渥丹百合農(nóng)藝性狀及活性成分對鉀元素的響應(yīng)

王云霞，張萍，葛蓓蕾，雅蓉，楊英，靳磊

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川750021）

隨著保健食品的興起，百合（Liliumspp.）這一藥食同源植物越來越受大眾的喜愛［1］。百合屬植物在全球有100多種，主要分布在亞洲、歐洲和北美洲等地區(qū)。中國是百合種類分布最多的國家，也是世界百合起源的中心，擁有極其豐富的種質(zhì)資源，以四川、云南分布最多，其次是陜西、甘肅等地［2-3］。據(jù)現(xiàn)存最早的一部本草專著《神農(nóng)本草經(jīng)》上記載百合有清肺潤燥、滋陰、消熱等功效［4］。然而目前規(guī)?；耘嗟氖秤冒俸蟽H有蘭州百合（Lilium davidii）、卷丹百合（Lilium lancifolium）和龍牙百合（Lilium brow nii）［5］。大量研究表明多種野生百合中同樣含有大量的活性功能成分［6-7］，因此如何實現(xiàn)這些野生百合資源的有效開發(fā)是當(dāng)前百合研究人員的首要任務(wù)。

渥丹百合（Lilium concolor）是百合科（Lilicaeae）百合屬（Lilium）多年生草本植物，生于山地草甸、林緣中，在我國擁有十分豐富的野生資源［8］。其花和鱗莖中富含蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等多種人體需要的營養(yǎng)物質(zhì)［9］。研究表明，渥丹百合的主要次生代謝產(chǎn)物有多糖、皂苷及酚類物質(zhì)，具有抗氧化、降血脂、抗菌消炎以及免疫調(diào)節(jié)等功效［10-13］。已有學(xué)者對渥丹百合的藥理方面進行了研究，渥丹百合中總酚、總黃酮含量較高，具有超越或媲美3個傳統(tǒng)食用百合種和品種的食用營養(yǎng)價值，是發(fā)展食用百合新品種的優(yōu)良材料［14-18］。但渥丹百合只在東北少數(shù)地區(qū)有小面積種植，對于其品質(zhì)受采收時期和礦質(zhì)元素影響的研究較少，這限制了渥丹百合資源的充分開發(fā)利用。

前人研究表明，鉀元素是影響食用百合產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素之一，適宜的施鉀量不僅能提高百合產(chǎn)量，還可以改善其品質(zhì)［19-20］。林玉紅［21］通過研究蘭州百合發(fā)現(xiàn)，總糖和粗淀粉含量均與施鉀量呈顯著正相關(guān)。截至目前，食用百合品質(zhì)的研究主要集中在可溶性糖、粗淀粉、粗纖維等基本營養(yǎng)成分上，而總酚、皂苷、多糖作為主要活性物質(zhì)，研究并不深入，尤其是鉀元素對其百合活性成分的影響。因此，本研究探討在相同的氮磷水平下，以渥丹百合為試驗材料，用不同水平鉀元素處理，研究其生長發(fā)育及鱗莖中活性成分，旨在揭示不同生育期鉀濃度對活性成分積累及生長的影響，從而確定最優(yōu)的施鉀肥水平，為渥丹百合的合理栽培提供理論依據(jù)，同時為探索野生百合人工馴化栽培技術(shù)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年4-11月在寧夏大學(xué)農(nóng)科實訓(xùn)基地玻璃溫室進行，地處北緯38°30′16″，東經(jīng)106°7′38″。室內(nèi)平均溫度24℃，自然光照時長每天達10 h以上。溫度高于30℃開始采取開窗通風(fēng)、打開遮陽網(wǎng)、風(fēng)機、地面噴水等方式降溫，空氣相對濕度在70%～80%。供試基質(zhì)為草炭和珍珠巖（2∶1）。

