氮磷鉀對桔梗生長及次生代謝產物的影響

王 靜，王渭玲，徐福利，曹鮮艷，黃淑華，張曉虎，何 軍

(1.西北農林科技大學生命科學學院，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學 中國科學院、水利部水土保持研究所，陜西 楊凌 712100；3.商洛學院生物醫藥工程系 中國中醫科學院商洛中藥材GAP科研工程中心，陜西 商洛726000)

桔梗(Platycodongrandiflorum)是桔梗科桔梗屬植物，別名鈴鐺花、包袱花、道拉基等，是我國傳統大宗中藥材之一，具有宣肺、利咽、祛痰、排膿等功效[1]。現代藥理學研究表明，桔梗還有免疫調節、抗炎、保肝等作用[2]，并且是一種藥、食及觀賞兼用的經濟植物。桔梗越來越多的藥用價值與經濟價值被發現，使其用量大增，導致野生資源不能滿足市場的需求。因此，大面積栽培的桔梗逐步代替野生桔梗藥材而入藥[3]。桔梗植株對肥料較為敏感，因此，施肥是桔梗栽培中的重要環節之一，并直接影響桔梗產量和品質。藥用植物的栽培需要兼顧產量和有效成分含量，而有關桔梗高產優質施肥技術還未見系統的研究報道。栽培中不能根據桔梗生長規律和土壤養分含量確定肥料最佳用量、最佳比例和最佳施用期，這不僅影響桔梗產量和品質，還造成肥料浪費并對土壤及地表水有一定的污染。為此，本研究采用三因素二次D-飽和最優設計田間試驗，研究氮、磷、鉀對桔梗生長及次生代謝產物的影響，在綜合考慮桔梗產量和品質的基礎上，確定氮磷鉀最佳施肥用量，以期為桔梗優質高產栽培技術提供合理施肥依據。

1 材料與方法

1.1試驗區概況 試驗于2010-2011年在陜西商洛香菊藥源基地進行。基地地勢平坦，海拔580 m，屬于半濕潤溫暖氣候區，四季分明、光照充足、降水充沛。年降水量722.9～899.0 mm，平均日照2 346.8 h，平均氣溫15.8 ℃，無霜期248 d，是桔梗適宜生長地之一。供試土壤類型經測定為壤質粘土，有機質采用重鉻酸鉀容量法，全氮采用凱氏定氮蒸餾法，堿解氮采用堿解擴散法，土壤全磷采用酸溶-鉬銻抗比色法，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，土壤全鉀采用NaOH熔融火焰光度法，速效鉀采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法測定[4]。土壤肥力測定結果見表1。

表1 供試土壤基本肥力性狀

1.2材料與方法 田間試驗采用三因素二次飽和D-最優設計方案[5]，設10個處理3次重復，共30個小區，隨機區組排列，小區面積4 m×6 m=24 m2。試驗設計編碼值及施肥量見表2。

試驗用肥料為尿素 (含N 46%)、過磷酸鈣 (P2O5≥12%)、硫酸鉀 (K2O≥51%)，磷肥、鉀肥作基肥整地時一次性施入，氮肥1/3作基肥施入，剩余2/3于定苗后作為追肥施入。

供試材料為商山桔梗。田間試驗于2010年4月15日直播，按照行距25 cm，溝深1～2 cm，每小區16行條播，出苗前澆一次透水，并用麥草覆蓋地表以保持土壤松軟濕潤；5月1日出苗，桔梗生長期間不定期除草；6月1日定苗；10月25日收獲。其他田間管理措施與張鴻雁等[6]提出的桔梗優質栽培技術一致。試驗期間降水充足，年平均降水量為859.5 mm，有利于桔梗生長。

表2 氮、磷、鉀三因素二次飽和D-最優設計方案

1.3測定項目和方法

1.3.1生長指標測定 分別于出苗期 (6月27日)，根系膨大期 (9月27日)和枯萎期 (10月25日)采樣。按照“五點采樣法”，每次每小區采樣5株，將植株連根挖出，所取樣品分成根、莖葉兩部分，用直尺測量植株高度和根長度，游標卡尺測量根粗(主根最粗部位直徑)和莖粗(莖第2節間最大直徑)，同時測定根和地上部分鮮生物量，再在烘箱內105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干，稱干質量，計算生物產量和根冠比，其中生物產量=根干質量+地上部分干質量，根冠比=根干質量/地上部分干質量。

