吳之濤，張英英，高正睿，魏廷邦，任寶倉(cāng)*，魏玉杰

(1 甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅武威 733006；2甘肅省特種藥源植物種質(zhì)創(chuàng)新與安全利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅武威 733006；3 武威市祁連山區(qū)道地中藥材生態(tài)栽培技術(shù)創(chuàng)新中心，甘肅武威 733006)

中藥材黃芪為豆科植物蒙古黃芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)或膜莢黃芪(Astragalusmembranaceus)的干燥根，性溫、味甘，具有補(bǔ)氣升陽、利尿消腫、托毒生肌的功效[1]，在臨床上應(yīng)用廣泛，素有“十藥八芪”之稱。目前，野生黃芪種質(zhì)資源日漸稀少，已被列為國(guó)家三級(jí)保護(hù)植物，生產(chǎn)中黃芪藥材主要以人工栽培為主[2]。膜莢黃芪在栽培過程中根部形態(tài)變異較大，易產(chǎn)生“雞爪根”，商品性較差，嚴(yán)重影響藥材產(chǎn)量和品質(zhì)，大多數(shù)產(chǎn)區(qū)主要以蒙古黃芪為栽培品種[3]。黃芪作為甘肅省的道地藥材，隨著納入藥食同源管理，市場(chǎng)消費(fèi)需求逐年增大，受耕地面積的限制，黃芪連作種植后導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，有害病原菌不斷積累，病害發(fā)生日趨加重，嚴(yán)重影響黃芪產(chǎn)量和品質(zhì)，已成為制約該產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要因素之一[4]。

硅是地殼中第二大元素，雖然該元素不是植物生長(zhǎng)必需的礦質(zhì)元素，但大量研究表明，硅可以增強(qiáng)植物的抗逆耐脅迫能力[5]，促進(jìn)植物生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量[6]。目前關(guān)于硅的抗性機(jī)制研究，主要集中在物理屏障假說和誘導(dǎo)抗性假說兩個(gè)方面。一部分研究表明，植物施硅處理后能在表皮組織形成硅化細(xì)胞，組織硅質(zhì)化后形成機(jī)械屏障以阻礙病原的入侵[7]。另一部分研究表明，植物與病原菌互作過程中，施硅處理能提高植物抗氧化酶活性(SOD、CAT、POD和APX等)，有效清除植物體內(nèi)活性氧，從而增強(qiáng)植物的抗病能力[8]。

迄今，前人利用硅防治植物病害已有相關(guān)報(bào)道，其中硅對(duì)水稻白葉枯病、稻瘟病[9-10]、小麥白粉病[11]、葡萄白粉病[12]、黃瓜炭疽病[13]、番茄根腐病[14]等病害均有一定的防治效果，但對(duì)黃芪病害的防治研究卻鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)以蒙古黃芪為試驗(yàn)材料，研究了噴施不同濃度硅對(duì)蒙古黃芪生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)、抗氧化酶活性、藥材產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，分析了施硅對(duì)黃芪白粉病、根腐病的防治效果，初步揭示了施硅增強(qiáng)黃芪抗病性、提升品質(zhì)和產(chǎn)量的機(jī)理，為大田生產(chǎn)中蒙古黃芪的高效栽培提供了理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在國(guó)家中藥材產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系河西綜合試驗(yàn)站試驗(yàn)基地(102°51′0″ E，37° 40′30″ N)，屬北溫帶大陸性干旱氣候，干旱少雨，日照充足，晝夜溫差大。海拔高度1 786 m，年平均降水量158 mm，蒸發(fā)量2 021 mm，年平均氣溫7.7 ℃，無霜期155 d。試驗(yàn)區(qū)土壤為厚層灌漠土，土壤容重1.63 g·cm-3，耕層土壤堿解氮68.5 mg·kg-1，速效磷48.6 mg·kg-1，速效鉀283.7 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量19.80 g·kg-1，pH值為8.5。試驗(yàn)地前茬作物為黃芪。

