鈣、鎂、硫元素對浙貝母生長及產(chǎn)量品質(zhì)的影響

王 丹，鄔小紅，周 濃，張偉健，朱芙蓉，文 明，周 游*，郭冬琴*

（1.重慶三峽學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，重慶404120；2.三峽庫區(qū)道地藥材綠色種植與深加工重慶市工程實驗室，重慶404120）

浙貝母（Fritillaria thunbergiiMiq.）以干燥鱗莖入藥，具有清熱化痰止咳，解毒散結(jié)消癰等功效［1-2］。浙貝母主要栽培在浙江、江蘇、安徽等地區(qū)，近年來在重慶奉節(jié)也有小規(guī)模成功引種栽培［3］。浙貝母生長喜溫濕忌干旱，適宜栽培在土質(zhì)較優(yōu)、水分充足、陽光充沛的環(huán)境下［4-5］。

施肥是浙貝母栽培過程中的重要環(huán)節(jié)，目前對浙貝母需肥規(guī)律的研究主要集中在大量元素肥料和部分微量元素，如磷肥和微量元素硼顯著提高浙貝母鱗莖的產(chǎn)量［4，6］，氮肥和鉀肥可以明顯改善浙貝母的品質(zhì)［7-8］，而關(guān)于鈣、鎂、硫一類的中量元素對浙貝母生長和品質(zhì)的影響及其在浙貝母中的需求規(guī)律研究目前還鮮有報道。

研究表明，適量的鈣、鎂肥可顯著提高重樓中皂苷［9-10］、杜仲葉和銀杏葉中黃酮［11-12］的含量，還可顯著提高延胡索的產(chǎn)量和生物堿的含量［13］，硫肥能顯著促進(jìn)甘草生長發(fā)育［14］，而鈣、鎂缺乏會使太子參產(chǎn)量和品質(zhì)下降［15］。因此，本研究通過施用不同濃度水平的鈣、鎂、硫肥料，對浙貝母鱗莖產(chǎn)量、生物堿含量、植株生長指標(biāo)、生理生化與根際土壤養(yǎng)分指標(biāo)等進(jìn)行測定及分析，初步探討鈣、鎂、硫元素對中藥材浙貝母產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

盆栽試驗于2017 年10 月至2018 年5 月在重慶市奉節(jié)縣馮坪鄉(xiāng)浙貝母優(yōu)質(zhì)種源基地進(jìn)行。于浙江省東陽市千祥鎮(zhèn)種植基地購得新鮮浙貝母鱗莖，經(jīng)三峽庫區(qū)道地藥材綠色種植與深加工重慶市工程實驗室（重慶三峽學(xué)院）周濃教授鑒定為百合科植物浙貝母（Fritillaria thunbergiiMiq.），選取大小基本一致，品質(zhì)相近的個體用于試驗。種植土壤為基地中的基本農(nóng)田沙壤土，篩出大石塊后備用，土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of tested soil

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗中鈣、鎂、硫元素設(shè)0 mg/kg、40 mg/kg、80 mg/kg、160 mg/kg 4個水平［10］，0 mg/kg為CK組，重復(fù)5 次。試驗用加厚無紡布種植袋規(guī)格為40 cm×50 cm，風(fēng)干土裝土量為每袋12 kg，浙貝母栽種量為每 袋3 株，基 肥 施 用 量 分 別 為N、P2O5、K2O 各0.1 g/kg、尿素、二水合磷酸二氫鈉、硫酸鉀和有機(jī)質(zhì)含量45%以上，不含氮、磷、鉀的商品有機(jī)肥各3 g/kg，鈣、鎂、硫肥分別以二水合氯化鈣、六水合氯化鎂、硫酸鈉（均為分析純）為肥源，配成水溶液隨水一次澆入。整個種植期間按常規(guī)管理。

1.3 樣品采集與分析

浙貝母地上部分采樣時間為2018 年3 月，采集浙貝母健康植株的葉片用于生理生化測定。浙貝母鱗莖采樣時間為2018 年5 月，采集浙貝母新鮮鱗莖和根際土壤，用小鏟去除表面5 cm 左右的浮土，再用抖土法［16］去掉根圍較大石塊及其它雜質(zhì)，收集粘附在浙貝母根系上的土壤即得根際土壤。鱗莖洗凈后于鼓風(fēng)干燥箱中40℃烘干至恒重，再研磨過80 目篩，樣品粉末用于品質(zhì)分析；根際土壤自然風(fēng)干后研磨過80目篩，用于土壤養(yǎng)分測定。

