李 瑩 孔維軍 李先恩 賀 超 周立東

(中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥用植物研究所,中草藥物質(zhì)基礎(chǔ)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京,100193)

山藥(Chinese yam)是薯蕷科植物薯蕷的干燥根莖[1],營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值均較高,是極具開發(fā)潛力的藥食同源中藥材/經(jīng)濟(jì)食物[2]。山藥中富含氨基酸、多糖、蛋白質(zhì)、尿嘧啶、腺苷、維生素、尿囊素以及微量元素等物質(zhì)[3-5],具有降血糖、增強(qiáng)免疫力、抗氧化、抗炎和抗菌等功效[6-10]。

山藥主要分布于我國東北、華北、華中等地區(qū)[11],對生長環(huán)境的要求不高。據(jù)統(tǒng)計(jì),世界范圍內(nèi)共有600多個(gè)種植或野生山藥品種,其中小白嘴山藥因營養(yǎng)豐富、口感佳而深受人們喜愛。山藥的需肥量很大,肥料的添加能夠顯著影響其根莖大小和營養(yǎng)成分的含量,所以,合適肥料的選擇對山藥的產(chǎn)量和質(zhì)量至關(guān)重要[12],這也是山藥培育研究的熱點(diǎn)之一。常規(guī)的施加底肥方式的開發(fā)較早,生產(chǎn)者擁有廣泛的經(jīng)驗(yàn),應(yīng)用效果較明顯。而葉面肥雖開發(fā)時(shí)間短,卻具有用量少、吸收快、污染小、作用顯著等優(yōu)勢[13],已成為山藥等中藥材提高產(chǎn)量和質(zhì)量重要途徑。本研究通過田間試驗(yàn),比較了不同底肥和多個(gè)配方的葉面肥對小白嘴山藥產(chǎn)量及質(zhì)量(有效成分含量)的影響,從而篩選出適宜的施肥方式與配方,為山藥的生產(chǎn)種植、增產(chǎn)增收和保質(zhì)保量提供參考。

1 儀器與試劑

1.1 儀器 單通道移液器(Thermo Scientific,美國,型號:FINNPIPETTE F3);超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司,型號:KQ300E);無油隔膜泵(天津市津騰實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司,型號:GM-0.20);紫外-可見分光光度計(jì)(安捷倫公司,美國,型號:Cary 100);高效液相色譜儀(島津公司,日本,型號:LC-2030);分析天平(北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司,型號:BS2202S);分析天平(Mettler-Toledo公司,瑞士,型號:MS105DU);旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(型號:N-1100)、油浴鍋(型號:OSB-2100)購自上海愛朗儀器有限公司;電熱恒溫水浴鍋(林茂科技有限公司,型號:DZKW-4);低溫冷卻循環(huán)儀(鄭州長城科工貿(mào)有限公司,型號:DLSB-5/20);電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司,型號:DHG-9053A);全自動凱氏定氮儀(VELP公司,意大利,型號:UDK159);蛋白水解液氨基酸分析系統(tǒng)(日立公司,日本,型號:L-8900)。

1.2 試劑 D-無水葡萄糖(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司,批號:20210605);氫氧化鈉(北京化學(xué)工業(yè)集團(tuán)有限公司,批號:20210920);無水乙醇(北京市通廣精細(xì)化工公司,批號:20210610);石油醚(北京市通廣精細(xì)化工公司,批號:20200904);硫酸(北京市通廣精細(xì)化工公司,批號:20211007);硫酸銅(上海麥克林生化股份有限公司,批號:C12984639);蒽酮(上海源葉生物科技有限公司,批號:M25GS142258);乙腈(Thermo Fisher公司,美國,批號:F22M75201);尿嘧啶(北京中科質(zhì)檢生物技術(shù)有限公司,批號:QUGH-6F5M);腺苷(北京沃凱生物科技有限公司,批號:OK201919U);尿囊素(北京沃凱生物科技有限公司,批號:OK201919V)。

2 方法與結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 本研究共設(shè)計(jì)了2組田間實(shí)驗(yàn)進(jìn)行考察。