1.2 試驗(yàn)材料

供試一年生蒙古黃芪種苗從甘肅省岷縣當(dāng)歸城中藥材交易市場(chǎng)購(gòu)買，種苗平均根長(zhǎng)(32.75±6.12) cm，根粗(5.13±1.06) mm，單根重(3.86±1.93) g；供試硅肥途?？?可溶性Si≥50 g/L)由江門市植保有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)置5個(gè)處理，硅噴施濃度依次為500、1 000、2 000和4 000 mg/L，CK為噴施等量清水，每個(gè)處理又分為苗期(5月27)、開花期(7月8日)和根莖伸長(zhǎng)期(9月26日)3個(gè)噴施時(shí)期。于2021年4月7日大田移栽黃芪種苗，采用露頭覆膜栽培方式，行距40 cm，株距15 cm，每個(gè)處理3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2(7.5 m×4 m)，小區(qū)間隔60 cm。各試驗(yàn)小區(qū)除噴施硅以外，氮肥施用尿素(純N約46.6%)，氮肥用量100 kg·hm-2，按基肥∶中期追肥= 2∶1分施，磷肥為過磷酸鈣(P2O5約14%)，純磷施用量150 kg·hm-2，鉀肥為氧化鉀(K2O約25%)，純鉀30 kg·hm-2均作基肥，其他栽培管理措施同大田一致。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 地上部生長(zhǎng)指標(biāo)每個(gè)小區(qū)選擇30株生長(zhǎng)一致的植株掛牌標(biāo)記，黃芪不同生育時(shí)期施硅7 d后測(cè)定黃芪株高、株幅、莖粗和葉綠素含量。株高和株幅用卷尺測(cè)定；莖粗指距離地面1 cm處主莖直徑，采用數(shù)顯式游標(biāo)卡尺(0～150 mm)測(cè)定；葉綠素含量(SPAD值)用手持式SPAD-502葉綠素儀(日本柯尼卡美能達(dá)株式會(huì)社)進(jìn)行測(cè)定，時(shí)間選擇在早上9:00-10:00。

1.4.2 葉片抗氧化酶活性及丙二醛含量黃芪不同生育時(shí)期施硅3 d后選取生長(zhǎng)部位一致的葉片測(cè)定SOD(超氧化物歧化酶)、POD(過氧化物酶)、CAT(過氧化氫酶)、APX(抗壞血酸過氧化物酶)活性和MDA(丙二醛)含量，選用北京索萊寶有限公司生化試劑盒，根據(jù)說明書要求，使用SP-765型紫外可見分光光度計(jì)(上海光譜儀器有限公司)進(jìn)行測(cè)定。

1.4.3 白粉病和根腐病防效黃芪營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)后期調(diào)查白粉病的發(fā)病情況，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)調(diào)查30株，每株調(diào)查上中下部位各10片葉子，根據(jù)葉片的癥狀特征計(jì)算病情指數(shù)。病情分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下[15]：

0級(jí)：植株葉片無病斑；

1級(jí)：植株葉片病斑面積占葉面積的1/4；

2級(jí)：植株葉片病斑面積占葉面積的1/4～1/2；

3級(jí)：植株葉片病斑面積占葉面積的1/2～3/4；

4級(jí)：植株葉片病斑面積占葉面積的3/4以上。

2021年10月21日黃芪采挖后調(diào)查根腐病的發(fā)病情況，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)調(diào)查30株，根據(jù)根部的病斑特征計(jì)算病情指數(shù)。病情指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下[16]：

0級(jí)：健康無病斑；

1級(jí)：根部有1～2個(gè)黑色凹陷病斑；

2級(jí)：根部有3～5個(gè)黑色凹陷病斑；

3級(jí)：根部有6～10個(gè)黑色凹陷病斑，表皮粗糙；

4級(jí)：根部有10個(gè)以上黑色凹陷病斑，部分病斑連片形成網(wǎng)狀縱列。

病情指數(shù)=[∑(病級(jí)代表值×株數(shù))]/(最高病級(jí)代表值×調(diào)查總株數(shù))×100

防治效果=(對(duì)照病情指數(shù)-處理病情指數(shù))/對(duì)照病情指數(shù)×100%

1.4.4 藥材產(chǎn)量及品質(zhì)掛牌標(biāo)記的黃芪植株單獨(dú)采挖(2021年10月21日)，測(cè)定根長(zhǎng)、根粗、側(cè)根數(shù)、單株根鮮重和干重；小區(qū)實(shí)收后計(jì)產(chǎn)，根據(jù)小區(qū)面積折算產(chǎn)量；黃芪品質(zhì)委托甘肅數(shù)字本草檢驗(yàn)中心有限公司檢測(cè)，對(duì)黃芪甲苷含量、灰分和可溶性浸出物進(jìn)行測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2013整理，利用SPSS22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異性顯著分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度硅處理對(duì)蒙古黃芪生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)的影響

在不同生育時(shí)期噴施不同濃度硅以后，蒙古黃芪株高、莖粗、株幅、葉綠素含量均不同程度地高于同期對(duì)照(表1)。其中，各硅濃度處理蒙古黃芪株高在苗期、開花期、根莖伸長(zhǎng)期均顯著高于對(duì)照，但不同濃度處理間差異不顯著；各生育時(shí)期不同濃度硅處理對(duì)莖粗影響大多不顯著，僅苗期硅濃度為500 mg/L時(shí)、根莖伸長(zhǎng)期硅濃度2 000 mg/L時(shí)顯著高于對(duì)照，增幅分別為23.10%和30.05%。硅濃度為2 000 mg/L時(shí)，株幅在開花期各濃度處理、苗期除2 000 mg/L處理、根莖伸長(zhǎng)期1 000和2 000 mg/L處理均顯著高于對(duì)照，同期各濃度處理間大多無顯著差異；各生育時(shí)期施硅處理對(duì)植株葉綠素含量與對(duì)照均無顯著差異?？梢?，在蒙古黃芪生長(zhǎng)前期，低濃度硅處理有助于植株生長(zhǎng)發(fā)育，而在生長(zhǎng)中后期中高濃度硅處理的促生作用較好。

