氮磷钾对桔梗生长及次生代谢产物的影响

王 静，王渭玲，徐福利，曹鲜艳，黄淑华，张晓虎，何 军

(1.西北农林科技大学生命科学学院，陕西 杨凌 712100；2.西北农林科技大学 中国科学院、水利部水土保持研究所，陕西 杨凌 712100；3.商洛学院生物医药工程系 中国中医科学院商洛中药材GAP科研工程中心，陕西 商洛726000)

桔梗(Platycodongrandiflorum)是桔梗科桔梗属植物，别名铃铛花、包袱花、道拉基等，是我国传统大宗中药材之一，具有宣肺、利咽、祛痰、排脓等功效[1]。现代药理学研究表明，桔梗还有免疫调节、抗炎、保肝等作用[2]，并且是一种药、食及观赏兼用的经济植物。桔梗越来越多的药用价值与经济价值被发现，使其用量大增，导致野生资源不能满足市场的需求。因此，大面积栽培的桔梗逐步代替野生桔梗药材而入药[3]。桔梗植株对肥料较为敏感，因此，施肥是桔梗栽培中的重要环节之一，并直接影响桔梗产量和品质。药用植物的栽培需要兼顾产量和有效成分含量，而有关桔梗高产优质施肥技术还未见系统的研究报道。栽培中不能根据桔梗生长规律和土壤养分含量确定肥料最佳用量、最佳比例和最佳施用期，这不仅影响桔梗产量和品质，还造成肥料浪费并对土壤及地表水有一定的污染。为此，本研究采用三因素二次D-饱和最优设计田间试验，研究氮、磷、钾对桔梗生长及次生代谢产物的影响，在综合考虑桔梗产量和品质的基础上，确定氮磷钾最佳施肥用量，以期为桔梗优质高产栽培技术提供合理施肥依据。

1 材料与方法

1.1试验区概况 试验于2010-2011年在陕西商洛香菊药源基地进行。基地地势平坦，海拔580 m，属于半湿润温暖气候区，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，平均气温15.8 ℃，无霜期248 d，是桔梗适宜生长地之一。供试土壤类型经测定为壤质粘土，有机质采用重铬酸钾容量法，全氮采用凯氏定氮蒸馏法，碱解氮采用碱解扩散法，土壤全磷采用酸溶-钼锑抗比色法，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，土壤全钾采用NaOH熔融火焰光度法，速效钾采用1 mol·L-1NH4OAc浸提-火焰光度法测定[4]。土壤肥力测定结果见表1。

表1 供试土壤基本肥力性状

1.2材料与方法 田间试验采用三因素二次饱和D-最优设计方案[5]，设10个处理3次重复，共30个小区，随机区组排列，小区面积4 m×6 m=24 m2。试验设计编码值及施肥量见表2。

试验用肥料为尿素 (含N 46%)、过磷酸钙 (P2O5≥12%)、硫酸钾 (K2O≥51%)，磷肥、钾肥作基肥整地时一次性施入，氮肥1/3作基肥施入，剩余2/3于定苗后作为追肥施入。

供试材料为商山桔梗。田间试验于2010年4月15日直播，按照行距25 cm，沟深1～2 cm，每小区16行条播，出苗前浇一次透水，并用麦草覆盖地表以保持土壤松软湿润；5月1日出苗，桔梗生长期间不定期除草；6月1日定苗；10月25日收获。其他田间管理措施与张鸿雁等[6]提出的桔梗优质栽培技术一致。试验期间降水充足，年平均降水量为859.5 mm，有利于桔梗生长。

表2 氮、磷、钾三因素二次饱和D-最优设计方案

1.3测定项目和方法

1.3.1生长指标测定 分别于出苗期 (6月27日)，根系膨大期 (9月27日)和枯萎期 (10月25日)采样。按照“五点采样法”，每次每小区采样5株，将植株连根挖出，所取样品分成根、茎叶两部分，用直尺测量植株高度和根长度，游标卡尺测量根粗(主根最粗部位直径)和茎粗(茎第2节间最大直径)，同时测定根和地上部分鲜生物量，再在烘箱内105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干，称干质量，计算生物产量和根冠比，其中生物产量=根干质量+地上部分干质量，根冠比=根干质量/地上部分干质量。

