不同氮素供應(yīng)水平對菘藍生長及藥材質(zhì)量的影響

關(guān)佳莉 王 剛 張夢蕊 陳 曦 曹藝雯 唐曉清 王康才

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材研究所，江蘇 南京 210095)

氮素作為植物生長所必需的營養(yǎng)元素之一，是植物體內(nèi)葉綠素、蛋白質(zhì)、核酸和部分激素等物質(zhì)的組成成分，在藥用植物生長發(fā)育、產(chǎn)量與品質(zhì)的形成過程中發(fā)揮著重要作用[1]。菘藍(IsatisindigoticaFort.)是大宗藥材板藍根與大青葉的基原植物。過量施用氮肥是其栽培生產(chǎn)上存在的主要問題之一，不僅導(dǎo)致氮素利用效率下降、生產(chǎn)成本增加，引發(fā)生態(tài)環(huán)境污染等問題，而且會對藥材產(chǎn)量及藥用品質(zhì)產(chǎn)生不利影響[2-4]。因此，合理施用氮肥是獲取高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)藥材的重要環(huán)節(jié)，即對藥用植物而言，應(yīng)在不顯著降低其產(chǎn)量的條件下，適當(dāng)減少氮肥施用量，以保證藥材品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本和保護環(huán)境。

減量施氮對作物的影響已有大量報道。研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)減量施氮不僅未影響甘藍[5]、小麥[6]、水稻[7]等作物的產(chǎn)量，還減少了氮肥損失，提高了氮肥利用率。目前，有關(guān)菘藍營養(yǎng)生理的研究主要集中在氮素形態(tài)、施氮方式對其的影響[8-10]，而關(guān)于低氮營養(yǎng)下菘藍生長與活性成分積累響應(yīng)的研究尚鮮見報道。本研究采用盆栽試驗，研究不同供氮水平對菘藍生物量積累、光合參數(shù)、碳氮代謝及藥材質(zhì)量的影響，以期闡明菘藍對低氮環(huán)境的生理響應(yīng)，為生產(chǎn)實踐中科學(xué)合理施氮、獲取優(yōu)質(zhì)藥材提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為來自山西的菘藍栽培居群，經(jīng)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材研究所王康才教授鑒定為十字花科植物菘藍(IsatisindigoticaFort.)的角果(生產(chǎn)上稱為種子)。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年7-12月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室內(nèi)進行。采用育苗移栽方式，挑選籽粒飽滿、大小均勻的種子播于穴盤中，出苗后每10 d澆施一次1/4 Hoagland營養(yǎng)液(氮濃度為3.75 mmol·L-1)，每次500 mL?；A(chǔ)營養(yǎng)液中，大量元素與微量元素采用改良Hoagland營養(yǎng)液配方，基礎(chǔ)營養(yǎng)液pH值 6.0。待幼苗真葉長至4～5片時，選擇長勢基本一致的植株，轉(zhuǎn)移至盆栽(外口徑29.6 cm，底直徑 17.8 cm，高19.7 cm)中，栽培基質(zhì)由蛭石和珍珠巖(蛭石∶珍珠巖=2∶1)混合而成。每盆定苗5株。各處理重復(fù)8次，共40盆，隨機排列。播種40 d后開始處理，每隔7 d澆灌1次處理營養(yǎng)液，于2017年12月10日收獲。

試驗設(shè)5個氮素水平，分別為0(記作N0)、2.5(記作N1)、5.0(記作N2)、10.0(記作N3)、15.0 mmol·L-1(記作CK)。處理營養(yǎng)液均加入硝化抑制劑雙氰胺，用量為處理液中純氮含量的0.4%。不同處理中大量元素配比如表1所示。

表1 不同處理中大量元素配比Table 1 The major elements ratio in different treatments /(mmol·L-1)

注：“—”表示處理營養(yǎng)液中不含列表中對應(yīng)的化學(xué)成分。

Note: ‘—’ indicates that the chemical components in the nutrient solution are not included in the list.

