃哈哈集团有限

公司;乙腈,色谱纯,德国SIMARK公司。

1. 2 仪器

高速多功能粉碎机(TYSP-500A,邯郸市旭彬

医疗器械贸易有限公司);旋转蒸发仪(XDSY2000A,上海互佳仪器设备有限公司);扫描型紫

外分光光度计(UV-3000,上海美谱达仪器有限公

司);高效液相色谱仪(e2695,美国 Waters 公司生

产);色 谱 柱 Inertsil ODS-3C18(250 mm×4.6 mm,

5 μm,日本岛津公司);电子分析天平(MS204TS,

上海梅特勒-托利多公司);HC-2517高速离心机

(安徽中科中佳科学仪器有限公司)。

1. 3 方法

1. 3. 1 样品处理 处理方式一:将新鲜的人参

净制后沥干表面水分,放入50 ℃鼓风干燥箱中烘

干,含水量分别约为 70%,50%,40%,30%,20%

时,将整根人参切制成 3~4 mm 的饮片,再进行烘

干,然后进行外观形态观察。

处理方式二:(1)净制。新鲜人参冲洗去除表

面泥沙后,沥干表面水分,分别进行阴干(常温)、

鼓风干燥(40,50,60 ℃)、远红外干燥以及微波干

燥,待水分含量约为 30%,以便后续处理;(2)切

制。将上述净制、干燥后的人参分别切制成1~2,

2~3,3~4,4~5,5~6,6~7 mm 6 种厚度;(3)二次烘

干。将上述不同厚度的饮片,继续步骤(1)方式进

行烘干,烘干后以便后续操作;(4)将上述处理完

毕的饮片样品单独分装,并取出一部分进行粉碎

(80~100目即可),用于成分含量测定。

1. 3. 2 有效成分含量检测 人参总皂苷的含量

测定。分别精密称取人参皂苷 Rg1,Re,Rf,Rb1,

764

第132页

张昊,等:人参产地趁鲜切制技术对人参有效成分含量的影响

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

Rc,Rb2,Rb,Rd 对照品,分别配置成 0.80 mg/mL

的甲醇溶液,过 0.45 μm 的微孔滤膜。精密吸取

对照品溶液,分别稀释成不同梯度的5种浓度,将

8种人参皂苷的标品分别进HPLC分析,记录色谱

峰面积,以对照品的浓度为横坐标(X)、相应的峰

面积为纵坐标(Y),分别绘制上述8种人参皂苷的

对照品的标准曲线[10]

取本文“1.3.1”中不同厚度的饮片粗粉各3 g,

加入60 mL甲醇,超声30 min,提取2次,合并提取

液后浓缩,定容10 mL容量瓶中,以甲醇补足至刻

度 ,以 备 后 续 进 行 HPLC 分 析 。 采 用 Hypersil

ODS2 色谱柱(250 mm×4.6 mm,5 μm),流动相为

乙腈/水,流速 1.0 mL/min,柱温 30 ℃,检测波长

203 nm,梯度洗脱(0~20 min,18.5%~20.5% B;20~

30 min,20.5%~25.5% B;30~40 min,25.5%~35%

B;40~60 min,35%~45% B;60~70 min,45%~60%

B;70~80 min,60%~70% B;80~90 min,70%~80%

B;90~91 min,80%~18.5% B;91~95 min,18.5%

B),进样体积20 μL[10]

人参总多糖测定(苯酚-浓硫酸法)。取本文

“1.3.1”中 不 同 厚 度 的 饮 片 粗 粉 各 1 g(精 确 到

0.001),于25 mL具塞试管内,加入10 mL蒸馏水,

涡旋10 s,超声30 min,3 500 r/min离心10 min,取

上清液,制得供试样品。将供试样品按照多糖试

剂盒方法进行处理后,带入标准曲线,计算出多糖

含量[11]

精 确 量 取 0,1.00,2.00,4.00,8.00,10.00 mL

葡萄糖标准溶液,分别置于 100 mL 的容量瓶,加

水 定 容 至 刻 度,摇 匀。精 确 量 取 上 述 各 溶 液

2 mL,加 入 1 mL 5% 苯 酚 溶 液,再 加 入 5 mL 浓

H2SO4,静置 5 min,于 40 ℃水浴上加热 30 min,取

出,冷却至室温,490 nm 测吸光度值。以吸光度

值A为纵坐标,浓度C(mg/mL)为横坐标,绘制标

准曲线。

人参饮片水浸出物和醇浸出物测定。称取人

参饮片粗粉 2.0 g,加 70% 无水乙醇 50 mL 加热回

流 3 h,再超声 30 min 后滤过,得人参醇浸出物提

取液,减压浓缩后置于蒸发皿中(事先称重),于

50 ℃水浴锅中蒸干,再次称重,根据质量差值确

定醇溶性浸出物含量[12]

称取人参饮片粗粉 2.0 g,加入蒸馏水 50 mL

后浸泡12 h,采用冷浸法(混匀浸泡8 h,然后静置

16 h)进行水溶性浸出物测定,减压浓缩后置于蒸

发皿中(事先称重),于 50 ℃水浴锅中蒸干,再次

称重,根据质量差值确定水溶性浸出物含量。

人参饮片氨基酸含量测定。取本文“1.3.1”制

得 3~4 mm 人参饮片粉末 2.0 g,加入 60 mL 甲醇,

超声提取 30 min,3 500 r/min 离心 10 min,过滤,

将所得残渣再加入 60 mL 纯净水中,在 40~55 ℃

超声提取 30 min,重复 2次,过滤,合并滤液,减压

浓缩后,定容至25 mL容量瓶中,备用。

将氨基酸衍生试剂A和氨基酸衍生试剂B参

照衍生说明书进行操作,先将衍生试剂 A 和 B 稀

释 5 倍 ,然 后 各 取 稀 释 后 的 衍 生 试 剂 A 和 B

100 μL,置于试管中,再取上述制备的供试品溶液

160 μL,振 荡 5~10 s 使 其 混 合 均 匀,室 温 反 应

60 min 后,加入正己烷试剂 400 μL 进行萃取,振

荡5~10 s,混匀,反应5 min后取下层200 μL,加入

800 μL 纯 净 水,混 匀,过 0.22 μm 的 微 孔 滤 膜,

备用。

使用 Ultimate Amino Acid 氨基酸分析专用柱

(4.6 mm×250 mm,5 μm)分析不同加工方式的氨

基酸种类及其含量,色谱条件参照供应商提供的

氨基酸分析方法。流动相:流动相 A 为 0.1 mol/L

乙酸钠缓冲液(pH 6.5)∶乙腈(93∶7),流动相B为

乙腈∶水(4∶1)。检测条件为0~11.0 min,0%~7% B;

11.0~13.9 min,7%~12%B;13.9~14.0 min,12%~

15% B;14~29 min,15%~34% B;29~32 min,34%~

70% B;32~35 min,70%~100% B;35~42 min,100%

B;42~45 min,100%~0% B;45~60 min,0% B;流速

为1.0 mL/min;检测波长254 nm;柱温40 ℃;进样

量20 μL。

精密称取上述 16 种氨基酸各 5.0 mg,用纯净

水溶解混合均匀,定容至 5 mL 容量瓶中,配制成

1.0 mg/mL 的母液,然后按比例分别加入不同体

积的纯净水,配制成 0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mg/mL

不同质量浓度的系列对照品溶液,按上述衍生方

法进行衍生,并利用上述的色谱条件进行 HPLC

分析,根据 16 种氨基酸色谱峰面积,并以此为纵

坐标(Y),以氨基酸混标的不同浓度为横坐标(X)

