張勝珍，王曉英，馬艷芝，客紹英，沈玉龍

（1唐山師范學(xué)院生命科學(xué)系，河北唐山 063000；2河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，河北保定 071001；3唐山師范學(xué)院，河北唐山 063000）

0 引言

丹參(Salviae Miltiorrhiza)，唇形科鼠尾草屬多年生草本植物，藥用歷史悠久，為中國大宗中藥材之一[1]。丹參含有丹參酮IIA、丹參酮Ⅰ、隱丹參酮、丹酚酸類等成分，具有活血祛瘀、通經(jīng)止痛、清心除煩、涼血止癰的功效，現(xiàn)代藥理研究表明其具有保護(hù)心血管、抗炎、抗纖維化、抗腫瘤活性[2-3]。中國丹參植物資源豐富，然而隨著臨床對(duì)丹參需求量的快速增加及野生丹參資源的減少，人工栽培的丹參已成為丹參藥材市場的主流[4]。然而在丹參生產(chǎn)中卻存在栽培管理粗放、產(chǎn)量低、品質(zhì)不穩(wěn)定等問題[5]。

施肥是中藥材人工栽培中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，直接影響到其生長、產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。鉀肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的必要肥料，鉀作為植物營養(yǎng)三要素之一，不僅在植物的光合作用、呼吸作用、蛋白質(zhì)代謝中起重要作用，還具有調(diào)控細(xì)胞滲透勢及氣孔運(yùn)動(dòng)、參與酶的活化、調(diào)節(jié)同化物運(yùn)輸分配、提高作物抗逆性等多方面功能[7-9]。近年來中國土壤缺鉀程度和缺鉀面積呈不斷擴(kuò)大趨勢[10]，因此鉀肥的施用越來越受到人們的重視。然而當(dāng)鉀肥施用過量時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不良影響，不僅造成作物產(chǎn)量及品質(zhì)的下降，還會(huì)造成環(huán)境污染及資源浪費(fèi)[11]。不同作物因其營養(yǎng)特點(diǎn)及收獲器官的不同，對(duì)鉀的需求量存在較大差異，因此研究作物在不同供鉀水平下的生長狀況及生理特點(diǎn)，對(duì)于掌握其營養(yǎng)特性，指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。

前人對(duì)丹參施肥技術(shù)已進(jìn)行了一定的研究[12-14]，但目前還鮮見關(guān)于不同施鉀水平對(duì)丹參生長及生理特性的影響的相關(guān)報(bào)道。因此，本試驗(yàn)采用田間小區(qū)試驗(yàn)的方法，設(shè)置不同鉀肥施用量處理，測定丹參在不同施鉀水平下的生理代謝變化，探討鉀營養(yǎng)對(duì)丹參生長發(fā)育的影響機(jī)制，以期為丹參栽培中鉀肥的合理施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于唐山市豐潤區(qū)王官營鎮(zhèn)(39°90′N，118°27′E)，屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均溫10.8℃，年降水量710 mm，土壤pH 7.46，速效氮27.4 mg/kg、速效磷60.6 mg/kg、速效鉀148 mg/kg、有機(jī)質(zhì)16.1 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料經(jīng)唐山師范學(xué)院藥用植物研究室鑒定為唇形科鼠尾草屬植物丹參Salvia miltiorrhizaBge.。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取生長良好，長勢一致的丹參種苗，于2021年4月20 日完成移栽。試驗(yàn)在施氮(N) 150 kg/hm2、磷(P2O5) 120 kg/hm2的基礎(chǔ)上，設(shè)置K0 (0 kg/hm2)、K75(75 kg/hm2)、K150(150 kg/hm2)、K225(225kg/hm2)4 個(gè)施鉀(K2O)水平。供試肥料為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、硫酸鉀（含K2O 52%），磷肥全部作基肥，氮肥和鉀肥50%作基肥、50%作追肥。每處理重復(fù)3 次，小區(qū)面積20 m2，試驗(yàn)期間各處理除施鉀水平不同外，其余栽培措施保持一致，均進(jìn)行常規(guī)田間管理。在丹參生長期間隔一段時(shí)間取樣一次，每處理選取生長狀態(tài)較一致的植株進(jìn)行生理指標(biāo)的測定。

1.4 指標(biāo)測定

丹參丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定[15]，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性分別采用氮藍(lán)四唑光化還原法、愈創(chuàng)木酚法比色法、紫外吸收法測定[16]；葉綠素含量采用丙酮提取法測定[16]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理分析及作圖，采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施鉀水平對(duì)丹參MDA含量的影響

植物在不良環(huán)境下或衰老時(shí)往往自由基、活性氧代謝失調(diào)，引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，使得其產(chǎn)物MDA在植物體內(nèi)積累，加劇生物膜損傷[17]。不同施鉀水平對(duì)丹參MDA含量的影響如圖1所示。