1.3.2桔梗次生代谢产物含量测定 采用李喜凤等[7]的超声法提取总皂苷，香草醛-硫酸比色法测定总皂苷含量；采用李艳等[8]的方法提取并测定桔梗总黄酮的含量(桔梗皂苷D对照品和黄酮对照品购于天津一方科技有限公司，含量≥98%)。采用苯酚-硫酸比色法[9]测定桔梗多糖含量。

1.3.3药材产量 2010年10月25日收获，每小区收获4 m2，采挖后，将根部分离，洗净，除去须根，趁鲜剥去外皮[1]，烘干测干质量并折算至公顷产量。

1.4统计方法 试验数据用DPS v7.05统计软件进行方差分析，各处理效果用LSR-Duncan 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1不同施肥处理对桔梗植株高度、根长度的影响 随着桔梗植株生长，各施肥处理桔梗植株高度都在增加，处理间的差异随着生育期推移逐渐增大(表3)。处理2、9、10在各个生育期植株较高，处理3、4作用不明显，这表明氮是桔梗植株营养生长主要元素。生长旺盛的根系膨大期氮、磷配合>磷、钾配合>氮、钾配合，这是因为磷在开花期对植株的新陈代谢活动，尤其是光合作用起着重要促进作用。根是桔梗有效成分累积的器官，根部生长形态也是评价桔梗药用价值的重要指标。随着生育期的推移，各施肥处理间的差异逐渐增大。单施氮肥 (处理2)根长度低于对照组，而磷肥和钾肥却对根长度起到一定的促进作用，尤其是磷钾配施 (处理5)。

表 3 不同生长时期各处理植株高度和根长度的变化

2.2不同施肥处理对桔梗根粗、茎粗的影响 与处理1相比，各施肥处理桔梗根粗都在增加。单施氮、磷、钾肥都起到一定的壮根作用，但各处理间差异不明显(表4)。在植株生长后期，单施氮、单施磷、单施钾对桔梗根粗影响依次为氮>钾>磷；氮、钾配合>氮、磷配合>磷、钾配合。单施钾肥 (处理4)的茎粗小于对照组，处理2、7、10组茎粗在各个生长时期相对较高。

2.3不同施肥处理对桔梗根干质量和生物量的影响 与处理1相比，施肥处理各生育期桔梗根部干物质量积累均有增加。在枯萎期桔梗根干质量达到最大，其中处理9对桔梗根干质量影响最为显著，与对照组相比增加了78.82%(图1)。氮、磷、钾单施在不同生育时期对桔梗根干质量影响依次为

表4 不同生长时期各处理根粗和茎粗的变化

图1 不同生长时期各处理对根质量及生物量影响

单施钾>单施氮>单施磷；而在氮、磷、钾两两配施的处理组中，磷、钾配合>氮、钾配合>氮、磷配合。各施肥处理能明显增加桔梗植株生物产量，其中单施氮肥 (处理2)效果最佳，枯萎期植株生物产量比对照组增加90.46%，其次为单施钾肥、单施磷肥。

苗期桔梗根冠比偏低，根系膨大期及枯萎期逐渐增大(图1)，这说明桔梗苗期主要以地上部分生长为主，根系膨大期及枯萎期则以根生长为主。单施氮肥在枯萎期根冠比最小，处理9在枯萎期根冠比最大(图1)，表明合理氮磷钾配施能优化桔梗植株地下干物质分配，增加桔梗的根产量。

2.4不同施肥处理对桔梗药材产量影响 与处理1相比，各施肥处理能明显提高桔梗药材产量 (表5)。氮、磷、钾三者配施 (处理8、9、10)产量增幅最大，增产51.10%～84.30%。氮、磷、钾单施处理组中，单施氮肥增产作用最为明显，增产42.74%；单施钾肥增产20.28%，而单施磷肥增产效果不明显；在氮、磷、钾两两配施处理中，氮、钾配施增产效果最为显著，增产70.94%，这表明氮、钾是决定桔梗产量的主要元素。

