不同氮肥及施肥量對延胡索產量和生物堿含量的影響

崔建波 張靜 胡莉 楊青山 張君 祁俊生

摘要：為探究氮素種類及施氮量對延胡索產量及品質的影響，并為延胡索的優質高產栽培提供氮肥施用依據。采用大田試驗，在不同氮素形態及施氮量處理后，比較分析其增產效果，采用高效液相色譜法建立延胡索中6種生物堿指紋圖譜以分析其藥用品質。結果表明，施用不同氮素后對提高延胡索產量均起到了顯著促進作用，90 kg/hm2尿素處理增產效果最佳，增產倍數達2.730，同比無氮素處理（CK）增加95.0%，CK產量最低;藥材折干率對比發現，120 kg/hm2 硫酸銨處理折干率最高，達0.589，同比CK增加54.3%，120 kg/hm2硝酸銨處理最低，僅有0.357，同比CK低6.5%;90 kg/hm2尿素處理顯著促進了延胡索干物質的累積。延胡索乙素含量分析表明，90 kg/hm2尿素處理組中延胡索乙素含量最高，達0.594 mg/g，同比對照增長23.0%，120 kg/hm2硫酸銨處理組含量最低，僅有0.325 mg/g。藥材品質指標對比發現，90 kg/hm2尿素處理顯著提高了延胡索藥用價值指標，該組的抗炎鎮痛、促進癌細胞自我消亡和綜合指標排第一，硫酸銨與硝酸銨處理對藥材藥用價值的提升效果相近。綜合藥材產量和生物堿促進效果對比分析表明，尿素、硝酸銨的最佳處理施量處理為90 kg/hm2，硫酸銨最佳處理施量為120 kg/hm2。綜合得出，培育過程中施加90 kg/hm2尿素可有效提高延胡索產量與藥材品質。

關鍵詞：延胡索;氮源;折干率;增產倍數;生物堿;主成分分析

中圖分類號：S284;S567.21+2.06 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2022）07-0124-07

收稿日期：2021-07-15

基金項目：重慶市技術創新與應用發展科技特派員專項（編號：cstc2018jscx-mszd0294、cstc2020jscx-tpyzx0023）。

作者簡介：崔建波（1997—），男，重慶人，碩士研究生，從事中草藥種植與土壤環境影響相關研究。E-mail：1391230305@qq.com。

通信作者：祁俊生，博士，教授，從事環境科學、藥物化學、生物化學相關研究。E-mail：1208986565@qq.com。

延胡索（ Corydalis yanhusuo ）別稱元胡，為罌粟科紫堇屬一年生草本植物，氣微，味苦[1]。作為我國著名中草藥之一，延胡索含有多種生物堿，大量應用于中藥制片和臨床，相關產品用于主治78種疾病[2]。野生延胡索資源較為稀有，市場延胡索商品主要來源于家種[3]。其具有種植年限短、種植難度適中、市場環境良好等優勢，在浙江、陜西兩地產量占比達92%，而在重慶等地種植規模尚未成型[4]。

氮素作為植物需求量最大的礦質營養元素，對植物生長發育、作物產量與品質有著極其重要的影響。研究表明，氮素形態與濃度對不同作物的影響效果不同，同一氮源及濃度對一種作物促進其生長發育效果明顯，但應用于其他作物時會出現不同效果[5-6]。高效的氮利用和氮轉化可有效提高作物籽粒產量[7]，較低的氮利用和氮轉化效率將不利于作物的吸收轉化，多余的氮素沉積在土壤中，經過分解轉化后將造成土壤板結、肥力下降等問題[8]。在農業生產中，氮素主要是銨態氮、硝態氮、酰胺態氮3種形態存在，不同形態的氮在吸收、儲存、運輸、同化過程中存在較大差異，進而影響植物生長[9]。中藥材種類繁多，其營養規律與特點同農作物相比差異較大，雖對部分中藥材進行了施肥研究，但起步較晚，研究較少[10]。延胡索種植過程中須要多次施肥（基肥、臘肥、春肥、苗肥），以保證藥材產量及品質。余順慧等研究了氮肥（尿素）對鉻污染土壤延胡索幼苗生長及品質的影響，結果顯示不同施量的尿素可有效緩解鉻污染對延胡索幼苗的毒害作用[11]。但是，現有文獻中鮮有研究不同氮源及施氮量條件對延胡索產量及品質的作用。因此，本研究以藥用植物延胡索為試驗材料，通過大田試驗研究不同氮源種類（尿素、硫酸銨、硝酸銨）及其施用量對延胡索產量與品質（以原阿片堿、鹽酸黃連堿、鹽酸巴馬汀、鹽酸小檗堿、脫氫紫堇堿、延胡索乙素6種生物堿含量，判定延胡索品質）的影響，以期為延胡索高產優質栽培中氮肥的合理施用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