1.3 測定指標(biāo)及方法

1.3.1 生物量測定 各處理隨機選取10株，清水洗凈后用滅菌的濾紙吸干水分，將地上部分與地下部分分開，根和葉均經(jīng)105℃殺青15 min，然后60℃烘干至恒重，分別稱量單株根與葉的干重。并將葉、根的干樣分別粉碎后過60目篩，備用。按照公式計算根冠比：

根冠比=單株根干質(zhì)量/單株葉干質(zhì)量

(1)。

1.3.2 游離氨基酸含量的測定 采用茚三酮顯色法[11]。分別稱取菘藍根、葉的干樣各0.1 g于試管中，每處理3次重復(fù)，加入10 mL蒸餾水，然后沸水浴20 min，冷卻后過濾，保留上清液。向沉淀中加入5 mL蒸餾水，然后沸水浴10 min，過濾并反復(fù)沖洗殘渣，合并2次的上清液并定容至25 mL。取4支潔凈干燥的試管，其中3支分別加入0.5 mL稀釋過的樣品提取液，1支加入0.5 mL蒸餾水，分別在上述4支試管中加入醋酸緩沖液、水合茚三酮各0.5 mL，混勻后蓋塞并沸水浴12 min，冷卻后再分別加入5 mL 95%乙醇，搖勻。以空白作參比，于波長570 nm下測定吸光度值，并計算游離氨基酸含量。

1.3.3 硝態(tài)氮含量的測定 采用水楊酸-硫酸法[11]。樣品提取步驟與游離氨基酸相同。吸取0.1 mL樣品液，加入0.4 mL 5%水楊酸-硫酸溶液，混勻后于室溫下放置20 min，緩慢加入9.5 mL 8% NaOH溶液，待冷卻至室溫后，以空白作參比，于410 nm波長下測定其吸光度值。用標(biāo)準(zhǔn)曲線上計算出0.1 mL樣品提取液中硝態(tài)氮含量，再計算樣品中的硝態(tài)氮含量。

1.3.4 可溶性糖含量的測定 采用蒽酮比色法[11]。樣品提取步驟與游離氨基酸相同。吸取稀釋過的樣品提取液0.5 mL于20 mL刻度試管中，重復(fù)3次，加入1.5 mL蒸餾水。然后加入0.5 mL蒽酮乙酸乙酯試劑，再緩慢加入5 mL濃硫酸，充分振蕩后立即放入沸水浴中準(zhǔn)確保溫1 min，(比色空白用2 mL蒸餾水與0.5 mL蒽酮試劑混合，并一同于沸水浴保溫)。取出后冷卻至室溫，以空白作參比，在630 nm波長下測定其吸光度值，并計算可溶性糖含量。

1.3.5 光合參數(shù)的測定 于晴朗、陽光充足的天氣，選擇菘藍植株由內(nèi)至外的第3片功能葉，于2017年12月9日上午9:00-11:00進行光合參數(shù)測定。采用 LI-6400便攜式光合作用測量系統(tǒng)(LI-COR公司，美國)測定葉片的凈光合速率(net photosynthetic rate，Pn)、氣孔導(dǎo)度(stomatal conductance，Gs)、胞間CO2濃度(intercellular CO2concentration，Ci)和蒸騰速率(transpiration rate，Tr)。測定時使用開放式氣路，采用紅藍光源，光通量密度為1 000 μmol·m-2·s-1。

1.3.6 葉中靛藍和靛玉紅含量的測定 參照2015年版《中華人民共和國藥典》[4]的方法提取菘藍葉中的靛藍、靛玉紅，應(yīng)用超高效液相色譜法測定其含量。色譜條件：Agilent 超高效液相色譜儀。流動相為v(甲醇)∶v(水)=72∶28；流速0.300 mL·min-1；檢測波長為289 nm；柱溫30℃；進樣體積2 μL。采用外標(biāo)法計算葉中靛藍和靛玉紅含量。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：準(zhǔn)確稱取靛藍和靛玉紅標(biāo)準(zhǔn)品各1.0 mg，用甲醇溶解后均定容至50 mL，搖勻后用孔徑0.45 μm微孔濾膜過濾。臨用前，用甲醇溶液采用逐級稀釋法將標(biāo)準(zhǔn)品母液配制成一系列質(zhì)量濃度的單標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)品溶液。分別吸取靛藍、靛玉紅標(biāo)準(zhǔn)品溶液各2 μL進行測定。以色譜峰面積為縱坐標(biāo)、濃度為橫坐標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合。靛藍標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=16.022x+21.742，r2=0.999 4(n=3)，線性范圍0～2 μg·mL-1；靛玉紅標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=157.32x-9.329 4，r2=0.999 8(n=3)，線性范圍0～10 μg·mL-1。

