不同施鉀水平對丹參生理特性的影響

張勝珍，王曉英，馬艷芝，客紹英，沈玉龍

（1唐山師范學院生命科學系，河北唐山 063000；2河北農(nóng)業(yè)大學，河北保定 071001；3唐山師范學院，河北唐山 063000）

0 引言

丹參(Salviae Miltiorrhiza)，唇形科鼠尾草屬多年生草本植物，藥用歷史悠久，為中國大宗中藥材之一[1]。丹參含有丹參酮IIA、丹參酮Ⅰ、隱丹參酮、丹酚酸類等成分，具有活血祛瘀、通經(jīng)止痛、清心除煩、涼血止癰的功效，現(xiàn)代藥理研究表明其具有保護心血管、抗炎、抗纖維化、抗腫瘤活性[2-3]。中國丹參植物資源豐富，然而隨著臨床對丹參需求量的快速增加及野生丹參資源的減少，人工栽培的丹參已成為丹參藥材市場的主流[4]。然而在丹參生產(chǎn)中卻存在栽培管理粗放、產(chǎn)量低、品質(zhì)不穩(wěn)定等問題[5]。

施肥是中藥材人工栽培中極為重要的一個環(huán)節(jié)，直接影響到其生長、產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。鉀肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的必要肥料，鉀作為植物營養(yǎng)三要素之一，不僅在植物的光合作用、呼吸作用、蛋白質(zhì)代謝中起重要作用，還具有調(diào)控細胞滲透勢及氣孔運動、參與酶的活化、調(diào)節(jié)同化物運輸分配、提高作物抗逆性等多方面功能[7-9]。近年來中國土壤缺鉀程度和缺鉀面積呈不斷擴大趨勢[10]，因此鉀肥的施用越來越受到人們的重視。然而當鉀肥施用過量時也會產(chǎn)生不良影響，不僅造成作物產(chǎn)量及品質(zhì)的下降，還會造成環(huán)境污染及資源浪費[11]。不同作物因其營養(yǎng)特點及收獲器官的不同，對鉀的需求量存在較大差異，因此研究作物在不同供鉀水平下的生長狀況及生理特點，對于掌握其營養(yǎng)特性，指導實際生產(chǎn)具有重要意義。

前人對丹參施肥技術(shù)已進行了一定的研究[12-14]，但目前還鮮見關(guān)于不同施鉀水平對丹參生長及生理特性的影響的相關(guān)報道。因此，本試驗采用田間小區(qū)試驗的方法，設(shè)置不同鉀肥施用量處理，測定丹參在不同施鉀水平下的生理代謝變化，探討鉀營養(yǎng)對丹參生長發(fā)育的影響機制，以期為丹參栽培中鉀肥的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于唐山市豐潤區(qū)王官營鎮(zhèn)(39°90′N，118°27′E)，屬暖溫帶大陸性季風氣候，年均溫10.8℃，年降水量710 mm，土壤pH 7.46，速效氮27.4 mg/kg、速效磷60.6 mg/kg、速效鉀148 mg/kg、有機質(zhì)16.1 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗材料經(jīng)唐山師范學院藥用植物研究室鑒定為唇形科鼠尾草屬植物丹參Salvia miltiorrhizaBge.。

1.3 試驗設(shè)計

選取生長良好，長勢一致的丹參種苗，于2021年4月20 日完成移栽。試驗在施氮(N) 150 kg/hm2、磷(P2O5) 120 kg/hm2的基礎(chǔ)上，設(shè)置K0 (0 kg/hm2)、K75(75 kg/hm2)、K150(150 kg/hm2)、K225(225kg/hm2)4 個施鉀(K2O)水平。供試肥料為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、硫酸鉀（含K2O 52%），磷肥全部作基肥，氮肥和鉀肥50%作基肥、50%作追肥。每處理重復3 次，小區(qū)面積20 m2，試驗期間各處理除施鉀水平不同外，其余栽培措施保持一致，均進行常規(guī)田間管理。在丹參生長期間隔一段時間取樣一次，每處理選取生長狀態(tài)較一致的植株進行生理指標的測定。

1.4 指標測定

丹參丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定[15]，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性分別采用氮藍四唑光化還原法、愈創(chuàng)木酚法比色法、紫外吸收法測定[16]；葉綠素含量采用丙酮提取法測定[16]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 軟件進行數(shù)據(jù)整理分析及作圖，采用SPSS 19.0軟件進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施鉀水平對丹參MDA含量的影響