1.2 試驗設(shè)計

以渥丹百合為試驗材料，種球購自中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，周徑12～13 cm。采用Hoagland營養(yǎng)液澆灌技術(shù)，設(shè)5個鉀濃度梯度，分別為：K0，營養(yǎng)液中不含K+；K1，1/2 K+；K2，1 K+；K3，3/2 K+；K4，2 K+。由于Hoagland配方中N元素來自兩種以上物質(zhì)，因此本試驗在和Hoagland營養(yǎng)液中離子配平的條件下使用碳酸氫銨（N）、氯化鉀（K）、磷酸二氫鈉（P），配平后的濃度見表1。采用單因子完全隨機設(shè)計，共5個處理，每處理24盆。選用20 cm×20 cm的塑料花盆，盆缽內(nèi)裝基質(zhì)3 kg進行百合栽種，每盆栽種1個種球，深度約10 cm左右，3～5 d澆去離子水一次。在渥丹百合幼苗期（4月18日）澆灌不同鉀濃度營養(yǎng)液，每盆澆灌營養(yǎng)液400 mL，分兩次澆灌。除鉀濃度不同外，澆水、光照等日常管理措施一致。分別于現(xiàn)蕾期（5月2日）、開花期（6月12日）、半枯期（10月3日）、全枯期（11月8日）對不同處理下的渥丹百合進行采樣，測定株高、莖粗、地下鱗莖周徑、葉片數(shù)、葉綠素含量，將鱗莖帶回實驗室用自來水沖洗，50℃烘箱烘干后粉碎，過0.25 mm篩備用。

表1 不同水平鉀濃度對渥丹百合幼苗的處理Table 1 Different levels of potassium concentration were used for the treatment of L.concolor seedling（mg·L-1）

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀的測定 每處理隨機取樣，用直尺及游標(biāo)卡尺測量株高（從基部到其頂部的距離）、莖粗（基部節(jié)間處）、地下鱗莖周徑（皮尺在鱗莖表面環(huán)繞一周）；數(shù)葉片數(shù)；用葉綠素計SPAD-502Plus（北京海天友誠科技有限公司）測葉片的葉綠素含量。

1.3.2 渥丹百合提取液的制備 稱取0.50 g鱗莖干粉放入50 mL離心管中，加入10 mL甲醇溶液，封口后于50℃下超聲提取30 min，于4℃離心10 min（10000 r·min-1），收集上清液于15 mL離心管中，避光保存至4℃冰箱，用于活性物質(zhì)的測定。

1.3.3 渥丹百合活性物質(zhì)含量的測定 采用硫酸-苯酚法測定多糖含量［22］；采用福林-肖卡法測定總酚含量［23］；采用硝酸鈉-氯化鋁法測定總黃酮含量［24］；采用香草醛-硫酸法測定皂苷含量［25］。

1.3.4 渥丹百合全鉀含量的測定 采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度計法測定全鉀含量［26］。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有試驗重復(fù)3次，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示，用Excel 2010軟件進行處理數(shù)據(jù)，采用SPSS 19.0進行統(tǒng)計分析，利用單因素方差分析（ANOVA）和多重比較（Duncan）進行差異顯著性分析，采用Pearson相關(guān)系數(shù)進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀濃度對渥丹百合農(nóng)藝性狀的影響

如表2所示，不同鉀濃度處理對渥丹百合農(nóng)藝性狀的影響差異顯著（P＜0.05），表現(xiàn)為隨鉀濃度的增加呈先增加后降低趨勢。渥丹百合現(xiàn)蕾期株高和莖粗在K3水平達最大值，說明現(xiàn)蕾期地上部生長所需養(yǎng)分主要是由鱗莖提供，不僅僅靠根系吸收外界養(yǎng)分。葉片數(shù)在K2水平達最大值（112.50個），較K0提高了8.17%，之后下降，K3水平降幅最大，為11.54%，且與K0差異顯著。葉綠素含量在K4水平最大，鱗莖周徑在K1水平達最大值，較K0提高了11.96%，表明現(xiàn)蕾期鱗莖以消耗養(yǎng)分為主，對鉀素的響應(yīng)不顯著。

表2 不同處理下渥丹百合農(nóng)藝性狀的動態(tài)變化Table 2 Dynamic changes of agronomic characters of L.concolor under different treatments

