油用牡丹植株年生長(zhǎng)周期對(duì)微量元素吸收和積累規(guī)律的研究

劉 雙，吳安楠，李海波，王淑娟，魏麗萍，彭霞薇

（1.北京林業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083；2.山西潞安石圪節(jié)智華生物科技有限公司，山西 長(zhǎng)治 046299）

油用牡丹（Paeonia suffruticosaAndr.）屬毛茛科（Ranunculaceae）芍藥屬（Paeonia L.），是牡丹組植物中種籽出油率≥22%的牡丹品種的統(tǒng)稱，目前廣泛栽培的品種是鳳丹牡丹（Paeonia ostii T.Hong etJ.X.Zhang）和紫斑牡丹（Poeonia rocktii T.Hong etJ.J.Li）[1-2]。2011年，衛(wèi)生部發(fā)布《衛(wèi)生部關(guān)于批準(zhǔn)元寶楓籽油和牡丹籽油作為新資源食品的公告》[3]，將牡丹籽油批準(zhǔn)為新資源食品，這推動(dòng)了油用牡丹產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。牡丹籽油中不飽和脂肪酸的含量為 82.81%～93.23%，其中亞麻酸的含量為 32.72%～67.13%[4]，研究表明，亞麻酸具有抗氧化[5]、降血脂[6]、降血壓[7]等功能，因此牡丹籽油具有極高的食用價(jià)值。目前，油用牡丹已在我國山東、河南、甘肅等地大面積種植[8]，相關(guān)研究也在逐步開展。

微量元素包括硼、鉬、錳、鋅、銅、鐵、氯等礦質(zhì)元素，與氮、磷、鉀等大量元素相比，微量元素在植物體內(nèi)的含量比較少，但卻是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的礦質(zhì)元素，在多種代謝過程中起著關(guān)鍵作用。例如鋅元素是多種酶的組成成分和活化劑，缺鋅會(huì)造成葉片失綠，植株矮小[9]；鐵元素參與光合和呼吸等氧化還原過程，缺鐵會(huì)造成新葉失綠，植株生長(zhǎng)緩慢[10]。微量元素不僅與植株生長(zhǎng)緊密相關(guān)，還影響油料作物籽粒的產(chǎn)量和品質(zhì)[11]。杜欣誼等[12]研究表明，大豆中適量施入硼、鉬肥可以提高籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和脂肪含量。何沛等[13]研究表明，適量噴施硼可以保花促果，提高茶籽含油量。因此，充分掌握植物對(duì)礦質(zhì)元素的吸收規(guī)律對(duì)于科學(xué)指導(dǎo)施肥，保證植株健康生長(zhǎng)、種籽豐收具有重要作用。

目前，對(duì)于油用牡丹的研究主要集中在施肥方面，李敏[14]通過“3414”試驗(yàn)研究表明，氮、磷、鉀肥合理配施可以提高牡丹籽的產(chǎn)量；魏雙雨[15]研究表明，噴施鋅肥和硼肥能夠有效提高油用牡丹葉片的光合效率。但對(duì)于油用牡丹對(duì)礦質(zhì)元素的吸收規(guī)律的基礎(chǔ)理論研究較少，有關(guān)油用牡丹對(duì)微量礦質(zhì)元素吸收規(guī)律的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究以5年生油用牡丹‘鳳丹’為供試品種，對(duì)其年生長(zhǎng)周期不同器官對(duì)于微量元素（Cu、Fe、Zn、Mn、B、Mo）的吸收和積累規(guī)律進(jìn)行研究，明確油用牡丹發(fā)育過程中各種微量元素的變化規(guī)律，探究植株各微量元素含量之間可能存在的相關(guān)性，為油用牡丹合理施用微量元素肥料提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)樣地位于山西省長(zhǎng)治地區(qū)油用牡丹種植基地，地理坐標(biāo)為 112°58′26″E，36°27′73″N，海拔 1000m。 屬大陸性溫帶季風(fēng)氣候，年均降水量550mm，品種為鳳丹牡丹，土壤為黃壤土，田間管理良好。采用五點(diǎn)取樣法對(duì)試驗(yàn)地土壤（0～20cm）進(jìn)行理化性質(zhì)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果為：pH值為7.66，含水量為13.36%，有機(jī)質(zhì)含量為10.79g·kg-1，全 N 含量為 0.66g·kg-1，有效 P 含量為 13.41mg·kg-1，速效 K 含量為 365.44mg·kg-1，有效 Cu 含量為 0.65mg·kg-1，有效 Mn 含量為 17.76mg·kg-1，有效 Zn 含量為 0.31mg·kg-1，有效 B 含量為 0.45mg·kg-1，有效 Mo 含量為 0.04mg·kg-1，有效 Fe 含量為 5.35mg·kg-1。