表1 不同濃度硅處理下蒙古黃芪生長(zhǎng)指標(biāo)的變化

表2 不同濃度硅處理對(duì)蒙古黃芪白粉病、根腐病的防治效果

2.2 不同濃度硅處理對(duì)蒙古黃芪抗性氧化酶活性和丙二醛含量的影響

圖1顯示，蒙古黃芪3個(gè)生育時(shí)期施硅處理的SOD、CAT、POD和APX活性均不同程度高于同期對(duì)照，且整體均隨著硅濃度的增加呈先升高后降低趨勢(shì)。其中，蒙古黃芪SOD活性僅在開花期當(dāng)硅濃度為2 000 mg/L時(shí)與對(duì)照差異顯著，增幅達(dá)到56.45%，其他時(shí)期各處理間與對(duì)照差異均不顯著。CAT活性苗期、開花期和根莖伸長(zhǎng)期2 000 mg/L濃度處理顯著高于對(duì)照，增幅分別達(dá)到178.10%、141.85%和200.99%，除根莖伸長(zhǎng)期500、1 000 mg/L濃度處理外，其余時(shí)期其他處理間與對(duì)照均無顯著差異。POD活性隨生育期推進(jìn)整體表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，并在開花期、根莖伸長(zhǎng)期2 000 mg/L濃度處理時(shí)顯著高于對(duì)照，增幅分別達(dá)到34.59%和33.20%，除苗期4 000 mg/L濃度處理外，其余時(shí)期其他處理間與對(duì)照差異不顯著。APX活性僅在根莖伸長(zhǎng)期2 000 mg/L處理下顯著高于對(duì)照，增幅為207.74%，其他生育期與對(duì)照差異不顯著。同時(shí)，蒙古黃芪3個(gè)生育時(shí)期施硅處理的MDA含量均低于對(duì)照，且整體隨著硅濃度的增加有逐漸降低的趨勢(shì)，但同期各處理間與對(duì)照間均差異不顯著?？梢?，蒙古黃芪抗氧化酶活性在各生育期不同濃度施硅處理下大多無顯著變化，未受到過氧化傷害，但在開花期、根莖伸長(zhǎng)期噴施2 000 mg/L硅多有利于顯著提高。

2.3 不同濃度硅處理對(duì)蒙古黃芪白粉病、根腐病的防治效果及其與抗氧化酶活性間關(guān)系

表2顯示，不同濃度硅處理對(duì)蒙古黃芪白粉病、根腐病均有一定的防治效果。其中，各硅處理對(duì)蒙古黃芪白粉病的病情指數(shù)和防治效果與對(duì)照相比均達(dá)到顯著水平，且當(dāng)硅濃度為2 000 mg/L時(shí)病情指數(shù)最低(28.24)、防效最高(47.05%)，但各硅處理間均無顯著差異。各硅處理對(duì)蒙古黃芪根腐病的病情指數(shù)和防治效果分別在34.07～42.96、23.19%～39.08%之間，也以2 000 mg/L硅處理病情指數(shù)最低、防效最佳，顯著高于其他處理。

同時(shí)，從表3可以看出，蒙古黃芪白粉病、根腐病病情指數(shù)與CAT、POD、SOD和APX活性呈負(fù)相關(guān)，其中白粉病病情指數(shù)與POD活性、根腐病病情指數(shù)與APX活性的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到顯著水平；而白粉病、根腐病病情指數(shù)均與MDA含量呈顯著正相關(guān)。

2.4 不同濃度硅處理對(duì)蒙古黃芪產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

蒙古黃芪采挖后對(duì)藥材外觀性狀指標(biāo)和產(chǎn)量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示(表4)：不同濃度硅處理蒙古黃芪的根長(zhǎng)、根粗、單根鮮重和單根干重均不同程度高于對(duì)照，側(cè)根數(shù)均低于對(duì)照。其中，根長(zhǎng)在500 mg/L硅處理下達(dá)到最大值，根粗在2 000 mg/L硅處理下達(dá)到最大值，側(cè)根數(shù)此時(shí)達(dá)到最小值，但在各施硅處理及對(duì)照間均無顯著差異；單根鮮重、單根干重和產(chǎn)量均在2 000 mg/L硅處理下達(dá)到最大值，且在此時(shí)與對(duì)照差異顯著，增幅分別為30.97%、33.79%和32.29%，它們?cè)谄渌杼幚硐屡c對(duì)照無顯著差異。