開花期不同鉀濃度處理下，渥丹百合株高呈先升后降趨勢，各處理均高于不施鉀，增幅在3.83%～5.11%。莖粗在K1水平達最大值（7.49 mm），與K0相比差異顯著。K2水平葉片數(shù)最大，較K0提高了5.34%，之后下降至K4，降幅為5.95%，各處理下葉片葉綠素含量均有優(yōu)于K0的趨勢，鱗莖周徑大小隨鉀濃度的增加而增加，增幅在2.34%～18.91%。開花期鱗莖周徑是整個生育期最小的，是鱗莖由消耗養(yǎng)分轉(zhuǎn)為貯藏養(yǎng)分的轉(zhuǎn)折期，此時鉀素可以促進鱗莖膨大。

半枯期，不同鉀濃度處理下渥丹百合株高均優(yōu)于K0水平，K4時達最大值79.40 cm，較K0提高了17.89%。莖粗對鉀濃度的響應(yīng)變化呈先降后升再降趨勢，K3水平達最大值7.90 mm，K4時降幅顯著，為6.79%。葉片數(shù)在半枯期隨鉀濃度增加而減少，且變化差異顯著，葉綠素含量在K4水平降幅最大，為24.99%，說明鉀素可以促進葉片衰老，促進植株地上部枯萎。鱗莖周徑隨鉀濃度增加呈先升后降趨勢，各處理均高于K0水平，這表明適宜的鉀濃度可以促進渥丹百合鱗莖膨大，增加鱗莖周徑，可為增產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

全枯期不同鉀濃度水平下，渥丹百合株高與莖粗變化趨勢一致，且與K0相比均達到顯著水平，增幅分別在3.95%～24.59%、34.00%～66.00%，鱗莖周徑大小與鉀濃度的關(guān)系無明顯規(guī)律。全枯期渥丹百合各器官衰老，植株枯萎，鱗莖周徑對鉀濃度的響應(yīng)不顯著。

2.2 鉀濃度對渥丹百合鱗莖中活性成分積累的影響

如圖1所示，不同生育期渥丹百合鱗莖中活性成分對鉀濃度的響應(yīng)差異顯著（P＜0.05）?，F(xiàn)蕾期和開花期，渥丹百合鱗莖中多糖（圖1A）含量均隨鉀濃度增加呈先升后降趨勢，在K1水平下效果顯著，較不施鉀K0提高了16.19%、81.12%，之后下降，且多糖含量均低于K0，降幅在5.83%～98.67%。半枯期各施鉀水平下多糖含量在K4時達最大值，是K0的2.87倍，這表明在鱗莖膨大時鉀素可以促進多糖積累。全枯期多糖含量對鉀濃度的響應(yīng)不顯著。

渥丹百合鱗莖中總酚含量的變化如圖1B所示，現(xiàn)蕾期呈先降后升趨勢，K1水平下降了9.28%，K2時增加，但較K0不顯著，K4時總酚積累最多（6.66 mg·g-1），較K0增加了13.07%。開花期，鱗莖中總酚含量在K1水平達最大值4.56 mg·g-1，較K0提高了68.27%。半枯期，總酚含量隨鉀濃度增加呈“N”字形趨勢，其中K4水平達最大值，且差異顯著，是不施鉀K0的4.33倍。全枯期，K1水平時總酚積累最多，但與K0相比未達到顯著水平，之后下降，K4水平時降幅最大，為43.56%。

總黃酮對鉀濃度的響應(yīng)差異顯著（P＜0.05），在現(xiàn)蕾期其隨鉀濃度增加呈先升后降趨勢（圖1C），總黃酮含量在2.76～4.30 mg·g-1。與K0相比，K3水平效果顯著，增幅為55.80%，這表明適宜鉀素有利于渥丹百合鱗莖中總黃酮的積累。開花期，鱗莖中總黃酮含量在2.37～3.01 mg·g-1。各處理均優(yōu)于K0水平，但差異不明顯，K3水平達最大值3.01 mg·g-1，較K0提高了10.26%。半枯期，隨鉀濃度增加總黃酮含量增加，K4水平是K0的5.79倍。這表明半枯期鱗莖膨大時，鉀素可以促進總黃酮積累。全枯期，總黃酮含量隨鉀濃度增加表現(xiàn)為先增后降趨勢，K2水平增幅最大，為62.75%。在整個生育期，鱗莖中總黃酮含量總體呈增加趨勢，說明鉀素有利于總黃酮的積累。