1.2 樣品采集與處理

設(shè)置3個(gè)樣地，以5年生油用牡丹‘鳳丹’為試驗(yàn)材料，每個(gè)時(shí)期在每個(gè)樣地各選取生長(zhǎng)良好、無病蟲害、長(zhǎng)勢(shì)一致的標(biāo)準(zhǔn)株5株，分別于休眠期（1月12日）、大風(fēng)鈴期（4月12日）、盛花期（5月12日）、果莢發(fā)育期（6月12日）和種籽成熟期（8月12日）挖取植株。采用植株挖掘和分解取樣的方法，即植株整體挖出后，按葉片、新枝、老枝、果莢、根進(jìn)行分解，用自來水沖洗干凈后，再用去離子水沖洗3次，將植株各部分置于105℃下殺青30min后于80℃下恒溫烘干至恒重，稱量其干質(zhì)量后粉碎過篩，再將每個(gè)樣地5株植株的樣品混合為一個(gè)樣品用于各微量元素的測(cè)定。樣品采取微波消解法[16]進(jìn)行消解：稱取0.5g樣品放置于微波消解罐中，加10mL硝酸，加蓋放置1h，旋緊罐蓋，按照消解程序進(jìn)行消解。待冷卻后取出，排氣，轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，定容，同時(shí)做空白對(duì)照。消解程序：25min內(nèi)，從室溫上升至185℃，保持30min。

1.3 儀器與試劑

儀器：Elan DRC-e電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 （美國Perkin Elmer公司）；OPTIMA 5300DV電感耦合等離子體光譜儀（美國Perkin Elmer公司）；Mettler AE200電子天平（梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司）；Mars6微波消解儀（美國CEM公司）。

試劑：Cu、Zn、Fe、B、Mn、Mo 單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1000mg·L-1）和內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液 Ge、In（100μg·mL-1）均購于國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；硝酸為優(yōu)級(jí)純；超純水（電導(dǎo)率≥18.2MΩ·cm-1）。

1.4 方法

1.4.1 儀器工作條件 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：射頻功率1500W，等離子氣流量15L·min-1，輔助氣流量0.4L·min-1，霧化氣流量0.8L·min-1，采樣深度10mm，重復(fù)次數(shù)3次。電感耦合等離子體光譜儀：射頻功率1150W，等離子氣流量15L·min-1，輔助氣流量0.5L·min-1，霧化氣流量0.65L·min-1，水平觀測(cè)，分析譜線波長(zhǎng)Fe 239.940nm，B 249.677nm，Mn 257.610nm，Mo 202.031nm。

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制 將各元素儲(chǔ)備液與內(nèi)標(biāo)液分別用5%硝酸逐級(jí)稀釋為標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，在1.4.1儀器工作條件下，混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定，以各元素的濃度為橫坐標(biāo)，各元素與其內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號(hào)值的比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；標(biāo)準(zhǔn)溶液系列用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定，以各元素的濃度為橫坐標(biāo)，其分析譜線強(qiáng)度響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)r2>0.999。

1.4.3 微量元素含量測(cè)定 按照1.4.1條件，消解后的樣品采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法 （ICP-MS）測(cè)定其Cu、Zn 含量[17]，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）測(cè)定其 Fe、Mn、B、Mo 含量[18-19]。

植株各器官微量元素積累量=微量元素含量（mg·kg-1）×器官干質(zhì)量（kg·株-1）

地上部分微量元素積累量是葉片、新枝、老枝和果莢微量元素積累量相加的和，地下部分元素積累量是根的微量元素積累量。

整株微量元素積累量=地上部分微量元素積累量+地下部分微量元素積累量

微量元素吸收量為不同取樣時(shí)期元素積累量的差值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與相關(guān)性分析，并用最小顯著差數(shù)法（LSD）采用單因素方差分析進(jìn)行多重比較（顯著性水平p＜0.05，極顯著水平p＜0.01），繪圖采用MicrosoftExcel軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 油用牡丹植株微量元素積累量的年周期變化規(guī)律