同時(shí)，不同濃度硅處理對(duì)于提升蒙古黃芪品質(zhì)具有促進(jìn)作用(表5)，施硅處理和對(duì)照黃芪藥材水分、灰分、可溶性浸出物和黃芪甲苷含量均優(yōu)于2020版《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)。其中，各硅處理黃芪藥材水分和灰分均不同程度低于對(duì)照，但僅硅濃度為500和4 000 mg/L時(shí)的灰分含量降幅達(dá)到顯著水平，所有處理水分含量和1 000、2 000 mg/L施硅處理的灰分含量均與對(duì)照差異不顯著。各施硅處理的可溶性浸出物和黃芪甲苷含量均不同程度高于對(duì)照，但僅在2 000 mg/L硅處理下顯著高于對(duì)照和其他處理，此時(shí)分別比對(duì)照顯著提高了16.48%和31.96%。

3 討 論

硅對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育具有明顯的促進(jìn)作用，施硅能有效提高植株葉片葉綠素含量和光合速率，增加光合產(chǎn)物的積累；硅被植物吸收后主要分布在輸導(dǎo)組織，通過改善礦質(zhì)元素的吸收，增強(qiáng)根系活力，從而促進(jìn)植株?duì)I養(yǎng)器官的生長(zhǎng)[17]。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，不同濃度硅處理均能提高蒙古黃芪的株高、莖粗和株幅，適宜的硅濃度(1 000 mg/L和2 000 mg/L)能顯著地促進(jìn)蒙古黃芪的生長(zhǎng)。可能是施硅一方面提高了葉片葉綠素含量，促進(jìn)光合產(chǎn)物積累，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素吸收，另一方面施硅后葉片表面形成的硅化細(xì)胞和表皮組織里形成的角質(zhì)——硅雙層結(jié)構(gòu)使植株抗氧化能力增強(qiáng)，提高了蒙古黃芪的抗病能力。這與Mateos-Naranjo[18]、鄭世英等[19]在不同作物上施硅的研究結(jié)論一致。但在本研究中，當(dāng)硅濃度增加到4 000 mg/L時(shí)，與其他硅處理相比，蒙古黃芪的生長(zhǎng)受到一定的抑制，這表明施硅對(duì)蒙古黃芪的生長(zhǎng)存在劑量效應(yīng)，推測(cè)原因可能是高濃度硅處理(4 000 mg/L)會(huì)對(duì)蒙古黃芪根系產(chǎn)生毒害作用，影響礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，不利于植株的生長(zhǎng)。

表3 病情指數(shù)與抗氧化酶及丙二醛的相關(guān)系數(shù)

表4 不同濃度硅處理下蒙古黃芪外觀性狀及產(chǎn)量構(gòu)成

表5 不同濃度硅處理下蒙古黃芪品質(zhì)分析

施硅對(duì)提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用，目前大多數(shù)研究主要集中在禾谷類作物和園藝作物上，均認(rèn)為施用適宜濃度硅肥能夠提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)[24-25]。但在中藥材方面的研究卻鮮有報(bào)道。蒙古黃芪以根入藥，藥材根的外觀性狀和品質(zhì)是衡量藥材根個(gè)體質(zhì)量的重要指標(biāo)。在本試驗(yàn)中施硅能增加蒙古黃芪根長(zhǎng)、根粗、單根鮮重和單根干重，促進(jìn)蒙古黃芪增產(chǎn)。分析增產(chǎn)的原因可能是施硅有助于提高蒙古黃芪抗性，進(jìn)而促進(jìn)N、P和K等營(yíng)養(yǎng)元素吸收，提高光合效率，促進(jìn)地上部分光合產(chǎn)物向地下部分轉(zhuǎn)運(yùn)和富集，有助于植株根部生長(zhǎng)。同時(shí)，施硅后蒙古黃芪的內(nèi)在品質(zhì)(水分、灰分、可溶性浸出物和黃芪甲苷含量)均優(yōu)于2020版《中國(guó)藥典》標(biāo)準(zhǔn)，可能與施硅增強(qiáng)植株的抗逆脅迫能力有關(guān)，從而提高碳氮代謝產(chǎn)物含量，這與張文晉[26]報(bào)道的在旱鹽脅迫下硅提高甘草產(chǎn)量和品質(zhì)的研究結(jié)果相一致。綜合評(píng)價(jià)不同濃度硅處理對(duì)蒙古黃芪生長(zhǎng)和品質(zhì)的影響，認(rèn)為當(dāng)硅濃度為2 000 mg/L時(shí)具有較好的防病促生作用，能顯著提高蒙古黃芪藥材產(chǎn)量，改善藥材品質(zhì)。