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粉葛为豆科葛属植物，素有“亚洲人参”“南葛北参”之美誉（杨旭东等，2014），2014年被我国国家卫生健康委员会认定为药食两用植物。广西是粉葛的传统种植区域，种植历史可追溯至清代，每年的种植面积均达2 667 hm2。粉葛块根富含淀粉、脂肪、氨基酸、纤维素、铁、钙、铜、硒等人体所需的营养及矿质元素（李臻等，2011），常被加工成葛粉、葛面、葛酒、葛根饮品、葛根饼干等系列产品（尚小红等，2021），食品开发前景广阔。粉葛块根还含有葛根素、大豆苷、大豆苷元、染料木素等异黄酮物质，具有清热、解毒、解肌、生津、透疹、升阳和止泻等作用，《中国药典第一部》（国家药典委员会，2015）规定，葛根素含量达到0.3%以上的粉葛块根可用于药用。可见，粉葛具有很高的食用和药用价值。粉葛开发利用的部位主要是块根，葛根的叶、藤、根头等部位大多直接丢弃，少量用作饲料，其综合利用率较低。此外，采收时间是影响中药材质量的关键因子（胡少伟等，2018； 严华等，2019； 周赛男，2019），确定药食两用植物粉葛的适宜采收时期，对其开发利用至关重要。因此，掌握不同部位和不同时期粉葛的主要营养物质及异黄酮成分的积累规律，对粉葛的综合开发利用及最佳采收期的确定具有重要指导意义。
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异黄酮类物质和葛根素是葛根的主要药用成分，其含量是评价葛根药用价值的主要指标。王德立（2008）发现野葛的葛根素和异黄酮含量在6月份最高，11月份次之，综合考虑单株块根中葛根素和异黄酮总量，认为5年生野葛在11月采收具有最高的利用价值。潘玲玲等（2011）发现4年至5年生野葛的块根葛根素含量最高，每年的11—12月野葛块根的葛根素含量达到全年最高值。段海燕（2016）认为野葛的异黄酮类成分主要分布在韧皮部和木质部中，周皮的含量最低，而韧皮部的含量高于木质部。Son等（2019）发现野葛的块根提取物中主要的异黄酮物质为葛根素，而葛叶提取物中主要的异黄酮物质是染料木素。曾慧婷等（2022）发现粉葛的总异黄酮含量在不同部位中的分布规律为根＞茎＞叶，粉葛根中异黄酮类成分含量在10月达到最大，葛茎中异黄酮类成分的积累量在7月和12月达到最大，葛叶中异黄酮类成分的积累量在10月达到最大。不同区域、不同部位收获期葛的葛根素、大豆苷元等存在差异（刘逢芹等2006；马树运等，2015；李琳，2015；刘玉等，2022）。当前，葛根的异黄酮物质的积累规律研究主要集中在野葛上，对粉葛的异黄酮成分积累规律的研究还处于初级阶段，还需大量深入细致的系统性研究来全面揭示粉葛的异黄酮物质的分布规律，以达到粉葛利用的最大化。淀粉、多糖、蛋白质、可溶性膳食纤维是葛根重要的食用品质指标。谭小燕等（2014）发现多年生野葛在11月至次年2月的淀粉含量最高；纪宝玉等（2013）发现野葛在每年8月和9月的多糖含量最高；郭丽君等（2018）发现桂粉葛1号的淀粉含量在6—12月之间呈逐渐增大的趋势，在11—12月达到最大。
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目前，对粉葛的多糖、蛋白质、膳食纤维素的积累规律及主要营养物质与异黄酮成分积累之间的关系研究均未见报道。不同品种、不同地点粉葛收获期的可溶性糖、淀粉、总膳食纤维、蛋白质、脂肪等营养物质存在差异（张应等，2013； 李杏元，2016； 朱盼和谢娟平，2019）。成熟期，粉葛农艺性状、碳水化合物与异黄酮具有一定的相关关系（顾彩霞，2019； 黄秋连等，2021）。本试验在前人的研究基础上，分析粉葛成熟期的叶、上藤、中藤、下藤、根头、块根各部位的异黄酮含量，探索不同时期粉葛的淀粉、多糖、可溶性蛋白、粗蛋白、可溶性膳食纤维素、不溶性膳食纤维积累量的动态变化，并分析各营养物质与异黄酮成分积累的相关性，进一步丰富和细化了粉葛的淀粉、多糖、葛根素、黄酮等物质的积累规律，并首次研究了粉葛的蛋白质、纤维素的积累规律及营养物质与异黄酮成分之间的相关性。旨为阐明粉葛主要营养物质、异黄酮成分的积累规律及其相关性，明确粉葛的最佳采收时期、各部位的应用价值及营养物质与异黄酮成分积累的相关性，为粉葛的综合开发利用以及采收时期的确定提供参考依据。
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1 材料与方法
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1.1 材料种植和取样处理