分别绘制上述16种氨基酸的标准曲线,见表1。

765

第133页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

2 结果与分析

2. 1 不同含水量趁鲜切制对人参饮片外观形态

的影响

按照本文“1.3.1”方法处理得人参饮片,待其

完全干燥后,随机选取部分饮片进行外观形态学

评价。趁鲜切制得到的人参饮片,其中含水量为

40%~70% 的饮片有翘片现象;含水量 30%~35%

为饮片无翘片现象,外观形态较好;20%以下含水

量的药材较坚韧,不易切片。因此,待药材干燥至

含水量约为 30% 时切制人参,得到的饮片形态最

佳,无翘片现象且环形结构明显(表2)。

2. 2 不同烘干方式及饮片厚度对人参饮片外观

形态的影响

按照本文“1.3.1”中的方法制得不同烘干方式

的人参饮片,处理方法见表 3。试验对不同厚度

饮片的外观形态进行评价分析,以饮片厚3~4 mm

为例,鼓风干燥的方式得到的饮片形态最佳,无翘

片现象,且环状结构明显。微波干燥法虽然效率

最高,但饮片翘片严重,可能由于饮片中水分散失

过快导致。完全阴干的方式虽然饮片无翘片现

象,但是耗时过长,且饮片颜色偏浅,环状结构不

明显(图1)。

2. 3 不同加工方式对人参饮片浸出物的影响

2. 3. 1 水溶性浸出物的测定 由表3可知,在饮

片厚度相同的情况下(3~4 mm),鼓风干燥50 ℃以

及60 ℃人参饮片水溶性浸出物所占百分比较大,

分别为 48.0%,47.0%。由图 2(1~6 分别代表饮片

厚度为1~2,2~3,3~4,4~5,5~6,6~7 mm,C为传统

加工方法,G1~G7代表不同加工方式,下图同)可

见,在相同加工方式下,饮片水溶性浸出物的含量

表现出随饮片厚度增加而增加的趋势,但当饮片

厚超过3~4 mm时这种趋势被削弱。

表1 氨基酸16种氨基酸标准曲线及相关系数

Table 1 Standard curves and correlation coefficients of 16 amino acids

氨基酸种类

Asp

Glu

Ser

Gly

His

Arg

Thr

Ala

Pro

Tyr

Val

Met

Cys

Ile

Leu

Phe

曲线方程

Y=1.36×103

X-1.54×104

Y=0.89×103

X-2.17×103

Y=1.83×103

X-3.04×103

Y=2.01×103

X-2.20×103

Y=2.78×103

X-2.37×103

Y=3.78×103

X-5.17×104

Y=1.89×103

X-5.14×104

Y=1.35×103

X-2.34×104

Y=0.57×103

X-0.78×103

Y=1.22×103

X-1.31×104

Y=0.87×103

X-0.99×104

Y=1.80×103

X-1.43×103

Y=1.57×103

X-1.44×104

Y=1.77×103

X-2.65×104

Y=3.01×103

X-1.54×103

Y=2.44×103

X-3.78×103

相关系数(R2

0.999 4

0.998 0

0.998 4

0.991 7

0.999 1

0.999 8

0.992 8

0.997 1

0.996 8

0.998 6

0.998 7

0.996 9

0.997 8

0.999 6

0.997 4

0.998 3

表2 不同含水量趁鲜切制人参饮片的外观形态评价

Table 2 Appearance evaluation of fresh-cutting ginseng slices with different water contents

含水量/%

70.59

54.19

43.53

31.85

18.65

饮片外观形态

易切制,无掉渣和碎片,切后断面颜色明显加深,干燥后翘片严重,组织层环不明显

易切制,无掉渣和碎片,切后断面颜色稍有变化,干燥后存在较多的翘片,组织层环稍有显现

易切制,无掉渣和碎片,切后断面颜色无明显变化,干燥后存在少许翘片现象,组织层环较为明显

易切制,无掉渣和碎片,切后断面颜色无变化,干燥后无翘片,组织层环明显

不易切制,有较多的掉渣和碎片,切后断面颜色无变化,能看到较淡的组织层环

766

第134页

张昊,等:人参产地趁鲜切制技术对人参有效成分含量的影响

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

2. 3. 2 醇溶性浸出物的测定 由表4可知,在饮

片厚度相同的情况下(3~4 mm),鼓风干燥50 ℃以

及60 ℃人参饮片醇溶性浸出物所占百分比较大,

分别为 40.5%,41.0%。由图 3 可见,在相同加工

方式下,饮片醇溶性浸出物的含量表现出随饮片

厚度增加而增加的趋势。

图1 不同处理方式的人参饮片形态

Fig. 1 Morphology of ginseng slices with different treatments

表3 不同烘干方式3~4 mm人参饮片中水溶性浸出物

Table 3 Water-soluble extracts from 3-4 mm ginseng slices in different drying methods

烘干方式

传统方式(C)

阴干(G1)

40 ℃鼓风干燥(G2)

50 ℃鼓风干燥(G3)

质量/g

0.92

0.87

0.88

0.96

占比/%

46.0

43.5

44.0

48.0

烘干方式

60 ℃鼓风干燥(G4)

红外干燥(G5)

微波干燥(G6)

冷冻干燥(G7)

质量/g

0.98

0.90

0.87

0.90

占比/%

47.0

45.0

43.5

45.0

图2 不同厚度及烘干方式水溶性浸出物占比

Fig. 2 Proportion of water-soluble extracts with different thicknesses and drying methods

767

第135页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

2. 4 不同加工方式对人参皂苷含量的影响

不同加工方式和饮片厚对各类皂苷成分含量

的影响,见图 4。通过与人参标准品对比可看到,

以传统加工方式3~4 mm饮片为例,人参饮片中主

要 含 有 皂 苷 类 成 分 为 Rg1,Re,Rf,Rb1,Rc,Rb2,

Rb,Rd。此外,不同的烘干方式对人参饮片中皂

苷种类的影响不大。由表 5 可知,饮片中总皂苷

含量由阴干到鼓风干燥过程中,呈上升趋势。与

传统加工方式相比,50 ℃鼓风干燥处理(G3)的人

参饮片总皂苷含量提高了 14.9%,60 ℃鼓风干燥

处 理(G4)制 得 的 人 参 饮 片 总 皂 苷 含 量 提 升 了

24.4%。此外,红外干燥效果优于阴干和 40 ℃烘

干,但微波干燥(微波3 min后烘干)处理6种基础

皂苷低于其他组,可能与在微波干燥过程中发生

了化学结构转化有关。而冻干饮片中6种基础皂

苷含量明显低于其他烘干方式。烘干方式会影响

丙二酰基等酸性皂苷的转化,温度越高,其转化越

明显。本试验结果表明,不同饮片厚度对人参饮

片中总皂苷含量的影响,从一定程度上,随饮片厚

度的增加总皂苷含量整体呈上升趋势。

2. 5 不同加工方式对人参饮片中总多糖含量的

影响

以水煎煮法提取人参多糖,采用苯酚-浓硫

酸法测定饮片中多糖的含量。在饮片厚度相同

(3~4 mm)时,阴干(G1)的人参饮片中总多糖含量

要高于其他组,可能由于温度会对饮片中多糖含

量造成一定的影响。同时,由图5可见,通过比较

不同烘干方式下不同厚度的饮片总多糖含量发

现,总多糖含量随饮片厚度的增加呈上升趋势。

2. 6 不同加工方式对人参饮片中氨基酸含量的

影响

采用柱前衍生方法对不同烘干方式人参饮片

中氨基酸含量进行检测(选取传统加工方法厚度

为3~4 mm人参饮片),与图6-A中,氨基酸标准对

比可以看到,人参饮片中共检测到 16 种氨基酸

(图6-B)。此外,由表6可知,本试验对不同加工方

式制得的人参饮片中氨基酸含量进行了定量分析,

结果显示,人参饮片中精氨酸含量最高,其次为苏氨

酸,并且发现与传统加工方式相比,趁鲜切制的人参

饮片中氨基酸种类没有明显变化,但单一氨基酸含

量有一定改变。在不同的烘干方式中,以 50 ℃鼓

风干燥中氨基酸含量最高,其次为传统加工方法。

表4 不同烘干方式醇溶性浸出物

Table 4 Alcohol-soluble extracts in different drying methods

烘干方式

传统方式(C)