植物在不良環(huán)境下或衰老時往往自由基、活性氧代謝失調(diào)，引起脂質(zhì)過氧化反應，使得其產(chǎn)物MDA在植物體內(nèi)積累，加劇生物膜損傷[17]。不同施鉀水平對丹參MDA含量的影響如圖1所示。

圖1 不同施鉀水平對丹參MDA含量的影響

從圖1可以看出，丹參各處理的MDA含量最初均處于較低水平，而隨生育期的延長，各處理MDA含量呈不斷升高趨勢。在7 月5 日—8 月12 日，各處理MDA含量均大幅升高，這可能與此期間高溫炎熱且當年雨水過多，丹參受到高溫及水澇脅迫有關(guān)；8月12日—9月8日各處理MDA含量變化不大，10月14日后隨著植株逐漸衰老以及天氣變冷，丹參可能受到低溫脅迫，各處理MDA 含量均又有較大幅度的升高。分別對4個處理各時期的MDA含量取平均值后進行比較，結(jié)果為K150＞K225＞K75＞K0，即丹參不施鉀肥處理的MDA 含量最高，而不同施鉀水平均可降低丹參的MDA含量，其中K150處理的MDA含量最低，比K0處理降低了17.36%，與其他處理間差異均達顯著水平，由此說明，鉀肥的施用可以提高丹參在不良環(huán)境下細胞膜的受傷害程度，且施鉀量為150 kg/hm2時效果最佳。

2.2 不同施鉀水平對丹參SOD活性的影響

SOD是植物體內(nèi)清除活性氧自由基的關(guān)鍵酶，可催化超氧自由基形成H2O2，降低其對細胞的傷害[18]。從圖2 可以看出，在不同施鉀水平下丹參處理的SOD活性變化趨勢相同，均在開始時SOD 活性呈降低趨勢，但在7月5日K75、K150、K225處理SOD活性則急劇升高，8 月12 日時達生育期最高值，K0 處理SOD 活性也有小幅上升；在8 月12 日后各處理SOD 活性下降，10月14日后再次上升。從各處理在整個生育期的SOD 平均活性來看，K0 處理SOD 活性最低，K75、K150、K225 處理SOD 活性分別為K0 處理的1.29、1.59、1.43 倍。此結(jié)果表明鉀肥的施用可促進丹參SOD活性的提高，當施鉀量為150 kg/hm2時效果最佳，SOD活性顯著高于其他處理。

圖2 不同施鉀水平對丹參SOD活性的影響

2.3 不同施鉀水平對丹參POD活性的影響

POD是植物體內(nèi)另一種重要的保護酶，可將自由基代謝中間產(chǎn)物H2O2進一步分解為H2O[19]。從圖3 可以看出，在5 月30 日—7 月5 日，不同施鉀水平下的丹參POD 活性均有小幅上升，這與SOD 活性變化有所不同，但7 月5 日后，丹參各處理的POD 活性變化與SOD 活性變化一致，即在7 月5 日后各處理POD 活性急劇上升并在8 月12 日達到其生育期最高值，8 月12日后各處理POD 活性開始降低，10 月14 日后又再次升高，其中K150 處理升高幅度最大，顯著高于其他處理。4個處理中，K0處理各時期的POD活性平均值最低，顯著低于其他處理，其次為K75 處理，K150 處理POD活性平均值最大，為K0處理的1.19倍。

圖3 不同施鉀水平對丹參POD活性的影響

2.4 不同施鉀水平對丹參CAT活性的影響

CAT亦為清除H2O2的重要保護酶，可將H2O2分解為H2O和O2[19]。從圖4可以看出，隨生育期的推進，丹參各處理的CAT活性呈先升后降的變化趨勢，丹參各處理的CAT 活性在9 月8 日出現(xiàn)第一次峰值，晚于POD活性出現(xiàn)第一次峰值的時間（8月12日），之后丹參各處理的CAT 活性均有所降低。丹參各處理在整個生育期的CAT 活性平均值隨施鉀水平的提高而增大，即K225＞K150＞K75＞K0，各處理間差異達顯著水平。