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试验于2020—2021年在广西壮族自治区农业科学院里建科研基地进行。该试验基地年平均气温为22.2℃，年均降雨量为1 386.9 mm；土壤背景平均pH为6.6，土壤碱解氮的平均含量为92.2 mg·kg-1，有效磷的平均含量为42.8 mg·kg-1，速效钾的平均含量为50.21 mg·kg-1，有机质的平均含量为26.22 g·kg-1。以健壮、无病虫害、长势一致的广西藤县粉葛苗为试验材料，于2020年和2021年的3月中旬种植，2021年和2022年的1月收获，采用单行单垄种植，垄间距为150 cm，垄高50 cm，株间距为50 cm，行间距为150 cm，种植300株，设置3次重复；基肥每亩施用商用生物有机肥400 kg，植后90 d每亩追施复合肥（N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15）50 kg，植后120 d每亩追施复合肥（N∶P2O5∶K2O=12∶11∶18）50 kg；搭架引蔓，每株留一个薯；其他按照粉葛的常规高产栽培方式进行栽培管理。
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试验分别在8月中旬（植后150 d）、9月中旬（植后180 d）、10月中旬（植后210 d）、11月中旬（植后240 d）、12月中旬（植后270 d）、次年1月中旬（植后300 d）共6个生长时期采集块根样品，并采集成熟期（12月份）粉葛的叶片、上藤、中藤、下藤、根头、块根样品。每个时期采集9株长势一致的粉葛植株进行测定。上藤、中藤、下藤的取样方法是把粉葛的主藤平均分成3段，由顶端至基部分别为上藤、中藤、下藤；根头的取样方法是粉葛主藤与块根连接的膨大部位；块根取整薯。材料经切片烘干后，105℃杀青30 min左右，75℃烘干至恒重，然后粉碎，保存于干燥阴凉处，用于各指标的测定。
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1.2 测定指标和方法
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样品送至广西桂林锐德检测认证技术有限公司进行淀粉、可溶性蛋白、多糖、粗蛋白、粗脂肪、氨基酸、可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维、葛根素、大豆苷、大豆苷元、染料木素等物质含量的测定。淀粉、可溶性蛋白、多糖、氨基酸分别使用苏州梦犀生物医药科技有限公司淀粉含量测试盒（M1101A）、可溶性蛋白含量测试盒（M1806A）、总多糖含量测试盒（M1505A）、氨基酸含量测试盒（M0501A）进行检测；粗蛋白采用微量凯氏定氮法测定（GB5009.5-2016）；可溶性膳食纤维、不溶性膳食纤维采用酶重量法测定（GB5009.88-2014）；粗脂肪采用索氏抽提法测定（GB5009.6-2016）；葛根素、大豆苷、大豆苷元、染料木素采用高效液相色谱检测（徐桂新等，2020）；总异黄酮采用紫外分光光度计进行测定（谭栀恩等，2021）。
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1.3 试验数据分析
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试验数据采用SPSS 17.0进行方差分析、相关性分析。
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2 结果与分析
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2.1 粉葛成熟期不同部位异黄酮成分的分布情况
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由表1可知，在成熟期，粉葛不同部位的染料木素含量的变化不显著，而粉葛不同部位的总异黄酮、葛根素、大豆苷的含量变化较大。总异黄酮含量在粉葛各部位的大小顺序为根头＞下藤＞上藤＞中藤＞叶片＞块根，葛根素含量在粉葛各部位的大小顺序为根头＞下藤＞中藤＞上藤＞块根＞叶片，大豆苷含量在粉葛各部位的大小顺序为上藤＞中藤＞下藤＞根头＞叶片＞块根，其中根头和藤蔓的总黄酮、葛根素含量均大于1.00%。通过方差分析，发现根头和藤蔓（下藤、中藤、上藤）的总异黄酮、葛根素、大豆苷的含量显著大于叶片和块根的含量。综合而言，根头、藤蔓有很高的药用价值，叶片的总异黄酮较高。