表5 不同施肥处理桔梗总皂苷、多糖、总黄酮含量及药材产量

2.5不同施肥处理对桔梗次生代谢产物影响 各施肥处理桔梗总皂苷和多糖含量显著高于处理1(P<0.05)(表5)。与处理1比较，桔梗总皂苷含量增加15.09%～54.62%，桔梗多糖含量增加56.93%～122.19%。单施氮肥增加桔梗总皂苷效果最为显著，其次为单施钾、单施磷；氮磷钾两者配施对桔梗总皂苷影响为氮、钾配合>氮、磷配合>磷、钾配合。合理氮磷钾配施能显著提高桔梗总皂苷含量。氮、磷、钾对桔梗植株多糖含量影响为单施磷>单施氮>单施钾。单施氮肥 (处理2)和单施磷肥 (处理3)对桔梗总黄酮积累表现出一定负效应，其余处理均不同程度增加了桔梗总黄酮含量，且各处理间差异显著。处理8增加桔梗总黄酮含量效果最为显著，与对照组比较增加27.49%。

结合不同施肥处理对桔梗药材产量和次生代谢产物的影响，综合认定处理9(N 150 kg·hm-2、P2O579.41 kg·hm-2、K2O 225 kg·hm-2)为最佳施肥配比，有利于桔梗植株达到高产优质。

3 讨论

施肥是提高栽培药用植物产量和品质的重要措施，合理施肥既能促进作物生长发育，提高药材产量，又能改善药材品质。本研究表明，氮、磷、钾合理配施明显促进了桔梗植株生长，并对桔梗药材产量和次生代谢产物产生一定影响。其中，氮肥对桔梗营养生长的影响最大，同时，氮肥虽然可以促进桔梗地上部分器官生长，却降低了光合产物向根系转移的比例，从而降低桔梗根冠比[10]。因此，桔梗施肥中不能过多施用氮肥，否则会造成地上部分徒长而影响根系生长，这些都与王玲等[11]关于桔梗配方施肥研究的结论相一致。而钾是糖酵解过程中的重要活化剂，协调光合产物合成、运输和转化，可提高桔梗根冠比[12]。所以，合理的氮磷钾配方施肥能够保证根部营养物质的持续有效积累，同时防止地上部分徒长。

本试验条件下，不同营养元素对桔梗药材产量影响为氮>钾>磷，这与祝丽香等[13]认为在根播桔梗生长第1年中，植株对氮需求量最大，吸收能力也最强，其后为钾，磷吸收量最少的研究结论一致。而王玲等[11]研究却发现磷肥对一年生桔梗产量的影响比较显著，钾肥的影响不大，与本研究结果相反，这可能与本研究供试土壤有效磷含量偏高有关。

对于桔梗总皂苷含量，氮的影响最为显著，其次为钾、磷。这可能是由于桔梗皂苷属于三萜类化合物 (次生代谢产物)，而三萜类化合物合成是以碳水化合物作为底物，所以桔梗总皂苷含量与其碳代谢有密切的关系，根据C/N平衡假说，植物体内碳水化合物含量升高，可使植物含氮量相对下降，引起非结构碳水化合物过剩，从而促进萜类物质合成[14]。同时，本研究发现，氮钾配施能显著提高桔梗总皂苷含量，这与张艳玲等[15]关于氮钾配施对桔梗品质影响的研究结果相一致。各营养元素对桔梗植株多糖含量影响为磷>氮>钾，而氮、磷对桔梗总黄酮积累表现出一定负效应，其中氮肥对药用植物黄酮类次生代谢产物的抑制作用在羽叶决明(Cassianictitoms)施肥研究[16]中也有发现。此外，桔梗产量与总黄酮含量呈负相关。因此，以黄酮类次生代谢物作为主要有效成分的药用植物，要提高有效成分含量，其合理施肥配方是关键。

氮、磷、钾是药用植物生长发育及其产量、品质形成的主要的3种营养元素，不同药用植物对其需要量及其比例不同。不同肥力水平的土壤，肥料最佳施用量差别很大，因此，对药用植物精准施肥的研究不仅要注重产量，还要考虑如何提高次生代谢产物量。

4 结论

根据上述分析，本研究认为施肥能显著提高桔梗药材产量，氮、磷、钾元素对桔梗药材产量影响依次为氮>钾>磷；依据桔梗药材产量及总皂苷含量提出桔梗合理施肥方案为N 150 kg·hm-2、P2O579.41 kg·hm-2、K2O 225 kg·hm-2。

致谢：诚挚感谢黑龙江佳木斯大学王良信教授和中国农业科学院土壤肥料研究所褚天泽研究员对本文的悉心修改！

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