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        氮、磷、鉀肥施用量對白花前胡產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

        2024-03-10 11:34:00譚秋生鄧才富
        中成藥 2024年1期
        關(guān)鍵詞:浸出物根際根部

        郭 瑀,徐 廣,羅 敏,譚秋生,羅 舜,鄧才富

        (重慶市藥物種植研究所,重慶市道地藥材規(guī)范化生產(chǎn)工程技術(shù)研究中心,重慶 400485)

        前胡是我國傳統(tǒng)中藥材,具有宣散風(fēng)熱、降氣祛痰的功效[1],也是多種中成藥的重要原料,在中藥材市場中占據(jù)重要地位,年需求巨大,而年供給量不足[2-3]。目前,前胡主要由人工栽培提供,但質(zhì)量跟蹤發(fā)現(xiàn),多地栽培前胡質(zhì)量幾乎都不能達到2020 年版《中國藥典》 “同時滿足白花前胡甲素不得少于0.90%,白花前胡乙素不得少于0.24%” 的要求[4-5],且栽培前胡與野生前胡品質(zhì)差距較大,質(zhì)量提升工作迫在眉睫[6-7]。栽培前胡質(zhì)量不達標,將直接影響中醫(yī)臨床用藥安全,也造成了很多中醫(yī)醫(yī)生“癥對方準藥不靈” 的困惑,必將嚴重制約我國中醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展[8]。

        相關(guān)研究表明,大量營養(yǎng)元素氮、磷、鉀參與了根莖類中藥材甘草的根系發(fā)育[9]; 黃芪的有效成分黃芪甲苷含量與根部氮、鉀的積累量呈正相關(guān)關(guān)系[10]。植物體內(nèi)的氮、磷、鉀主要由土壤提供,然而,隨著規(guī)?;N植的發(fā)展,土壤養(yǎng)分含量往往不能滿足中藥材生長需求[11]。因此,可采用合理施肥的方式提高根莖類中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)[12]。合理施肥既能促進朝鮮白頭翁、印度人參、黃芪等根莖類中藥材生長發(fā)育、提高產(chǎn)量,又能提高藥材品質(zhì)[13-15]。目前,仍缺少氮、磷、鉀對白花前胡品質(zhì)的影響及其影響效應(yīng)大小的相關(guān)研究。因此,本實驗以白花前胡PeucedanumpraeruptorumDunn 為材料,采用大田實驗的方式,研究氮、磷、鉀肥分別施用后對前胡生物量、前胡甲素、前胡乙素、浸出物、植株養(yǎng)分含量及土壤養(yǎng)分含量的影響,分析施肥處理后前胡的品質(zhì)特征,總結(jié)氮、磷、鉀影響前胡品質(zhì)形成的因素,為前胡的高效生產(chǎn)和中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范的完善提供的參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 藥材 白花前胡購自藥材市場,經(jīng)重慶市藥物種植研究所鄧才富研究員鑒定為傘形科植物白花前胡Peucedanum praeruptorumDunn。白花前胡甲素、白花前胡乙素對照品(批號1117111-201904、111904-201804,中國食品藥品檢定研究院)。AL104 電子天平 (瑞士Mettler-Toledo 公司);DHG 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海龍躍儀器設(shè)備有限公司);Acquity UPLC H-Class 超高效液相色譜儀(美國Waters 公司); UV-2450 紫外分光光度計(日本島津公司); FP6410火焰光度計(上海精密科學(xué)儀器有限公司)。甲醇為色譜純(重慶川東化工有限公司); 其他試劑均為分析純; 水為自制超純水。

        1.2 試區(qū) 研究區(qū)位于重慶市南川區(qū)石墻鎮(zhèn)(107°12′ E,29°7′ N),海拔937.8 m。屬亞熱帶濕潤氣候區(qū),年平均氣溫16.24 ℃,降雨量1 233 mm。供試土壤為紫色土,土壤基本情況為pH 5.15,有機質(zhì)含量19.08 g/kg,全氮含量1.00 g/kg,堿解氮含量75.79 mg/kg,有效磷含量28.37 mg/kg,速效鉀含量114.50 mg/kg。