油用牡丹植株中Cu、Mn、Zn、B、Mo、Fe等微量元素積累量的年周期變化情況如圖1。5年生油用牡丹 ‘鳳丹’整株植株對(duì)于Fe的積累量最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他5種微量元素，從休眠期到種籽成熟期，積累量從30.66mg·株-1增加到53.84mg·株-1；B、Mn、Zn的積累量次之，從休眠期到種籽成熟期，積累量分別從0.83，0.88，1.21mg·株-1增加到 5.96，3.78，3.75mg·株-1；Cu 的積累量再次， 積累量從 0.39 mg·株-1增加到 1.71 mg·株-1；Mo 的積累量最小，從休眠期到種籽成熟期，積累量從0.05mg·株-1增加到0.73mg·株-1。

油用牡丹整株植株微量元素的積累量隨時(shí)間的增加而增加，在種籽成熟期達(dá)到最大。Cu、B、Mo的地上部分積累量不斷增加，說明這3種微量元素不斷從根部向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)；從大風(fēng)鈴期到盛花期，Mn、Zn、Fe的地上部分積累量減少，說明此時(shí)期這3種微量元素從地上部分向根部轉(zhuǎn)移。Cu、Mo的地下部分積累量不斷增加，說明Cu、Mo在根中連續(xù)積累；Mn、Fe的地下部分積累量在休眠期到大風(fēng)鈴期和盛花期到果實(shí)發(fā)育期降低，說明在已根部積累的Mn、Fe在這兩個(gè)時(shí)期發(fā)生轉(zhuǎn)移，用于植株地上部分的生長(zhǎng)發(fā)育；Zn、B的地下部分積累量分別在盛花期到果莢發(fā)育期、大風(fēng)鈴期到盛花期出現(xiàn)降低。

2.2 油用牡丹各器官微量元素含量和積累量的年周期變化規(guī)律

油用牡丹在不同生長(zhǎng)時(shí)期植株各器官中微量元素含量和積累量的測(cè)定結(jié)果分別見表1和表2。

2.2.1 葉片中微量元素的含量和積累量 在年生長(zhǎng)周期中，油用牡丹葉片中Cu、Zn的含量呈下降趨勢(shì)，在大風(fēng)鈴期含量最高，分別為17.76mg·kg-1和56.98mg·kg-1。葉片中B、Mo、Fe的含量先增加后減少，其中Mo的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他元素，在果莢發(fā)育期含量最低，為2.77mg·kg-1；Fe的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他元素，在盛花期含量最高，為432.42mg·kg-1。Mn的含量先降低后增加，在種籽成熟期積累量達(dá)到最大，為1.97mg·株-1。

2.2.2 新枝中微量元素的含量和積累量 在年生長(zhǎng)周期中，油用牡丹新枝中Cu、Mn、Zn的含量呈下降趨勢(shì)，均在大風(fēng)鈴期含量最高，分別為 14.69，15.38，29.59mg·kg-1，與葉片相比，新枝中 Mn、Zn 的含量較低；B、Fe的含量先增加后減少，隨著新枝干質(zhì)量的增加，在種籽成熟期積累量達(dá)到最大，分別為0.74mg·株-1和4.18mg·株-1；Mo的含量變化不大，在種籽成熟期含量和積累量最高，分別為2.96mg·kg-1和0.10mg·株-1。

圖1 油用牡丹植株中微量元素積累量的年周期變化情況Figure 1 Annual changes of microelement accumulation in P.suffruticosa plants

2.2.3 老枝中微量元素的含量和積累量 在年生長(zhǎng)周期中，與新枝相比，老枝中Fe的含量較高，在盛花期含量最高，為 576.56mg·kg-1；Mn、B、Mo 的含量呈上升趨勢(shì)，在休眠期積累量最低，分別為 0.35、0.38、0.02mg·株-1，其中休眠期Mo的含量遠(yuǎn)小于其他時(shí)期；Cu的含量呈先增加后降低的趨勢(shì)，在盛花期含量和積累量最高，分別為8.63mg·kg-1和 0.35mg·株-1；Zn 的含量呈波動(dòng)變化，最低和最高含量分別為 17.64mg·kg-1和 23.98mg·kg-1。

2.2.4 根中微量元素的含量和積累量 在年生長(zhǎng)周期中，油用牡丹根中6種微量元素的含量呈波動(dòng)變化，Cu、Mn、Zn的含量在果莢發(fā)育期最低，分別為 4.44，10.11，7.75mg·kg-1；B、Mo元素的含量在休眠期最低，與老枝一致，分別為 11.31mg·kg-1和 0.81mg·kg-1；Fe 元素的含量在種籽成熟期最低，為 265.95mg·kg-1。 根中 Cu、Mn、Zn、B、Mo、Fe元素的積累量總體增加趨勢(shì)，在種籽成熟期積累量達(dá)最大值，分別為0.50，0.88，1.02，1.52，0.23，22.26mg·株-1，說明6種微量元素開始在根部積累。

