氮磷鉀對(duì)桔梗生長(zhǎng)及次生代謝產(chǎn)物的影響

王 靜，王渭玲，徐福利，曹鮮艷，黃淑華，張曉虎，何 軍

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，陜西 楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 中國(guó)科學(xué)院、水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；3.商洛學(xué)院生物醫(yī)藥工程系 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院商洛中藥材GAP科研工程中心，陜西 商洛726000)

桔梗(Platycodongrandiflorum)是桔梗科桔梗屬植物，別名鈴鐺花、包袱花、道拉基等，是我國(guó)傳統(tǒng)大宗中藥材之一，具有宣肺、利咽、祛痰、排膿等功效[1]?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，桔梗還有免疫調(diào)節(jié)、抗炎、保肝等作用[2]，并且是一種藥、食及觀賞兼用的經(jīng)濟(jì)植物。桔梗越來越多的藥用價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值被發(fā)現(xiàn)，使其用量大增，導(dǎo)致野生資源不能滿足市場(chǎng)的需求。因此，大面積栽培的桔梗逐步代替野生桔梗藥材而入藥[3]。桔梗植株對(duì)肥料較為敏感，因此，施肥是桔梗栽培中的重要環(huán)節(jié)之一，并直接影響桔梗產(chǎn)量和品質(zhì)。藥用植物的栽培需要兼顧產(chǎn)量和有效成分含量，而有關(guān)桔梗高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)施肥技術(shù)還未見系統(tǒng)的研究報(bào)道。栽培中不能根據(jù)桔梗生長(zhǎng)規(guī)律和土壤養(yǎng)分含量確定肥料最佳用量、最佳比例和最佳施用期，這不僅影響桔梗產(chǎn)量和品質(zhì)，還造成肥料浪費(fèi)并對(duì)土壤及地表水有一定的污染。為此，本研究采用三因素二次D-飽和最優(yōu)設(shè)計(jì)田間試驗(yàn)，研究氮、磷、鉀對(duì)桔梗生長(zhǎng)及次生代謝產(chǎn)物的影響，在綜合考慮桔梗產(chǎn)量和品質(zhì)的基礎(chǔ)上，確定氮磷鉀最佳施肥用量，以期為桔梗優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)提供合理施肥依據(jù)。

1 材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況 試驗(yàn)于2010-2011年在陜西商洛香菊藥源基地進(jìn)行?；氐貏?shì)平坦，海拔580 m，屬于半濕潤(rùn)溫暖氣候區(qū)，四季分明、光照充足、降水充沛。年降水量722.9～899.0 mm，平均日照2 346.8 h，平均氣溫15.8 ℃，無霜期248 d，是桔梗適宜生長(zhǎng)地之一。供試土壤類型經(jīng)測(cè)定為壤質(zhì)粘土，有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法，全氮采用凱氏定氮蒸餾法，堿解氮采用堿解擴(kuò)散法，土壤全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，土壤全鉀采用NaOH熔融火焰光度法，速效鉀采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法測(cè)定[4]。土壤肥力測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 供試土壤基本肥力性狀

1.2材料與方法 田間試驗(yàn)采用三因素二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計(jì)方案[5]，設(shè)10個(gè)處理3次重復(fù)，共30個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積4 m×6 m=24 m2。試驗(yàn)設(shè)計(jì)編碼值及施肥量見表2。

試驗(yàn)用肥料為尿素 (含N 46%)、過磷酸鈣 (P2O5≥12%)、硫酸鉀 (K2O≥51%)，磷肥、鉀肥作基肥整地時(shí)一次性施入，氮肥1/3作基肥施入，剩余2/3于定苗后作為追肥施入。

供試材料為商山桔梗。田間試驗(yàn)于2010年4月15日直播，按照行距25 cm，溝深1～2 cm，每小區(qū)16行條播，出苗前澆一次透水，并用麥草覆蓋地表以保持土壤松軟濕潤(rùn)；5月1日出苗，桔梗生長(zhǎng)期間不定期除草；6月1日定苗；10月25日收獲。其他田間管理措施與張鴻雁等[6]提出的桔梗優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)一致。試驗(yàn)期間降水充足，年平均降水量為859.5 mm，有利于桔梗生長(zhǎng)。