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2.2 粉葛不同生长时期块根主要营养物质的积累变化
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由表2可知，粉葛的淀粉、多糖、可溶性蛋白均呈先增大后减小的变化趋势，其中淀粉在11月和12月达到最大值且显著大于其他4个时期，多糖、可溶性蛋白在11月达到最大且显著大于其他5个时期。粗蛋白的含量呈先减小后增大再减小的趋势，在11月达到最大值；不溶性膳食纤维含量呈先增大后减小再增大的趋势，可溶性膳食纤维含量呈先减小后增大再减小的趋势，两者呈此消彼长的变化规律，不溶性膳食纤维含量在9月和10月达到最大且显著大于其他时期，可溶性膳食纤维含量在8月和12月显著大于其他时期。整体看来，淀粉、多糖、粗蛋白、可溶性蛋白、可溶性膳食纤维在11月和12月达到最大值，在10—11月均有一个快速上升的阶段。因此，粉葛在11月和12月采收的营养价值最佳，营养物质积累的关键时期是10月和11月。
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2.3 粉葛不同生长期块根主要异黄酮成分的积累变化
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通过测定不同生长时期粉葛块根的异黄酮成分的含量，由表3可知，发现粉葛不同生长时期的总异黄酮、大豆苷、大豆苷元、染料木素的含量呈逐渐减小的变化趋势，其中8月和9月的含量最大且显著大于其他5个时期；葛根素含量变化呈先增大后减小的变化趋势，其中9月的葛根素含量达到最大且显著大于其他5个时期。总体来看，粉葛的异黄酮成分在8月和9月的含量最大，此时粉葛的药用价值最高。
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2.4 粉葛总异黄酮、葛根素的积累与主要营养物质积累之间的相关性
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通过相关性分析，由表4可知，总异黄酮与葛根素之间呈极显著正相关，与淀粉和多糖呈极显著负相关，与不溶性膳食纤维成显著正相关；葛根素与不溶性膳食纤维呈极显著正相关，与淀粉及多糖呈显著负相关。因此，总异黄酮和葛根素的积累与淀粉、多糖、不溶性膳食纤维密切相关。
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3 讨论
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3.1 粉葛不同部位异黄酮物质的积累差异
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段海燕（2016）通过解剖葛根块根结构，发现葛根素主要分布在韧皮部和木质部；石旭等（2009）对葛根进行化学定位，结果表明葛根的异黄酮类物质主要贮藏在周皮的栓内层细胞、韧皮薄壁细胞、次生木质部、初生木质部等基本组织中，暗示着葛根素等异黄酮类物质可能主要集中在木质部中。藤蔓和根头是粉葛的营养和水分的运输通道，起到支撑的作用，含有丰富的木质部结构，这就不难解释本研究中粉葛根头和藤蔓的总异黄酮、葛根素、大豆苷的含量高于块根和叶片的含量。然而，潘玲玲等（2011）发现一年生野葛的块根与藤蔓的葛根素相当，并且大于叶片的葛根素含量；曾慧婷等（2022）发现“赣葛2号”粉葛品种不同部位的葛根素、大豆苷含量排序为根＞茎＞叶。两者研究结果与本研究结果存在明显差异，造成这种差异的原因可能是品种和地域不同。因此，有必要研究不同区域和不同品种各部位积累异黄酮物质的规律，以找到共性规律，这也是本试验的下一步研究计划。
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注：同列不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下同。
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Note: Lowercase letters in the same column indicate significant differences (P＜0.05) . The same below.