表1 油用牡丹不同發(fā)育時(shí)期各器官中微量元素含量的測(cè)定結(jié)果Table 1 Determination results of contents of microelements in organs of P.suffruticosa during different development stages mg·kg-1

2.2.5 果莢中微量元素的含量和積累量 在果莢發(fā)育期至種籽成熟期，油用牡丹果莢中的Cu、Zn元素的含量增加，Mn、B、Mo、Fe 元素的含量降低，但因果莢迅速膨大，干質(zhì)量增加，因此 Cu、Mn、Zn、B、Mo、Fe 元素的積累量不斷增加，在種籽成熟期積累量達(dá)到最大值，分別為 0.49，0.37，0.65，1.18，0.12，3.08mg·株-1。

表2 油用牡丹不同發(fā)育時(shí)期各器官中微量元素積累量的測(cè)定結(jié)果Table 2 Determination results of accumulation of microelements in organs of P.suffruticosa during different development stages mg·株-1

2.3 油用牡丹植株對(duì)微量元素吸收量的年周期變化規(guī)律

由圖2可知，在年生長(zhǎng)周期，單株油用牡丹對(duì)微量元素Cu、Mn、Zn、B、Mo、Fe的吸收量總和分別為1.32，2.90，2.54，5.13，0.68，23.18mg， 微量元素年吸收量的大小順序?yàn)?Fe＞B＞Mn＞Zn＞Cu＞Mo， 年吸收量之比約為34∶7.5∶4.3∶3.7∶2∶1，油用牡丹植株每個(gè)時(shí)期對(duì) Fe的吸收量遠(yuǎn)超于其他 5 種微量元素。 從休眠期（1 月）～大風(fēng)鈴期（4月），油用牡丹植株對(duì)Cu、Fe的吸收量分別為0.69mg·株-1和10.99mg·株-1，此時(shí)期是油用牡丹植株Cu、Fe吸收最快的時(shí)期，也就是Cu、Fe的吸收活躍期；從盛花期（5月）～果莢發(fā)育期（6月），是Mn、B、Mo的吸收活躍期，吸收量分別為 1.04，2.62，0.26mg·株-1；Zn 的吸收活躍期是從果莢發(fā)育期（6 月）～種籽成熟期（8 月），吸收量為0.99mg·株-1。

2.4 油用牡丹植株微量元素間的相關(guān)性分析

由表3可知，油用牡丹植株體內(nèi)Mo的積累量與Cu、Mn、B的積累量呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01），與Fe的積累量呈顯著正相關(guān)（p＜0.05）；Cu的積累量與Zn、B的積累量呈顯著正相關(guān)（p＜0.05）；Mn的積累量與B的積累量呈極顯著正相關(guān)（p＜0.01），其它微量元素的積累量呈正相關(guān)，但均未達(dá)到顯著相關(guān)。

圖2 油用牡丹植株對(duì)微量元素吸收量的年周期變化情況Figure 2 Annual changes of microelements absorption in P.suffruticosa plants

表3 油用牡丹植株微量元素積累量間的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of microelements accumulation in P.suffruticosa plants

3 討論與結(jié)論

研究結(jié)果表明，5年生油用牡丹‘鳳丹’植株在年生長(zhǎng)周期中，不同器官中微量元素的含量與積累量呈現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。油用牡丹植株體內(nèi)Fe的積累量與含量最高，B、Mn等5種微量元素的積累量均小于Fe。這與油茶樹體對(duì)微量元素的積累有所差異，曹永慶等[20-21]研究表明，5年生油茶樹體中錳元素的積累量最高，根中鐵元素的含量高于其他微量元素，葉片與新梢中的錳元素含量高于鐵元素。油用牡丹新生器官葉片中的Cu、Mn的含量呈下降趨勢(shì)，原因可能是葉片中的這兩種元素向其他部位持續(xù)轉(zhuǎn)運(yùn)以保證植株正常生長(zhǎng)；B、Mo、Fe的含量在大風(fēng)鈴期到盛花期呈上升趨勢(shì)，原因是這3種微量元素從其他器官向葉片中轉(zhuǎn)運(yùn)來為葉片的快速生長(zhǎng)提供能量。年生長(zhǎng)周期，隨著葉片干質(zhì)量的增加，微量元素積累量逐漸增加，在種籽成熟期或者果莢發(fā)育期積累量最大（Zn 除外），說明葉片中 Fe、Cu、Mn、Mo、B 被固定，用于光合作用[22]、糖代謝[23]和新生器官的發(fā)育[24]等。葉片中Zn的含量和積累量呈下降趨勢(shì)，而油茶葉片中的鋅元素呈上升趨勢(shì)[20，25]，其原因可能是元素間的拮抗作用，某種元素含量過高而抑制鋅元素的吸收；也可能是由于種植地為偏堿性土壤（pH值為7.2～8.0），土壤中有效鋅含量不高，當(dāng)植株生長(zhǎng)迅速時(shí)，易造成新梢葉片缺鋅，在堿性土壤中種植的果樹和禾谷作物中極易出現(xiàn)這種現(xiàn)象[26]，具體原因還有待于進(jìn)一步研究。在果莢發(fā)育期后，根中6種微量元素的積累量增加，說明其開始在根部積累，為油用牡丹安全過冬儲(chǔ)存營(yíng)養(yǎng)。