阴干(G1)

40 ℃鼓风干燥(G2)

50 ℃鼓风干燥(G3)

质量/g

0.80

0.72

0.77

0.81

占比/%

40.0

36.0

38.5

40.5

烘干方式

60 ℃鼓风干燥(G4)

红外干燥(G5)

微波干燥(G6)

冷冻干燥(G7)

质量/g

0.82

0.77

0.72

0.72

占比/%

41.0

38.5

36.0

36.0

图3 不同厚度及烘干方式醇溶性浸出物占比

Fig. 3 Proportion of alcohol-soluble extracts with different thicknesses and drying methods

768

第136页

张昊,等:人参产地趁鲜切制技术对人参有效成分含量的影响

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

A. 8 种人参皂苷标准品 HPLC 检测图;B. 50 ℃鼓风干燥 3~4 mm 饮片人参皂苷 HPLC 检测图;C. 传统加工方法 3~4 mm 饮片人参皂苷

HPLC检测图;1. Rg1

;2. Re;3. Rf;4. Rb1

;5. Rc;6. Rb2

;7. Rb3

;8. Rd

图4 人参皂苷标准品及样品HPLC检测图

Fig. 4 HPLC assay of ginsenoside standards and samples

表5 不同烘干方式对3~4 mm饮片中皂苷含量的影响

Table 5 Effects of different drying methods on saponin content in 3-4 mm slices mg/g

人参皂苷

Rg1

Re

Rf

Rb1

Rc

Rb2

Rb3

Rd

总皂苷

C

3.151

1.569

0.566

0.875

0.337

0.365

0.075

0.043

6.677

G1

2.274

1.527

0.587

0.862

0.294

0.303

0.052

0.036

5.935

G2

3.036

1.600

0.565

0.944

0.367

0.389

0.067

0.041

7.008

G3

3.195

1.840

0.611

1.206

0.432

0.431

0.082

0.047

7.843

G4

3.352

2.076

0.687

1.482

0.510

0.524

0.099

0.084

8.813

G5

4.032

1.910

0.810

1.887

0.763

0.710

0.130

0.146

8.388

G6

2.890

1.630

0.583

1.178

0.504

0.515

0.129

0.076

7.505

G7

2.416

0.607

0.458

0.686

0.267

0.278

0.051

0.031

4.794

769

第137页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

图5 不同烘干方式及饮片厚度中总多糖含量

Fig. 5 Total polysaccharide content in different drying methods and thickness of slices

A. 16 种氨基酸标品 HPLC 分析;B. 50 ℃鼓风干燥 3~4 mm 饮片中氨基酸成分 HPLC 分析;C.传统加工方式 3~4 mm 饮片中氨基酸成分

HPLC分析;1. Asp;2. Glu;3. Ser;4. Gly;5. His;6. Arg;7. Thr;8. Ala;9. Pro;10. Tyr;11. Val;12. Met;13. Cys;14. Ile ;15. Leu;16. Phe

图6 氨基酸标品及样品HPLC检测图

Fig. 6 HPLC detection plot of amino acid specimens and samples

770

第138页

张昊,等:人参产地趁鲜切制技术对人参有效成分含量的影响

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

3 讨 论

中药饮片是当前临床应用的常用形式之一,

应用较为广泛,但由于传统中药饮片在市场监管、

产地加工以及质量控制方面缺乏统一的标准,进

而在生产效率、临床使用和投入产出率短板日益

显现,严重制约了中药现代化的发展进程。中药

产地趁鲜切技术可以缩短中药材产地加工环节,

减少生产重复造成有效成分流失,从而提高饮片

质量[13]

。经统计发现,人参在现有的应用范围

内,需要进行初加工的约占70%,是当前临床应用

的常见原料。因此,在本研究中,以人参为目标药

材,通过改变趁鲜切不同加工工艺的含水量,切制

时间,烘干方式,烘干温度及饮片厚度等,以人参

饮片的外观形态,皂苷、多糖和氨基酸等有效成分

的含量作为考察指标,结果表明:以 50 ℃鼓风干

燥的方式,饮片形态最佳,且人参饮片总皂苷含量

提升了 24.4%,水溶性浸出物、醇溶性浸出物、多

糖及氨基酸等成分也有不同程度的提高,进而探

究人参产地趁鲜切制的最佳工艺。

我国中药资源丰富,药物采收后直接加工炮

制的传统由来已久,许多本草著作对此均有详细

记载。南北朝《雷公炮炙论》明确记载有 61 种草

木类药材采用趁鲜加工炮制的方法,如黄精、菖

蒲、干地黄;此外,另有甘草、牛膝等 79 个品种加

工与炮制是否分开无明确记载[14]

。近几年,随着

产地趁鲜切制的理念日益普及,由此加工而来的

中药饮片质量获得市场的认可,有关中药产地趁

鲜切制技术被广泛应用于各种药材,如肉桂[15]

大黄[16]

以及三七[17]

等。先前研究均表明,趁鲜切

技术制得的中药饮片所含有效成分的含量高于传

统饮片。本研究发现,鲜参水分在30%~35%时进

行切制为宜,易切制,无掉渣和碎片,切后断面颜

色无变化,干燥后无翘片,组织层环明显,不同烘

干方式对水溶性浸出物、人参皂苷、氨基酸和多糖

等成分含量变化有一定差异,与传统方法相比,总

皂 苷 含 量 提 高 2.878 mg/g,氨 基 酸 类 含 量 提 高

10%~15%,而且烘干过程中温度变化以及饮片厚

度也对人参有效成分产生影响。此外,辛二旦

等[18]

通过HPLC法测定产地加工炮制一体化与传

统大黄饮片中 5种游离蒽醌和 6种结合蒽醌的含

量,结果显示,一体化大黄饮片中有9种成分含量

显著高于传统饮片,该结果与本研究结果基本一

致,进一步证明了本研究采用趁鲜切制的科学性。

金传山等[19]

利用趁鲜切制技术开展白芍饮片生

产关键技术,研究表明,通过建立鲜白芍和白芍煮

后趁鲜切制产业化生产工艺,并测定芍药苷的含

量,能有效减少芍药苷在润制过程中的流失,较传

统工艺更具优越性,白芍饮片趁鲜切制产业化生

产工艺更加稳定,而且能有效避免因硫黄熏制和

浸润软化,饮片质量较好。此外,刘德鹏等[20]

柴胡的产地加工做了详细的分析和探讨,提出建

立柴胡不同饮片专属质量评价体系,保证临床饮

片的安全有效,需加大对柴胡品种的考察,加强产

地加工技术研究,从源头控制柴胡饮片质量的理

念,将质量药效结合到一起。本研究旨在探究人

参产地趁鲜切制工艺在人参饮片加工中应用的可

行性,以传统人参饮片加工方式作为对照,探索现

代人参饮片加工方法以及多方位的质量评价标

准,进而为人参饮片加工提供新的思路。

此外,有关产地加工与传统加工方式药材药

理活性比较也有报道,先前研究表明,将产地趁鲜

切制得的工艺与传统饮片的药效进行等效性评

价[21]