本試驗在重慶三峽學院百安校區試驗栽培基地（重慶市萬州區五橋鎮）進行。栽培基地（108°27′06″E、30°45′26″N）屬亞熱帶濕潤型季風氣候，年平均降水量1 000～1 300 mm，年均氣溫 13.8～18.8 ℃。供試土壤理化性質如下：有機質含量18.35 g/kg、全氮含量1.23 g/kg、堿解氮含量 12.58 mg/kg、速效鉀含量50.34 mg/kg、速效磷含量11.34 mg/kg、鉛含量13.4 mg/kg、鎘含量0.48 mg/kg，pH值為6.30。

于2019年10月于浙江省東陽市農業局購買大葉延胡索塊莖;選擇塊莖直徑1～2 cm，無蟲口、土黃色扁圓型的當年新生種源作為延胡索種源。

本試驗所用肥料均由實驗室配制，尿素、硫酸銨、硝酸銨均購自科隆化學品有限公司，過磷酸鉀、氯化鉀購自西隴化工股份有限公司，純度≥99.0%。色譜級甲醇、乙腈購自德國默克公司。

1.2 試驗設計

采用大田試驗隨機區組設計，施用氮源為尿素、硫酸銨、硝酸銨，每種肥料施用量均為0、30、60、90、120 kg/hm2。共設置13個處理，每個處理5個重復，每4 m2種植8窩（每窩行距50 cm，合計占地280 m2），每窩延胡索塊莖播種量控制在 5 g 左右（表1），于2019年11月2日種植，生育期210 d。中間經歷4次施肥（基肥2019年11月2日、臘肥2019年12月25日、春肥2020年2月30日、苗肥2020年3月15日，4次施肥量種類及施肥量一致），分別稱取過磷酸鈣和氯化鉀 5 kg，混合均勻制成不含氮素復合肥，按照80 kg/hm2的量均勻施加于各處理。

1.3 樣品采集

樣品采收于2020年5月25日，收獲時將每窩延胡索塊莖分別收裝在不同采樣袋中，每組處理隨機取樣5窩;洗凈自然風干后稱量，其質量記為單窩產量（鮮質量，FW）。將風干藥材塊莖置于烘箱（溫度45 ℃）烘至恒質量后稱量，記為單窩干質量。用粉碎機粉碎烘干延胡索塊莖，過0.177 mm篩后備用。

1.4 測定方法

1.4.1 產量

將延胡索塊莖洗凈后風干至藥材表面無水分，用電子天平稱質量，記為鮮質量;稱質量后的藥材置于45 ℃烘箱烘干至恒質量后電子天平稱質量，記為干質量。

單窩增產倍數=單窩產量/單窩播種量;

折干率=單窩鮮質量/單窩干質量。

1.4.2 生物堿含量測定

生物堿含量測定參考張靜等的高效液相色譜法（HPLC）[12]，同時測定延胡索中原阿片堿、鹽酸黃連堿、鹽酸巴馬汀、鹽酸小檗堿、脫氫紫堇堿、延胡索乙素6種生物堿含量。

1.5 數據處理

利用SPSS Statistic 26.0對所測定結果取平均值和標準差分析，檢驗各處理組的顯著性差異（ LSD 、鄧肯分析和系統聚類分析）;用Excel 2007及Origin 2018軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同氮源對延胡索增產效果影響

同種氮源不同施肥量對延胡索產量有顯著影響（圖1）。尿素氮源處理組中，A3（90 kg/hm2）單窩增產倍數最高，為2.730，無氮肥的對照處理（CK）單窩增產倍數最低，為1.400，約為尿素處理最高組的51.282%;A2（60 kg/hm2）增產倍數最低，為1.789，約為A3的65.531%。硫酸銨氮源處理組中，B3（90 kg/hm2）單窩增產倍數最高，為2.609，CK增產倍數為硫酸銨處理最高組的53.660%;B1（30 kg/hm2）在含硫酸銨處理組中增產倍數最低，為1.636，約為B3的62.706%。硝酸銨氮源處理組中，C2（60 kg/hm2）單窩增產倍數最高，為2.725，CK增產倍數約為C2的51.376%，C1（30 kg/hm2）處理在含硝酸銨處理組中增產倍數最低，為2.296，約為C2的84.257%。