現(xiàn)蕾期，渥丹百合鱗莖中皂苷（圖1D）含量對鉀濃度的響應(yīng)差異顯著（P＜0.05），隨鉀濃度的增加呈“N”字形變化，K3時下降，K4水平達最大值4.89 mg·g-1，是K0的2.30倍。開花期不同鉀濃度處理下，皂苷積累呈先升后降趨勢，K3水平積累最多，較K0提高了60.40%，K4時下降，但與K0相比差異不顯著。半枯期，各處理下皂苷含量均有優(yōu)于K0的趨勢，K4水平達最大值，較K0提高了59.01%。全枯期皂苷含量隨鉀濃度增加而下降，降幅在1.82%～64.71%，K4水平時降幅最大，且與K0相比達到顯著水平，說明鉀濃度過高對皂苷的積累有抑制作用。

圖1 渥丹百合鱗莖中活性成分對鉀濃度的響應(yīng)Fig.1 Response of the active component to potassium concentration in the bulb of L.concolor

總體來看，鉀濃度的施用增加了渥丹百合4種活性成分的積累量，不同時期的積累量隨鉀施用量的增多而表現(xiàn)不同，且積累量之間顯著差異，表現(xiàn)為在一定濃度范圍內(nèi)隨鉀施用量的增多而逐漸增加。對渥丹百合活性成分含量影響最優(yōu)的是K4水平，即Hoagland營養(yǎng)液中鉀離子濃度為895.2 mg·L-1時，活性物質(zhì)積累最多。

2.3 鉀濃度對渥丹百合鱗莖中鉀含量的影響

整個生育期內(nèi)，不同施鉀量條件下，鱗莖中鉀含量的變化趨勢基本一致，開花期降至最低。半枯期，由于地上植株開始枯黃，地上養(yǎng)分開始向鱗莖輸送，鱗莖中鉀素累積量開始增加，此時鉀含量最多，且明顯高于現(xiàn)蕾期，隨后又呈下降趨勢。

渥丹百合鱗莖中鉀含量隨鉀濃度的變化如圖2所示?，F(xiàn)蕾期，鱗莖中鉀含量隨施鉀量的增加表現(xiàn)為先降后升，K1較K0下降了57.14%，其他處理均高于K0水平，增幅在9.84%～25.68%。開花期施鉀條件下，鱗莖鉀素含量較不施鉀下降了13.33%～75.86%。半枯期和全枯期時，鱗莖中鉀含量隨施鉀量的增加而增加，除K4水平外，其他處理均高于不施鉀，其中半枯期K2水平時鉀素積累最多，較K0提高了22.90%，之后開始下降。

圖2 渥丹百合鱗莖中鉀含量的變化Fig.2 Changes of potassium content in bulb of L.concolor

2.4 相關(guān)性分析

2.4.1 鉀濃度與渥丹百合農(nóng)藝性狀、活性成分的相關(guān)性 如表3所示，渥丹百合株高與鉀濃度呈正相關(guān)，在生育后期相關(guān)性達顯著水平（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)分別為0.90、0.93。現(xiàn)蕾期鱗莖周徑與鉀濃度呈負(fù)相關(guān)，而與株高和葉片數(shù)呈正相關(guān)，說明現(xiàn)蕾期鉀素可以促進渥丹百合鱗莖養(yǎng)分消耗，促進植株地上部生長。開花期和半枯期，鱗莖周徑隨鉀濃度增加而增大，呈顯著（P＜0.05）和極顯著（P＜0.01）正相關(guān)，此時鱗莖處于充實期，鉀素可以促進鱗莖膨大，與葉片數(shù)和葉綠素含量呈負(fù)相關(guān)，說明鉀素可以促進地上部衰老。

