氮肥对桔梗幼苗生理特征及氮积累的影响

李堆淑，冀玉良

（商洛学院生物医药与食品工程学院，陕西商洛 726000）

桔梗[Platycodon grandiflorum（Jacq）A.DC]属桔梗科桔梗属多年生草本植物，以根入药，既有药用价值，又有食用和观赏价值。桔梗根营养丰富，含多种氨基酸、大量亚油酸等不饱和脂肪酸等人体需要的微量元素，具有抗炎、抗肿瘤、抗氧化、抗肥胖、祛痰、镇咳、保肝作用，常用来治疗糖尿病、高血压、心血管病[1]。桔梗根可制作菜肴[2]、糕点、酿酒[3]。桔梗还有较高的经济价值，桔梗的主要活性成分为三萜皂苷[4]。随着桔梗的需求量大增，药用桔梗价格的持续上涨，野生桔梗资源早已不能满足需求。由此，各地大量种植桔梗，但由于施肥以及病虫害防治大部分属于粗放型栽培管理，造成桔梗病虫害时有发生[5]，如果不能有效防治和控制，将会造成严重的经济损失以及环境污染，还可能降低药用植物桔梗的利用价值。王玲等[6]研究认为氮肥和磷肥对一年生桔梗的产量和品质影响较大，而钾肥作用较小。李松等[7]研究认为桔梗对肥料较为敏感。王静等[8]研究认为合理施用氮磷钾能明显提高桔梗产量，增加总皂巧含量。张红燕等[9]研究认为有机肥、氮磷钾配施对桔梗产量有增产作用。如果种植中药材施用氮磷钾比例失调，并且过量施用磷肥将会造成土壤板结，降低肥料利用率，严重影响中药材产量和质量[10-12]。可见，合理施肥既能促进药用植物生长发育，提高药材产量，又能改善药材品质，如果不合理施肥不但严重影响药材的产量和质量，而且会污染药材。鉴于此，本研究用不同浓度的氮肥（NH4NO3溶液）处理桔梗幼苗，研究桔梗幼苗的过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性、丙二醛（MDA）和可溶性蛋白含量等生理指标以及全氮的积累，并研究桔梗幼苗的生理指标和全氮含量之间的相关性。以期为桔梗生产的精准施肥提供科学依据，使桔梗生产向着高产、优质、高效的方向发展。

1 材料与方法

1.1 材料

桔梗种子：购于商州区沙河子镇种子专营店。

1.2 方法

1.2.1 桔梗种子的预处理

桔梗种子去杂后，用0.5%KMnO4消毒15 min，用无菌水冲洗数次后，吸取种子表面多余水分。挑选大小一致、籽粒饱满的种子，放在铺有2层滤纸的培养皿中，每个培养皿50粒，置于恒温培养箱中（25℃±2℃）培养。

1.2.2 桔梗幼苗的处理

待桔梗幼苗长出二叶时，移植于小花盆。待小花盆中桔梗幼苗长出三叶一心时，分别用NH4NO3溶液浓度为 2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1处理桔梗幼苗，以蒸馏水为对照（CK），置于恒温培养箱中（25℃±2℃）培养,从第 0～6 d分别取样，每组重复3次。

1.2.3 桔梗幼苗指标的测定

可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝法[13]，过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚法[14-15]，过氧化氢酶（CAT）活性的测定采用紫外吸收法[13]，丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法[14],全氮含量的测定采用凯氏定氮法[16]。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010及SPSS 17.0对数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 氮肥对桔梗幼苗可溶性蛋白质含量的影响

由图1可知，经五种不同浓度氮肥（NH4NO3溶液）处理桔梗幼苗后，在0～6 d，随着NH4NO3溶液浓度增加，桔梗幼苗可溶性蛋白质含量先升高再降低。 在第 4 天各处理（CK、2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1）的桔梗幼苗可溶性蛋白质含量均达到峰值，分别为 0.381、0.453、0.551、0.566、0.592、0.505 mg·g－1，用 6.5 mmol·L－1NH4NO3溶液处理的桔梗幼苗，其可溶性蛋白质含量均显著高于其他处理（P<0.05）。 同一时间（1～6 d），不同浓度NH4NO3溶液处理桔梗幼苗后，其可溶性蛋白质含量均显著高于CK（P<0.05），因此，适宜浓度的氮肥能有效地增强桔梗幼苗可溶性蛋白质含量，从而能提高桔梗的产量。