,从药效学角度,进一步阐述了中药产地趁

鲜切技术的科学性,研究结果表明,2种饮片在镇

痛、抗炎、抗血栓等药理活性之间并无显著性差

异,这也从药理学方面揭示了趁鲜切饮片的质量。

同时,本研究也为后续试验提供了理论基础,当前

研究旨在探究人参趁鲜切工艺对人参有效成分的

影响,而后续研究中本课题组将结合不同处理方

表6 不同烘干方式饮片中主要氨基酸含量

Table 6 Main amino acid content in slices with different drying methods mg/g

氨基酸种类

Ser

Arg

Thr

Ala

Pro

C

0.38

1.59

0.26

0.10

0.32

G1

0.48

1.70

0.17

0.08

0.13

G2

0.28

1.46

0.12

0.05

0.03

G3

0.55

1.94

0.35

0.15

0.08

G4

0.23

1.62

0.37

0.12

0.05

G5

0.64

1.19

0.46

0.22

0.11

G6

0.47

1.95

0.19

0.11

0.03

G7

0.38

1.83

0.07

0.04

0.03

771

第139页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

式下人参饮片的药理活性变化,进一步完善人参

的产地趁鲜切制工艺。

综上,本研究采用“鲜人参采收-净制-干燥-切

制-干燥”的方法,通过改变不同烘干方式及切制厚

度,并且通过观察人参饮片的外观形态,以主要有

效化学成分含量为指标,多方位探究了人参产地趁

鲜切制工艺。本研究通过不同含水量人参切制后

饮片的外观形态发现,在切制过程中含水量为

30%~35%切制饮片形态最佳。在设置的6个不同

饮片厚度中,不同烘干方式下3~4 mm的人参饮片

表现最优,多种烘干方式下均未产生翘片的现象。

在有效成分测定时发现,6~7 mm的饮片中人参皂

苷、多糖、醇浸出物以及水浸出物的含量均为最高。

此外,本试验还以3~4 mm饮片为例,比较了趁鲜切

制与传统方法制得的饮片在外观以及主要化学成

分的差异,结果显示,在人参皂苷、多糖、浸出物以

及氨基酸含量的检测中,50 ℃鼓风干燥的加工方式

能够更好地保留人参饮片中的有效成分,其次为传

统加工方法以及阴干。以上研究结果为人参产地

趁鲜切制工艺提供了参考,同时阐明了人参产地加

工一体化的可行性,也为人参饮片的生产及人参产

业的发展提供了理论依据。在后续研究中,课题组

将继续比较不同加工方式人参饮片的药理活性,以

进一步完善有关人参产地加工一体化的评价标准。

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(责任编辑:林海涛)

772

第140页

吉林农业大学学报 2023,45(6):773-780 http : // xuebao.jlau.edu.cn

Journal of Jilin Agricultural University E⁃mail : jlndxb @ vip.sina.com

不同加热方式对丙二酰基人参皂苷降解的影响

及抗氧化活性的变化*

张单丽1

,李梦瑶2

,王东升1

,温 馨1

,李嘉欣1

,刘 志1**

1. 吉林农业大学中药材学院,长春 130118;2. 吉林市食品药品检验所,吉林 132000

摘 要:采用高效液相色谱法,测定了丙二酰基人参皂苷 Rb1

、Rc、Rb2和 Rd在水浴加热、微波加热、高温蒸制

和烘焙条件下的降解情况,并研究其体外抗氧化活性的变化。结果表明:在水浴加热和微波加热条件下,丙二

酰基人参皂苷会降解成相应的中性皂苷(Rb1

,Rc,Rb2

,Rd);在高温蒸制条件下,丙二酰基人参皂苷不仅降解

成相应的中性皂苷,同时还有稀有皂苷20(S)-Rg3

,20(R)-Rg3

,RK1

,Rg5的生成;而在烘焙加热条件下,丙二酰

基人参皂苷非常稳定,不发生降解。此外,体外抗氧化试验结果表明,不同加热方式下人参皂苷对 DPPH·和

OH·的清除能力大小为高温蒸制>烘焙>水浴和微波。此结果可为人参产品在高温加工过程中丙二酰基人参

皂苷的降解规律和抗氧化能力提供基础数据,同时也为丙二酰基人参皂苷的开发利用提供了科学依据。

关键词:加热方式;人参;丙二酰基人参皂苷;抗氧化活性

中图分类号:R567. 51;R284 文献标志码:A 文章编号:1000-5684(2023)06-0773-08

DOI:10.13327/j.jjlau.2022.5604

引用格式:张单丽,李梦瑶,王东升,等 .不同加热方式对丙二酰基人参皂苷降解的影响及抗氧化活性的变化

[J].吉林农业大学学报,2023,45(6):773-780.

Effects of Different Heating Methods on Degradation of Malonylginsenosides and Changes in Antioxidant Activity *

ZHANG Danli1

,LI Mengyao2

,WANG Dongshen1

,WEN Xin1

,LI Jiaxin1

,LIU Zhi1**

1. College of Chinese Medicinal Materials, Jilin Agricultural University, Changchun 130118,

China;2. Institute of Food and Drug Control in Jilin City, Jilin 132000,China

Abstract:The contents of malonyl-ginsenosides-Rb1, -Rc, -Rb2 and -Rd, and their degradation prod⁃

ucts during water bath heating, microwave heating, steaming and baking were simultaneously quanti⁃

fied with HPLC, and their antioxidant activities in vitro were also studied. The results showed that

malonyl-ginsenosides degraded gradually under water bath heating and microwave heating, and trans⁃

formed into corresponding neutral ginsenosides -Rb1, -Rc, -Rb2 and -Rd. Under the condition of

steaming, malonyl-ginsenosides were not only converted to neutral ginsenosides, but also degraded to

rare ginsenosides 20(S)-Rg3, 20 (R)-Rg3, RK1 and Rg5. However, malonyl-ginsenosides did not un⁃

dergo any degradation during baking process. In addition,the results of antioxidation test in vitro

showed that the scavenging ability of ginsenosides to DPPH· and OH· under different heating meth⁃

ods was as follows: high temperature steaming > baking > water bath heating and microwave heating.

This study provides basic data for the degradation and antioxidant capacity of malonyl-ginsenosides

* 基金项目:国家自然科学基金项目(31770378),吉林省自然科学基金项目(20180101183JC)

作者简介:张单丽,女,硕士研究生,主要从事天然产物研究及新药开发。

收稿日期:2020-01-08

** 通信作者:刘志,E-mail:liuzhi1978@126.com

第141页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

in ginseng products during high temperature processing, and provides a scientific basis for the devel⁃

opment and utilization of malonyl ginsenosides.

Key words:heating method;Panax ginseng; malonyl-ginsenoside; antioxidant activity

人参(Panax ginseng C. A. Mey.)为五加科人

参属多年生草本植物,是我国传统的名贵中药材,

有很高的药用价值,具有延缓衰老,抗氧化,调节

中枢神经系统,提高机体免疫力,改善心脑血管供

血不足,抑制肿瘤细胞生长等作用[1-3]

。人参皂苷

是人参的主要化学成分,也是主要的药效成分,可

分为中性皂苷和酸性皂苷。丙二酰基人参皂苷

(Malonyl-ginsenosides)是一类极性大、亲水性强、

极易溶于水的酸性皂苷,具有治疗糖尿病和保护

神经系统等作用[4-6]

。但该类成分遇酸、碱或在高

温条件下都会发生水解反应,脱去丙二酰基,生成

中性人参皂苷[7-8]

相关研究表明,丙二酰基人参皂苷在人参的

加工和储存过程中,随着温度的升高,其含量会显

著降低。在人参的加工品中,鲜人参中丙二酰基

人参皂苷的含量最高,约占总皂苷的 50%[9-10]

;生

晒参中丙二酰基人参皂苷的含量略低于鲜人参,

而高温蒸制的红参和黑参中不能检测出丙二酰

基人参皂苷[11-13]

。在人参皂苷的储藏研究上,Du

等[14]

报道了西洋参储藏过程中人参皂苷的含量

变化,结果表明,西洋参粉末储藏12周后,丙二酰

基人参皂苷的含量在储存期间是不断减少的,但

中性皂苷含量没有变化。因此,高温被认为是影

响丙二酰基人参皂苷降解的重要影响因素。以前

的研究仅检测了人参加工和储藏过程中丙二酰基

人参皂苷的变化,然而人参皂苷在作为药品、食品

或添加剂等原料使用过程中,难免会使用不同的

加热方式进行处理,因此系统地研究不同加热方

式对丙二酰基人参皂苷降解的影响及规律是十分

必要的。此外,人参皂苷在体内和体外都具有一

定抗氧化的作用[15-17]