        1.3 設(shè)計 采用大田實驗,隨機區(qū)組設(shè)計,分別設(shè)置不施肥對照組、3 種施氮、3 種施磷、3 種施鉀處理組,具體見表1,各重復(fù)3 次,共30 個小區(qū),小區(qū)面積為2.5 m×4 m。3 月播種,株行距0.5 m×0.5 m。氮肥為尿素(含46%N),磷肥為過磷酸鈣(含12%P2O5),鉀肥為硫酸鉀(含52%K2O)。肥料于8 月初、9 月初分2 次施入,穴施,施用比例1 ∶1。其余管理和病蟲害防治同常規(guī)。

        表1 氮、磷、鉀肥施用量(kg/hm2)

        1.4 樣品采集與測定 于12 月底每個小區(qū)隨機抽取10 株整株,帶回實驗室快速清洗干凈,分為地上部和根部。地上部于105 ℃殺青1 h 后75 ℃烘干至恒重,根部45 ℃烘干至恒重,分別粉碎、過篩后備用; 土樣分根際土和非根際土采集,粘附于根系的土壤為根際土,根2 cm 外土壤為非根際土,經(jīng)自然風(fēng)干、粉碎、過篩后備用。

        根據(jù)2020 年版《中國藥典》 “前胡” 項下要求,對前胡白花前胡甲素、白花前胡乙素、浸出物進行含量測定[16]。采用H2SO4-H2O2方法消煮植物樣品,植株氮含量采用靛酚藍比色法測定,植株磷含量采用釩鉬黃比色法測定,植株鉀含量采用火焰光度法測定,土壤堿解氮含量采用堿解擴散法測定,土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定,土壤速效鉀含量采用NH4OAc 浸提-火焰光度法測定[17]。

        1.5 數(shù)據(jù)分析 通過SPSS 26.0 軟件進行處理,LSD 法進行多重比較,采用Excel 2016、Origin 9.1 軟件制圖表。

        2 結(jié)果

        2.1 氮、磷、鉀肥施用量對前胡生物量的影響 由表2 可知,氮、磷、鉀肥對前胡生物量的影響存在差異,根部生物量在各施肥處理下表現(xiàn)為磷>鉀>氮,地上部為磷、鉀>氮。隨著施肥量的增加,前胡根部和地上部生物量在施氮處理下均有所下降,施磷處理下于P2 達到最大后降低,施鉀處理下為根部先增加后趨于平穩(wěn),而地上部先增加后降低。與對照組相比,根部在N2、P1、P2、P3、K3 處理下生物量分別增加了11.19%、34.62%、56.10%、27.35%、12.41%,以施磷的促進效果最佳; 除P2、K2 處理外,地上部在其余施肥處理下均顯著低于對照組。前胡根部生物量均明顯高于地上部,各處理根冠比均大于1。施肥顯著提高了根冠比,在N2、P1、P2、P3、K3 處理下,根冠比高達2 以上。

        表2 不同施肥處理下前胡生物量比較(±s)

        表2 不同施肥處理下前胡生物量比較(±s)

        注: 不同字母表示各施肥處理之間差異顯著,不同上標字母表示同一施肥種類不同梯度之間差異顯著。

        處理根部/(g·株-1)地上部/(g·株-1)根冠比CK27.79±1.33d22.25±0.68a1.25±0.02e N128.49±1.68cdab15.56±0.73ba1.83±0.03db N230.90±1.81ca13.98±0.05bb2.21±0.12ba N326.99±1.71db13.88±0.12bb1.94±0.11cdb P137.41±1.24bb15.46±1.92bb2.44±0.21aa P243.38±2.80aa21.45±2.06aa2.03±0.07cb P335.39±2.15bb15.05±0.87bb2.35±0.01aba K126.73±2.44db13.59±0.41bb1.97±0.14cda K230.29±1.34cda21.48±1.96aa1.41±0.07eb K331.24±0.62ca14.63±0.96bb2.14±0.11bca

        2.2 氮、磷、鉀肥施用量對前胡指標成分的影響 由圖1可知,氮、磷、鉀肥對3 種指標成分的影響存在差異,前胡甲素為氮>磷>鉀,前胡乙素為磷>鉀>氮,施肥種類對浸出物的影響差異不大。隨著施氮量的增加,前胡甲素含量下降,前胡乙素含量增加,浸出物含量在N2 處理后達到峰值; 隨著施磷量的增加,前胡甲素、浸出物含量增加,前胡乙素含量下降; 隨著施鉀量的增加,前胡甲素、乙素含量均在K2 處理后達到峰值,浸出物含量逐漸增加。與對照組相比,前胡甲素含量在N1、N2、P3 處理后分別增加了24.40%、3.22%、3.75%; 前胡乙素含量在施氮、施磷、施鉀處理下分別提高了33.86% ~59.03%、30.34% ~189.39%、71.52% ~131.58%,以磷、鉀的提升效果更優(yōu)。浸出物僅在N2、P2、K3 處理后未發(fā)生顯著變化,其余施肥處理含量均顯著降低。各處理前胡甲素、浸出物含量分別符合2020 年版《中國藥典》 “不低于0.9%” 和“不低于20%” 的規(guī)定。前胡乙素含量在P1、K2 處理后達標,分別為2020 年版《中國藥典》 “不低于0.24%” 規(guī)定的1.33 和1.06 倍。