供試品溶液制備：準(zhǔn)確稱取0.25 g葉粉末于索氏提取器中，加入適量三氯甲烷，浸泡15 h，加熱回流提取至提取液無色?；厥杖軇┱舾?，殘渣加甲醇使其溶解，然后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，補充甲醇至刻度，搖勻，過濾，即得供試品溶液。

1.3.7 根中(R,S)-告依春含量的測定 參照2015年版《中華人民共和國藥典》[4]的方法提取菘藍根中的(R,S)-告依春，并采用高效液相色譜法測定其含量。色譜條件：HITACHI D2000高效液相色譜系統(tǒng)(日立公司，日本)。流動相為 v(甲醇)∶v(0.02%磷酸溶液)=20∶80；流速0.600 mL·min-1；檢測波長245 nm；柱溫30℃；進樣體積20 μL。采用外標(biāo)法計算根中(R，S)-告依春含量。

標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制：準(zhǔn)確稱取1.0 mg(R,S)-告依春標(biāo)準(zhǔn)品，用甲醇溶解并定容至25 mL，配制成40 μg·mL-1標(biāo)準(zhǔn)品母液。微孔濾膜(0.45 μm)濾過，備用。臨用前，用甲醇溶液采用逐級稀釋法將標(biāo)準(zhǔn)品母液配制成濃度分別為1.0、2.5、5.0、10.0、20.0、40.0 μg·mL-1的(R,S)-告依春標(biāo)準(zhǔn)品溶液，分別吸取20 μL進行測定。以色譜峰面積為縱坐標(biāo)、濃度為橫坐標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合。(R,S)-告依春標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=116.93x-10.091，r2=0.999 8(n=3)，線性范圍0～40 μg·mL-1。

供試品溶液制備：準(zhǔn)確稱取0.5 g根粉末于圓底瓶中，加入25 mL蒸餾水，稱定重量，煎煮2 h，待冷卻后稱定其重量，用水補足減失的重量，搖勻，濾過，取續(xù)濾液，即得供試品溶液。

1.3.8 葉中總黃酮含量的測定 準(zhǔn)確稱取0.100 0 g菘藍葉粉末，加入10 mL 70%乙醇，超聲波振蕩1 h后過濾，將濾液定容至25 mL，混勻。吸取2 mL濾液于試管內(nèi)，加入0.5 mL 50 g·L-1NaNO2，搖勻后靜置6 min，再加入0.5 mL 100 g·L-1Al(NO3)3，搖勻后靜置6 min，然后加入4 mL 40 g·L-1NaOH，最后用70%乙醇定容至10 mL。搖勻后靜置15 min，于510 nm波長下比色，測定吸光度值。以蘆丁為標(biāo)準(zhǔn)品繪制得到標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=0.003 7x+0.002 2，r2=0.999 5(n=3)，線性范圍0～40 μg·mL-1，計算葉中總黃酮含量。

1.3.9 數(shù)據(jù)處理與分析 采用 Microsoft Office Excel 2013、SPSS 20.0進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，多重比較采用Duncan′s新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同供氮水平對菘藍生物量積累的影響

由表2可知，隨著氮素濃度的增加，菘藍葉干重逐漸增加，其中CK顯著高于其他處理(P<0.05)。根干重隨著氮素濃度的增加而增加，但N0與N1之間、N3與CK之間均無顯著差異(P>0.05)。單株干重的變化規(guī)律與葉、根干重的變化趨勢基本一致，N0、N1、N2、N3處理的單株干重與CK相比，分別顯著降低了91.0%、82.4%、52.8%、14.6%。根冠比隨著氮素濃度的增加呈先增加后減少的趨勢，依次表現(xiàn)為N1>N2>N3>N0>CK。表明在低氮條件下，菘藍根與葉的生長均受到一定程度的抑制，氮素濃度降低到一定水平時促使植株的根冠比增加，對菘藍地下部分生長的促進作用大于地上部分。