相同施肥量不同氮源種類處理間增產倍數也呈現出較大差異，30 kg/hm2氮肥處理單窩增產倍數由高到低依次為硫酸銨>尿素>硝酸銨;60 kg/hm2 氮肥處理單窩增產倍數由高到低依次為硫酸銨>硝酸銨>尿素;90 kg/hm2 氮肥處理單窩增產倍數由高到低依次為硝酸銨>硫酸銨>尿素;120 kg/hm2氮肥處理單窩增產倍數由高到低依次為尿素>硫酸銨>硝酸銨。比較各氮源種類中增產倍數最高的處理，由大到小依次是A3（尿素90 kg/hm2）>C2（硝酸銨60 kg/hm2）>B3（硫酸銨 90 kg/hm2），而硝酸銨氮源處理組單窩增產倍數普遍高于其他處理。

2.2 不同氮肥對延胡索折干率的影響

折干率是衡量藥材產量與質量的重要指標，受其生長環境及自身遺傳特性影響[13]。不同氮源對延胡索折干率也有著顯著影響（表2）。尿素作為氮源時，30 kg/hm2處理折干率最低，為0.380，90 kg/hm2 處理折干率最高，為0.446;硫酸銨作為氮源時，60 kg/hm2處理組最低，為0.376，120 kg/hm2 處理組最高，達0.589;硝酸銨作為氮源時，明顯呈現隨施量增加折干率先增后減趨勢，其中90 kg/hm2處理最高，達0.547。比較不同種類氮源處理中折干率最高的處理，由大到小依次為硫酸銨120 kg/hm2>硝酸銨90 kg/hm2>尿素90 kg/hm2。尿素氮源處理單窩折干率在各個施氮量下都普遍偏低，硫酸銨處理隨施量增加呈現出增-減-增趨勢，最高組氮源施用量120 kg/hm2偏高，硝酸銨處理隨施用量增加呈現先增后減趨勢，在90 kg/hm2施用量下達到峰值。

2.3 不同氮源處理對延胡索生物堿含量影響

2.3.1 原阿片堿

試驗對照藥品中原阿片堿含量為0.303mg/g。由圖2-A可知，CK、A1、A3、A4、B2、C3處理的原阿片堿含量均高于對照藥品;其中A4原阿片堿含量最高，高施肥量的尿素促進原阿片堿累積效果較佳。

2.3.2 鹽酸黃連堿

由圖2-B可知，不同氮源處理中，除B4外，其他處理鹽酸黃連堿含量均高于對照藥品。所有處理組中，鹽酸黃連堿含量前3組依次為A3>A4>C4;尿素氮源處理中，除A2外，其他施用量處理鹽酸黃連堿含量均處于較高水平，且A3為所有處理組中含量最高。

2.3.3 鹽酸巴馬汀

由圖2-C可知，尿素氮源處理中，鹽酸巴馬汀含量隨氮源施用量的升高而升高，120 kg/hm2施用量處理含量最高，為 0.472 mg/g，但在所有處理組中處于中間水平。硫酸銨處理中，藥材鹽酸巴馬汀含量隨施肥量的升高而下降，其中30 kg/hm2施用量處理鹽酸巴馬汀含量最高，為0.561 mg/g;硝酸銨處理中，低施用量（C1）鹽酸巴馬汀含量最高，達0.737 mg/g，其他施用量處理均低于對照藥品，對藥材鹽酸巴馬汀含量影響較大。所有處理組中，僅C1生物堿含量高于對照藥品，而尿素氮源處理組中鹽酸巴馬汀含量均較低。

2.3.4 鹽酸小檗堿

由圖2-D可知，CK、尿素氮源處理的鹽酸小檗堿含量均高于對照藥品，硫酸銨處理在低施肥量時其鹽酸小檗堿含量較高，提高施用量后鹽酸小檗堿含量明顯下降;硝酸銨處理組鹽酸小檗堿含量隨處理施用量增加而緩慢增加，僅施用量達120 kg/hm2時其小檗堿含量高于對照藥品。不同氮源處理中鹽酸小檗堿含量前3組（不包括CK）A2>A3>A1，可知尿素處理在中低施用量時鹽酸小檗堿含量均處于較高水平。

2.3.5 脫氫紫堇堿

由圖2-E可知，尿素處理組中A1、A3脫氫紫堇堿含量高于對照藥品;硫酸銨處理組脫氫紫堇堿含量均低于對照藥品;硝酸處理組中，C1、C3處理脫氫紫堇堿含量高于對照藥品，C2、C4處理低于對照藥品。A3為所有組中含量最高處理。