1.4 指標(biāo)測定

1.4.1 生長指標(biāo)

選取各處理中每株浙貝母莖稈中部相近位置健康完整且長勢好的葉片各1 片（每個處理共計15片），測定葉長、葉寬、葉形指數(shù)（葉長/葉寬）、株高、莖粗等生長指標(biāo)，取平均值。鱗莖濕重及干重均以各處理5 個重復(fù)每袋中3 個植株鱗莖濕重或干重之和的平均值記。

1.4.2 葉片生理生化的測定

生理生化指標(biāo)測定中，葉片光合色素含量及過氧 化 氫 酶（Catalase from micrococcus lysodeiktic，CAT）活性通過紫外分光光度法測定，超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性通過氮藍(lán)四唑法測定，過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性通過愈創(chuàng)木酚顯色法測定，丙二醛和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)比色法測定［17］。

1.4.3 根際土壤理化性質(zhì)的測定

土壤理化性質(zhì)測定中，土壤pH 值、速效氮、速效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量分別采用電位法、堿解擴(kuò)散法、碳酸氫鈉法、醋酸銨-原子吸收法和重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法進(jìn)行測定［18］。

1.4.4 鱗莖生物堿的含量測定

浙貝母鱗莖的總生物堿的含量測定采用姚德中等［19］的方法，貝母素甲、貝母素乙、貝母辛的測定采用王路偉等［20］的方法。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)的整理分析采用Excel 2003 軟件，以SPSS 25.0軟件進(jìn)行方差分析（α=0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈣、鎂、硫元素對浙貝母鱗莖產(chǎn)量的影響

與CK組相比，各處理組浙貝母鱗莖濕重產(chǎn)量與CK 組差異不顯著（P＞0.05），其中Mg（160 mg/kg）、S（40 mg/kg）和S（160 mg/kg）處理組浙貝母鱗莖濕重產(chǎn)量較高，而對于干重產(chǎn)量，Ca（80 mg/kg）、Mg（160 mg/kg）、S（40 mg/kg）和S（80 mg/kg）處理組浙貝母的鱗莖產(chǎn)量較CK組有顯著提高（P<0.05），同時，各處理間干重、濕重比即折干率差異不顯著（P＞0.05），其中Ca（40 mg/kg）、Mg（40 mg/kg）、Mg（160 mg/kg）和S（40 mg/kg）處理組折干率較高，表明施用鈣、鎂、硫?qū)φ阖惸各[莖干重產(chǎn)量的影響大于濕重，促進(jìn)了浙貝母鱗莖中干物質(zhì)的積累（圖1）。綜合來看，S（40 mg/kg）和Mg（160 mg/kg）處理對浙貝母鱗莖產(chǎn)量的促進(jìn)作用較為顯著。

圖1 不同處理對浙貝母鱗莖產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different treatments on the bulb yield of F.thunbergii

2.2 鈣、鎂、硫元素對浙貝母鱗莖中生物堿含量的影響

與CK組相比，除Mg（40 mg/kg）和Mg（80 mg/kg）處理組外，其余各處理組浙貝母鱗莖中貝母素甲含量均有顯著提高（P<0.05），提高程度為5.76%-63.49%；除Mg（40 mg/kg）處理組外，其余各處理組浙貝母鱗莖中貝母素乙含量有顯著提高（P<0.05），提高程度為20.65%-80.98%；除Mg（40 mg/kg）處理組外，其余各處理組浙貝母鱗莖中貝母辛含量顯著提高（P<0.05），提高程度為14.36%-114.28%；除Ca（40 mg/kg）、Mg（40 mg/kg）和S（160 mg/kg）處理外，其余各處理組浙貝母鱗莖中總生物堿含量有顯著提高（P<0.05），提高程度為0.20%-62.6%；其中Mg（160 mg/kg）處理對提高浙貝母鱗莖中貝母素甲、貝母素乙、貝母辛和總生物堿含量的影響均最為顯著（圖2）。貝母素甲、貝母辛、總生物堿的含量隨鈣肥濃度的提高而增加，而貝母素乙的含量則隨鈣肥濃度的提高先升后降，以生物堿含量來看，Ca（80 mg/kg）、Ca（160 mg/kg）組浙貝母鱗莖的品質(zhì)均較佳；浙貝母鱗莖生物堿含量隨鎂肥濃度的提高而遞增，以Mg（160 mg/kg）組浙貝母鱗莖的品質(zhì)更佳；除貝母辛含量隨硫肥濃度的提高先增后減，貝母素甲、貝母素乙和總生物堿含量隨硫肥濃度的提高而遞減，S（40 mg/kg）組浙貝母鱗莖的品質(zhì)更佳。