        圖1 各施肥處理后前胡指標成分含量

        2.3 氮、磷、鉀肥施用量對前胡氮、磷、鉀含量的影響 由圖2 可知,氮、磷、鉀肥處理后,前胡根部氮含量表現(xiàn)為磷、氮>鉀,地上部磷含量表現(xiàn)為鉀>磷、氮,其余部位養(yǎng)分含量差異不明顯。隨著施氮量增加,根部氮、鉀含量增加,地上部鉀含量降低; 隨著施磷量增加,地上部磷含量增加,根部氮、磷含量及地上部鉀含量降低,地上部氮含量在P2 處理后達到峰值; 隨著施鉀量增加,根部磷、鉀含量及地上部磷含量增加,根部氮含量降低,地上部氮、鉀含量在K2 處理后達到峰值。施肥主要表現(xiàn)為提高根部養(yǎng)分含量,降低地上部養(yǎng)分含量。與對照組相比,根部氮含量在N1、N2、N3、P1、P2 處理下增加了3.85% ~13.04%;根部磷含量除N3、K1 處理外,均顯著高于對照組; 根部鉀含量除N1 處理外,均顯著增加,增幅為15.38% ~24.60%。地上部除N3、K1 處理的磷含量和N1 處理的鉀含量外,均較對照組顯著降低,其中磷含量和鉀含量僅分別為對照組的68.35~82.63%和3.69 ~20.49%。各施肥處理下,根部養(yǎng)分含量均明顯低于地上部。

        圖2 各施肥處理后前胡根部(A)、地上部(B) 養(yǎng)分含量

        2.4 氮、磷、鉀肥施用量對前胡土壤養(yǎng)分含量的影響 由圖3 可知,根際堿解氮含量依次為氮>磷>鉀,有效磷含量依次為磷>鉀>氮,速效鉀含量依次為鉀>磷>氮。隨著施氮量增加,各處理后根際堿解氮含量逐漸增加,根際有效磷、速效鉀含量均先降低后增加; 隨著施磷、施鉀量增加,各處理后根際堿解氮含量逐漸降低,根際有效磷含量逐漸增加,而根際速效鉀含量在施磷處理下逐漸增加,在施鉀處理下先增加后降低。與不施肥相比,施肥顯著提高了除K3處理外的根際堿解氮含量,并提高了施磷、施鉀處理的根際有效磷和速效鉀含量,但顯著降低了施氮處理的根際有效磷和速效鉀含量。另外,根際堿解氮含量除CK、P3、K3處理外,均明顯高于非根際,速效磷含量僅在P2、P3、K2、K3 處理后明顯高于非根際,而速效鉀含量在各處理下均明顯高于非根際。

        圖3 各施肥處理后前胡土壤養(yǎng)分含量

        2.5 施肥量、前胡養(yǎng)分含量、土壤養(yǎng)分含量與生物量、前胡甲素和前胡乙素含量的相關(guān)性分析 由表3 可知,氮、磷、鉀肥施用量與根部生物量正相關(guān),與地上部生物量負相關(guān)。氮、鉀肥施用量與前胡甲素含量負相關(guān),與前胡乙素、浸出物含量正相關(guān),其中氮肥施用量與前胡乙素含量達到顯著正相關(guān),磷肥施用量與指標成分含量的相關(guān)性與氮、磷相反。根部養(yǎng)分含量與根部生物量、前胡乙素、浸出物含量均為正相關(guān),其中根部磷含量與前胡乙素含量達到顯著正相關(guān)。根部氮含量與地上部生物量、前胡甲素含量正相關(guān),而根部磷、鉀含量與之負相關(guān)。地上部養(yǎng)分含量與根部生物量、前胡乙素含量均負相關(guān)。除地上部磷含量與前胡甲素含量及地上部鉀含量與浸出物含量呈負相關(guān)外,地上部養(yǎng)分含量與地上部生物量、前胡甲素、浸出物含量呈正相關(guān),其中地上部氮含量與地上部生物量顯著正相關(guān)。根際養(yǎng)分含量與根部生物量和前胡乙素含量呈正相關(guān),其中根際有效磷含量與根部生物量為顯著正相關(guān)。根際堿解氮含量與地上部生物量為負相關(guān),而根際有效磷、速效鉀含量與之正相關(guān); 根際堿解氮含量與前胡甲素、浸出物含量為正相關(guān),而根際有效磷、速效鉀含量與之負相關(guān),且根際速效鉀含量與前胡甲素含量呈顯著負相關(guān)。

