渥丹百合農藝性狀及活性成分對鉀元素的響應

王云霞，張萍，葛蓓蕾，雅蓉，楊英，靳磊

（寧夏大學農學院，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。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資源，以四川、云南分布最多，其次是陜西、甘肅等地［2-3］。據現存最早的一部本草專著《神農本草經》上記載百合有清肺潤燥、滋陰、消熱等功效［4］。然而目前規模化栽培的食用百合僅有蘭州百合（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］，因此如何實現這些野生百合資源的有效開發是當前百合研究人員的首要任務。

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、氨基酸、維生素、礦物質等多種人體需要的營養物質［9］。研究表明，渥丹百合的主要次生代謝產物有多糖、皂苷及酚類物質，具有抗氧化、降血脂、抗菌消炎以及免疫調節等功效［10-13］。已有學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個傳統食用百合種和品種的食用營養價值，是發展食用百合新品種的優良材料［14-18］。但渥丹百合只在東北少數地區有小面積種植，對于其品質受采收時期和礦質元素影響的研究較少，這限制了渥丹百合資源的充分開發利用。

前人研究表明，鉀元素是影響食用百合產量和品質的主要因素之一，適宜的施鉀量不僅能提高百合產量，還可以改善其品質［19-20］。林玉紅［21］通過研究蘭州百合發現，總糖和粗淀粉含量均與施鉀量呈顯著正相關。截至目前，食用百合品質的研究主要集中在可溶性糖、粗淀粉、粗纖維等基本營養成分上，而總酚、皂苷、多糖作為主要活性物質，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，從而確定最優的施鉀肥水平，為渥丹百合的合理栽培提供理論依據，同時為探索野生百合人工馴化栽培技術提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年4-11月在寧夏大學農科實訓基地玻璃溫室進行，地處北緯38°30′16″，東經106°7′38″。室內平均溫度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、打開遮陽網、風機、地面噴水等方式降溫，空氣相對濕度在70%～80%。供試基質為草炭和珍珠巖（2∶1）。

1.2 試驗設計

以渥丹百合為試驗材料，種球購自中國農業科學院蔬菜花卉研究所，周徑12～13 cm。采用Hoagland營養液澆灌技術，設5個鉀濃度梯度，分別為：K0，營養液中不含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，因此本試驗在和Hoagland營養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，盆缽內裝基質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液，每盆澆灌營養液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、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 測定指標與方法

1.3.1 農藝性狀的測定 每處理隨機取樣，用直尺及游標卡尺測量株高（從基部到其頂部的距離）、莖粗（基部節間處）、地下鱗莖周徑（皮尺在鱗莖表面環繞一周）；數葉片數；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，用于活性物質的測定。

1.3.3 渥丹百合活性物質含量的測定 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 數據處理與分析

所有試驗重復3次，結果以“平均值±標準誤”表示，用Excel 2010軟件進行處理數據，采用SPSS 19.0進行統計分析，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相關系數進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 鉀濃度對渥丹百合農藝性狀的影響

如表2所示，不同鉀濃度處理對渥丹百合農藝性狀的影響差異顯著（P＜0.05），表現為隨鉀濃度的增加呈先增加后降低趨勢。渥丹百合現蕾期株高和莖粗在K3水平達最大值，說明現蕾期地上部生長所需養分主要是由鱗莖提供，不僅僅靠根系吸收外界養分。葉片數在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%，表明現蕾期鱗莖以消耗養分為主，對鉀素的響應不顯著。

表2 不同處理下渥丹百合農藝性狀的動態變化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，是鱗莖由消耗養分轉為貯藏養分的轉折期，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，可為增產奠定基礎。

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系無明顯規律。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差異顯著（P＜0.05）。現蕾期和開花期，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不顯著。

渥丹百合鱗莖中總酚含量的變化如圖1B所示，現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差異顯著（P＜0.05），在現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。

現蕾期，渥丹百合鱗莖中皂苷（圖1D）含量對鉀濃度的響應差異顯著（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不同，且積累量之間顯著差異，表現為在一定濃度范圍內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的是K4水平，即Hoagland營養液中鉀離子濃度為895.2 mg·L-1時，活性物質積累最多。

