不同浓度氮磷配比对丹参生长和活性成分积累的影响

2017-02-13夏贵惠王秋玲王文全侯俊玲宋庆燕

中国中药杂志 2016年22期

夏贵惠　王秋玲王文全　侯俊玲　宋庆燕　罗琳　张豆豆　杨相

[摘要] 以一年生丹参种苗为试验材料，采用“3414”不完全随机区组设计，定期浇灌营养液进行盆栽试验。于不同生长时期动态取样，测量丹参株高、地上鲜重、根鲜重、根干重及活性成分含量等指标。研究氮磷元素对丹参生长、干物质积累及活性成分积累的影响，以期探寻兼顾产量和质量的氮磷配比及适宜施肥量。结果表明：① 高浓度氮肥有利于丹参地上干物质积累，低浓度氮肥促进丹参干物质积累向地下转移，N1P1配比使丹参干物质积累向地下转移的时间提前；② 回归分析表明在丹参生长前期（7月初以前），将氮肥和磷肥分别按1.521，0.355 g·L-1的浓度作为基肥施入可促进丹参生长，在丹参生长后期（8月中旬以后），氮肥和磷肥按2.281，0.710 g·L-1的质量浓度进行追肥可促进根干物质积累；③ 丹参的5种活性成分含量均随氮肥浓度升高而降低，随磷肥浓度升高而升高。氮肥磷肥2∶3配施较适合丹参酚酸类成分的积累，按1∶2配施较适合丹参酮类成分的积累。

[关键词] 氮肥；磷肥；氮磷互作效应；丹参生长；活性成分

Effects of different concentrations of nitrogen and phosphorus on growth and

active components of Salvia miltiorrhiza

XIA Guihui1， WANG Qiuling2， WANG Wenquan1，2，3*， HOU Junling1*，

SONG Qingyan1， LUOlin1， ZHANG Doudou1， YANG Xiang1

（1. School of Chinese Pharmacy， Beijing University of Chinese Medicine， Beijing 100102， China；

2. Institute of Medicinal Plant Development， Chinese Academy of Medical Sciences and Peking

Union Medical College， Beijing 100193， China；

3. Engineering Research Center of Good Agricultural Practice for Chinese Crude Drugs， Ministry of Education， Beijing 100102， China）

[Abstract] With annual Salvia miltiorrhiza seedlings as experimental material， using "3414" optimal regression design recommended by the Ministry of Agriculture and regularly watered with nutrient solution， through the dynamic sampling of S. miltiorrhiza in different growing stages， and the growth index， dry weight of plant root and content of active components were measured. The potted experiments were applied to study the effects of different nitrogen and phosphorus ratios on the growth， dry matter accumulation and accumulation of active components of S. miltiorrhiza， in order to explore a compatible fertilization method of nitrogen and phosphorus ratio that are suitable for production and quality of S. miltiorrhiza. The results reported as follows：①High concentrations of nitrogen fertilizer was beneficial to dry matter accumulation of S. miltiorrhiza aerial parts， and low concentration of nitrogen fertilizer transferred the dry matter accumulation to underground， and N1P1 could make the transfer ahead of time；②Regression analysis showed that in the early growth stage （before early July）， we could use the nitrogen and phosphorus as basic fertilizer at a concentration of 1.521，0.355 g·L-1 respectively to promote the growth of S. miltiorrhiza and at a concentration of 2.281，0.710 g·L-1 respectively to promote the dry matter accumulation of root （after midAugust）；③Five kinds of active components of S. miltiorrhiza decreased with the increase of nitrogen concentration， and increased with the increase of the concentration of phosphate fertilizer. Nitrogenous fertilizer， phosphate fertilizer in NP=2∶3 ratio was more suitable for the accumulation of salvianolic acids， in NP=1∶2 ratio was more suitable for the accumulation of tanshinone.