第1組田間實(shí)驗(yàn):在課題組前期研究基礎(chǔ)上,采取“保留佳方+重組新方”的原則,于2021年在河北安國中藥材種植園布置了山藥專用葉面肥噴施實(shí)驗(yàn)[14]。該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了7個(gè)葉面肥配方(YY1-YY7,YY7為當(dāng)?shù)厣a(chǎn)用肥)噴施處理和清水對照處理(CK),共8個(gè)處理,每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù),共24個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)。葉面肥處理噴施3次,第1次在植物地上生長旺盛期(6月下旬至7月上旬),第2次在植物地上部分第2次生長高峰前期(7月下旬至8月上旬),第3次在秋季地上部分停止生長期(8月下旬至9月初)。葉面肥配方見表1,不同配方中營養(yǎng)元素含量不同,田間布置見表2。記錄產(chǎn)量相關(guān)數(shù)據(jù)后,選取產(chǎn)量排前三的葉面肥、生產(chǎn)用肥(即YY7)及清水對照處理的山藥進(jìn)行多成分含量測定。

表1 葉面肥配方(g/L)

表2 葉面肥處理組田間布置

第2組田間實(shí)驗(yàn):于2021年在河北安國中藥材種植園布置了山藥不同底肥處理實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)共設(shè)3底肥處理(YD1,微生物菌肥,中化農(nóng)業(yè)生態(tài)科技(湖北)有限公司生產(chǎn);YD2,有機(jī)肥,山東佐田氏生物科技有限公司生產(chǎn);YD3,化肥,深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司生產(chǎn))和1個(gè)不施肥對照處理(CK)組,共4個(gè)處理,每個(gè)處理組設(shè)3次重復(fù),共12個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)。施肥時(shí)間與葉面肥組相同。田間布置見表3。記錄產(chǎn)量相關(guān)數(shù)據(jù)后進(jìn)行多成分含量測定。

表3 底肥處理組田間布置

2.2 產(chǎn)量測定 收獲期按小區(qū)測量產(chǎn)量,每個(gè)處理組隨機(jī)挑選20株健康山藥植株,去掉地上部分后,檢測其單株根重、根長和根直徑,取3個(gè)平行處理組內(nèi)所有山藥的稱重的平均值即為產(chǎn)量。

2.3 水分含量測定 參照《GB 5009.3-2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)·食品中水分的測定》方法測定收集的山藥樣品中水分的含量[15]。

2.4 多糖含量測定 采用硫酸-蒽酮法測定收集的山藥樣品中多糖的含量[16]。樣品處理步驟與本課題組前期建立的方法相同[17]。

2.5 蛋白質(zhì)和氨基酸含量測定 參照《GB 5009.5-2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中蛋白質(zhì)的測定》第一法,采用凱氏定氮法測定山藥中的蛋白質(zhì)含量[18];參照《GB 5009.124-2016食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中氨基酸的測定》方法,采用蛋白水解液氨基酸分析系統(tǒng)測定收集的山藥樣品中氨基酸的含量[19]。

2.6 小分子有效成分的含量測定 采用高效液相色譜法測定收集的山藥樣品中尿囊素、尿嘧啶和腺苷的含量。乙腈:水=90%∶10%,等度洗脫,色譜條件和供試品溶液的制備與課題組前期建立的方法相同[17]。

2.7 結(jié)果

2.7.1 產(chǎn)量 從圖1看出,與清水對照(CK)處理比較,葉面肥處理(YY1、YY2、YY4、YY5、YY6和YY7)的山藥的產(chǎn)量有顯著提升,表現(xiàn)為產(chǎn)量、單株根重、根長和根直徑均增加。從配方的元素種類分析可得,微量元素配方(YY3)的增產(chǎn)效果最好,優(yōu)于全元素配方(YY2、YY4、YY6)和大量元素配方(YY1、YY5)。