        表3 施肥量、養(yǎng)分含量與生物量、前胡甲素和前胡乙素含量之間的相關(guān)性

        3 討論

        氮、磷、鉀肥是中藥材高產(chǎn)量的必需條件。施肥能提高根系活力,促使根系吸收更多養(yǎng)分[18],進而增強光合作用,促進光合產(chǎn)物向下運輸[19],增加桔梗、黨參等根類中藥材根干重[20-21]。本研究中,適宜施肥 (N2、P、K2、K3) 讓更多養(yǎng)分積累在根部,可防止地上部徒長,促進根部生長,且施磷的促進作用更優(yōu)。磷可通過影響植物激素合成和代謝相關(guān)的關(guān)鍵酶基因表達,調(diào)控激素水平,促進根系生長發(fā)育,增加根干重[22-24]。

        氮、磷、鉀肥對中藥材品質(zhì)的影響存在差異。施氮可增加膜莢黃芪多糖、黃芪甲苷含量,但會降低丹參的丹參酮IIA[9,12]。增加磷、鉀供應(yīng)可增加甘草和重樓的指標成分含量[25-26]。本實驗發(fā)現(xiàn),施氮對前胡指標成分提升作用較低,但適宜施鉀(K2) 增加了前胡甲素和前胡乙素。結(jié)合相關(guān)性分析可知,指標成分含量增加與根部養(yǎng)分積累相關(guān),這與穿心蓮的研究結(jié)果一致[27]。然而,根部養(yǎng)分相對地上部過高不利于根類中藥材指標成分合成[11],并可導(dǎo)致前胡早薹,影響藥材品質(zhì)[28-29]。K2 處理在保證根部養(yǎng)分的同時,緩解了地上部養(yǎng)分下降,有利于前胡品質(zhì)形成。目前,前胡乙素過低是前胡品質(zhì)較低的主要原因。栽培前胡的前胡乙素含量僅為野生型的66.67%[7]。本實驗發(fā)現(xiàn),前胡乙素在對照組中為0.11%,P1 處理后增加至0.32%,且前胡甲素、浸出物含量均符合相關(guān)標準要求。因此,適宜施用磷、鉀肥可提高前胡乙素含量,保障前胡甲素、浸出物含量,有利于提升前胡品質(zhì)。

        同時,施用適宜的磷、鉀肥提高了前胡根際土壤有效養(yǎng)分含量,有利于土壤養(yǎng)分的利用。這與李文倩[30]等發(fā)現(xiàn)施肥可改善黃芪土壤營養(yǎng)條件、提升中藥材產(chǎn)量和品質(zhì)的結(jié)果一致。另外,藥農(nóng)往往采用苗期施氮提苗、中期追施復(fù)合肥的方式種植前胡,氮肥用量極大。施氮過多不僅不利于前胡品質(zhì)的形成,還會惡化土壤理化性質(zhì)、破壞生態(tài)環(huán)境[31]。合理施用磷、鉀肥可降低氮肥投入,達到減施增效的生態(tài)效益,實現(xiàn)中藥材無公害種植。下一步可結(jié)合本研究結(jié)果,開展氮、磷、鉀配合施肥提升前胡品質(zhì)的相關(guān)實驗,開發(fā)最優(yōu)配比,實現(xiàn)前胡高效栽培。

        4 結(jié)論

        當(dāng)施磷、施鉀量分別為24、83.2 kg/hm2時,前胡能有效地利用土壤養(yǎng)分和分配植株體內(nèi)的大量營養(yǎng)元素,促進藥用部位的生長,并能在保障前胡甲素、浸出物含量的同時,促進前胡乙素的積累,有利于前胡產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。這一結(jié)果可為栽培前胡田間施肥管理的改進提供基礎(chǔ)理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo),并為其他中藥材生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范的完善提供參考。

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