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，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。現蕾期，鱗莖中鉀含量隨施鉀量的增加表現為先降后升，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 相關性分析

2.4.1 鉀濃度與渥丹百合農藝性狀、活性成分的相關性 如表3所示，渥丹百合株高與鉀濃度呈正相關，在生育后期相關性達顯著水平（P＜0.05），相關系數分別為0.90、0.93。現蕾期鱗莖周徑與鉀濃度呈負相關，而與株高和葉片數呈正相關，說明現蕾期鉀素可以促進渥丹百合鱗莖養分消耗，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，此時鱗莖處于充實期，鉀素可以促進鱗莖膨大，與葉片數和葉綠素含量呈負相關，說明鉀素可以促進地上部衰老。

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

鱗莖中活性物質的積累與鉀濃度也存在一定的相關性，其中多糖在營養生長期與鉀濃度呈負相關性，而在半枯期和全枯期呈正相關，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，其中總黃酮在半枯期達顯著水平，相關系數為0.90，說明鉀素可以促進鱗莖中活性成分的積累。

2.4.2 渥丹百合農藝性狀與鱗莖中活性成分積累的相關性 由表4可知，渥丹百合農藝性狀與活性成分的積累存在一定的相關性，相關系數在-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，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。在營養生長期，莖粗與多糖和總酚呈正相關，生育后期呈負相關。葉片數與葉綠素含量在半枯期與活性成分呈負相關，其中葉綠素含量與總酚和總黃酮達顯著水平，相關系數分別為-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，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 渥丹百合農藝性狀與活性成分積累的相關性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、葉綠素含量、鱗莖周徑的動態變化，比較了不同處理對渥丹百合農藝性狀影響的差異與聯系，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，明確了鱗莖發育過程中活性物質的積累規律以及對不同鉀水平的反應，為完善渥丹百合活性成分的研究資料和構建有利于生態安全合理施肥技術體系提供依據。試驗結果表明，鉀能促進渥丹百合地下鱗莖發育及葉片生長，增加株高和綠葉數，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育，這與對龍牙百合的研究結果相似［27］。相關性分析表明，現蕾期鱗莖周徑與鉀濃度呈負相關，而與株高和葉片數呈正相關，說明現蕾期鉀素可以促進渥丹百合鱗莖養分消耗，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分來源，可提供一個較為豐富的養分基礎，供給植株地上部的生長［28-29］。鉀濃度過高會打破養分平衡，使得地上部旺長、地下鱗莖養分失調，導致施鉀增產效應降低；而鉀濃度過低，導致植株地上部生長受阻，制約了地下鱗莖的生長發育，不利于鱗莖的膨大。因此，在鉀素施用過程中應適當控制鉀素水平，才能促進渥丹百合生長發育進而達到增產效果。本研究中，鱗莖周徑在半枯期與鉀濃度呈正相關，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，積累更多的養分。此外，鱗莖作為主要食用器官，其周徑大小直接決定著產量。通過增加鱗莖周徑來提高其產量，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鍵物質［5］。本研究發現，不同鉀濃度水平下，鱗莖中活性成分積累不同步，表現在含量峰值的大小和峰值出現時期的差異，這可能是由于不同鉀水平影響了渥丹百合的發育進程，進而影響了活性成分在不同時期的積累變化。營養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、運輸與轉化，能抑制酸性轉化酶，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（P＜0.05），與皂苷呈正相關，表明鉀素能促進鱗莖中活性物質的形成，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果一致［31］；與蘭州百合［32］結果相似。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境的適應性，為下一生育期奠定充實的養分基礎。此外，渥丹百合農藝性狀與活性成分之間也存在一定相關性，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，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的次生代謝過程，有利于植物體內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系得出，在渥丹百合營養生長期，鉀素可以促進鱗莖中養分消耗，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］的研究結果一致。以上結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等方面提供科學參考，進一步為其有效合理的利用開辟新的途徑。

4 結論

鉀素可以促進渥丹百合地下鱗莖發育及葉片生長，增加株高和葉片數，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關系。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的是K4水平，即Hoagland營養液中鉀離子濃度為895.2 mg·L-1時，活性物質含量達最大值。