不同營養(yǎng)液濃度對蒙古黃芪幼苗生長及其藥用成分的影響

王 賢，崔世茂，2，宋 陽，2，潘 璐，2，郭懷懷

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011；2.內(nèi)蒙古設(shè)施園藝工程技術(shù)研究中心，內(nèi)蒙古呼和浩特 010011；3.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

黃芪作為多年生草本豆科植物，以根入藥[1]，化學(xué)成分黃芪總多糖具有增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能[2]、抗炎癥、抗病毒、抗腫瘤[3]、抗氧化、延緩衰老[4]和降血糖[5]等作用，被現(xiàn)代臨床廣泛應(yīng)用。另外，黃芪在食療藥膳、保健品[6]、化妝品[7]、飼料添加劑[8-9]等方面的應(yīng)用越來越多。隨著藥用植物的廣泛應(yīng)用，野生資源已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場的需求[10]，因此，人工培育黃芪成為趨勢。然而，目前采用的傳統(tǒng)露地栽培方式，常會出現(xiàn)發(fā)芽率低、苗期生長緩慢、產(chǎn)品質(zhì)量差、產(chǎn)量低等問題[11]，主要原因可能是黃芪苗期生長所需營養(yǎng)不足或生長環(huán)境不適宜。無土栽培是通過動態(tài)調(diào)節(jié)作物所需營養(yǎng)物質(zhì)及環(huán)境條件促進(jìn)作物生長的栽培方式[12]。采用無土育苗方式培育的幼苗生長迅速、健壯、整齊，苗齡短，定植后根系發(fā)育好，不易傷根，成活率更高，一般沒有緩苗期；同時，無土育苗還可避免土壤育苗帶來的土傳病害和線蟲害。

在目前的無土栽培中，營養(yǎng)液育苗在蔬菜、花卉等作物上已經(jīng)得以實(shí)現(xiàn)，大大縮短了育苗的時間、節(jié)省了成本[13]，為栽培提供了優(yōu)質(zhì)的種苗，而黃芪等中藥材的無土栽培，大多選用基質(zhì)育苗[14-17]，對營養(yǎng)液育苗的研究較少，但是，營養(yǎng)液育苗具有不受季節(jié)、時間、氣候的影響，能按時、按量生產(chǎn)出規(guī)格一致的植物產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)；而且營養(yǎng)液育苗較植物工廠育苗成本更為低廉，適宜大規(guī)模應(yīng)用；無土基質(zhì)穴盤育苗灌溉的營養(yǎng)液可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，大大減輕了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。因此，本試驗(yàn)研究了營養(yǎng)液育苗對蒙古黃芪苗期植株的形態(tài)、生理指標(biāo)及其藥用成分的影響，旨在為蒙古黃芪進(jìn)行營養(yǎng)液育苗提供理論依據(jù)和實(shí)踐支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為蒙古黃芪（Astragalus mongholicusBunge），營養(yǎng)液為Hoagland 和Aron 通用營養(yǎng)液，花盆高17 cm，上部直徑17 cm，底部直徑10 cm。試驗(yàn)于2019年5月16日—8月18日在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)場日光溫室中進(jìn)行盆栽。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

5月16日將蒙古黃芪種子置于25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行催芽，5月20日進(jìn)行移栽，每個花盆移栽10 株蒙古黃芪幼苗。共設(shè)置4 個處理，分別為消毒的園土（CK）、標(biāo)準(zhǔn)濃度Hoagland 和Aron 通用營養(yǎng)液（Y1）、1/2 標(biāo)準(zhǔn)濃度Hoagland 和Aron 通用營養(yǎng)液（Y2）、1/3 標(biāo)準(zhǔn)濃度Hoagland 和Aron 通用營養(yǎng)液（Y3）。

各處理設(shè)置5 個重復(fù)。移苗植株用遮陽網(wǎng)遮蓋7 d 進(jìn)行緩苗，營養(yǎng)液每3 d 進(jìn)行1 次更換，幼苗長到5～6 片復(fù)葉出現(xiàn)后至20 片左右復(fù)葉展開時開始取樣，每隔7 d 取1 次，共取5 次，即出苗后49、56、63、70、77 d。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生長形態(tài)指標(biāo)