,但丙二酰基人参皂苷的抗

氧化作用未见报道。本试验采用高效液相色谱法

同时测定了不同加热方式对4种主要的丙二酰基

人参皂苷降解规律的影响,丙二酰基人参皂苷降

解途径见图 1,并对其体外抗氧化能力进行了测

定。为人参产品在高温处理过程中丙二酰基人参

皂苷的降解规律提供了基础数据,同时也为丙二

酰基人参皂苷的开发利用提供了科学的依据。

图1 丙二酰基人参皂苷的降解转化途径

Fig. 1 Degradation and transformation pathways of malonyl- ginsenosides

774

第142页

张单丽,等:不同加热方式对丙二酰基人参皂苷降解的影响及抗氧化活性的变化

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

1 材料与方法

1. 1 仪器与设备

LC-20AT 型 高 效 液 相 色 谱 仪 , SPD-20A/

20AV 紫外检测器,LC-20AT 二元输液泵, LC so⁃

lution色谱工作站,AT330柱温箱(岛津国际贸易上

海有限公司);COSMOSIL 5C18-MS-II(250 mm×

4.6 mm,5 μm)色谱柱(日本 Nacalai Tesquc,Inc公

司);SQP 型电子天平(赛多利斯科学仪器北京有

限公司);立式压力蒸汽灭菌器(上海博迅实业有

限公司医疗设备厂)。

1. 2 材料与试剂

人 参 皂 苷 Rb1、Rb2、Rc、Rd、20S-Rg3、20RRg3、Rk1 和 Rg5均购自中国食品药品检定研究院;

丙二酰基人参皂苷粉末及单体皂苷 M-Rb1、MRb2、M-Rc 和 M-Rd 为吉林农业大学生物防治研

究所实验室自制,经 HPLC、NMR、MS等标定纯度

为 99%。色谱乙腈(美国 Fisher 公司),甲醇为分

析纯(北京化工厂)。

1. 3 样品的制备

1. 3. 1 水浴加热 精密称取丙二酰基人参皂苷

样品干燥粉末 60 mg,溶于 4 mL 水中,分别在 60,

80,100 ℃条件下水浴加热2,4,8 h;然后冷冻干燥

制成粉末备用。

1. 3. 2 微波加热 精密称取丙二酰基人参皂苷

样品干燥粉末60 mg,溶于4 mL水中,分别在微波提

取器中加热1,3,5 min;然后冷冻干燥制成粉末备用。

1. 3. 3 高温蒸制 精密称取丙二酰基人参皂苷

样品干燥粉末60 mg,溶于4 mL水中,分别在100,

120 ℃条件下加热 0.5,1,2,4 h;然后冷冻干燥制

成粉末备用。

1. 3. 4 烘焙 精密称取丙二酰基人参皂苷样品

干燥粉末60 mg,分别在60,80,100,120 ℃条件下

加热2,4 h。

1. 4 人参皂苷质量浓度的测定

1. 4. 1 对照品溶液的制备 准确称取人参皂苷

单体标准品适量,置于同一容量瓶内,用 80% 甲

醇溶解定容,配制成各标准品的质量浓度均为

1 mg/mL的混合溶液,摇匀,制得混合标准品储备

液。精密移取 0.2 mL 标准品储备液置于 1 mL 的

容量瓶内,用 80% 甲醇稀释至刻度,制得混合对

照品溶液,于4 ℃冰箱内存储,备用。

1. 4. 2 供试品溶液的制备 分别精密称取不同

加热处理的样品干燥粉末 15 mg,用 80% 甲醇定

容于 10 mL 容量瓶中,摇匀过 0.45 μm 滤膜,用于

HPLC定量分析。

1. 4. 3 色谱条件 高效液相色谱条件:COSMOSIL

5C18-MS-Ⅱ(250 mm×4.6 mm,5 μm)色谱柱;流

动相为 0.05 mol/L 磷酸二氢钾水溶液(A)-乙腈

(B);洗 脱 梯 度 为 0~20 min 28% B,20~30 min

28%~35% B,30~40 min 35%~50% B,40~55 min

50%~70% B,55~60 min 70% B;柱温 25 ℃;检测

波长 203 nm;流速 1 mL/min;进样量 20 μL;分析

时间60 min。

1. 4. 4 线性关系 精密移取本文“1.4.1”的对照

品储备液适量,分别进行稀释,制成7个不同浓度

的混合对照品溶液,准确吸取 20 μL,按照本文

“1.4.3”的高效液相色谱条件进样检测分析,记录

各单体人参皂苷的峰面积,以峰面积 y 值对应质

量浓度x(mg/mL)进行线性回归。

1. 4. 5 重复性试验 取同一供试样品溶液,分

别按照本文“1.4.2”制备方法,平行制成 6 份样品

溶液,准确吸取 20 μL,按照本文“1.4.3”的高效

液相色谱条件测定。

1. 4. 6 加样回收率试验 分别取已测定样品,分

别按1∶1的比例加入单体皂苷对照品粉末,按本文

“1.4.2”制备方法,平行制成6份供试样品溶液,按

本文“1.4.3”高效液相色谱条件进行测定计算。

1. 5 人参皂苷抗氧化能力的测定

1. 5. 1 人参皂苷对 DPPH·清除能力的测定 参

照赵立春等[18]

的方法,稍作修改,测定人参皂苷

对 DPPH·清除能力。配置不同浓度人参皂苷样

品溶液。取样品溶液2 mL,加入2 mL的DPPH混

匀,常温下避光静置 30 min,在 517 nm 处测定其

吸光值 A1,其他条件不变,以甲醇代替样品溶液

为 空 白 组 A0,用 甲 醇 代 替 DPPH 溶 液 为 对 照 组

A2, DPPH·清除率=[A0-(A1-A2

)]/A0×100%。

1. 5. 2 人参皂苷对 OH·清除能力的测定 参照

巴宁宁等[19]

的方法,测定 OH·清除能力。试管中

加入 1.0 mL 不同浓度人参皂苷样品溶液、1.0 mL

FeSO(4 4.5 mmol/L)、1.0 mL水杨酸溶液(4.5 mmol/L)、

1.0 mL 0.1% H2O2,于 37 ℃ 水浴反应 30 min,冷却

至室温,在 510 nm 波长下测吸光度,即为 A1。其

他条件不变,以 H2O 代替样品溶液为空白组 A0,

用 H2O 代替水杨酸溶液为对照组 A2。OH·清除

775

第143页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

率计算方法和公式同DPPH·。

2 结果与分析

2. 1 人参皂苷质量浓度的测定结果

2. 1. 1 加热方式对丙二酰基人参皂苷降解的影

响 HPLC图见图2。

2. 1. 2 线性关系 各单体皂苷在质量浓度为

0.010~0.640 mg/mL,呈现良好的线性关系,得回

归方程和相关系数,结果见表1。

2. 1. 3 重复性 各 皂 苷 单 体 质 量 分 数的 RSD

分别为 M-Rb1 1.99%,M-Rc 2.35%,M-Rb2 1.18%,

M-Rd 1.36%,Rb1 1.83%,Rc 2.12%,Rb2 1.76%,

Rd 1.36%,20(S)-Rg3 0.92%,20(R)-Rg3 1.06%,

Rk11.92%,Rg5 1.69%。

2. 1. 4 加样回收率 各人参皂苷的回收率分别

为M-Rb1 99.9%,M-Rc 100.3%,M-Rb2 96.5%,MRd 100.9%,Rb1 102.3%,Rc 101.5%,Rb2 100.2%,

Rd 98.56%,20(S)-Rg3 99.5%,20(R)-Rg3 98.2%,

Rk1 102.6%,Rg5 96.2%,测得各人参皂苷单体RSD

分别为1.39%,1.08%,1.16%,1.26%,1.13%,2.25%,

1.87%,2.49%,1.32%,1.65%,1.59%,1.68%。

2. 2 加热方式对丙二酰基人参皂苷降解的影响

2. 2. 1 水浴加热对丙二酰基人参皂苷降解的影

响 将丙二酰基人参皂苷样品干燥粉末 60 mg,

溶于 4 mL 水中,分别在 60,80,100 ℃条件下,水

浴加热2,4,8 h,研究不同的水浴温度和时间对丙

二酰基人参皂苷降解的影响。

由图2和图3可见,丙二酰基人参皂苷样品中

M-Rb1、M-Rc、M-Rb2和 M-Rd 的含量较高,占总

皂苷的71.8%,是样品中的主要成分;而中性皂苷

Rb1、Rc、Rb2和Rd的含量较低。在60 ℃水浴加热

2 h 条件下,丙二酰基人参皂苷降解缓慢,仅有少

量的丙二酰基人参皂苷转化成相应的中性皂苷;