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3.2 不同时期主要营养物质的积累规律
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纤维素和淀粉均属于多糖。前人研究结果表明不同作物的多糖合成均有一个适宜温度，过高或过低的环境温度均不利于植物中多糖的积累，甜瓜、铁皮石斛、青钱松等植物的多糖积累的适宜温度被证实在20~25℃之间（郝敬虹等，2009； 粟君等，2011； 张春柳，2015； 孟雨冉，2017）。广西在10月之前会出现一个持续性的高温天气，到了11—12月时，温度会下降到20~25℃，这一温度可能也是粉葛的多糖类物质积累的最佳温度，因此粉葛的淀粉、多糖、可溶性膳食纤维的含量在11—12月达到最大。研究者认为适量的高温会引起稻米蛋白含量增加（张桂莲等，2013； Cao et al.，2017），但也有学者认为高温对蛋白质的提高作用会因品种而异（孟亚利和周治国，1997）。本研究中粗蛋白、可溶性蛋白在温度较高的6—10月的积累量大于温度较低的11—12月的积累量，这说明适度的低温可能更有利于粉葛的蛋白质积累。此外，淀粉、多糖、蛋白质等物质均属于粉葛的储藏物质，在粉葛生长发育过程中不断得到积累，在11—12月时，粉葛的地上部分出现枯萎无法继续合成这些储藏物质，此时储藏物质的积累量达到最大，为了维持粉葛地下部分的存活，这些储藏物质又被转化成其他能量物质，从而在1月份出现一个减小的趋势。
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注： *表示显著相关（P＜0.05）； **表示极显著相关（P＜0.01）。
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Note: *indicates significant correlation（P＜0.05）; ** indicates extremely significant correlation（P＜0.01）.
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3.3 不同时期粉葛的异黄酮物质的积累规律
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葛根素、异黄酮类物质均属于黄酮物质，由肉桂酰辅酶A侧链延长后环化形成以苯色酮环为基础的酚类化合物，是次生代谢产物。一定程度上，植物对环境胁迫可做出相应的抵御反应，而次生代谢及其产物是其生化反应基础，因此植物次生代谢产物的合成与环境因子有着密切的联系。拟南芥、茶树、烟草、柑橘等作物，通过适度的干旱胁迫会大量提高黄酮物质的积累量（Alininian et al.，2016；Wang et al.，2016；Song et al.，2016；Zandalinas et al.，2017）。在芹菜中，适度低温胁迫可以提高黄酮物质的积累（张萌，2017），而Wahid等（2007）则认为高温下植物中黄酮类物质含量呈现升高趋势。由此可见，环境胁迫可以提高黄酮物质的积累。广西每年的8—9月的温度和降雨量很高，这时的粉葛可能面临着严峻的高温、高湿的环境胁迫，从而产生更多的次生代谢产物葛根素和其他异黄酮物质。
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3.4 粉葛主要营养物质与异黄酮成分积累的相关性
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葡萄糖、果糖属于还原性糖，是合成淀粉、果胶、纤维素等多糖物质的重要底物，而还原糖物质可以参与到异黄酮类物质的合成（Zhang et al.，2021）。因此，淀粉、多糖与异黄酮类物质存在竞争底物的关系，从而出现粉葛的总异黄酮、葛根素的积累与淀粉、多糖呈显著负相关关系。然而，目前对总异黄酮物质与膳食纤维之间相关关系的研究较少，其相互作用机制并不明确，有待进一步研究。
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4 结论
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粉葛的根头、藤蔓含有丰富的总异黄酮、葛根素、大豆苷，具有很好的开发利用价值；粉葛药用的最佳采收期为8月和9月，粉葛食用的最佳采收期为11月和12月，粉葛的淀粉、多糖的积累可能不利于总异黄酮及葛根素的积累。
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摘要
为确定粉葛的最佳采收时期及各部位的应用价值，探索粉葛主要营养物质与异黄酮成分的积累规律及相关关系，该研究以广西藤县粉葛为材料，采用测试盒法、酶重量法、索氏抽提法、高效液相色谱法等生理生化技术，测定了成熟期不同部位异黄酮成分的含量及不同生长时期粉葛块根主要营养物质、异黄酮成分的含量，并分析了各营养物质与异黄酮成分积累的相互关系。结果表明：（1）在成熟期，粉葛不同部位的染料木素含量差异均不显著，但叶片的大豆苷元含量显著小于中藤，根头和藤的总异黄酮、葛根素、大豆苷的含量显著大于叶片和块根，并且根头和藤的葛根素含量均超过1.00%。（2）不同生长时期，粉葛的淀粉、多糖、粗蛋白、可溶性蛋白的积累在11月和12月达到最大，不溶性膳食纤维的积累在12月最小，可溶性膳食纤维在8月和12月的积累量最大，总异黄酮和葛根素在8月和9月的积累量最大。（3）总异黄酮、葛根素的积累与淀粉、多糖的积累呈显著负相关，总异黄酮、葛根素的积累与不溶性膳食纤维的积累呈显著正相关。综上结果认为：粉葛的根头、藤蔓含有丰富的总异黄酮、葛根素、大豆苷，具有很好的药用开发价值；粉葛药用的最佳采收期为8月和9月，粉葛食用的最佳采收期为11月和12月；总异黄酮和葛根素的积累与淀粉、多糖、不溶性膳食纤维有一定关系。该研究结果阐明了粉葛主要营养物质、异黄酮成分的积累规律及其相关性，为粉葛的综合开发利用以及采收时期的确定提供了参考依据。
Abstract