株高：幼苗根頸部至頂部的距離，采用卷尺進(jìn)行測量；莖粗：地上莖基部直徑，采用電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量；主根長：主根根頸部至最下端的距離，采用卷尺進(jìn)行測量；蘆頭莖粗：蘆頭莖粗為近地面第1 節(jié)莖中部的粗度，采用電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量；主根粗：蘆頭下1 cm 處的粗度，采用電子游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量。

1.3.2 生理指標(biāo)

根系活力：采用TTC 法[18]進(jìn)行測定；葉綠素含量：采用分光光度法[19]對葉綠素a 和葉綠素b 的總量進(jìn)行測定；游離氨基酸：采用分光光度法[20]進(jìn)行測定。

1.3.3 藥用成分

黃芪總多糖：采用苯酚-硫酸比色法[21]進(jìn)行測定；黃芪總黃酮：采用硝酸鋁比色法[22]進(jìn)行測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用WPS 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和計算；采用SPSS 20.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，采用SigmaPlot 12.5 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 營養(yǎng)液育苗對蒙古黃芪幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響

2.1.1 不同處理對蒙古黃芪幼苗株高的影響

由圖1 可知，出苗56 d 后3 個營養(yǎng)液處理的株高均顯著（P＜0.05）高于CK；Y1 在56 d 后顯著（P＜0.05）高于Y2 和Y3；Y2 和Y3 除了在出苗后63 d 有顯著（P＜0.05）差異，其他處理時間的差異均不顯著（P＞0.05）。Y1 在49、56、63、70、77 d 分別比CK 增加111.46%、188.86%、171.04%、157.64%、146.27%，說明營養(yǎng)液育苗能夠顯著提高蒙古黃芪的株高，且標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液育苗的提升效果較明顯。

圖1 不同處理對蒙古黃芪幼苗株高的影響

2.1.2 不同處理對蒙古黃芪幼苗主根長的影響

由圖2 可知，不同處理蒙古黃芪幼苗的主根長，出苗后70～77 d 表現(xiàn)為Y1＞Y2＞Y3＞CK。出苗49 d后3 個營養(yǎng)液處理的主根長都顯著（P＜0.05）高于CK。Y1 在70 d 后顯著（P＜0.05）高于Y2 和Y3；Y2與Y3 在63 d 之前差異不顯著（P＞0.05），之后Y2 顯著（P＜0.05）高于Y3。Y1 在49、56、63、70、77 d 分別比CK 增加51.44%、39.46%、37.49%、37.99%、65.34%，說明營養(yǎng)液育苗能夠提高蒙古黃芪的主根長，且隨著時間的逐漸延長，標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液育苗的提升效果較明顯。

圖2 不同處理對蒙古黃芪幼苗主根長的影響

2.1.3 不同處理對蒙古黃芪幼苗分枝數(shù)的影響

由圖3 可知，出苗56 d 后3 個營養(yǎng)液處理的分枝數(shù)都顯著（P＜0.05）高于CK。Y1 在49 d 和70 d時，與Y2、Y3 相比差異均不顯著（P＞0.05）；在56、63、77 d 時，與Y2、Y3 相比差異顯著（P＜0.05）。Y1 在49、56、63、70、77 d 分別比CK 增加29.63%、83.33%、77.50%、77.78%、75.47%，說明營養(yǎng)液育苗能夠提高蒙古黃芪的分枝數(shù)，且標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液育苗的提升效果較明顯。

圖3 不同處理對蒙古黃芪幼苗分枝數(shù)的影響

2.1.4 不同處理對蒙古黃芪幼苗莖粗的影響

由圖4 可知，出苗后49～77 d，不同處理蒙古黃芪幼苗的莖粗均表現(xiàn)為Y1＞Y2＞Y3＞CK，出苗49 d后3 個營養(yǎng)液處理的莖粗都顯著（P＜0.05）高于CK。Y1 在77 d 時，與Y2、Y3 相比差異均不顯著（P＞0.05）；在49、56、63、70 d 時，Y1 與Y2、Y3 相比差異顯著（P＜0.05）；Y2 與Y3 在整個試驗(yàn)時期差異均不顯著（P＞0.05）。Y1 在49、56、63、70、77 d 分別比CK 增加75.68%、53.23%、59.02%、100%、153.09%，說明營養(yǎng)液育苗能夠提高蒙古黃芪的莖粗，且標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液育苗的提升效果較明顯。