2.3.6 延胡索乙素

《中國藥典》中明確指出，延胡索藥品中理論板數按延胡索乙素峰計算應不低于3 000[1]。對照藥品中延胡索乙素含量為 0.483 mg/g，由圖2-F可知，A3處理中延胡索乙素含量為所有處理組最高，為0.594 mg/g，為對照藥品的122.93%;B4處理中延胡索乙素含量最低，為 0.325 mg/g，僅為對照藥品的67.29%。硫酸銨氮源處理隨施用量的增加，藥材中延胡索乙素呈明顯的下降趨勢，施用量在30 kg/hm2時，延胡索乙素最高，為0.591 mg/g，與最高值（A3）基本持平。

2.3.7 6種生物堿總含量

不同氮源下延胡索中6種生物堿含量差異顯著（圖3），藥材中6種生物堿總量大小依次為A3>A4>A1>C1>B1>C3>C4>對照藥品>B2>A2>C2>CK>B3>B4。對照樣品生物堿含量為3.816 mg/g，A3處理組6種生物堿總含量最高，為4.704 mg/g，為對照藥品生物堿含量的123.27%;B4處理含量最低，為3.083 mg/g，為對照藥品生物堿含量的80.79%。尿素氮源處理對促進生物堿累積效果最佳，A1、A3、A4中生物堿含量處于所有處理組前3位，A2相對處于較低水平。硫酸銨氮源處理組中藥材生物堿含量隨施肥量增加而減少，且B4生物堿含量最低。硝酸銨氮源處理中，低施用量時藥材生物堿含量比高施用量處理高，低施用量硝酸銨氮源較高施用量在促進生物堿累積效果更佳。

2.4 綜合不同氮源增產倍數與生物堿含量分析

最終產量品質表征值（mg/g）=增產倍數×折干率×6種生物堿總量。采用組間連接聚類方法，可將13組最終產量品質表征值分為三大組（圖4），產值最高組為A3和C3。其他施肥處理組雖然促進了延胡索的產量增加或生物堿累積，但均處于中間或較低水平，部分高施肥量處理表征值甚至低于低施肥量處理，這加大了肥料施用量，造成浪費和污染。13組處理大小依次為A3>C3>B4>C2>C1>A4>C4>B3>B2>A1>B1>A2>CK。綜上分析，90 kg/hm2尿素氮源處理為設置的3種氮源、4個施用量梯度中的最佳處理，該處理在提高延胡索產量和延胡索乙素含量方面最佳，結合產量與品質分析，其對延胡索促進作用最佳。

2.5 不同氮源條件下延胡索生物堿主成分分析

2.5.1 主成分分析

對施用不同氮源后延胡索塊莖中生物堿主成分分析后發現（表3），前3個主成分累積貢獻率達85.101%，可用于反映原始數據的絕大部分數據，表3為旋轉后的成分載荷矩陣。對主成分1產生正向影響的主要指標為鹽酸黃連堿和延胡索乙素含量;延胡索乙素具有很好的抗炎、鎮定作用[14]，而鹽酸黃連堿可改善細胞因子誘導的炎癥反應[15];主成分1可視為抗炎、麻醉指標。鹽酸巴馬汀含量對主成分2有較高的負向影響，而鹽酸小檗堿含量為主成分2正向影響主要指標，主成分2可視為抑制非正常增值細胞指標[16]。原阿片堿和脫氫紫堇堿含量為成分3的主要正向影響因子，原阿片堿可刺激癌細胞凋亡與自噬[17]，脫氫紫堇堿可有效抑制細胞侵襲與遷移[18]，主成分3可視為促進癌細胞自我消亡指標。