表3 鉀濃度與渥丹百合農(nóng)藝性狀、活性成分的相關(guān)性Table 3 Corr elation of potassium concentr ation and agr onomic tr aits，active ingr edients of L.cocnolor

鱗莖中活性物質(zhì)的積累與鉀濃度也存在一定的相關(guān)性，其中多糖在營養(yǎng)生長期與鉀濃度呈負(fù)相關(guān)性，而在半枯期和全枯期呈正相關(guān)，說明鱗莖中多糖的積累主要在鱗莖膨大期，但整個生育期相關(guān)性未達到顯著水平。除全枯期以外，總酚、總黃酮和皂苷均與鉀濃度呈正相關(guān)，其中總黃酮在半枯期達顯著水平，相關(guān)系數(shù)為0.90，說明鉀素可以促進鱗莖中活性成分的積累。

2.4.2 渥丹百合農(nóng)藝性狀與鱗莖中活性成分積累的相關(guān)性 由表4可知，渥丹百合農(nóng)藝性狀與活性成分的積累存在一定的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)在-0.97～0.98。除全枯期以外，株高與鱗莖中活性成分的積累呈正相關(guān)，尤其半枯期與多糖達顯著（P＜0.05）水平，與總酚和總黃酮達極顯著（P＜0.01）水平。在營養(yǎng)生長期，莖粗與多糖和總酚呈正相關(guān)，生育后期呈負(fù)相關(guān)。葉片數(shù)與葉綠素含量在半枯期與活性成分呈負(fù)相關(guān)，其中葉綠素含量與總酚和總黃酮達顯著水平，相關(guān)系數(shù)分別為-0.91、-0.89，說明活性成分的積累主要在生育后期。半枯期和全枯期，鱗莖周徑與活性成分的積累呈正相關(guān)，說明在渥丹百合生育后期，鱗莖周徑越大，活性成分積累越多。

表4 渥丹百合農(nóng)藝性狀與活性成分積累的相關(guān)性Table 4 Correlation between agronomic traits and accumulation of active ingredients in L.concolor

3 討論

本研究分析了5個鉀濃度處理下渥丹百合株高、莖粗、葉片數(shù)、葉綠素含量、鱗莖周徑的動態(tài)變化，比較了不同處理對渥丹百合農(nóng)藝性狀影響的差異與聯(lián)系，測定及分析了不同生育期鱗莖中多糖、總酚、總黃酮和皂苷的含量，明確了鱗莖發(fā)育過程中活性物質(zhì)的積累規(guī)律以及對不同鉀水平的反應(yīng)，為完善渥丹百合活性成分的研究資料和構(gòu)建有利于生態(tài)安全合理施肥技術(shù)體系提供依據(jù)。試驗結(jié)果表明，鉀能促進渥丹百合地下鱗莖發(fā)育及葉片生長，增加株高和綠葉數(shù)，提高葉綠素含量，使其充分利用光能增強光合效率，從而促進渥丹百合的生長發(fā)育，這與對龍牙百合的研究結(jié)果相似［27］。相關(guān)性分析表明，現(xiàn)蕾期鱗莖周徑與鉀濃度呈負(fù)相關(guān)，而與株高和葉片數(shù)呈正相關(guān)，說明現(xiàn)蕾期鉀素可以促進渥丹百合鱗莖養(yǎng)分消耗，促進植株地上部生長。百合的地下鱗莖部分是作為植株初期生長的主要養(yǎng)分來源，可提供一個較為豐富的養(yǎng)分基礎(chǔ)，供給植株地上部的生長［28-29］。鉀濃度過高會打破養(yǎng)分平衡，使得地上部旺長、地下鱗莖養(yǎng)分失調(diào)，導(dǎo)致施鉀增產(chǎn)效應(yīng)降低；而鉀濃度過低，導(dǎo)致植株地上部生長受阻，制約了地下鱗莖的生長發(fā)育，不利于鱗莖的膨大。因此，在鉀素施用過程中應(yīng)適當(dāng)控制鉀素水平，才能促進渥丹百合生長發(fā)育進而達到增產(chǎn)效果。本研究中，鱗莖周徑在半枯期與鉀濃度呈正相關(guān)，此時鱗莖處于充實期，鉀可以促進地上部衰老，使地下鱗莖快速膨大，積累更多的養(yǎng)分。此外，鱗莖作為主要食用器官，其周徑大小直接決定著產(chǎn)量。通過增加鱗莖周徑來提高其產(chǎn)量，以K（3671.4 mg·L-1）水平處理效果最好。