圖4 不同處理對蒙古黃芪幼苗莖粗的影響

2.1.5 不同處理對蒙古黃芪幼苗蘆頭莖粗的影響

由圖5 可知，出苗后63～77 d，不同處理蒙古黃芪幼苗的蘆頭莖粗均表現(xiàn)為Y1＞Y2＞Y3＞CK。出苗49 d 后3 個營養(yǎng)液處理的蘆頭莖粗均顯著（P＜0.05）高于CK，Y1 在56、77 d 時與Y2、Y3 相比差異顯著（P＜0.05），其他時間均差異不顯著（P＞0.05），而Y2、Y3 之間在整個試驗(yàn)時期差異均不顯著（P＞0.05）。Y1在49、56、63、70、77 d 分別比CK 增加43.55%、91.30%、116.84%、162.26%、121.09%。

圖5 不同處理對蒙古黃芪幼苗蘆頭莖粗的影響

2.1.6 不同處理對蒙古黃芪幼苗主根粗的影響

由圖6 可知，不同處理蒙古黃芪幼苗的主根粗隨時間的延長而增加，出苗63 d 后3 個營養(yǎng)液處理的主根粗均顯著（P＜0.05）高于CK。Y1 和Y3 在56、63、77 d 時差異顯著（P＜0.05），而Y1、Y2 之間在整個試驗(yàn)時期差異均不顯著（P＞0.05）。Y1 在49、56、63、70、77 d 分別比CK 增加106.25%、74.39%、147.83%、167.27%、190.16%。

圖6 不同處理對蒙古黃芪幼苗主根粗的影響

2.2 營養(yǎng)液育苗對蒙古黃芪生理指標(biāo)的影響

2.2.1 不同處理對蒙古黃芪幼苗葉片葉綠素含量的影響

由圖7 可知，3 個營養(yǎng)液處理的蒙古黃芪幼苗葉片葉綠素含量在出苗49 d 后均顯著（P＜0.05）高于CK；Y1 在49、70、77 d 時顯著（P＜0.05）高于Y2、Y3；Y1 在49、56、63、70、77 d 分別比CK 增加80.82%、97.61%、79.92%、76.79%、72.55%，說明營養(yǎng)液育苗能顯著提高蒙古黃芪的葉綠素含量，且標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液育苗提升效果較明顯。

圖7 不同處理對蒙古黃芪幼苗葉片葉綠素含量的影響

2.2.2 不同處理對蒙古黃芪幼苗根系游離氨基酸含量的影響

由圖8 可知，不同處理蒙古黃芪幼苗根系游離氨基酸含量總體表現(xiàn)為CK＞Y3＞Y2＞Y1，出苗49 d后CK 顯著（P＜0.05）高于營養(yǎng)液3 個處理。除Y1、Y2、Y3 在49 d 時差異不顯著（P＞0.05），Y1 與Y2 在56 d 差異不顯著（P＞0.05）外，其他時間3 個營養(yǎng)液處理的差異均顯著（P＜0.05），說明營養(yǎng)液中蒙古黃芪幼苗根系的游離氨基酸含量較低，且標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液育苗表現(xiàn)最顯著。

圖8 不同處理對蒙古黃芪幼苗根系游離氨基酸含量的影響

2.2.3 不同處理對蒙古黃芪幼苗根系活力的影響

由圖9 可知，不同處理蒙古黃芪幼苗根系活力總體表現(xiàn)為Y1＞Y2＞Y3＞CK，出苗63 d 后3 個營養(yǎng)液處理均顯著（P＜0.05）高于CK。Y1 與Y2、Y3 在整個試驗(yàn)時期差異均顯著（P＜0.05）；Y2 與Y3 除了在出苗49 d 時，其他時間Y2 均顯著高于Y3，說明營養(yǎng)液能提高蒙古黃芪幼苗根系活力，且標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液育苗提高較顯著。