[Key words] nitrogen fertilizer； phosphate fertilizer； interdependent effects； Salvia miltiorrhiza growth； active components

doi：10.4268/cjcmm20162215

丹参Salvia miltiorrhiza Bge.为常用大宗药材，药用历史悠久，目前丹参栽培品已成为市场主流，在丹参栽培过程中施肥是一重要环节[1]。然而在丹参施肥研究方面，兼顾产量和质量的施肥研究较少，大多只针对产量或者质量。夏奉乾等[2]研究表明，氮肥对丹参产量的影响大于磷肥和钾肥。韩建萍等研究认为，丹参施氮、磷的最佳配比为1∶1，且氮对丹参酮ⅡA的积累表现出了负效应，而磷肥对丹参酮ⅡA的积累表现为正效应[3]。翟彩霞等[4]的研究显示，在适宜的施肥范围内，氮肥对丹参根的产量影响最大，在施N 41.41 kg·hm-2，P2O5 115.55 kg·hm-2，K2O 171.70 kg·hm-2时根产量最大。当施入N，P2O5和K2O分别为225，120，150 kg·hm-2时，丹参根干质量、根长及根条数达到最高值，根的直径最适宜，此后随着磷钾肥施入量增加，根干质量及根长、根条数反而下降，根直径增加[5]。然而上述研究的试验都是在大田条件下进行，忽略了土壤可通过养分的保持和释放机制对速效养分容量起缓冲作用[6]，土壤不断转化释放的速效氮磷钾的量，对丹参生长、产量和质量等因素也造成了影响。根据目前可用基质的情况，采用不含氮、磷的基质进行丹参盆栽试验，定期按相应配比浇灌营养液，通过对丹参株高、地上鲜重、根鲜重、干物质积累及活性成分动态监测，研究丹参不同生长时期的需肥特点。

1 材料和方法

1.1 供试样品

供试的一年生丹参种苗来自山东省农科院研发的“鲁丹1号”，由北京中医药大学王文全教授鉴定为唇形科鼠尾草属植物丹参S. miltiorrhiza试验于中国医学科学院药用植物研究所南园栽培试验场进行。用黑色塑料盆进行种植，盆高45 cm，口径40 cm，底径27.5 cm。基质采用混合基质，蛭石石英砂珍珠岩 4∶2∶1。肥料采用分析纯的尿素、过磷酸钙、硫酸钾。

1.2 试验设计与实施

采用农业部推荐的“3414”回归设计不完全实施方案[7]，每个重复设氮、磷2个因素，4个水平，9个处理，每个处理9盆，每盆种6株，设3个重复，随机区组排列。氮肥的0，1，2，3水平分别为0，0.423，0.845，1.263 g·L-1，磷的0，1，2，3水平分别为0，0.336，0.845，1.009 g·L-1，钾肥的质量浓度固定为0.859 g·L-1。每次每盆浇1 L营养液。于2015年4月，将丹参一年生种苗移栽于盆内，每次每盆按相应配比浓度浇营养液1 L。营养液组成是在Hoagland营养液基础上，固定微量元素，大量元素按“3414”配比进行调试（下文氮磷肥的0，1，2，3水平分别简写为N0，N1，N2，N3；P0，P1，P2，P3，9个处理分别为N0P0，N0P2，N1P2，N2P0，N2P1，N2P2，N2P3，N3P2，N1P1）。

1.3 取样测定

1.3.1 产量指标测定 2015年4月移栽种苗后，至当年11月上旬收获期间，在盛花期7月5日，地上生长转入地下生长前后8月15日、9月30日，根部速生中期10月21日，根部速生末期11月16日进行取样。每个重复每次取样9株，每个处理共27株，分别测量地上生长指标株高、地上部分鲜重；根部指标根长、根粗、根鲜重。将所取丹参鲜样品带回实验室于105 ℃杀青20 min，75 ℃烘箱中干燥，称干重。

1.3.2 活性成分含量测定样品根用植物粉碎机粉碎，过60目筛，待活性成分含量测定。采用HPLC双波长同时检测丹参中迷迭香酸、丹酚酸B、丹参酮Ⅰ、隐丹参酮及丹参酮ⅡA 5种活性成分[8]。丹参活性成分主要包含2类，一类是以丹酚酸B为代表的酚酸类成分[含丹酚酸B（C36H30O16）不得少于3.0%[9]]；一类是丹参酮类成分，以丹参酮ⅡA（C19H18O3）、隐丹参酮（C19H20O3）和丹参酮Ⅰ（C18H12O3）的总量为衡量指标，其总量不得少于0.25% [9]。

1.4 数据分析

采用统计软件SAS 8.2，Sigmaplot 12.5，Microsoft Excel 2013对试验数据进行处理和作图。

2 结果与分析

2.1 氮磷元素对丹参生长的影响

2.1.1 不同浓度氮磷对丹参地上部分生长的影响从7月5日前后到11月16日前后的各个生长阶段，不同浓度氮磷处理的丹参地上部分鲜重、株高均有极显著性差异（P<0.01）。以下各指标均以均值计。