5年生油用牡丹‘鳳丹’植株在年生長(zhǎng)周期中，對(duì)微量元素年吸收量的大小依次為Fe＞B＞Mn＞Zn＞Cu＞Mo，吸收量分別為 23.16，5.13，2.90，2.54，1.32，0.68mg·株-1， 吸收量之比約為 34∶7.5∶4.3∶3.7∶2∶1。 Cu、Fe 的吸收活躍期在休眠期（1月）到大風(fēng)鈴期（4月），Mn、B、Mo的吸收活躍期在盛花期（5月）到果莢發(fā)育期（6月），Zn的吸收活躍期在果莢發(fā)育期（6月）到種籽成熟期（8月）。何沛等[13]研究表明油茶適量噴施硼、錳、鉬、銅等微量元素可以保花保果，同時(shí)提高油茶種子產(chǎn)量和含油率。王利紅等[27]研究表明硼鉬鋅配施可以提高油菜籽的產(chǎn)量和含油率，菜籽油中油酸含量升高，改善了油的品質(zhì)。因此，根據(jù)油用牡丹植株體內(nèi)微量元素吸收規(guī)律，應(yīng)注意微量元素肥料的合理配比和施用時(shí)期，建議在開花前適當(dāng)噴施含有Mn、B、Mo的葉面肥，在花落后適當(dāng)噴含有Zn的葉面肥，有利于油用牡丹植株對(duì)于微量元素的吸收與利用，提高光合作用，改善植株生長(zhǎng)狀況，有助于種籽產(chǎn)量與含油率的提高；在冬肥時(shí)適量增加Cu、Fe肥料的施入，有利于油用牡丹植株對(duì)兩種微量元素的吸收與利用。

相關(guān)性分析表明，Mo的積累量與Cu、Mn、B、Fe的積累量呈極顯著或顯著正相關(guān)，Cu的積累量與Zn、B的積累量呈顯著正相關(guān)，Mn的積累量與B的積累量呈極顯著正相關(guān)。研究表明，植物體對(duì)于微量元素的吸收是一個(gè)復(fù)雜的過程，受土壤、品種、施肥等多種因素影響，植物體內(nèi)元素間的拮抗作用或者促進(jìn)作用也是重要影響因素之一[28]。龍偉等[29]研究表明，油茶葉片中微量元素鎂與鋅呈顯著負(fù)相關(guān)。BIACS等[30]研究表明，胡蘿卜體內(nèi)鐵、鋅元素的吸收與磷元素的吸收之間存在著拮抗作用。此外，微量元素的吸收與種籽的產(chǎn)量和含油率有關(guān)。魏雙雨[15]研究表明，適量噴施鐵肥可以提高油用牡丹種籽的產(chǎn)量和不飽和酸的含量。閆曉艷等[31]研究表明，大豆增施鋅、鎂、銅等微量元素肥料可以提高大豆產(chǎn)量和脂肪含量。因此，油用牡丹在施肥時(shí)，應(yīng)充分考慮微量元素間的促進(jìn)或拮抗效應(yīng)，注意鉬、銅、錳肥料的合理配施，保證油用牡丹植株對(duì)于營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，為提高種籽產(chǎn)量和含油率提供條件。

綜上所述，油用牡丹植株在生長(zhǎng)過程中對(duì)6種微量元素的吸收與積累規(guī)律有所差異，部分微量元素的積累量具有顯著或者極顯著關(guān)系，為油用牡丹微量元素肥料的合理施用提供一定的參考依據(jù)。但對(duì)于油用牡丹植株體內(nèi)微量元素吸收的促進(jìn)作用及其機(jī)制也需進(jìn)一步研究，因此，對(duì)于微量元素吸收與種籽產(chǎn)量、含油率之間的關(guān)系還有待于深入研究。