In order to determine the optimal harvesting period and the application value of each part of Pueraria lobata var. thomsonii and to explore the correlation between the main nutrients and the isoflavones, P. lobata var. thomsonii of Tengxian, Guangxi was used as the material, the contents of isoflavones in different parts, the contents of main nutrients and isoflavones in different growth periods were determined by test box method, enzyme gravimetric method, Soxhlet extraction method, high performance liquid chromatography and other physiological and biochemical techniques， and the relationship between the accumulation of various nutrients and isoflavones was analyzed to clarify the accumulation rule of main nutrients and isoflavonoids and their relationships in P. lobata var. thomsonii. The results were as follows: (1)At the mature stage, the content of genistein in different parts of P. lobata var. thomsonii was not significantly different, but the content of isoflavoues aglycone in leaf was significantly lower than that in middle vine, and the contents of total isoflavones, puerarin and daidzein in root apex and vine were significantly higher than those in leaf and tuberon, and the contents of puerarin in root apex and vine were more than 1.00%. (2)The accumulation of starch, polysaccharide, crude protein, and soluble protein reached the maximum in November and December, the accumulation of insoluble dietary fiber reached the minimum in December, the accumulation of soluble dietary fiber was the maximum in August and December, and the accumulation of total isoflavones and puerarin reached the maximum in August and September. (3)The correlation analysis results showed that the accumulation of total isoflavones and puerarin was negatively correlated with the accumulation of starch and polysaccharide; the accumulation of total isoflavones and puerarin was positively correlated with the accumulation of insoluble dietary fiber. Therefore, it can be concluded that the root apex and vine of pueraria powder contain rich total isoflavones, puerarin, daidzein, which has good value for medicinal development; the best harvest time for medicinal using are August and September, and the best harvest time for edible using are November and December; the accumulation of total isoflavones and puerarin is related to starch, polysaccharide and insoluble dietary fiber. This study clarify the accumulation rule and correlation of the main nutrients and total isoflavones in P. lobata var. thomsonii, and provides a reference for the comprehensive development and utilization of P. lobata var. thomsonii and the determination of the harvest time.