在P2水平的基础上，丹参移栽后整个生长期内不同水平处理的地上部分鲜重均随着氮的浓度升高而升高，以10月20日取样为例，N3，N2，N1分别比 N0地上鲜重提高了53.78%，168.02%，258.89%。丹参的株高呈相似规律。在N2水平的基础上，7月5日前后1水平的磷对地上鲜重的影响最大，P2，P3对地上鲜重的促进作用不大。其余生长时期，P1，P2，P3对丹参地上鲜重均无显著性差异。在7月5日前后P1对株高促进作用最大，而在8月15日前后，10月21日前后，P3对株高促进作用最大，9月30日前后，11月16日前后P1，P2，P3均无显著性差异。不同浓度氮磷对丹参地上部分生长的影响见图1，2。

氮磷配施对株高和地上鲜重均存在交互效应，见表1，2。对于丹参地上鲜重， 7月5日前后、9月30日前后均是N2P1的交互效应最大，该处理的地上鲜重分别达13.22，32.57 g，分别比N3提高了5.94%，14.14%；其余时期氮磷对丹参地上鲜重无交互效应。7月5日前后N2P1的交互效应对株高影响最大，该处理的株高达31.92 cm，比P3提高了10.35%；其余时期氮磷对丹参株高无交互效应。

通过以上分析发现，在丹参生长前期，N2P1对丹参地上鲜重和株高促进作用最好；由于丹参生长后期P1，P2，P3无显著差异，N3P2对丹参地上鲜重和株高促进作用最好。

2.1.2 氮磷元素对丹参根部生长的影响各个生长时期，氮磷元素对丹参根长的影响差异均显著（P<0.05）；对于根粗，除8月15日至9月30日差异不显著外，其他生长时期均达到显著差异（P<0.05）；而对于根鲜重，除7月5日前后，根鲜重还未开始积累，其他时期均达到显著差异（P<0.05）。N0，N1，N2，N3对丹参根长、根粗、根鲜重的影响除N0外，N1，N2，N3之间均无显著性差异，但均大于N0的影响。不同水平的磷对丹参根长、根粗、根鲜重的影响也有相似的规律。下面以根鲜重为例说明。不同浓度氮磷对根鲜重的影响见图3。

2.1.3 丹参采收期根鲜重与地上地下生长指标的关系鲜重是指细胞是在自然状态下的质量，包含大量自由水，自由水是指可以自由流动或指不被植物细胞内胶体颗粒或大分子所吸附、能自由移动、并起溶剂作用的水[10]，因此鲜重是衡量植物生理生长好坏的一个重要指标，同时也是种植效益的重要参数。地上地下生长状况与采收期丹参根鲜重的相关性可作为一个重要的参考。丹参采收期根鲜重与地上鲜重、株高、根长、根粗的关系见表4。不同生长时期地上鲜重与采收期根鲜重均具有线性相关关系（P<0.01），相关性达到显著水平（r>0.5），其中8月15日前后、11月16日前后相关系数分别为0.910 3，0.985 1。株高也具有相似规律，8月15日前后、9月30日前后、11月16日相关系数分别为0.927 9，0.903 8，0.932 8。根长、根粗的相关性比地上鲜重和株高小，除7月5日前后9月30日前后的根粗与收获期根鲜重无线性相关关系外，其余指标均具有较大的相关性。

2.2 氮磷元素对丹参根部干物质积累的影响

丹参根部干物质积累速度从盛花期到根部速生末期呈“慢快慢”的趋势，不同浓度氮磷配施对不同时期丹参单株根干物质积累量差异显著（P<0.05），见图4。7月5日前后到10月21 日前后，对单株根干物质积累影响较大的处理N2P1，N2P2，N2P3，N3P2之间均无显著差异，而收获期N3P2处理的单株根干物质积累量最高，达15.42 g/株，分别比CK1（N0P0），CK2（N0P2），CK3（N2P0），CK4（N2P2）高407.61%，422.69%，232.91%，33.07%。因此，从节约成本与资源，保护环境的角度考虑，丹参生长前期按氮肥磷肥2∶1作基肥施入，后期追施少量氮肥，磷肥，在10月中旬前使氮肥，磷肥的比例达到3∶2，以促进丹参根部干物质的积累。