圖4 不同施鉀水平對丹參CAT活性的影響

2.5 不同施鉀水平對丹參葉綠素含量的影響

植物的葉綠素含量是衡量其光合能力及衰老程度的重要指標。從圖5 可知，從丹參的整個生育進程來看，K75、K150 及K225 處理的葉綠素含量變化較為一致，均從5 月30 日葉綠素含量開始大幅上升，在7 月5日達到其生長期間的最大峰值，之后葉綠素含量開始逐漸下降，但9月8日后又有小幅度的升高，10月14日后葉綠素含量再次降低。K0處理葉綠素含量在7月5日前與其他處理變化基本相同，但7月5日后呈持續(xù)降低趨勢。分別對4個處理各時期的葉綠素含量取平均值后進行比較，結(jié)果為K150＞K75＞K225＞K0，即丹參葉綠素含量隨著施鉀量的增加而先升高后下降，當施鉀量為150 kg/hm2時，丹參平均葉綠素含量高于其他處理，特別是在丹參生長中后期差異顯著，這表明150 kg/hm2施鉀量有利于促進丹參葉綠素的合成，延緩葉綠素的降解，從而延遲葉片衰老。

圖5 不同施鉀水平對丹參葉綠素含量的影響

3 結(jié)論與討論

植物在不良環(huán)境條件下或衰老時會發(fā)生不同程度的膜脂過氧化作用，MDA 作為其最終分解產(chǎn)物，其含量高低可作為考察植物細胞受傷害程度的重要指標[20]。本試驗中，丹參MDA含量隨生育期推進而呈升高趨勢，其中夏季高溫多雨期及秋季天氣變冷及植株衰老時MDA含量增幅較大，其他時期增幅較小，表明MDA 含量的增加與植株衰老及遭受逆境程度密切相關(guān)。鉀是植物營養(yǎng)三要素之一，影響著植物的生長與代謝。在不同施鉀水平下，丹參MDA含量有所差異，不施鉀肥時丹參MDA含量最高，而75、150、225 kg/hm2施鉀處理均可不同程度地降低丹參的丙二醛含量，且150 kg/hm2處理MDA 含量最低，這與劉政波等[21]在人參上的研究結(jié)果相似，由此說明適宜供鉀水平可以延緩丹參植株衰老或提高丹參對外界不良環(huán)境條件的抵抗能力，從而減輕細胞受傷害程度。

SOD、POD、CAT 是植物體內(nèi)保護酶系統(tǒng)的主要成員，三者協(xié)同作用，清除植物體內(nèi)的活性氧自由基，抵御其對膜結(jié)構(gòu)和完整性造成的破壞。因此可通過植物體內(nèi)SOD、CAT和POD等的活性來衡量植物衰老速率對不良環(huán)境的適應能力。本試驗中，丹參體內(nèi)的SOD、POD、CAT 均在夏季高溫多雨期有較高活性，在秋季氣溫降低時SOD、POD 活性也有所升高，這可能是因為在不良環(huán)境下丹參體內(nèi)活性氧自由基的積累刺激和誘導了SOD 等保護酶的合成而使其活性提高[22]。此外，本試驗結(jié)果還表明75、150、225 kg/hm2施鉀處理的SOD、POD、CAT活性均高于不施鉀處理，其中150 kg/hm2施鉀處理的SOD和POD活性最高，此結(jié)果也與MDA 含量測定結(jié)果相對應，說明適量施鉀可通過提高丹參體內(nèi)的保護酶活性，抑制膜質(zhì)過氧化作用，減少MDA的生成，從而減輕丹參在不良環(huán)境下的細胞受損傷程度。

植物的葉綠素含量是葉片光合能力強弱、營養(yǎng)生理狀況以及衰老進程的良好指示劑。有研究表明，供鉀良好對作物葉綠素含量的提高有促進作用[23-24]。本研究與前人研究結(jié)果相同，即適宜供鉀水平對提高丹參葉綠素含量有明顯的促進作用，但過高或過低的供鉀水平則不利于葉綠素含量的提高，這可能是由于當供鉀水平過低時，細胞中的活性氧增加，擴散到葉綠體內(nèi)，參與對葉綠素的降解[24]；而過量施鉀時則可能影響離子間的平衡而干擾作物對其他礦質(zhì)元素（如Mg、Ca）的吸收，進而影響葉綠素的合成[25-26]。

本研究表明施鉀水平對丹參生理代謝有明顯影響，當施鉀水平為150 kg/hm2時可有效提高丹參體內(nèi)SOD、POD、CAT 等保護酶活性，抑制膜質(zhì)過氧化作用，減少MDA的生成；同時可提高丹參葉片葉綠素含量，提高光合能力，促進丹參正常生長和發(fā)育。