圖9 不同處理對蒙古黃芪幼苗根系活力的影響

2.3 不同處理對蒙古黃芪幼苗藥用成分的影響

2.3.1 不同處理對蒙古黃芪幼苗根系中黃芪總黃酮含量的影響

由表1 可知，不同處理黃芪幼苗的根系中黃芪總黃酮含量隨時間的延長表現(xiàn)為上升趨勢，總體表現(xiàn)為Y1＞Y2＞Y3＞CK。出苗63 d 之前，3 個營養(yǎng)液處理的黃芪總黃酮含量與CK 相比無顯著差異（P＞0.05）；出苗70 d 后，Y1 和Y2 的黃芪總黃酮含量顯著（P＜0.05）高于CK；出苗77 d 后，Y1、Y2 和Y3 的黃芪總黃酮含量均顯著（P＜0.05）高于CK，且Y1、Y2顯著（P＜0.05）高于Y3。Y1 在70、77 d 時分別比CK增加37.31%、36.11%。

表1 不同處理對蒙古黃芪幼苗根系中黃芪總黃酮含量的影響 單位：mg/g

2.3.2 不同處理對蒙古黃芪幼苗根系中黃芪總多糖含量的影響

由表2 可知，不同處理蒙古黃芪幼苗根系黃芪總多糖含量隨時間的延長表現(xiàn)為逐漸升高的趨勢，總體表現(xiàn)為Y1＞Y2＞Y3＞CK，在整個試驗(yàn)時期，Y1 的根系黃芪總多糖含量顯著（P＜0.05）高于CK 及其他2 個營養(yǎng)液處理，且Y1 的根系黃芪總多糖含量在49、56、63、70、77 d 分別比CK 增加282.02%、386.46%、514.91%、435.76%、402.81%；出苗63 d后3 個營養(yǎng)液處理的根系黃芪總多糖含量均顯著（P＜0.05）高于CK，Y2 在出苗63 d 之前的根系黃芪總多糖含量顯著（P＜0.05）高于Y3，出苗70 d 后這種差異消失。

表2 不同處理對蒙古黃芪幼苗根系中黃芪總多糖含量的影響 單位：mg/g

3 討論

3.1 營養(yǎng)液育苗對蒙古黃芪幼苗生長的影響

與CK 相比，3 個營養(yǎng)液處理（Y1、Y2、Y3）均提高了蒙古黃芪幼苗的株高、主根長、分枝數(shù)、莖粗、蘆頭莖粗、主根粗等形態(tài)指標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)濃度營養(yǎng)液處理的各生長指標(biāo)的提升效果最為顯著，這與前人研究一致[23]，即標(biāo)準(zhǔn)濃度的營養(yǎng)液能顯著提高植株的形態(tài)指標(biāo)，促進(jìn)植株生長。株高是反映植株生長快慢的重要指標(biāo)[24]；分枝數(shù)是表示植株葉片數(shù)量多少及生長強(qiáng)弱的指標(biāo)[24]；莖除了轉(zhuǎn)運(yùn)根系吸收的營養(yǎng)、水分等，還承擔(dān)著光合產(chǎn)物在器官間分配轉(zhuǎn)運(yùn)的作用[25]；根是蒙古黃芪的主要藥用部分，它的長短、粗細(xì)決定了蒙古黃芪的質(zhì)量[26]。常暉[27]研究表明，榆林地區(qū)栽培蒙古黃芪時，185 d 的株高、主根長分別為33.94、5.25 cm，115 d 時的莖粗為3.00 mm，75 d 時，根粗為3.5 mm，而本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，標(biāo)準(zhǔn)濃度營養(yǎng)液77 d 培育的蒙古黃芪幼苗株高為40.98 cm、分枝數(shù)為18.6、主根長為30.72 cm、莖粗為3.04 mm、主根粗為3.56 mm，說明采用標(biāo)準(zhǔn)濃度營養(yǎng)液育苗能夠顯著縮短育苗時間，促進(jìn)幼苗地上部和地下部快速生長及營養(yǎng)物質(zhì)順利運(yùn)轉(zhuǎn)。