表2 氮、磷、鉀三因素二次飽和D-最優(yōu)設(shè)計(jì)方案

1.3測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定 分別于出苗期 (6月27日)，根系膨大期 (9月27日)和枯萎期 (10月25日)采樣。按照“五點(diǎn)采樣法”，每次每小區(qū)采樣5株，將植株連根挖出，所取樣品分成根、莖葉兩部分，用直尺測(cè)量植株高度和根長(zhǎng)度，游標(biāo)卡尺測(cè)量根粗(主根最粗部位直徑)和莖粗(莖第2節(jié)間最大直徑)，同時(shí)測(cè)定根和地上部分鮮生物量，再在烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干，稱干質(zhì)量，計(jì)算生物產(chǎn)量和根冠比，其中生物產(chǎn)量=根干質(zhì)量+地上部分干質(zhì)量，根冠比=根干質(zhì)量/地上部分干質(zhì)量。

1.3.2桔梗次生代謝產(chǎn)物含量測(cè)定 采用李喜鳳等[7]的超聲法提取總皂苷，香草醛-硫酸比色法測(cè)定總皂苷含量；采用李艷等[8]的方法提取并測(cè)定桔?？傸S酮的含量(桔梗皂苷D對(duì)照品和黃酮對(duì)照品購(gòu)于天津一方科技有限公司，含量≥98%)。采用苯酚-硫酸比色法[9]測(cè)定桔梗多糖含量。

1.3.3藥材產(chǎn)量 2010年10月25日收獲，每小區(qū)收獲4 m2，采挖后，將根部分離，洗凈，除去須根，趁鮮剝?nèi)ネ馄1]，烘干測(cè)干質(zhì)量并折算至公頃產(chǎn)量。

1.4統(tǒng)計(jì)方法 試驗(yàn)數(shù)據(jù)用DPS v7.05統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，各處理效果用LSR-Duncan 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1不同施肥處理對(duì)桔梗植株高度、根長(zhǎng)度的影響 隨著桔梗植株生長(zhǎng)，各施肥處理桔梗植株高度都在增加，處理間的差異隨著生育期推移逐漸增大(表3)。處理2、9、10在各個(gè)生育期植株較高，處理3、4作用不明顯，這表明氮是桔梗植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)主要元素。生長(zhǎng)旺盛的根系膨大期氮、磷配合>磷、鉀配合>氮、鉀配合，這是因?yàn)榱自陂_花期對(duì)植株的新陳代謝活動(dòng)，尤其是光合作用起著重要促進(jìn)作用。根是桔梗有效成分累積的器官，根部生長(zhǎng)形態(tài)也是評(píng)價(jià)桔梗藥用價(jià)值的重要指標(biāo)。隨著生育期的推移，各施肥處理間的差異逐漸增大。單施氮肥 (處理2)根長(zhǎng)度低于對(duì)照組，而磷肥和鉀肥卻對(duì)根長(zhǎng)度起到一定的促進(jìn)作用，尤其是磷鉀配施 (處理5)。

表 3 不同生長(zhǎng)時(shí)期各處理植株高度和根長(zhǎng)度的變化

2.2不同施肥處理對(duì)桔梗根粗、莖粗的影響 與處理1相比，各施肥處理桔梗根粗都在增加。單施氮、磷、鉀肥都起到一定的壯根作用，但各處理間差異不明顯(表4)。在植株生長(zhǎng)后期，單施氮、單施磷、單施鉀對(duì)桔梗根粗影響依次為氮>鉀>磷；氮、鉀配合>氮、磷配合>磷、鉀配合。單施鉀肥 (處理4)的莖粗小于對(duì)照組，處理2、7、10組莖粗在各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期相對(duì)較高。

2.3不同施肥處理對(duì)桔梗根干質(zhì)量和生物量的影響 與處理1相比，施肥處理各生育期桔梗根部干物質(zhì)量積累均有增加。在枯萎期桔梗根干質(zhì)量達(dá)到最大，其中處理9對(duì)桔梗根干質(zhì)量影響最為顯著，與對(duì)照組相比增加了78.82%(圖1)。氮、磷、鉀單施在不同生育時(shí)期對(duì)桔梗根干質(zhì)量影響依次為