圖1 不同葉面肥處理對山藥產(chǎn)量和生長指標(biāo)的影響

由圖2可知,3種施肥(YD1、YD2和YD3)情況下的山藥產(chǎn)量、根長和根直徑均顯著高于空白對照(CK)處理。其中YD1(微生物菌肥)對于山藥產(chǎn)量的提升作用顯著高于YD2(有機(jī)肥)和YD3(化肥)。葉面肥YY3、YY4和YY6的產(chǎn)量高于3個(gè)施加底肥處理的產(chǎn)量。

圖2 不同底肥處理對山藥產(chǎn)量和生長指標(biāo)的影響

2.7.2 水分含量 由圖3A可知,YY7葉面肥噴灑處理后山藥的含水量最高(77.60%),其次是YY6(75.20%)和YY4(74.50%)葉面肥處理。YY3葉面肥處理(68.50%)的山藥的含水量低于不施肥對照(71.80%)的樣品。而由圖3B的底肥處理后山藥含水量結(jié)果可知,含水量由高到低為:YD3>YD2>YD1>CK。

圖3 不同葉面肥和底肥處理對山藥含水量和多糖含量的影響

2.7.3 多糖含量 以葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)品的吸光度值為縱坐標(biāo),質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線得到回歸方程Y=26.123X+0.003(R2=0.998),在0.002 5～0.015 0 mg/mL范圍內(nèi)與吸光度呈良好的線性關(guān)系。不同葉面肥和不同底肥處理的山藥中多糖含量分別見圖3D和圖3E。與各自對照處理比較,底肥和葉面肥處理后山藥中多糖含量均降低。

2.7.4 蛋白質(zhì)和氨基酸含量 由表4可以看出,與無底肥處理相比,3種底肥處理(YD1、YD2和YD3)后的山藥中蛋白質(zhì)和氨基酸含量均有提高,其中微生物菌肥和氮磷鉀復(fù)合肥的提升作用更顯著。而與無葉面肥相比,有葉面肥處理(YY3、YY4、YY6和YY7)時(shí),僅當(dāng)?shù)厣a(chǎn)用肥YY7處理后的山藥中蛋白質(zhì)和氨基酸含量高于無葉面肥處理。但YY4和YY6與無葉面肥處理的蛋白質(zhì)和氨基酸含量相差不大。所以,結(jié)合產(chǎn)量與生產(chǎn)效益來分析,葉面肥YY4和YY6可以滿足需求。

表4 不同葉面肥和底肥處理方式對氨基酸和蛋白質(zhì)百分含量的影響(%)

2.7.5 尿囊素、尿嘧啶和腺苷的含量分析 結(jié)果表明,9個(gè)山藥樣品中均可檢測出尿嘧啶、腺苷和尿囊素這3種小分子成分。見圖4。

圖4 對照品和山藥樣品的高壓液相色譜法測定結(jié)果

由圖5A可知,除葉面肥YY3處理外,其余葉面肥處理的山藥中尿嘧啶含量高于無葉面肥處理,其中YY7(2.88 mg/g)的含量最高。由圖5B和5C可知,除當(dāng)?shù)厣a(chǎn)用肥(YY7)處理外,其余葉面肥處理后山藥中尿囊素、腺苷含量均低于無葉面肥處理。結(jié)果表明,葉面肥YY4和YY6僅能滿足高尿嘧啶含量的需求,幾種葉面肥未能提升山藥樣品中腺苷和尿囊素的含量。由圖5D、5E和5F可知,3種底肥處理(YD1、YD2和YD3)可顯著提高山藥樣品中尿嘧啶、腺苷和尿囊素的含量。微生物菌肥(YD1)的效果最為顯著。

圖5 不同葉面肥和底肥處理后山藥中尿嘧啶、腺苷和尿囊素的含量

2.7.6 葉面肥與底肥對比分析 由圖1～2對比分析可知,葉面肥處理YY3、YY4和YY6的產(chǎn)量高于3種施加底肥處理。由表4可知,在提高山藥氨基酸和蛋白質(zhì)含量方面,施加底肥的效果優(yōu)于葉面肥。由圖5的對比分析可知,底肥處理山藥中尿嘧啶、腺苷和尿囊素含量均顯著增加,葉面肥處理YY3、YY4、YY6都不能夠提高腺苷和尿囊素含量。