1.3.2桔梗次生代謝產物含量測定 采用李喜鳳等[7]的超聲法提取總皂苷，香草醛-硫酸比色法測定總皂苷含量；采用李艷等[8]的方法提取并測定桔梗總黃酮的含量(桔梗皂苷D對照品和黃酮對照品購于天津一方科技有限公司，含量≥98%)。采用苯酚-硫酸比色法[9]測定桔梗多糖含量。

1.3.3藥材產量 2010年10月25日收獲，每小區收獲4 m2，采挖后，將根部分離，洗凈，除去須根，趁鮮剝去外皮[1]，烘干測干質量并折算至公頃產量。

1.4統計方法 試驗數據用DPS v7.05統計軟件進行方差分析，各處理效果用LSR-Duncan 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1不同施肥處理對桔梗植株高度、根長度的影響 隨著桔梗植株生長，各施肥處理桔梗植株高度都在增加，處理間的差異隨著生育期推移逐漸增大(表3)。處理2、9、10在各個生育期植株較高，處理3、4作用不明顯，這表明氮是桔梗植株營養生長主要元素。生長旺盛的根系膨大期氮、磷配合>磷、鉀配合>氮、鉀配合，這是因為磷在開花期對植株的新陳代謝活動，尤其是光合作用起著重要促進作用。根是桔梗有效成分累積的器官，根部生長形態也是評價桔梗藥用價值的重要指標。隨著生育期的推移，各施肥處理間的差異逐漸增大。單施氮肥 (處理2)根長度低于對照組，而磷肥和鉀肥卻對根長度起到一定的促進作用，尤其是磷鉀配施 (處理5)。

表 3 不同生長時期各處理植株高度和根長度的變化

2.2不同施肥處理對桔梗根粗、莖粗的影響 與處理1相比，各施肥處理桔梗根粗都在增加。單施氮、磷、鉀肥都起到一定的壯根作用，但各處理間差異不明顯(表4)。在植株生長后期，單施氮、單施磷、單施鉀對桔梗根粗影響依次為氮>鉀>磷；氮、鉀配合>氮、磷配合>磷、鉀配合。單施鉀肥 (處理4)的莖粗小于對照組，處理2、7、10組莖粗在各個生長時期相對較高。

2.3不同施肥處理對桔梗根干質量和生物量的影響 與處理1相比，施肥處理各生育期桔梗根部干物質量積累均有增加。在枯萎期桔梗根干質量達到最大，其中處理9對桔梗根干質量影響最為顯著，與對照組相比增加了78.82%(圖1)。氮、磷、鉀單施在不同生育時期對桔梗根干質量影響依次為

表4 不同生長時期各處理根粗和莖粗的變化

圖1 不同生長時期各處理對根質量及生物量影響

單施鉀>單施氮>單施磷；而在氮、磷、鉀兩兩配施的處理組中，磷、鉀配合>氮、鉀配合>氮、磷配合。各施肥處理能明顯增加桔梗植株生物產量，其中單施氮肥 (處理2)效果最佳，枯萎期植株生物產量比對照組增加90.46%，其次為單施鉀肥、單施磷肥。

苗期桔梗根冠比偏低，根系膨大期及枯萎期逐漸增大(圖1)，這說明桔梗苗期主要以地上部分生長為主，根系膨大期及枯萎期則以根生長為主。單施氮肥在枯萎期根冠比最小，處理9在枯萎期根冠比最大(圖1)，表明合理氮磷鉀配施能優化桔梗植株地下干物質分配，增加桔梗的根產量。

2.4不同施肥處理對桔梗藥材產量影響 與處理1相比，各施肥處理能明顯提高桔梗藥材產量 (表5)。氮、磷、鉀三者配施 (處理8、9、10)產量增幅最大，增產51.10%～84.30%。氮、磷、鉀單施處理組中，單施氮肥增產作用最為明顯，增產42.74%；單施鉀肥增產20.28%，而單施磷肥增產效果不明顯；在氮、磷、鉀兩兩配施處理中，氮、鉀配施增產效果最為顯著，增產70.94%，這表明氮、鉀是決定桔梗產量的主要元素。