表4 不同生長(zhǎng)時(shí)期各處理根粗和莖粗的變化

圖1 不同生長(zhǎng)時(shí)期各處理對(duì)根質(zhì)量及生物量影響

單施鉀>單施氮>單施磷；而在氮、磷、鉀兩兩配施的處理組中，磷、鉀配合>氮、鉀配合>氮、磷配合。各施肥處理能明顯增加桔梗植株生物產(chǎn)量，其中單施氮肥 (處理2)效果最佳，枯萎期植株生物產(chǎn)量比對(duì)照組增加90.46%，其次為單施鉀肥、單施磷肥。

苗期桔梗根冠比偏低，根系膨大期及枯萎期逐漸增大(圖1)，這說明桔梗苗期主要以地上部分生長(zhǎng)為主，根系膨大期及枯萎期則以根生長(zhǎng)為主。單施氮肥在枯萎期根冠比最小，處理9在枯萎期根冠比最大(圖1)，表明合理氮磷鉀配施能優(yōu)化桔梗植株地下干物質(zhì)分配，增加桔梗的根產(chǎn)量。

2.4不同施肥處理對(duì)桔梗藥材產(chǎn)量影響 與處理1相比，各施肥處理能明顯提高桔梗藥材產(chǎn)量 (表5)。氮、磷、鉀三者配施 (處理8、9、10)產(chǎn)量增幅最大，增產(chǎn)51.10%～84.30%。氮、磷、鉀單施處理組中，單施氮肥增產(chǎn)作用最為明顯，增產(chǎn)42.74%；單施鉀肥增產(chǎn)20.28%，而單施磷肥增產(chǎn)效果不明顯；在氮、磷、鉀兩兩配施處理中，氮、鉀配施增產(chǎn)效果最為顯著，增產(chǎn)70.94%，這表明氮、鉀是決定桔梗產(chǎn)量的主要元素。

表5 不同施肥處理桔?？傇碥?、多糖、總黃酮含量及藥材產(chǎn)量

2.5不同施肥處理對(duì)桔梗次生代謝產(chǎn)物影響 各施肥處理桔梗總皂苷和多糖含量顯著高于處理1(P<0.05)(表5)。與處理1比較，桔梗總皂苷含量增加15.09%～54.62%，桔梗多糖含量增加56.93%～122.19%。單施氮肥增加桔?？傇碥招Ч顬轱@著，其次為單施鉀、單施磷；氮磷鉀兩者配施對(duì)桔?？傇碥沼绊憺榈⑩浥浜?氮、磷配合>磷、鉀配合。合理氮磷鉀配施能顯著提高桔?？傇碥蘸?。氮、磷、鉀對(duì)桔梗植株多糖含量影響為單施磷>單施氮>單施鉀。單施氮肥 (處理2)和單施磷肥 (處理3)對(duì)桔梗總黃酮積累表現(xiàn)出一定負(fù)效應(yīng)，其余處理均不同程度增加了桔梗總黃酮含量，且各處理間差異顯著。處理8增加桔?？傸S酮含量效果最為顯著，與對(duì)照組比較增加27.49%。

結(jié)合不同施肥處理對(duì)桔梗藥材產(chǎn)量和次生代謝產(chǎn)物的影響，綜合認(rèn)定處理9(N 150 kg·hm-2、P2O579.41 kg·hm-2、K2O 225 kg·hm-2)為最佳施肥配比，有利于桔梗植株達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。