圖2 不同處理條件下浙貝母鱗莖生物堿含量Fig.2 Contents of alkaloids in bulbs of F.thunbergii under different treatment conditions

2.3 鈣、鎂、硫元素對浙貝母生長指標(biāo)的影響

除S（160 mg/kg）處理的莖粗較CK 組有顯著增加外，增施鈣、鎂、硫肥的多數(shù)處理組浙貝母的葉長、葉寬、株高、莖粗和葉形指數(shù)與CK 組差異不顯著（P＞0.05）（表2）。

表2 不同處理對浙貝母生長指標(biāo)的影響Tab.2 Effects of different treatments on growth index of F.thunbergii

2.4 鈣、鎂、硫元素對浙貝母葉片光合色素含量的影響

多數(shù)施用鈣、鎂、硫肥的處理組浙貝母葉中類胡蘿卜素和葉綠素a 含量與CK 組相比差異不顯著（P ＞0.05），Ca（80 mg/kg）、S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）處理組葉中類胡蘿卜素和葉綠素a 含量較高，其中Ca（80 mg/kg）處理葉中類胡蘿卜素和葉綠素a含量顯著高于CK組（P<0.05）；除Ca（80 mg/kg）、S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）處理葉中葉綠素b和葉綠素總量顯著高于CK組（P<0.05）外，其余處理組葉中葉綠素b及葉綠素總量與CK組差異不顯著（P ＞0.05）；除S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）中葉綠素a/b比值較CK組有顯著降低外（P<0.05），其余處理組中葉綠素a/b比值與CK組差異不顯著（P ＞0.05）；除Ca（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）處理組色素總含量較CK組顯著提高外（P<0.05），其余處理組色素總含量與CK組差異不顯著（P ＞0.05）（表3）?？傮w來看Ca（80 mg/kg）、S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）處理對于提高浙貝母光合色素含量的效果更佳，其中，Ca（80 mg/kg）組類胡蘿素含量、葉綠素總量增幅最大，增幅分別達(dá)到19.9%與21.1%。

表3 不同處理對浙貝母葉光合色素含量的影響Tab.3 Effects of different treatments on photosynthetic pigment content of F.thunbergii

2.5 中量元素對浙貝母葉片保護(hù)酶活性的影響

施加鈣、鎂、硫肥后，較之CK 組，各處理CAT活性均有不同程度的提高，其中S（80 mg/kg）處理組葉片CAT 酶活性增幅最大，達(dá)到了7.7%，Ca（40 mg/kg）、S（40 mg/kg）和S（160 mg/kg）處理組CAT 活性較CK 組也有顯著提高（P< 0.05）；Ca（160 mg/kg）、S（40 mg/kg）和S（80 mg/kg）組的POD酶活性高于CK 組，而Ca（80 mg/kg）和所有施加鎂的處理組POD 的較CK 組有顯著降低（P< 0.05）；所有處理組的浙貝母葉片SOD 酶活性均顯著高于CK 組（P< 0.05），Mg（40 mg/kg）組葉片SOD 酶活性最高，比CK 組提高了41.5%（圖3）。整體上看，Ca（40 mg/kg）、Mg（40 mg/kg）和S（40 mg/kg）處理對提高浙貝母葉片中保護(hù)酶活性的效果最為顯著。

圖3 不同處理對浙貝母葉片保護(hù)酶活性的影響Fig.3 Effects of different treatments on protective enzyme activity of F.thunbergii

2.6 鈣、鎂、硫元素對浙貝母丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白含量的影響

較之CK 組，施用不同濃度水平的鈣、鎂對浙貝母葉片中丙二醛的含量影響不顯著（P＞0.05），而不

同濃度的硫處理可以顯著降低葉片中的丙二醛含量（P<0.05）；鈣、鎂（40 mg/kg）處理可顯著提高葉片中可溶性糖的含量（P<0.05），而硫處理下葉片中可溶性糖含量較CK組則降低；不同濃度的硫處理均能顯著提高葉片中的可容性蛋白含量（P<0.05），而鈣、鎂處理對葉片中可溶性蛋白含量影響不顯著（P＞0.05）（圖5）。整體來看，Ca（160 mg/kg）、Mg（40 mg/kg）和S（80 mg/kg）處理效果最佳。