当加热时间从 2 h增加到 8 h时,丙二酰基人参皂

表1 人参皂苷的回归曲线方程及相关系数

Table 1 Regression curve equation and correlation

coefficient of ginsenosides

人参皂苷

M-Rb1

M-Rc

M-Rb2

M-Rd

Rb1

Rc

Rb2

Rd

20(S)-Rg3

20(R)-Rg3

Rk1

Rg5

回归方程

y=6.39×106

x+3.12×104

y=6.57×106

x+3.97×104

y=7.32×106

x+2.53×104

y=3.88×106

x+3.60×104

y=6.78×106

x+2.98×104

y=3.341×106

x+2.98×104

y=5.53×106

x+5.17×104

y=6.21×106

x+2.51×104

y=7.60×106

x+2.15×104

y=8.21×106

x+2.57×104

y=8.12×106

x+2.67×104

y=8.14×106

x+2.36×104

相关系数

0.999 8

0.999 8

0.999 4

0.999 6

0.999 5

0.999 4

0.999 2

0.999 3

0.999 6

0.999 5

0.999 6

0.999 5

A. 丙二酰基人参皂苷;B.100 ℃水浴加热 4 h;C. 微波加热 5 min;

D.120 ℃高温蒸制 4 h;E.120 ℃焙烤 4 h;1. 丙二酰基人参皂苷

Rb1;2. 丙二酰基人参皂苷 Rc;3. 丙二酰基人参皂苷 Rb2;4. 人

参皂苷 Rb1

;5. 人参皂苷 Rc;6. 丙二酰基人参皂苷 Rd;7. 人参皂

苷 Rb2;8. 人参皂苷 Rd; 9. 人参皂苷 20(S)-Rg3;10. 人参皂苷

20(R)-Rg3

;11.人参皂苷Rk1

;12.人参皂苷Rg5

图2 加热方式对丙二酰基人参皂苷降解的影响

Fig. 2 HPLC chromatograms of effects of different

heating methods on degradation of malonylginsenosides

776

第144页

张单丽,等:不同加热方式对丙二酰基人参皂苷降解的影响及抗氧化活性的变化

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

苷的降解率为 37.5%(图 3)。当水浴温度增加到

80 ℃和 100 ℃时,随着加热时间的增加丙二酰基

人参皂苷降解速度明显加快,其相应的中性皂苷

显著的增加;在 100 ℃水浴加热 8 h 条件下,丙二

酰基人参皂苷完全消失,全部转化成其相应的中

性皂苷(图3)。

2. 2. 2 微波加热对丙二酰基人参皂苷降解的影

响 将丙二酰基人参皂苷样品干燥粉 60 mg,溶

于 4 mL水中,分别微波加热 1,3,5 min,研究不同

的微波加热时间对丙二酰基人参皂苷降解的影

响。由图4可见,在微波加热条件下,丙二酰基人

参皂苷降解的速率明显高于水浴加热,微波加热

5 min时,丙二酰基人参皂苷已经全部降解成相应

的中性皂苷,而水浴加热8 h丙二酰基人参皂苷才

完全转化成相应的中性皂苷。

2. 2. 3 高温蒸制对丙二酰基人参皂苷降解的影

响 将丙二酰基人参皂苷样品干燥粉末 60 mg,

溶于 4 mL 水中,分别在 100 ℃和 120 ℃条件下高

温蒸制 0.5,1,2,4 h,研究不同的蒸制温度和时间

对丙二酰基人参皂苷降解的影响。

由图 5 可见,在 100 ℃高温蒸制条件下,丙二

酰基人参皂苷的降解速度明显比水浴 100 ℃快;

100 ℃高温蒸制 2 h,样品中丙二酰基人参皂苷已

被大部分降解成相应的中性皂苷,同时还生成了少

量的稀有皂苷 20(S)-Rg3,20(R)-Rg3,Rk1,Rg5

当蒸制温度增加到 120 ℃时,丙二酰基人参皂苷

的降解速度快,仅 0.5 h 就全部降解,同时其相应

的中性皂苷明显增加,并生成了少量的稀有人参

皂苷20(S)-Rg3、20(R)-Rg3、Rk1和Rg5。当蒸制时

间从 0.5 h 增加到 4 h 时,中性皂苷也发生了大量

的降解,而稀有人参皂苷 20(S)-Rg3,20(R)-Rg3,

Rk1,Rg5的量显著增加(图6)。这说明高温蒸制下

不但丙二酰基人参皂苷会发生降解,而且人参中

性皂苷也会发生大量的降解,生成稀有人参皂苷。

2. 2. 4 烘 焙 对 丙 二 酰 基 人 参 皂 苷 降 解 的 影

响 将丙二酰基人参皂苷样品干燥粉末 60 mg,

分别在 60,80,100,120 ℃条件下加热 2,4 h,研究

不同烘焙温度和时间对丙二酰基人参皂苷降解的

影响。结果表明:烘焙加热条件下,丙二酰基人参

皂苷是稳定的,在 120 ℃加热 4 h 条件下,丙二酰

基人参皂苷也未发生降解(图 2)。这说明了在没

有水分的干燥情况下,即使是高温也不能使丙二

酰基人参皂苷发生降解。

图3 丙二酰基人参皂苷在水浴加热下的降解变化

Fig. 3 Changes of degradation of malonylginsenosides under water bath heating

图4 微波加热对丙二酰基人参皂苷降解的变化

Fig. 4 Changes of degradation of malonylginsenosides under microwave heating

777

第145页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

2. 3 不同加热方式人参皂苷的抗氧化能力分析

由 图 7 可 见,不 同 加 热 方 式 的 人 参 皂 苷 对

DPPH·均有一定的清除能力。其中高温蒸制下,

人参皂苷对 DPPH·的清除能力明显高于其他加

热方式,在所选的人参皂苷浓度范围内,高温蒸制

条 件 下,人 参 皂 苷 对 DPPH·清 除 率 为 26.56%~

85.03%;其他加热方式下,人参皂苷对 DPPH·清

除率随浓度的增加也显著增高。其中,微波和水

浴加热条件下,人参皂苷对 DPPH·的清除能力较

弱,清除率最高只有 39.47%。结果表明:高温蒸

制加热条件下,人参皂苷对 DPPH·的清除效果最

好,烘焙和未加热的人参皂苷高于微波和水浴加

热条件的人参皂苷清除率。

由图7可见,随着人参皂苷浓度的增加,其对

OH·的 清 除 率 增 强。当 人 参 皂 苷 浓 度 为 0.3~

0.6 mg/mL 时,高温蒸制条件下,人参皂苷对 OH·

的 清 除 率 为 6.88%~14.05%,其 他 4 种 加 热 方 式

下,人参皂苷对 OH·清除能力相差不明显,清除

率均在 2.48%~9.56%;当人参皂苷浓度 5 mg/mL

时,高温蒸制条件下,人参皂苷 OH·的清除率为

54.01%,未加热和烘焙条件,人参皂苷对 OH·清

除率分别为 45.36%,43.39%,而水浴和微波加热

条 件,人 参 皂 苷 对 OH·清 除 率 分 别 为 35.42%,

33.65%。这些结果表明:高温蒸制加热方式的人

参皂苷对 OH·清除率高于烘焙和未加热的人参

皂苷,而水浴和微波加热对OH·清除能力最弱。

图5 丙二酰基人参皂苷在100 ℃高温蒸制下的变化

Fig. 5 Changes of malonyl-ginsenosides by steaming at 100 ℃

图6 丙二酰基人参皂苷在120 ℃高温蒸制下的变化

Fig. 6 Changes of malonyl-ginsenosides under steaming at 120 ℃

778

第146页

张单丽,等:不同加热方式对丙二酰基人参皂苷降解的影响及抗氧化活性的变化

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

3 讨 论

丙二酰基人参皂苷是人参中的天然原苷,含

量很高,约占人参总皂苷的 50%[9-10]