2.2 不同供氮水平對菘藍可溶性糖、游離氨基酸、硝態(tài)氮含量的影響

由表3可知，N0處理下的菘藍葉中可溶性糖含量最高，且顯著高于其他處理(P<0.05)，隨著氮素濃度的增加，葉中可溶性糖含量呈先減少后增加的趨勢，而根中可溶性糖含量的變化規(guī)律與葉中存在差異；在N1～CK范圍內(nèi)，根中可溶性糖含量呈先增加后減少的趨勢，N2處理下根中可溶性糖含量顯著高于其他處理(P<0.05)，N0與N3之間無顯著差異。葉中游離氨基酸含量隨著氮素濃度的增加呈先增加后減少的趨勢，在N3處理下達到最大值，N3與CK間無顯著差異(P>0.05)；根中游離氨基酸含量變化趨勢與葉中相同，于N3處理下達到最大值。葉中硝態(tài)氮含量隨著氮素濃度的增加呈先減少后增加的趨勢，其中N3處理的硝態(tài)氮含量顯著低于其他處理；根中硝態(tài)氮含量變化趨勢與葉中一致，但同一氮素濃度下，葉中硝態(tài)氮含量均高于根。

表2 不同供氮水平對菘藍根與葉干重及根冠比的影響Table 2 Effect of different nitrogen levels on dry weight and root to shoot ratio of I. indigotica

注：同列不同字母表示各處理間在5%水平差異顯著。下同。

Note: Different letters in the same column indicate significant difference among different treatments at 0.05 level. The same as following.

表3 不同供氮水平對菘藍根與葉中可溶性糖、游離氨基酸、硝態(tài)氮含量的影響Table 3 Effect of different nitrogen levels on contents of soluble sugar, free amino acid and nitrate nitrogen in leaves and roots of I. indigotica /(mg·g-1DW)

2.3 不同供氮水平對菘藍光合參數(shù)的影響

由圖1可知，隨著氮素濃度的增加，菘藍葉片的Pn呈先升高后降低的趨勢，N2、N3、CK間差異不顯著，但均顯著高于N0、N1(P<0.05)；Gs也呈先升高后降低的趨勢；葉片Tr的變化規(guī)律與Gs一致；而Ci則呈逐漸降低的趨勢。表明氮素濃度過低不利于菘藍植株進行光合作用。

2.4 不同供氮水平對菘藍活性成分的影響

由表4可知，不同供氮水平對菘藍葉中靛藍、靛玉紅含量的影響存在差異。靛藍含量隨著氮素濃度的增加逐漸增加，N3和 CK下的靛藍含量均顯著高于其他處理(P<0.05)，但二者間無顯著差異。靛玉紅含量則隨著氮素的濃度增加呈先減少后增加的趨勢，低氮條件下的靛玉紅含量較高。根中(R,S)-告依春的含量隨著氮素濃度的增加呈先增加后減少的趨勢，在N3處理下達到最高。葉中總黃酮含量隨著氮素濃度的增加而逐漸減少，N0處理下達到最高，N0與N1間無顯著差異(P>0.05)，但二者的總黃酮含量均顯著高于其他處理(P<0.05)，且N2、N3、CK間無顯著差異(P>0.05)。

由表5可知，隨著氮濃度的增加，葉中靛藍、靛玉紅、總黃酮單株產(chǎn)量均呈上升的趨勢，且均在CK處理達到最高。與CK相比，N3處理下的靛藍、靛玉紅、總黃酮單株產(chǎn)量分別下降了23.4%、20.4%、15.4%；N0處理下的靛藍、靛玉紅、總黃酮單株產(chǎn)量分別下降了97.5%、89.7%、90.5%。根中(R,S)-告依春單株產(chǎn)量則隨著氮濃度的增加呈先增加再減少的趨勢，在N3處理下達到最高，與CK相比，N3處理的(R,S)-告依春單株產(chǎn)量增加了43.2%。