圖1 不同施鉀水平對(duì)丹參MDA含量的影響

從圖1可以看出，丹參各處理的MDA含量最初均處于較低水平，而隨生育期的延長，各處理MDA含量呈不斷升高趨勢。在7 月5 日—8 月12 日，各處理MDA含量均大幅升高，這可能與此期間高溫炎熱且當(dāng)年雨水過多，丹參受到高溫及水澇脅迫有關(guān)；8月12日—9月8日各處理MDA含量變化不大，10月14日后隨著植株逐漸衰老以及天氣變冷，丹參可能受到低溫脅迫，各處理MDA 含量均又有較大幅度的升高。分別對(duì)4個(gè)處理各時(shí)期的MDA含量取平均值后進(jìn)行比較，結(jié)果為K150＞K225＞K75＞K0，即丹參不施鉀肥處理的MDA 含量最高，而不同施鉀水平均可降低丹參的MDA含量，其中K150處理的MDA含量最低，比K0處理降低了17.36%，與其他處理間差異均達(dá)顯著水平，由此說明，鉀肥的施用可以提高丹參在不良環(huán)境下細(xì)胞膜的受傷害程度，且施鉀量為150 kg/hm2時(shí)效果最佳。

2.2 不同施鉀水平對(duì)丹參SOD活性的影響

SOD是植物體內(nèi)清除活性氧自由基的關(guān)鍵酶，可催化超氧自由基形成H2O2，降低其對(duì)細(xì)胞的傷害[18]。從圖2 可以看出，在不同施鉀水平下丹參處理的SOD活性變化趨勢相同，均在開始時(shí)SOD 活性呈降低趨勢，但在7月5日K75、K150、K225處理SOD活性則急劇升高，8 月12 日時(shí)達(dá)生育期最高值，K0 處理SOD 活性也有小幅上升；在8 月12 日后各處理SOD 活性下降，10月14日后再次上升。從各處理在整個(gè)生育期的SOD 平均活性來看，K0 處理SOD 活性最低，K75、K150、K225 處理SOD 活性分別為K0 處理的1.29、1.59、1.43 倍。此結(jié)果表明鉀肥的施用可促進(jìn)丹參SOD活性的提高，當(dāng)施鉀量為150 kg/hm2時(shí)效果最佳，SOD活性顯著高于其他處理。

圖2 不同施鉀水平對(duì)丹參SOD活性的影響

2.3 不同施鉀水平對(duì)丹參POD活性的影響

POD是植物體內(nèi)另一種重要的保護(hù)酶，可將自由基代謝中間產(chǎn)物H2O2進(jìn)一步分解為H2O[19]。從圖3 可以看出，在5 月30 日—7 月5 日，不同施鉀水平下的丹參POD 活性均有小幅上升，這與SOD 活性變化有所不同，但7 月5 日后，丹參各處理的POD 活性變化與SOD 活性變化一致，即在7 月5 日后各處理POD 活性急劇上升并在8 月12 日達(dá)到其生育期最高值，8 月12日后各處理POD 活性開始降低，10 月14 日后又再次升高，其中K150 處理升高幅度最大，顯著高于其他處理。4個(gè)處理中，K0處理各時(shí)期的POD活性平均值最低，顯著低于其他處理，其次為K75 處理，K150 處理POD活性平均值最大，為K0處理的1.19倍。

圖3 不同施鉀水平對(duì)丹參POD活性的影響

2.4 不同施鉀水平對(duì)丹參CAT活性的影響

CAT亦為清除H2O2的重要保護(hù)酶，可將H2O2分解為H2O和O2[19]。從圖4可以看出，隨生育期的推進(jìn)，丹參各處理的CAT活性呈先升后降的變化趨勢，丹參各處理的CAT 活性在9 月8 日出現(xiàn)第一次峰值，晚于POD活性出現(xiàn)第一次峰值的時(shí)間（8月12日），之后丹參各處理的CAT 活性均有所降低。丹參各處理在整個(gè)生育期的CAT 活性平均值隨施鉀水平的提高而增大，即K225＞K150＞K75＞K0，各處理間差異達(dá)顯著水平。