圖4 不同處理條件下浙貝母丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白含量Fig.4 Contents of malondialdehyde，soluble sugar and soluble protein in F.thunbergii under different treatment conditions

2.7 鈣、鎂、硫元素對浙貝母根際土壤養(yǎng)分的影響

由表4 可知，與CK 組比較，施加不同濃度水平硫元素使根際土壤pH 降低，Ca（40 mg/kg）組對土壤pH 有顯著增加的效果（P<0.05）；不同濃度的鈣元素組浙貝母根際土壤中速效氮、速效磷含量無顯著增加（P＞0.05），但速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量增加顯著（P<0.05），與CK 組比較最大增加量分別達(dá)到了115.62%和115.56%；施加鎂、硫元素的處理組浙貝母根際土壤中的速效氮、速效磷和有機(jī)質(zhì)含量均顯著高于CK 組（P< 0.05），除Mg（80 mg/kg）、Mg（160 mg/kg）和S（40 mg/kg）處理組外，多數(shù)施加鎂、硫元素的處理組浙貝母根際土壤中速效鉀含量也顯著高于CK 組（P< 0.05），說明施加鎂、硫元素能增加浙貝母根際土壤的養(yǎng)分。整體上，Ca（160 mg/kg）組、Mg（40 mg/kg）組和S（160 mg/kg）組對改善浙貝母根際土壤養(yǎng)分狀況的效果最顯著。

表4 不同處理條件下浙貝母根際土壤養(yǎng)分含量Tab.4 Nutrient content of rhizosphere soil of F.thunbergii under different treatment conditions

3 討論

3.1 鈣、鎂、硫元素對浙貝母生長的影響

鈣在植物生長發(fā)育的過程中對維持細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)具有重要作用，同時可以激活與細(xì)胞分裂及伸長相關(guān)的酶活性，促進(jìn)植物生長［21-22］。有研究表明，增施鈣肥可以提高甜橘的產(chǎn)量并增加其果實糖度［23］，鈣肥還可以使馬鈴薯有效增產(chǎn)并改善其塊莖貯藏品質(zhì)［24］。鎂是葉綠素的重要組成成分，施用鎂肥可以增強(qiáng)植物的光合作用，促進(jìn)碳水化合物的合成轉(zhuǎn)化［25］。硫是鐵氧還原蛋白的重要組分，是葉綠素合成過程中所必須，缺硫?qū)⒂绊懼参锕夂献饔眯蔬M(jìn)而使作物減產(chǎn)［26］。本研究中，不同濃度水平的鈣、鎂和硫元素處理下，各處理組浙貝母鱗莖干重產(chǎn)量較CK 組均有增加，其中顯著增加的組占44.44%，平均增加量為12.20%，表明施用鈣、鎂和硫元素能夠有效提高浙貝母的產(chǎn)量。本研究中施用鎂元素并未提高浙貝母葉中葉綠素的含量，其原因可能是土壤中原有的鎂元素足夠浙貝母合成葉綠素的需求，添加的鎂元素用于其他促進(jìn)生理反應(yīng)進(jìn)而提高浙貝母產(chǎn)量，此結(jié)果與前人在中藥延胡索上施用鎂元素的研究一致［13］。有研究表明，當(dāng)植物葉片中葉綠素a/b 的比值降低時，植物的耐陰性會增強(qiáng)［27］。本研究中S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）處理浙貝母葉中葉綠素a/b 比值較CK 組有顯著降低，表明添加硫肥可以增加浙貝母的耐陰性。同時，S（160 mg/kg）處理浙貝母的莖粗顯著高于CK 組，表明硫元素對浙貝母的抗倒伏能力有一定的提升。