多糖、總酚、總黃酮和皂苷是藥食兼用百合主要活性成分，是決定藥用價值的關(guān)鍵物質(zhì)［5］。本研究發(fā)現(xiàn)，不同鉀濃度水平下，鱗莖中活性成分積累不同步，表現(xiàn)在含量峰值的大小和峰值出現(xiàn)時期的差異，這可能是由于不同鉀水平影響了渥丹百合的發(fā)育進程，進而影響了活性成分在不同時期的積累變化。營養(yǎng)生長期鱗莖中多糖含量在K（1223.8 mg·L-1）水平下達最大值，較K0提高了16.19%、81.12%。鉀參與糖的合成、運輸與轉(zhuǎn)化，能抑制酸性轉(zhuǎn)化酶，促進蔗糖磷酸合成酶活性，從而減少蔗糖水解，促進鱗莖多糖的積累［20］。在藥用卷丹百合栽培前期施入鉀肥，其多糖含量明顯高于平均水平［30］，本試驗結(jié)果與此相符。半枯期，總酚、總黃酮和皂苷的積累均在K4（895.2 mg·L-1）水平達最大值，且與總黃酮呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），與皂苷呈正相關(guān)，表明鉀素能促進鱗莖中活性物質(zhì)的形成，這與在不同施肥措施對百合中總皂苷元含量的影響的研究中結(jié)果一致［31］；與蘭州百合［32］結(jié)果相似。說明在生育后期，補充適量鉀素，一方面可以促進地下鱗莖養(yǎng)分積累，另一方面對于多年生植株來說也可增強對秋冬季環(huán)境的適應(yīng)性，為下一生育期奠定充實的養(yǎng)分基礎(chǔ)。此外，渥丹百合農(nóng)藝性狀與活性成分之間也存在一定相關(guān)性，尤其株高與多糖達顯著（P＜0.05）水平，與總酚和總黃酮達極顯著（P＜0.01）水平。半枯期和全枯期，鱗莖周徑與活性成分的積累呈正相關(guān)，說明在渥丹百合生育后期，鱗莖周徑越大，活性成分積累越多。從上述研究得出，適宜鉀濃度能顯著促進活性成分含量增加。分析原因可能是鉀素能增強植物光合作用，促進碳水化合物的合成、運輸和貯存，進而增強合成活性物質(zhì)的次生代謝過程，有利于植物體內(nèi)有效成分的合成與積累。通過分析不同施鉀量與鱗莖中鉀含量的關(guān)系得出，在渥丹百合營養(yǎng)生長期，鉀素可以促進鱗莖中養(yǎng)分消耗，進而促進植株地上部生長，而在生長后期，鉀素有利于鱗莖中鉀含量的積累，這與林玉紅［22］的研究結(jié)果一致。以上結(jié)論可為渥丹百合在藥用價值的研究以及功能性食品的開發(fā)等方面提供科學(xué)參考，進一步為其有效合理的利用開辟新的途徑。

4 結(jié)論

鉀素可以促進渥丹百合地下鱗莖發(fā)育及葉片生長，增加株高和葉片數(shù)，提高葉綠素含量，對活性成分影響差異顯著，尤其在半枯期鱗莖膨大時，與多糖、總酚、總黃酮和皂苷呈正相關(guān)關(guān)系。鱗莖膨大期，施鉀量對鉀素的累積影響顯著，以K2水平最佳。鱗莖作為主要食用器官，通過增加鱗莖周徑來提高其產(chǎn)量，以K3（671.4 mg·L-1）水平處理效果最好，對于活性成分積累的影響最優(yōu)的是K4水平，即Hoagland營養(yǎng)液中鉀離子濃度為895.2 mg·L-1時，活性物質(zhì)含量達最大值。