2.5 菘藍生物量與活性成分指標(biāo)間相關(guān)性分析

對各處理的菘藍生物量與活性成分指標(biāo)間進行Pearson 相關(guān)性分析。由表6可知，葉干重與根干重呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.991。葉干重與總黃酮含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.990。靛藍含量與靛玉紅、總黃酮含量之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.974、-0.969。綜上表明，氮素對于不同活性成分的調(diào)控特點存在差異。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。Note: Different lowercase letters indicate significant different at 0.05 level.圖1 不同供氮水平對菘藍光合參數(shù)的影響Fig.1 Effect of different nitrogen levels on photosynthetic parameters of I. indigotica

表5 不同供氮水平下菘藍主要活性成分的單株產(chǎn)量Table 5 The yield per plant of the main active components under different nitrogen levels

表6 菘藍生物量與活性成分指標(biāo)間相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis among biomasses and active components indexes in I. indigotica under different nitrogen levels

注：*表示在0.05水平相關(guān)性顯著；**表示在0.01水平相關(guān)性極顯著。

Note:*indicates correlation is significant at 0.05 level.**indicates correlation is extremely significent.

3 討論

3.1 菘藍生長對不同供氮水平的響應(yīng)

氮素是植物生長與代謝過程中的重要影響因子，氮素不足時植株矮小且生長緩慢，氮素充足時植株生長較為旺盛，但氮素過量會對生長產(chǎn)生不利影響[12]。研究表明，氮素對植物生物量積累和產(chǎn)量形成具有促進效應(yīng)。張云風(fēng)等[13]研究發(fā)現(xiàn)隨著氮濃度的增大，擬巫山淫羊藿的單株生物量和葉干重均顯著升高。盧麗蘭等[14]研究表明，高氮有利于廣藿香生長，可顯著提高其單株重量，這與本研究結(jié)果相同。本研究中，菘藍根與葉的干重均隨著氮素濃度的增加而增加，且CK的葉干重顯著高于其他處理，但CK的根鮮重、根干重與N3之間無明顯差異，表明適當(dāng)減少氮素供給，對菘藍根生物量積累影響較小，但氮素供應(yīng)過少會抑制根與葉的生物量積累。本研究還發(fā)現(xiàn)菘藍地上部分與根系在低氮營養(yǎng)下的響應(yīng)存在差異，其根冠比隨著氮素濃度增加呈先升高后降低的趨勢，在N1處理下達到最大值。這是由于在氮素供應(yīng)水平較低時，植物分配至地下部分的光合產(chǎn)物比例增加，相對提高根系生物量來適應(yīng)環(huán)境變化，以獲取更多養(yǎng)分，從而增大根冠比。低氮條件下，植株根冠比增加可能屬于植物耐氮素脅迫的機制之一。

3.2 菘藍碳氮代謝對不同供氮水平的響應(yīng)

供氮水平對于植物體的碳氮代謝也存在顯著影響。孫興祥等[15]研究表明，菠菜中的可溶性糖含量隨氮素濃度的降低呈上升趨勢；張梅等[16]研究發(fā)現(xiàn)甜菜生長發(fā)育前期，隨著施氮量的增加，葉片可溶性糖積累量整體上呈先降低后升高的趨勢，中期逐漸下降，這與本研究結(jié)果相似。本研究中，菘藍葉的可溶性糖含量隨著氮素濃度的增加而呈先減少后增加的趨勢，在N0處理達到最大值，根中可溶性糖含量在2.5～15.0 mmol·L-1范圍內(nèi)呈先升高后降低的趨勢。這可能是由于氮素濃度較高時，植株代謝較旺盛，大量可溶性糖轉(zhuǎn)化為碳架，導(dǎo)致可溶性糖含量下降。硝態(tài)氮和氨基酸含量在一定程度上可反映植物的氮素代謝情況。前人研究發(fā)現(xiàn)，低氮脅迫下，大豆葉與根系中硝態(tài)氮、游離氨基酸含量均低于正常氮素處理[17]，這與本研究結(jié)果相似。本研究中，菘藍葉與根中游離氨基酸含量變化趨勢一致，均隨著氮素濃度的增加而呈先增加后減少的趨勢，在N3處理下達到最大值；菘藍葉與根中的硝態(tài)氮含量則表現(xiàn)出先減少后增加的趨勢，N3處理的硝態(tài)氮含量顯著低于其他處理。氮素濃度較大時硝態(tài)氮含量低，可能是由于氮素濃度高，植物體內(nèi)氮代謝關(guān)鍵酶活性較高，促進了無機氮向有機氮的轉(zhuǎn)化，使得硝態(tài)氮的還原量大于吸收量。而在低氮條件下，氮代謝酶活性較低，硝態(tài)氮積累相對較多，導(dǎo)致其含量升高。同一供氮水平下葉中硝態(tài)氮含量高于根中硝態(tài)氮含量，可能是由于被吸收的硝態(tài)氮部分被根系直接轉(zhuǎn)化，大量硝態(tài)氮被轉(zhuǎn)移至葉片中。