3.2 鈣、鎂、硫元素對浙貝母生理生化指標(biāo)的影響

SOD、CAT 和POD 作為酶促防御系統(tǒng)中的3 種關(guān)鍵保護(hù)酶，能清除植物體內(nèi)不斷積累的活性氧并保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，從而提高對抗逆環(huán)境脅迫的能力［28］。本研究結(jié)果顯示施用鈣、鎂、硫的各處理組浙貝母CAT 和SOD 活性較CK 組均有不同程度的提高，其中Ca（40 mg/kg）和硫肥處理對浙貝母CAT活性的提高作用較為顯著，Mg（40 mg/kg）組葉片SOD 酶活性最高。鎂處理組浙貝母POD 活性較CK 組顯著降低的原因可能是POD 與CAT 和SOD 等其他抗氧化酶在植物體的生理活動中存在相互協(xié)調(diào)和和制約的關(guān)系，這一結(jié)果與前人對艾納香添加鎂肥的研究一致［29］，表明適當(dāng)濃度的鎂可以提高浙貝母CAT 和SOD 的活性而降低POD 活性，維持浙貝母的正常生理活動。丙二醛是衡量細(xì)胞氧化損傷的重要指標(biāo)，其含量越高表示植物氧化損傷程度越嚴(yán)重［28］。本研究中所有硫處理組浙貝母中丙二醛含量均低于CK組，這一結(jié)果與曲東等［30］通過對玉米添加硫肥得到的研究結(jié)果一致，其原因為植物吸收硫元素后合成谷胱甘肽，并通過抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)猝滅在環(huán)境脅迫中產(chǎn)生的大量活性氧，進(jìn)而減少了細(xì)胞膜系統(tǒng)損害，降低丙二醛的含量［31］?？扇苄蕴羌翱扇苄缘鞍讌⑴c維持平衡細(xì)胞滲透壓的過程，與植物的抗性有關(guān)［32］。本研究中鈣處理的浙貝母葉片中可溶性糖含量顯著高于對照組，此結(jié)果與前人在木薯［33］、柑橘［34］和黃瓜［35］等植物上施加鈣肥的研究結(jié)果一致，說明鈣離子可以鞏固植物細(xì)胞膜的完整性，調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，提高細(xì)胞內(nèi)可溶性糖的含量，增強(qiáng)植物抗性。有研究表明，植物中蛋白質(zhì)的合成與硫的施用量密切相關(guān)［36］，本研究中施用硫元素的處理組浙貝母葉片中可溶性蛋白含量顯著高于CK組，這與李海云［37］等對大白菜施加硫元素后的研究一致，表明硫元素參與了浙貝母中蛋白質(zhì)的合成，可增強(qiáng)浙貝母的抗逆性。

3.3 鈣、鎂、硫元素對浙貝母鱗莖中生物堿含量的影響

有研究表明，適量的鈣、鎂、硫肥施用可以顯著提高藥用植物的光合效率，促進(jìn)生長，從而提高了生物堿、皂苷、核苷及黃酮類等有效成分的含量［9-14］。本研究中，在施加鈣、鎂、硫肥后，各處理組浙貝母鱗莖中貝母素甲、乙，貝母辛和總生物堿含量較CK 組分別增加了26.01%、41.24%、42.61%和15.27%，其中顯著增加的處理組分別占77.78%、88.89%、88.89%和33.33%，貝母素甲、乙含量總和均高于藥典的限定標(biāo)準(zhǔn)［1］，施用適宜水平的鈣、鎂、硫肥有利于浙貝母品質(zhì)的提升。同時，本研究中不同濃度的鈣、鎂、硫處理對浙貝母鱗莖生物堿含量的影響存在差異，因此找出最適合的鈣、鎂、硫配施量以達(dá)到提高浙貝母有效成分的最佳效果是一個值得探索的問題。

3.4 鈣、鎂、硫元素對浙貝母根際土壤養(yǎng)分的影響

本研究通過分析施加鈣、鎂、硫元素后浙貝母根際土壤中養(yǎng)分變化情況后發(fā)現(xiàn)，不同濃度的鈣、鎂、硫處理均能顯著提高浙貝母根際土壤中有機(jī)物的含量，鈣的施用能顯著提高土壤中速效鉀含量，而鎂和硫均能同時提高土壤中速效氮、速效磷和速效鉀的含量，這一結(jié)果與前人的結(jié)果一致［38-39］，表明中量元素的鈣、鎂、硫在土壤中的積累規(guī)律與氮、磷、鉀等大量營養(yǎng)元素存在密切的相關(guān)性，適量施用鈣、鎂、硫中量元素有利于改善土壤的養(yǎng)分狀況。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)Ca（80 mg/kg）組、Mg（160 mg/kg）組與S（40 mg/kg）組在提高浙貝母產(chǎn)量、品質(zhì)及改善浙貝母根際土壤條件方面具有較好的效果，為本試驗條件下的最佳處理，為大田條件下栽培出產(chǎn)量較高、品質(zhì)較好的浙貝母奠定理論和實踐的基礎(chǔ)。