3 討論

施肥是提高栽培藥用植物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要措施，合理施肥既能促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高藥材產(chǎn)量，又能改善藥材品質(zhì)。本研究表明，氮、磷、鉀合理配施明顯促進(jìn)了桔梗植株生長(zhǎng)，并對(duì)桔梗藥材產(chǎn)量和次生代謝產(chǎn)物產(chǎn)生一定影響。其中，氮肥對(duì)桔梗營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的影響最大，同時(shí)，氮肥雖然可以促進(jìn)桔梗地上部分器官生長(zhǎng)，卻降低了光合產(chǎn)物向根系轉(zhuǎn)移的比例，從而降低桔梗根冠比[10]。因此，桔梗施肥中不能過多施用氮肥，否則會(huì)造成地上部分徒長(zhǎng)而影響根系生長(zhǎng)，這些都與王玲等[11]關(guān)于桔梗配方施肥研究的結(jié)論相一致。而鉀是糖酵解過程中的重要活化劑，協(xié)調(diào)光合產(chǎn)物合成、運(yùn)輸和轉(zhuǎn)化，可提高桔梗根冠比[12]。所以，合理的氮磷鉀配方施肥能夠保證根部營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的持續(xù)有效積累，同時(shí)防止地上部分徒長(zhǎng)。

本試驗(yàn)條件下，不同營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)桔梗藥材產(chǎn)量影響為氮>鉀>磷，這與祝麗香等[13]認(rèn)為在根播桔梗生長(zhǎng)第1年中，植株對(duì)氮需求量最大，吸收能力也最強(qiáng)，其后為鉀，磷吸收量最少的研究結(jié)論一致。而王玲等[11]研究卻發(fā)現(xiàn)磷肥對(duì)一年生桔梗產(chǎn)量的影響比較顯著，鉀肥的影響不大，與本研究結(jié)果相反，這可能與本研究供試土壤有效磷含量偏高有關(guān)。

對(duì)于桔?？傇碥蘸?，氮的影響最為顯著，其次為鉀、磷。這可能是由于桔梗皂苷屬于三萜類化合物 (次生代謝產(chǎn)物)，而三萜類化合物合成是以碳水化合物作為底物，所以桔梗總皂苷含量與其碳代謝有密切的關(guān)系，根據(jù)C/N平衡假說，植物體內(nèi)碳水化合物含量升高，可使植物含氮量相對(duì)下降，引起非結(jié)構(gòu)碳水化合物過剩，從而促進(jìn)萜類物質(zhì)合成[14]。同時(shí)，本研究發(fā)現(xiàn)，氮鉀配施能顯著提高桔?？傇碥蘸?，這與張艷玲等[15]關(guān)于氮鉀配施對(duì)桔梗品質(zhì)影響的研究結(jié)果相一致。各營(yíng)養(yǎng)元素對(duì)桔梗植株多糖含量影響為磷>氮>鉀，而氮、磷對(duì)桔梗總黃酮積累表現(xiàn)出一定負(fù)效應(yīng)，其中氮肥對(duì)藥用植物黃酮類次生代謝產(chǎn)物的抑制作用在羽葉決明(Cassianictitoms)施肥研究[16]中也有發(fā)現(xiàn)。此外，桔梗產(chǎn)量與總黃酮含量呈負(fù)相關(guān)。因此，以黃酮類次生代謝物作為主要有效成分的藥用植物，要提高有效成分含量，其合理施肥配方是關(guān)鍵。

氮、磷、鉀是藥用植物生長(zhǎng)發(fā)育及其產(chǎn)量、品質(zhì)形成的主要的3種營(yíng)養(yǎng)元素，不同藥用植物對(duì)其需要量及其比例不同。不同肥力水平的土壤，肥料最佳施用量差別很大，因此，對(duì)藥用植物精準(zhǔn)施肥的研究不僅要注重產(chǎn)量，還要考慮如何提高次生代謝產(chǎn)物量。

4 結(jié)論

根據(jù)上述分析，本研究認(rèn)為施肥能顯著提高桔梗藥材產(chǎn)量，氮、磷、鉀元素對(duì)桔梗藥材產(chǎn)量影響依次為氮>鉀>磷；依據(jù)桔梗藥材產(chǎn)量及總皂苷含量提出桔梗合理施肥方案為N 150 kg·hm-2、P2O579.41 kg·hm-2、K2O 225 kg·hm-2。

致謝：誠(chéng)摯感謝黑龍江佳木斯大學(xué)王良信教授和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所褚天澤研究員對(duì)本文的悉心修改！

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