圖4 不同施鉀水平對(duì)丹參CAT活性的影響

2.5 不同施鉀水平對(duì)丹參葉綠素含量的影響

植物的葉綠素含量是衡量其光合能力及衰老程度的重要指標(biāo)。從圖5 可知，從丹參的整個(gè)生育進(jìn)程來看，K75、K150 及K225 處理的葉綠素含量變化較為一致，均從5 月30 日葉綠素含量開始大幅上升，在7 月5日達(dá)到其生長期間的最大峰值，之后葉綠素含量開始逐漸下降，但9月8日后又有小幅度的升高，10月14日后葉綠素含量再次降低。K0處理葉綠素含量在7月5日前與其他處理變化基本相同，但7月5日后呈持續(xù)降低趨勢。分別對(duì)4個(gè)處理各時(shí)期的葉綠素含量取平均值后進(jìn)行比較，結(jié)果為K150＞K75＞K225＞K0，即丹參葉綠素含量隨著施鉀量的增加而先升高后下降，當(dāng)施鉀量為150 kg/hm2時(shí)，丹參平均葉綠素含量高于其他處理，特別是在丹參生長中后期差異顯著，這表明150 kg/hm2施鉀量有利于促進(jìn)丹參葉綠素的合成，延緩葉綠素的降解，從而延遲葉片衰老。

圖5 不同施鉀水平對(duì)丹參葉綠素含量的影響

3 結(jié)論與討論

植物在不良環(huán)境條件下或衰老時(shí)會(huì)發(fā)生不同程度的膜脂過氧化作用，MDA 作為其最終分解產(chǎn)物，其含量高低可作為考察植物細(xì)胞受傷害程度的重要指標(biāo)[20]。本試驗(yàn)中，丹參MDA含量隨生育期推進(jìn)而呈升高趨勢，其中夏季高溫多雨期及秋季天氣變冷及植株衰老時(shí)MDA含量增幅較大，其他時(shí)期增幅較小，表明MDA 含量的增加與植株衰老及遭受逆境程度密切相關(guān)。鉀是植物營養(yǎng)三要素之一，影響著植物的生長與代謝。在不同施鉀水平下，丹參MDA含量有所差異，不施鉀肥時(shí)丹參MDA含量最高，而75、150、225 kg/hm2施鉀處理均可不同程度地降低丹參的丙二醛含量，且150 kg/hm2處理MDA 含量最低，這與劉政波等[21]在人參上的研究結(jié)果相似，由此說明適宜供鉀水平可以延緩丹參植株衰老或提高丹參對(duì)外界不良環(huán)境條件的抵抗能力，從而減輕細(xì)胞受傷害程度。

SOD、POD、CAT 是植物體內(nèi)保護(hù)酶系統(tǒng)的主要成員，三者協(xié)同作用，清除植物體內(nèi)的活性氧自由基，抵御其對(duì)膜結(jié)構(gòu)和完整性造成的破壞。因此可通過植物體內(nèi)SOD、CAT和POD等的活性來衡量植物衰老速率對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)能力。本試驗(yàn)中，丹參體內(nèi)的SOD、POD、CAT 均在夏季高溫多雨期有較高活性，在秋季氣溫降低時(shí)SOD、POD 活性也有所升高，這可能是因?yàn)樵诓涣辑h(huán)境下丹參體內(nèi)活性氧自由基的積累刺激和誘導(dǎo)了SOD 等保護(hù)酶的合成而使其活性提高[22]。此外，本試驗(yàn)結(jié)果還表明75、150、225 kg/hm2施鉀處理的SOD、POD、CAT活性均高于不施鉀處理，其中150 kg/hm2施鉀處理的SOD和POD活性最高，此結(jié)果也與MDA 含量測定結(jié)果相對(duì)應(yīng)，說明適量施鉀可通過提高丹參體內(nèi)的保護(hù)酶活性，抑制膜質(zhì)過氧化作用，減少M(fèi)DA的生成，從而減輕丹參在不良環(huán)境下的細(xì)胞受損傷程度。

植物的葉綠素含量是葉片光合能力強(qiáng)弱、營養(yǎng)生理狀況以及衰老進(jìn)程的良好指示劑。有研究表明，供鉀良好對(duì)作物葉綠素含量的提高有促進(jìn)作用[23-24]。本研究與前人研究結(jié)果相同，即適宜供鉀水平對(duì)提高丹參葉綠素含量有明顯的促進(jìn)作用，但過高或過低的供鉀水平則不利于葉綠素含量的提高，這可能是由于當(dāng)供鉀水平過低時(shí)，細(xì)胞中的活性氧增加，擴(kuò)散到葉綠體內(nèi)，參與對(duì)葉綠素的降解[24]；而過量施鉀時(shí)則可能影響離子間的平衡而干擾作物對(duì)其他礦質(zhì)元素（如Mg、Ca）的吸收，進(jìn)而影響葉綠素的合成[25-26]。

本研究表明施鉀水平對(duì)丹參生理代謝有明顯影響，當(dāng)施鉀水平為150 kg/hm2時(shí)可有效提高丹參體內(nèi)SOD、POD、CAT 等保護(hù)酶活性，抑制膜質(zhì)過氧化作用，減少M(fèi)DA的生成；同時(shí)可提高丹參葉片葉綠素含量，提高光合能力，促進(jìn)丹參正常生長和發(fā)育。