3.3 菘藍光合參數(shù)對不同供氮水平的響應(yīng)

供氮水平對于植物的光合作用有較大影響。匡鶴凌等[18]研究表明，過低的氮素水平會導(dǎo)致喜樹幼苗光合作用能力下降；李強等[19]研究發(fā)現(xiàn)在低氮脅迫下，苗期玉米葉片的Pn、Gs、Tr顯著降低，Ci顯著增加。本研究中，菘藍的Pn、Tr、Gs均隨著氮素濃度的增加呈先升高后降低的趨勢，Ci呈逐漸降低趨勢，這與許楠等[20]的研究結(jié)果類似。植物碳代謝和氮代謝相互影響與制約，氮素供應(yīng)水平過高導(dǎo)致光合能力下降，可能是由于植物碳代謝與氮代謝均需要同化力及碳架。植物中氮素含量升高使氮同化作用增強，與光合碳同化競爭同化力，導(dǎo)致CO2同化速率降低。此外，氮同化加強后，呼吸作用向光合碳同化提供碳架的能力減弱，使CO2同化速率下降[17]。植物光合作用屬于碳代謝的一部分，與同化產(chǎn)物在植物體內(nèi)的分配與積累過程有一定內(nèi)在聯(lián)系。當(dāng)植物氮素缺乏時，葉片Pn較低，葉中可溶性糖含量積累較多；在氮素充足時，植物向葉片投入較多氮營養(yǎng)，促進光合能力的提高，植物對于營養(yǎng)的需求增加，進而向根系分配較多光合產(chǎn)物以促進根系生長，增強根系對氮素的吸收，植株氮代謝活動旺盛，硝態(tài)氮含量降低。影響植物光合作用的主要因素為氣孔限制和非氣孔限制，葉片Pn、Gs和Ci同時下降，說明Pn下降主要因為氣孔因素，而Pn、Gs下降、Ci升高說明非氣孔限制是Pn降低的主要限制因素[21]。本研究中，N0～N3范圍內(nèi)，隨著氮濃度的減小，菘藍Pn、Gs、Tr均降低，Ci呈升高趨勢，Pn與Tr、Gs均呈極顯著正相關(guān)，與Ci間呈顯著負(fù)相關(guān)，說明菘藍光合作用主要受非氣孔因素限制。

3.4 菘藍活性成分對不同供氮水平的響應(yīng)

藥用植物的藥效成分大多數(shù)為次生代謝產(chǎn)物。次生代謝產(chǎn)物是植物在與外界環(huán)境相互作用的過程中逐漸形成的，其形成除與遺傳因素有關(guān)外，主要還受到生態(tài)因子的影響[22]。氮素可能通過影響植物中的碳氮代謝，也可能通過影響次生代謝過程的酶系統(tǒng)等方面，來調(diào)控植物的次生代謝途徑，影響次生代謝產(chǎn)物含量[23]。兼顧藥用植物產(chǎn)量及品質(zhì)是生產(chǎn)實踐中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，施用氮肥應(yīng)考慮菘藍生長與其次生代謝產(chǎn)物積累的平衡。