。然而该类

皂苷结构不稳定,在高温下常常发生脱羧降解,

生成相应的中性皂苷和稀有皂苷[12-13]

。这将导致

人参的不同加工品中人参皂苷的含量变化较大,

因此研究丙二酰基人参皂苷的降解规律是十分必

要的。

本研究采用高效液相色谱法对4种主要的丙

二酰基人参皂苷类成分进行定量分析,发现不同

加热方式对丙二酰基人参皂苷成分降解的影响存

在较大差异。水浴加热条件下,丙二酰基人参皂

苷的降解速度较慢,仅在 100 ℃加热 8 h,丙二酰

基人参皂苷才被完全降解成相应的中性皂苷。而

微波加热条件下,丙二酰基人参皂苷仅需5 min就

能完全降解成中性皂苷。在高温蒸制条件下,丙

二酰基人参皂苷不仅降解成中性人参皂苷,同时

还生成了大量的稀有皂苷。这些结果说明了高温

是导致丙二酰基人参皂苷降解的重要影响因素。

在烘焙时,不论是高温还是低温条件下,丙二

酰基人参皂苷均不发生降解,这说明仅高温条件

不能导致丙二酰基人参皂苷的降解,丙二酰基

人参皂苷还需溶解在水溶液中才能在高温下降

解。这一结果的主要原因是在高温条件下,丙二

酰基人参皂苷溶解于水中会发生脱羧反应、脱

丙二酰基反应和脱乙酰基反应,生成丙二酸、乙

酸和相应的中性皂苷,然后在丙二酸和乙酸的水

解下,中性人参皂苷被进一步地转化成稀有人参皂

苷20(S)-Rg3,20(R)-Rg3,Rk1,Rg5

[20]

此外,通过不同加热方式对人参皂苷抗氧化

活性的研究发现,不同加热方式条件下,人参皂苷

对自由基清除能力不同。高温蒸制条件,人参皂

苷对 DPPH·和 OH·清除能力明显高于其他加热

方式,这可能是丙二酰基人参皂苷在高温蒸制条

件 下 转 化 成 相 应 的 稀 有 皂 苷,使 人 参 皂 苷 对

DPPH·和 OH·有较高的清除能力;而未加热和烘

焙条件下人参皂苷对 DPPH·和 OH·清除能力高

于微波和水浴加热;在烘焙条件下,丙二酰基人参

皂苷不发生转化,而微波和水浴加热使丙二酰基

人参皂苷转化为中性皂苷,这说明丙二酰基人参

皂苷对DPPH·和OH·清除能力高于中性皂苷。

综上,高温和水溶液是丙二酰基人参皂苷发

生降解的主要影响因素,未加热和烘焙条件下,人

参皂苷抗氧化活性能力高于水浴和微波加热条

件,低于高温蒸制。本研究为丙二酰基人参皂苷

的降解规律和抗氧化能力提供基础数据,同时为

其开发和利用提供了科学依据。

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图7 不同加热方式人参皂苷对DPPH·和OH·的清除能力

Fig. 7 Scavenging effect of ginsenosides on DPPH· and OH· under different heating methods

779

第147页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

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(责任编辑:王希)

780

第148页

吉林农业大学学报 2023,45(6):781-790 http : // xuebao.jlau.edu.cn

Journal of Jilin Agricultural University E⁃mail : jlndxb @ vip.sina.com

不同制备方法对野山参色泽、氨基酸及皂苷含

量的影响*

付育臣,周季欣,吴灵梅,金梦真,张亚玉**

成都大学食品与生物工程学院,成都 610106

摘 要:野山参的销售产品多以生晒野山参为主,试验以野山参为材料,将不同方法制备的野山参色泽、氨基

酸、人参单体皂苷、总皂苷进行比较分析,探究在不同制备方法下野山参红参各指标的变化规律。结果表明:

随蒸制次数和时间的增加,野山参红参的亮度值L、总色差值E逐渐减小,色度值a、b逐渐增加,二次冷冻处理

也能使色度显著加深(P<0. 05)。野山参红参中的 16种氨基酸的总量为 5. 772%~6. 371%,1L组(经一次蒸制

和干燥后于 0 ℃保存 7 d)中氨基酸总量比生晒野山参提高了约 10. 81%,其中精氨酸的含量最高(1. 347%~

1. 815%)。野山参红参中总皂苷含量为 2. 63%~4. 78%,在加工过程中转化生成了生晒野山参中含量极少或

没有的稀有人参皂苷 Rh4

,Rh(1 S),Rh(1 R),Rg6

,Rk1

,Rg5

,Rg(3 S),Rg(3 R),而原人参皂苷 Rg1

,Re,Ro,Rc,Rb2

Rb3的含量比生晒野山参显著下降(P<0. 05)。将野山参制备成红参后,可能使其营养价值和药用价值有所

增加。

关键词:野山参;红参;氨基酸;皂苷;色泽

中图分类号:S567. 51;R283 文献标志码:A 文章编号:1000-5684(2023)06-0781-10

DOI:10.13327/j.jjlau.2023.20140

引用格式:付育臣,周季欣,吴灵梅,等.不同制备方法对野山参色泽、氨基酸及皂苷含量的影响[J].吉林农业

大学学报,2023,45(6):781-790.

Effects of Different Preparation Methods on Content of Color, Amino

Acids and Saponins of Wild Ginseng *

FU Yuchen,ZHOU Jixin,WU Lingmei,JIN Mengzhen,ZHANG Yayu**

College of Food and Biological Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China

Abstract:Most sales products of wild ginseng are mainly raw and sun-dried wild ginseng. In this

study, the properties, 16 amino acids, 18 ginsenosides and total saponins of wild ginseng prepared

with different methods were compared and analyzed to investigate the changes of each index of wild

ginseng red ginseng under different preparation methods.The results showed that brightness value L

and total color difference value E of wild ginseng red ginseng gradually decreased and chromaticity

values a and b gradually increased with the increase of steaming frequency and time, and the second⁃

ary freezing treatment also resulted in significant deepening of chromaticity (P<0.05). The total

amount of 16 amino acids in wild ginseng red ginseng ranged from 5.772% to 6.371%, and the total

amount of amino acids in 1L group was about 10.81% higher than that in raw sun-dried wild ginseng,

among them, the content of arginine was the highest (1.347%-1.815%). The total saponin content of

* 基金项目:四川省科技厅项目(2022YFQ0092),国家现代农业产业技术体系项目(CARS-21)

作者简介:付育臣,男,硕士,主要从事药食同源功能产品开发。

收稿日期:2023-03-14

** 通信作者:张亚玉,E-mail:zyy1966999@sina.com

第149页

吉林农业大学学报 2023 年 12 月

Journal of Jilin Agricultural University 2023,December

wild ginseng red ginseng ranged from 2.63% to 4.78%, and during the processing, rare ginsenosides

Rh4, Rh1(S), Rh1(R), Rg6, Rk1, Rg5, Rg3(S), Rg3(R), and Rg3(R), which were minimal or absent in raw

sun-dried wild ginseng, were generated, while the contents of the original ginsenosides Rg1, Re, Ro,

Rc, Rb2, and Rb3 were significantly decreased compared to those of raw sun-dried wild ginseng (P<

0.05). The preparation of wild ginseng into red ginseng may increase its nutritional and medicinal val⁃

ues, therefore, conducting research on the processing of wild ginseng red ginseng is of great signifi⁃

cance.