3 討論

葉面肥促進(jìn)山藥植株的生長發(fā)育。葉面肥YY3和YY4對于山藥產(chǎn)量、單株根重、根長的作用效果顯著。這說明,2020年的佳方(YY3和YY4)連續(xù)兩年對于安國山藥的促產(chǎn)效果很穩(wěn)定,2021年新配的葉面肥YY6對于山藥的產(chǎn)量的作用顯著,與YY4相當(dāng),但低于YY3。而就根直徑而言,雖然不同處理之間差異不顯著,但YY3、YY4和YY6的效果都屬于效果較好的配方。而且,微量元素在提高山藥產(chǎn)量方面具有重要作用。在根長的指標(biāo)上,施用有機(jī)肥(YD2)的效果最好,這可能是由于有機(jī)肥能增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量和調(diào)節(jié)土壤透氣性,利用根莖往下生長。而對根直徑而言,施用微生物菌肥(YD1)效果顯著高于其他2種施肥處理?？傮w而言,葉面肥的施肥方式更有利于提高山藥的產(chǎn)量。

水分是影響山藥儲存時(shí)長的關(guān)鍵因素之一,也是影響山藥產(chǎn)品脆度和口感的重要因素之一。3種底肥均有提高山藥含水量的作用。在儲存得當(dāng)?shù)那疤嵯?含水量高的山藥的脆度更佳,含水量低的山藥的口感更軟糯,實(shí)際種植生產(chǎn)中可依據(jù)不同產(chǎn)品需求,選用相應(yīng)的葉面肥和底肥的肥料配方。葉面肥和底肥處理后,山藥中多糖含量均降低,推測其原因可能是施肥濃度或用量不適宜,所以,在保證產(chǎn)量的前提下,如何提高多糖含量有待進(jìn)一步研究。

綜合來說,在山藥的種植中,以提高產(chǎn)量為主,建議施加葉面肥;以提高質(zhì)量為主,建議施加底肥。

我國自古以來就有“藥食同源”的理論和應(yīng)用,歷代醫(yī)學(xué)家將中藥的“四性”和“五味”理論運(yùn)用到食物之中,創(chuàng)造了“中國食療學(xué)”[20-21]。近年來隨著人們愈發(fā)注重健康與養(yǎng)生,兼具營養(yǎng)功能與藥用價(jià)值的“藥食同源”食品或中藥如山藥的需求量日益增大。的龐大的市場需求下,山藥培育問題顯然至關(guān)重要。而山藥作為一種高需肥作物,探究促進(jìn)山藥生長、提高產(chǎn)量和品質(zhì)的施肥方式是山藥栽培研究的重點(diǎn)[22]。

本研究重點(diǎn)關(guān)注山藥的施肥方式。與本課題組前期研究相比[14],本研究中關(guān)于葉面肥的研究采取“保留佳方+重組新方”的原則,并且加入了底肥研究,將2種施肥處理方式進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明,葉面肥配方Y(jié)Y3、YY4和YY6均為顯著提高山藥產(chǎn)量的優(yōu)質(zhì)肥料,可以實(shí)現(xiàn)較高的經(jīng)濟(jì)效益;但在提高山藥營養(yǎng)成分的含量方面效果不佳,這可能與其濃度或用量有關(guān)。要注意調(diào)整葉面肥用量,以發(fā)揮其最佳效果。此外,底肥在提高產(chǎn)量方面的效果亦佳。雖然增產(chǎn)作用不及葉面肥,卻可促進(jìn)氨基酸、蛋白質(zhì)、尿囊素等營養(yǎng)成分含量的提高,其中微生物菌肥的作用最顯著,可為山藥培育中的首選底肥。基于本研究結(jié)果,一方面,我們可以根據(jù)不同生產(chǎn)需求選擇不同施肥方式與種類;另一方面,為同時(shí)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量高、品質(zhì)好的生產(chǎn)目標(biāo),應(yīng)進(jìn)一步研究葉面肥和底肥的具體聯(lián)合施肥方案。

利益沖突聲明:無。