大多數(shù)生物堿屬于含氮化合物，其代謝途徑較為復(fù)雜。研究發(fā)現(xiàn)氮素對于生物堿的生物合成與積累有促進作用。丁麗潔等[24]研究表明，在一定氮素濃度范圍內(nèi)，黃檗中小檗堿、藥根堿和掌葉防己堿均隨著氮素濃度增加而增加。朱孟炎等[25]研究表明，低氮水平下，長春花葉片中的文朵靈、長春質(zhì)堿、長春堿含量均顯著低于正常和高氮水平。本研究中，菘藍葉中靛藍含量隨著氮素濃度的增加逐漸增加，根中(R,S)-告依春含量隨著氮素濃度的呈先增后減少的趨勢，在N3處理下達到最高。但也有研究表明，氮素脅迫條件刺激了植物體內(nèi)某些次生代謝物質(zhì)的合成，使部分生物堿成分含量提高。孫世芹等[26]研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)偷{迫能夠顯著增加喜樹幼苗中的喜樹堿含量。本研究中，菘藍葉中靛玉紅含量隨著氮素濃度的增加表現(xiàn)出先減少后增加的趨勢。靛玉紅和靛藍屬于吲哚類生物堿，(R,S)-告依春為含硫類生物堿，這3類成分均為含氮次生代謝物。適當(dāng)?shù)牡毓?yīng)有利于菘藍中靛藍與(R,S)-告依春的積累，而低氮條件促進了靛玉紅含量增加。根中(R,S)-告依春單株產(chǎn)量在N3處理下達到最高，表明適當(dāng)降低施氮量，可以獲得活性成分含量較高的板藍根。通過調(diào)節(jié)氮素水平可以調(diào)控藥用植物部分次生代謝產(chǎn)物的水平，為生產(chǎn)上獲得高品質(zhì)藥材提供了可能的途徑。

氮素對黃酮類化合物的合成代謝過程也有一定調(diào)控作用。菘藍葉中總黃酮含量隨著氮素濃度的降低呈逐漸增加的趨勢，0～5 mmol·L-1氮濃度范圍內(nèi)的總黃酮含量顯著高于其他處理。研究表明，在低氮環(huán)境下，黃酮與異黃酮合成相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平升高，可以通過氮素來調(diào)控黃酮類化合物的含量[27]。L?vdal等[28]研究發(fā)現(xiàn)在低氮條件下，番茄葉片中黃酮成分槲皮素、山奈酚及鼠李素的含量均有所升高，這與本研究結(jié)果相似。Liu等[29]研究表明，缺氮可使菊花葉片的黃酮含量保持在較高水平；向達兵等[30]研究發(fā)現(xiàn)施氮會顯著降低苦蕎麥中的蘆丁含量，但對槲皮素含量無顯著影響。上述結(jié)果表明，降低氮素濃度有利于植物中黃酮類成分的合成。在低氮條件下，不同植物中生物堿與黃酮類成分的響應(yīng)存在差異，且菘藍中靛藍含量與靛玉紅、總黃酮含量之間均呈極顯著負(fù)相關(guān)，這可能與植物自身營養(yǎng)特性有關(guān)，也可能與次生代謝產(chǎn)物復(fù)雜的合成過程有關(guān)，但相關(guān)機制還有待進一步研究。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，氮素供應(yīng)水平對菘藍生長及藥材質(zhì)量有顯著影響。氮素濃度在0～5 mmol·L-1范圍內(nèi)，菘藍根與葉生物量積累及光合作用均受到一定程度的抑制。適當(dāng)?shù)牡毓?yīng)有利于菘藍中靛藍與(R,S)-告依春積累，而降低氮素濃度有利于增加靛玉紅與總黃酮含量。根中(R,S)-告依春單株產(chǎn)量在N3(10 mmol·L-1)處理下達到最高，可以通過適當(dāng)降低氮素濃度獲得活性成分含量較高的板藍根。在實際田間栽培生產(chǎn)中，為獲得產(chǎn)量穩(wěn)定、品質(zhì)較好的藥材，可以考慮適當(dāng)降低氮肥用量，調(diào)控菘藍部分次生代謝產(chǎn)物的水平，以獲得高品質(zhì)藥材，但具體減量施氮措施還有待進一步研究。