2.5.2 不同氮源下藥材品質指標綜合分析

根據主成分得分和對應的權重線性加權求和，得到主成分的綜合評價得分（ F ）函數，公式如下：

F=0.311F 1+0.296F 2+0.244F? 3。

根據各個主成分的函數表達式計算出14個不同氮源處理塊莖生物堿含量的綜合得分和排名（表4）。A3中的抗炎、麻醉性能最高，其次分別為B1、C4;其中，A2、B4、C2的 F? 1值低于CK和對照藥材。在抑制非正常增值細胞指標中，尿素氮源組中的 F? 2值均排名靠前，硫酸銨氮源組 F? 2值處于中后排名，B3處理 F? 2值為該組最低;硝酸銨氮源組中的 F? 2值均低于平均水平，其抑制非正常增值細胞的能力較弱。尿素氮源對藥材癌細胞自我消亡指標有著明顯的促進作用，尿素氮源A1、A3的 F? 3值位列前3位;硫酸銨與硝酸銨氮源的 F? 3排名普遍靠后，僅有C3的 F? 3值排名靠前。從綜合評價得分上看，尿素氮源處理均極大地提高了藥材藥用價值綜合指標，尤其是A3、A1處理，其綜合指標遠遠高于其余各組處理;隨著硫酸銨氮源施用量的增加，其藥材藥用綜合指標逐步降低，總體綜合指標較低;硝酸銨氮源的藥材綜合指標排名處于中下位置，其對藥材品質的提升起到了負向影響。綜合各項指標分析，尿素氮源對于延胡索藥用價值的提升效果最佳，其他氮源對其促進作用較弱。

3 討論

氮元素為作物生長過程中必不可少的元素之一，它是植物體內氨基酸的組成部分、是構成蛋白質的成分。合理施用氮肥不僅能提高農產品的產量，還能幫助作物分裂增殖[19]。有研究表明，適當增加總氮肥中銨態氮占比可有效增加丹參苗期總生物量、根冠比[20]。施加尿素后，植物高度較未施加尿素處理有明顯提高，周圍植物種類增加，植被覆蓋效果增至90%以上[21]。不同氮肥的運籌方式對玉米干物質與氮素累積量有著顯著影響，合適的氮肥及運籌方式對作物的干物質累積有著很好的促進作用;不同種類及施用量的氮源對于不同的作物起到的影響各異[22-23]。例如小麥是喜硝態氮作物，銨態氮對其生長有著較強的毒害作用，施用不同種類氮素后，小麥植株中其他元素含量差異顯著[24]。本研究結果表明，同種氮源不同處理施用量下延胡索產量與質量之間也有顯著差異。綜合分析可知，不同氮源總體增產效率（增產倍數×折干率）從大到小依次是B4>C3>A3>C2>B3>C4>C1>A4>B2>A1>A2>B1>CK，13個處理組中，單窩增產倍數最高3組大小依次為A3>C2>C4;單窩折干率最高3組大小依次為B4>C3>A3。尿素氮源處理時，A3施用量綜合增產效率最佳;硫酸銨氮源處理時，B4施用量綜合增產效率最佳;硝酸銨氮源處理時，C2施用量增產效果最佳;單從增產效率分析，B4硫酸銨效果最佳。單產量而言，硝態氮對延胡索的相適性較高;硫酸銨與尿素對延胡索產量的影響存在一個隨著肥料施用量增加，產量先增后減的趨勢，均在施用量達90 kg/hm2時其促進作用最高。

延胡索生物堿總含量大小依次為A3>A4>A1>C1>B1>C3>C4>B2>A2>C2>CK>B3>B4;延胡索乙素含量最高3組大小依次為A3>B1>A1;6種生物堿含量最高的3組均為尿素處理，尿素在促進延胡索藥用成分累積效果最佳，硝酸銨處理效果次之。藥用植物其所需生長環境各不相同，前人研究表明，合適種類氮配比能有效促進藥用成分累積，促進植物生長發育、增強光合作用和代謝吸收等，最終改善藥材品質[25]。裴文梅等對甘草藥研究表明，硝態氮、銨態氮及尿素3種氮源處理中，硝態氮與尿素對甘草生長促進作用無明顯差異，但尿素在提高甘草藥用成分積累方面作用顯著，硝態氮次之，銨態氮最差[9]，本研究結果與之相同。

4 結論

延胡索塊莖中生物堿含量的高低直接決定了其藥用價值的高低;由試驗結果可知，不同的氮肥及施肥量對藥材產量和品質影響差異顯著。在不同氮源種類和施肥量處理中，施用90 kg/hm2尿素可明顯提升藥材產量，增加藥材干物質累積量。

尿素氮源處理下延胡索的多個品質指標含量排名靠前，對延胡索中生物堿合成起到了很好的促進作用，90 kg/hm2尿素處理在抗炎麻醉性能、促進癌細胞自我消亡和綜合指標均為最高組。硫酸銨氮源在抗炎麻醉和綜合指標上隨該氮肥施用量增加呈降低的趨勢。硝態銨的藥用價值指標促進作用同硫酸銨相近，120 kg/hm2硝態銨處理的延胡索的抗炎麻醉作用較強。綜上所述，90 kg/hm2尿素氮源可有效提高延胡索生物量、生物堿，可作為延胡索生產栽培料氮肥優化配方推廣應用。

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