图1 氮肥对桔梗幼苗可溶性蛋白质含量的影响

2.2 氮肥对桔梗幼苗POD活性的影响

POD为生物体氧化还原酶，能合成木质素和木栓质，其活力与抗性密切相关[17]。如图2所示，经五种不同浓度氮肥（NH4NO3溶液）处理桔梗幼苗后，在0～6 d，随着NH4NO3溶液浓度增加，桔梗幼苗POD活性均先升高再降低。桔梗幼苗刚处理后，五种不同浓度NH4NO3溶液处理的桔梗幼苗POD活性与CK不显著。在第 1～6 d，CK和2.0 mmol·L－1NH4NO3处理后，在第 5 天桔梗幼苗POD活性均达到峰值，分别为2.107、2.119U·g－1·min－1；用 3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3处理后，在第4天桔梗幼苗POD活性均达到峰值，分别为2.327、2.401、2.611、2.304 U·g－1·min－1；用6.5 mmol·L－1NH4NO3溶液处理的桔梗幼苗，其POD活性均显著高于其他处理（P<0.05）。可见，6.5mmol·L－1NH4NO3溶液处理桔梗幼苗，其POD活性最大，说明用一定浓度的氮肥能增强桔梗幼苗的免疫力。

图2 氮肥对桔梗幼苗POD活性的影响

2.3 氮肥对桔梗幼苗CAT活性的影响

CAT是生物体的诱导酶，催化了木质素的形成，促进细胞壁木质化[17]。如图3所示，经五种不同浓度氮肥（NH4NO3溶液）处理桔梗幼苗后，在0～6 d，随着NH4NO3溶液浓度增加，桔梗幼苗CAT活性均先升高再降低。桔梗幼苗刚处理后，五种不同浓度NH4NO3溶液处理的桔梗幼苗CAT 活性与 CK 不显著；用 CK、2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3溶液分别处理桔梗幼苗，在第4天桔梗幼苗CAT活性均达到峰值，分别为10.112、11.524、12.624、14.412、15.592、12.463 U·g－1·min－1。用6.5 mmol·L－1NH4NO3溶液处理桔梗幼苗后，在第1～6 d，其CAT活性均显著高于其他处理（P<0.05）。用不同浓度NH4NO3溶液处理桔梗幼苗后，在第2～6 d，其CAT活性均显著高于CK（P<0.05）。 可见，用 6.5 mmol·L－1氮肥（NH4NO3溶液）处理桔梗幼苗，对其体内产生的CAT活性较大。

图3 氮肥对桔梗幼苗CAT活性的影响

2.4 氮肥对桔梗幼苗MDA含量的影响

如图4所示，经五种不同浓度氮肥（NH4NO3溶液）处理桔梗幼苗后，从0～6 d，随着NH4NO3溶液浓度增加，桔梗幼苗MDA含量均先降低再升高又有降低的趋势；NH4NO3溶液浓度为3.5～6.5 mmol·L－1时，桔梗幼苗 MDA 含量均低于CK，尤其在处理后第1～6 d桔梗幼苗MDA含量显著低于CK（P<0.05）。在第2天，用CK、2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3溶液分别处理后，桔梗幼苗MDA含量均达到低谷，分别为0.487、0.411、0.421、0.404、0.443、0.451μmol·g－1。桔梗幼苗刚处理后，五种不同浓度NH4NO3溶液处理的桔梗幼苗MDA含量与CK不显著；在第1～2 d，CK处理的桔梗幼苗MDA含量均显著高于用不同浓度NH4NO3溶液处理（P<0.05）。用5.0 mmol·L－1NH4NO3溶液处理桔梗幼苗后，在第1～6 d，其MDA含量均显著低于其他处理（P<0.05）。 可见，用 5.0 mmol·L－1NH4NO3溶液处理桔梗幼苗，可以较好的减少其体内产生MDA。