表5 不同施肥處理桔梗總皂苷、多糖、總黃酮含量及藥材產量

2.5不同施肥處理對桔梗次生代謝產物影響 各施肥處理桔梗總皂苷和多糖含量顯著高于處理1(P<0.05)(表5)。與處理1比較，桔梗總皂苷含量增加15.09%～54.62%，桔梗多糖含量增加56.93%～122.19%。單施氮肥增加桔梗總皂苷效果最為顯著，其次為單施鉀、單施磷；氮磷鉀兩者配施對桔梗總皂苷影響為氮、鉀配合>氮、磷配合>磷、鉀配合。合理氮磷鉀配施能顯著提高桔梗總皂苷含量。氮、磷、鉀對桔梗植株多糖含量影響為單施磷>單施氮>單施鉀。單施氮肥 (處理2)和單施磷肥 (處理3)對桔梗總黃酮積累表現出一定負效應，其余處理均不同程度增加了桔梗總黃酮含量，且各處理間差異顯著。處理8增加桔梗總黃酮含量效果最為顯著，與對照組比較增加27.49%。

結合不同施肥處理對桔梗藥材產量和次生代謝產物的影響，綜合認定處理9(N 150 kg·hm-2、P2O579.41 kg·hm-2、K2O 225 kg·hm-2)為最佳施肥配比，有利于桔梗植株達到高產優質。

3 討論

施肥是提高栽培藥用植物產量和品質的重要措施，合理施肥既能促進作物生長發育，提高藥材產量，又能改善藥材品質。本研究表明，氮、磷、鉀合理配施明顯促進了桔梗植株生長，并對桔梗藥材產量和次生代謝產物產生一定影響。其中，氮肥對桔梗營養生長的影響最大，同時，氮肥雖然可以促進桔梗地上部分器官生長，卻降低了光合產物向根系轉移的比例，從而降低桔梗根冠比[10]。因此，桔梗施肥中不能過多施用氮肥，否則會造成地上部分徒長而影響根系生長，這些都與王玲等[11]關于桔梗配方施肥研究的結論相一致。而鉀是糖酵解過程中的重要活化劑，協調光合產物合成、運輸和轉化，可提高桔梗根冠比[12]。所以，合理的氮磷鉀配方施肥能夠保證根部營養物質的持續有效積累，同時防止地上部分徒長。

本試驗條件下，不同營養元素對桔梗藥材產量影響為氮>鉀>磷，這與祝麗香等[13]認為在根播桔梗生長第1年中，植株對氮需求量最大，吸收能力也最強，其后為鉀，磷吸收量最少的研究結論一致。而王玲等[11]研究卻發現磷肥對一年生桔梗產量的影響比較顯著，鉀肥的影響不大，與本研究結果相反，這可能與本研究供試土壤有效磷含量偏高有關。

對于桔梗總皂苷含量，氮的影響最為顯著，其次為鉀、磷。這可能是由于桔梗皂苷屬于三萜類化合物 (次生代謝產物)，而三萜類化合物合成是以碳水化合物作為底物，所以桔梗總皂苷含量與其碳代謝有密切的關系，根據C/N平衡假說，植物體內碳水化合物含量升高，可使植物含氮量相對下降，引起非結構碳水化合物過剩，從而促進萜類物質合成[14]。同時，本研究發現，氮鉀配施能顯著提高桔梗總皂苷含量，這與張艷玲等[15]關于氮鉀配施對桔梗品質影響的研究結果相一致。各營養元素對桔梗植株多糖含量影響為磷>氮>鉀，而氮、磷對桔梗總黃酮積累表現出一定負效應，其中氮肥對藥用植物黃酮類次生代謝產物的抑制作用在羽葉決明(Cassianictitoms)施肥研究[16]中也有發現。此外，桔梗產量與總黃酮含量呈負相關。因此，以黃酮類次生代謝物作為主要有效成分的藥用植物，要提高有效成分含量，其合理施肥配方是關鍵。

氮、磷、鉀是藥用植物生長發育及其產量、品質形成的主要的3種營養元素，不同藥用植物對其需要量及其比例不同。不同肥力水平的土壤，肥料最佳施用量差別很大，因此，對藥用植物精準施肥的研究不僅要注重產量，還要考慮如何提高次生代謝產物量。

4 結論

根據上述分析，本研究認為施肥能顯著提高桔梗藥材產量，氮、磷、鉀元素對桔梗藥材產量影響依次為氮>鉀>磷；依據桔梗藥材產量及總皂苷含量提出桔梗合理施肥方案為N 150 kg·hm-2、P2O579.41 kg·hm-2、K2O 225 kg·hm-2。

致謝：誠摯感謝黑龍江佳木斯大學王良信教授和中國農業科學院土壤肥料研究所褚天澤研究員對本文的悉心修改！

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