Key words:wild ginseng; red ginseng; amino acid; ginsenoside; chromaticity

人参(Panax ginseng C.A.Mey.)作为记载在中

国最早的药学典籍《神农本草经》中的名贵中药

材,因其在大补元气,复脉固脱,补脾益肺,生津养

血,安神益智等方面具有极佳的功效,使其具有较

高的经济价值[1-2]

。根据人参的生长环境可以将

其分为在林下播种自然生态环境中生长 15 年以

上的野山参(林下山参)和人工栽培的园参。相比

于人工栽培的园参,野山参因其生长年限长、人为

干预少,所以次生代谢产物积累多且安全风险低,

成为人参中的“大熊猫”。近年来,野山参的药代

动力学和药理学研究发现[3]

,野山参具有比园参

更强的抗氧化、抗炎、抑制肿瘤、缓解疲劳和降血

压等功能[4-9]

红参(Red ginseng)是人参经蒸制后的干燥根

和根茎,制备过程依次经过挑选、洗参、蒸参、干燥

等步骤[10]

。人参蒸制过程中不仅改变了人参的

色泽,同时也促进稀有靶标皂苷定向转化[11]

,其

原因是蒸制过程中发生美拉德反应而使颜色加

深[12]

,还发生了一系列化学反应,从而使皂苷类、

糖类、氨基酸类等化学成分发生变化[13-15]

,其中主

要是人参皂苷 Rb1和 Rd经脱糖和脱水反应,逐渐

形成了含糖链更少、极性更低的红参中特有的

Rg3、Rg5、Rk3、Rh4等稀有皂苷,这些皂苷更有利于

人体的吸收,其抗衰老、抗氧化和抗肿瘤作用也更

为显著[16-19]

。除此之外,炮制而成的红参还具有

坚固、耐储藏的特点。

目前我国野山参在市场上多以生晒为主,而

野山参加工成红参较少,导致其产品单一,而园参

的加工利用则有相对较好的发展[20]

。明朝李中

立通过考证药物来源所撰绘的《本草原始》中记载

的文字与图示描述了当时人参的特征:“近芦有横

纹,色黄,坚实有肉色”,并指出“此参仍晒蒸造成

者,形块大小不等,坚实明亮为上”。由此判断,早

在明朝时期就有将野山参加工成红参的例子。据

此,试验以野山参为原料,探究不同加工方式下,

不同加工品类野山参的色泽、氨基酸和人参皂苷

含量的变化规律,为丰富野山参品类、提高野山参

品质提供新思路。

1 材料与方法

1. 1 材料及处理方法

1. 1. 1 材料与试剂 试验材料:鲜野山参,采自

吉林省集安市清河镇,经成都大学张亚玉研究员

鉴定为20年野山参。

试验试剂:乙腈、甲酸、甲醇,均为色谱纯;实

验用去离子水;ANPEL对照品16种氨基酸混合标

准 溶 液(批 号 L068080);人 参 皂 苷 Rg1,Re,Rc,

Rb2,Rb3,Rd,Rb1,Rf 等 18 种人参皂苷对照品均

购自上海源叶生物科技有限公司,质量分数均

>98%。

试 验 设 备:IKA A11basicS025 研 磨 机;德 国

Sartorius Secura125-1CN 电 子 天 平 ;HIGHQUALITY COLORIMETER NH300 色 差 仪 ;德 国

SYKAM氨基酸分析仪;Waters Xevo TQ质谱仪。

1. 1. 2 试验处理 挑选大小相近、无红皮、健康

的 20 年野山参,用毛刷小心刷洗干净后,用滤纸

拭干。将野山参分为 5 组,每组样品中均包含

15 支野山参样本:(1)野山参按照常规加工方式

通过低温烘烤得到生晒野山参,记作 SS;(2)野山

参经一次蒸制和干燥后于 0 ℃保存 7 d,记作 1L;

(3)经一次蒸制和干燥,于-20 ℃冷冻 7 d,记作

1D;(4)在(2)组的基础上,经二次蒸制和干燥后

于0 ℃保存7 d,记作2L;(5)在(3)组的基础上,经

二次蒸制和干燥后于-20 ℃冷冻7 d,记作2D。其

中各组取出前均经打潮软化,通过切片或打粉后

进行各项指标的检测。

1. 2 测定指标及方法

1. 2. 1 颜色 采用色差仪进行测定。分别取不

782

第150页

付育臣,等:不同制备方法对野山参色泽、氨基酸及皂苷含量的影响

吉林农业大学学报 Journal of Jilin Agricultural University

同加工方法制备的野山参样品粉末(过 4 号筛),

均匀平铺后,进行样品色泽测定,每个样品重复测

定3次,记录样品色度值L、a、b的平均值。

1. 2. 2 野山参中氨基酸测定 参考GB5009.124—

2016《食品中氨基酸的测定》的方法,称取 20 mg

生晒野山参和野山参红参样品粉末(过4号筛)于

水解管中,加6 mol/L盐酸10 mL,于(110±1) ℃恒

温干燥箱中,水解 22~24 h,冷却,混匀,开管,过

滤,定量吸取适量的滤液,不高于60 ℃减压蒸干,

加入适量稀释上机用柠檬酸钠缓冲液,使样液中

氨基酸浓度为 50~250 nmol/mL,摇匀,过滤或离

心,取清液,采用全自动氨基酸分析仪测定。

色谱条件。色谱柱:LCA K06/Na,58~74 ℃

梯度控温;流动相:柠檬酸钠A为0.12 N,pH 3.45;

B 为 0.2 N,pH 10.85;流速:洗脱泵 0.45 mL/min,

衍生泵 0.25 mL/min;压力:30~40 bar;检测波长:

570,440 nm。

1. 2. 3 野山参皂苷含量测定 总皂苷含量依据

《中国药典》2020 年版“人参总皂苷”项下的测定

方法进行测定[1]

单 体 皂 苷 检 测 色 谱 条 件。色 谱 柱:Waters

BEH C18 1.7 μm 2.1 mm×100 mm;柱温:45 ℃;流

速:0.5 mL/min;流动相:A为乙腈-0.01%甲酸溶液;

B 为 0.01% 甲酸溶液;洗脱:0~3.85 min,A 19%;

3.85~5.85 min,A 19%~21%;5.85~8.25 min,A

21%~28%;8.25~13.05 min,A 28%~31%;13.05~

21.05 min,A 31%~46%;21.05~22.65 min,A 46%~

54%;22.65~24.89 min,A 54%。

单体皂苷检测质谱条件。电喷雾负离子,多

反应监测,毛细管电压 2.5 kV,脱溶剂氮气,流速

1 000 L/h,温度550 ℃。

1. 3 数据处理与分析

数据采用 Excel 和 SPSS25.0 统计分析软件进

行分析,各项数据均以“平均值±标准差”表示。

P<0.05 为差异显著,P<0.01 为差异极显著,并具

有统计学意义。

2 结果与分析

2. 1 不同制备方法对野山参色泽的影响

不同制备方法下野山参样品见图 1。由图 1

可见,野山参在加工红参过程中颜色逐渐加深,由

淡黄色转变为灰黄色,而后转化为黄褐色,与《本

草原始》中“色黄,坚实有肉色”的特征相符。由

表 1 可知,对比各组野山参红参和生晒野山参的

粉末可知,随着蒸制次数的增加,各组野山参红参

的亮度值 L 与 SS组相比均显著降低(P<0.05),且

在2D组中显著低于其他组(P<0.05);野山参红参粉

末的色度值a和b与SS组相比均显著升高(P<0.05),

且 2D组显著高于其他组(P<0.05);总色差值 E由

于受亮度值L影响较大,与亮度值变化趋势相似。

以上结果表明,蒸制次数对野山参红参的颜色影

响较大,而冷冻处理后的野山参红参只会在二次

冷冻时有明显变化。

A. SS组;B. 1L组;C. 1D组;D. 2L组;E. 2D组

图1 不同制备方法下的野山参样品色泽

Fig. 1 Wild ginseng sample color under different preparation methods

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