根是蒙古黃芪的主要產(chǎn)品器官，根長的增加是由于植物對水分需求的增強(qiáng)，而根粗的增加與根部干物質(zhì)的積累密切相關(guān)[27]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，蒙古黃芪主根長與株高相比，增長緩慢，推測原因可能是地上部株高和葉片等生長消耗過多水分，導(dǎo)致根部對水分需求較少，下一步可通過控制頂端優(yōu)勢等方法，減少地上部消耗。而蘆頭莖粗是連接植株地上部和地下部的紐帶，根系吸收的水分和礦物質(zhì)通過蘆頭莖粗運(yùn)輸?shù)角o部，蘆頭莖粗代表運(yùn)輸能力，是增產(chǎn)的關(guān)鍵[28]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液處理幼苗的蘆頭莖粗顯著增加，對營養(yǎng)運(yùn)輸起到了促進(jìn)作用，從而顯著增加了蒙古黃芪苗期根系的生長。

3.2 營養(yǎng)液育苗對蒙古黃芪幼苗生理代謝的影響

葉綠素相對含量直接影響植株光合作用能力[29]，相同環(huán)境條件下，葉綠素含量越高，植株的光合作用能力越強(qiáng)，越有利于植株生長。前人研究發(fā)現(xiàn)，硝態(tài)氮能促進(jìn)植株葉綠素的積累[30-31]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，營養(yǎng)液處理的蒙古黃芪幼苗葉片葉綠素含量與CK相比差異顯著，營養(yǎng)液處理能夠促進(jìn)蒙古黃芪幼苗葉綠素的合成，且濃度最高的標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液中葉綠素合成量最高。

游離氨基酸能夠調(diào)節(jié)植物的滲透作用，同時是逆境脅迫下植物產(chǎn)生的貯能物質(zhì)之一。逆境脅迫下，植物通過產(chǎn)生過量的游離氨基酸避免過多的物質(zhì)消耗及過多的代謝產(chǎn)物引起的細(xì)胞毒害[32-33]。譚勇等[10]的研究表明，營養(yǎng)脅迫的程度直接影響貯藏蛋白分解為游離氨基酸的量。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，與CK 相比，營養(yǎng)液處理的蒙古黃芪游離氨基酸含量顯著降低，推測營養(yǎng)液育苗能夠緩解蒙古黃芪幼苗的營養(yǎng)脅迫。

植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長情況和代謝水平，即根系活力，直接影響植物地上部的生長、營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量，是植物生長的重要生理指標(biāo)之一。從“源庫”關(guān)系來看，根系（庫）活力強(qiáng)，有利于根系吸收營養(yǎng)，促進(jìn)葉片（源）生長，從而提升植株的抗逆性[34]。前人研究發(fā)現(xiàn)，全素（氮磷鉀）營養(yǎng)能促進(jìn)根系活力[10]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，與CK 相比，營養(yǎng)液處理的蒙古黃芪根系活力顯著提高，這一結(jié)果與前人研究結(jié)果相符。

3.3 營養(yǎng)液育苗對蒙古黃芪幼苗藥用成分的影響

作為蒙古黃芪主要藥用成分的黃芪總黃酮和黃芪總多糖，具有抗氧化、延緩衰老、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等功能[35]。郭瑜瑞[36]研究表明，營養(yǎng)液中添加鐵和鋅等微量元素可以顯著促進(jìn)蒙古黃芪黃芪總黃酮、黃芪總多糖的含量；楊相等[37]研究表明，營養(yǎng)液中添加錳、鉬、硼等微量元素可以顯著提高黃芪生長指標(biāo)及總多糖含量。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與CK 相比，營養(yǎng)液處理顯著提高了蒙古黃芪幼苗中黃芪總黃酮、黃芪總多糖的含量，說明采用營養(yǎng)液育苗能夠促進(jìn)蒙古黃芪根系黃芪總黃酮和黃芪總多糖的積累，采用標(biāo)準(zhǔn)濃度營養(yǎng)液育苗的蒙古黃芪，隨著處理時間的延長，黃芪總多糖含量的增加速率也在提高。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)育苗方式相比，采用標(biāo)準(zhǔn)濃度Hoagland和Aron 通用營養(yǎng)液育苗，一方面，可以促進(jìn)蒙古黃芪幼苗地上部莖、葉的生長和地下部根系的生長，同時增加了幼苗葉片葉綠素含量和根系活力，降低根系游離氨基酸含量；另一方面，還可以促進(jìn)藥用成分黃芪總黃酮和黃芪總多糖的積累，能夠提升蒙古黃芪幼苗的品質(zhì)。