图4 氮肥对桔梗幼苗MDA含量的影响

2.5 氮肥对桔梗幼苗全氮含量的影响

由图5可知，经五种不同浓度氮肥（NH4NO3溶液）处理桔梗幼苗后，从第1～6 d，随着NH4NO3溶液浓度增加，桔梗幼苗全氮含量也增加。随着时间的增长桔梗幼苗全氮含量积累也逐渐增加，并且NH4NO3溶液浓度越大，桔梗幼苗全氮积累越多，但 NH4NO3溶液浓度增加到 5.0 mmol·L－1时，桔梗幼苗全氮积累的趋势逐渐平缓。用8.0 mmol·L－1NH4NO3溶液处理桔梗幼苗后，在第0～6d，其全氮含量均显著高于其他处理（P<0.05），同时CK处理桔梗幼苗全氮含量均显著低于其他处理（P<0.05）。因此，适宜浓度的氮肥能有效地促进桔梗幼苗全氮积累，从而增加桔梗体内的氮营养。

图5 氮肥对桔梗幼苗全氮含量的影响

2.6 氮肥对桔梗幼苗生理指标及氮积累相关性的影响

由表1可见，经五种不同浓度氮肥（NH4NO3溶液）处理桔梗幼苗后，桔梗幼苗生理指标及氮积累相互之间具有一定的正相关关系。桔梗幼苗可溶性蛋白质含量除了与MDA含量呈显著性（P<0.05）外，分别与CTA活性、POD活性、全氮含量呈高度显著性（P<0.001）。CTA活性除了与MDA含量呈极显著性（P<0.01）外，分别与POD活性、全氮含量呈高度显著性（P<0.001）。MDA含量与POD活性呈极显著性（P<0.01），POD活性与全氮含量呈高度显著性（P<0.001）。

表1 氮肥对桔梗幼苗生理指标及氮积累相关性的影响

3 讨论与结论

桔梗喜温和凉爽的气候，适宜栽培在土层较深，土质肥沃、排水较好的沙质土壤。因此桔梗在栽培过程中必须加强管理，增强其抗氧化系统。植物体内抗氧化系统的保护酶SOD、CAT和POD活性是相互协调一致的，能维持植物在逆境胁迫条件下植物细胞免受伤害[17]。MDA是细胞膜脂过氧化物的产物之一，产生MDA直接加剧了细胞膜的损伤，植物体内保护酶增加，将会抑制MDA产生。植物体内可溶性蛋白质含量与植物的抗逆性成正比关系[17]。植物中氮元素主要来自土壤中氮元素，土壤氮素绝大部分来自有机质，土壤中的全氮含量表示土壤中所贮存的氮素量以及土壤的供氮潜力，因此，全氮含量直接影响土壤肥力。

本研究用 2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3溶液处理桔梗幼苗后，刚开始，五种不同浓度NH4NO3溶液处理的桔梗幼苗CAT活性、POD活性、可溶性蛋白质含量、MAD含量与CK均不显著（P>0.05）；在第 1～6 d，桔梗幼苗 CAT 活性、POD活性和可溶性蛋白质含量均有所提高，且NH4NO3溶液浓度为 6.5 mmol·L－1处理桔梗幼苗的效果较好；NH4NO3溶液浓度为 3.5～6.5 mmol·L－1时，桔梗幼苗 MDA 含量显著低于 CK（P＜0.05），尤其 NH4NO3溶液浓度为 5.0 mmol·L－1处理的桔梗幼苗MDA含量更显著；随着氮肥浓度的增加，桔梗幼苗全氮含量也逐渐增多，但NH4NO3溶液浓度增加到 5.0 mmol·L－1时，桔梗幼苗全氮积累量逐渐平缓。

本研究用 2.0、3.5、5.0、6.5、8.0 mmol·L－1NH4NO3处理桔梗幼苗后，其CAT活性、POD活性、MDA含量、可溶性蛋白含量和全氮含量之间呈正相关关系，桔梗幼苗可溶性蛋白质含量与MDA含量呈显著性（P＜0.05），MDA 含量分别与 CTA 活性、POD 活性呈极显著性（P＜0.01），MDA 含量与全氮含量不显著，桔梗幼苗可溶性蛋白质含量分别与CTA活性、POD活性、全氮含量呈高度显著性（P＜0.001）。 CTA 活性分别与 POD 活性、全氮含量呈高度显著性（P＜0.001）。 POD 活性与全氮含量呈高度显著性（P＜0.001）。可见，桔梗幼苗用不同浓度的氮肥处理后，桔梗幼苗可溶性蛋白质含量与CTA活性、POD活性、MDA含量、全氮含量相互影响相互制约。