分别以不同水平氮肥、磷肥对应的浓度为自变量（Xa，Xb），根干物质积累为因变量（Y），进行一元回归。回归方程如下：Y=-5.140 3Xa2+15.636Xa+3.401 6，R2=0.949 8；Y=-14.87Xb2 +21.13Xb+4.896 9，R2=0.958 4；求解得Xa1=-0.793，Xa2=3.835；Xb1=-0.677，Xb2=2.098。因此当根干物质达到最高点时对应的Xa，Xb是1.521，0.710 g·L-1。分别将1.521，0.71 g·L-1作为“3414”试验中氮肥、磷肥的2水平。

2.3 氮磷元素对丹参活性成分积累的影响

氮磷元素对收获期（11月16日）丹参的活性成分的影响，除丹参酮Ⅰ以外（P<0.05），迷迭香酸、丹酚酸B、隐丹参酮、丹参酮ⅡA均无显著性差异，见图5。

丹参的5种活性成分含量均随氮肥浓度升高而降低，N0处理的迷迭香酸，丹酚酸B，隐丹参酮，丹参酮Ⅰ，丹参酮ⅡA分别比N3处理高154.86%，43.61%，55.81%，53.72%，144.98%；磷肥对丹参5种活性成分的影响均随磷肥浓度升高而升高，与氮肥相反，P3处理的迷迭香酸，丹酚酸B，隐丹参酮，丹参酮Ⅰ，丹参酮ⅡA分别比P0处理高18.53%，64.64%，107.48%，30.35%，26.88%。氮肥磷肥对丹参活性成分积累的影响见表5。

3 结论与讨论

3.1 丹参不同生长时期所需的氮磷配比不同

从单因素来看，各个生长阶段不同浓度处理的丹参地上部分鲜重，株高均随着氮的浓度升高而升高（P<0.05）。在7月5日前后P1对地上鲜重的影响最大，高浓度的P2，P3抑制了地上鲜重的增长。其余生长时期P1，P2，P3对丹参地上鲜重均无显著性差异。在丹参生长前期P1对株高促进作用最大，生长后期P3对株高促进作用最大，其余时期均无显著性差异。高浓度氮肥有利于丹参地上干物质积累，低浓度氮肥有利于丹参干物质积累向地下转移，且低浓度的氮肥使丹参干物质积累向地下转移的时间提前。

在所有的必须营养元素中，氮素是限制植物生长和形成产量的首要因素[6]，丹参为无限开花植物，各个生长阶段对氮素的需求量大，在一定范围内，高浓度的氮有利于丹参生长，但氮素过高会打破丹参的营养生长与生殖生长。磷能促进光合作用和碳水化合物的合成与转运[6]。到地上部分稳定期（8月15日前后），进入丹参根部速生期，丹参光合作用积累的化合物大量向根部转移，此时期需要磷的量也大幅度提高。

有学者研究发现磷能促进氮代谢[6]，氮磷配施对株高与地上鲜重所产生的促进作用高于单独氮肥、磷肥所产生的效应这一现象可能与“磷能促进氮代谢”有关。在丹参生长前期，较低浓度的氮和磷对丹参地上鲜重和株高有较好的促进作用；丹参生长后期则相反。生长前期N2P1的效果最好，生长后期N3P2促进作用最大。回归分析得出，在丹参生长前后期（7月5日前后），将氮肥和磷肥分别按1.521，0.355 g·L-1的浓度配施，以促进丹参地上部分生长；在丹参生长后期（8月15日后），氮肥和磷肥按2.281，0.710 g·L-1的浓度配施来促进根干物质积累。

3.2 丹酚酸类和丹参酮类成分所需氮磷配比不同

丹参的5种活性成分含量均随氮肥浓度升高而降低，随磷肥浓度升高而升高。N2P3适合丹参酚酸类成分的积累。N1P2适合丹参酮类成分的积累。N1P1较适合丹参酚酸类成分和酮类成分的积累，但产量偏低，与产量最高的N3P2相比，丹酚酸类、丹参酮类成分分别提高了61.19%，28.81%，N3P2产量比 N1P1产量提高了90.13%。产量提高的经济效益容易估算，而如何衡量质量提高的经济效益，以哪些指标来衡量是一个问题。如何比较不同施肥处理所提高的综合经济效益需要进一步细化试验设计来获得最佳施肥配比。

丹参酮类成分和水溶性成分药理作用差别较大，相应的制剂原材料也有所侧重[6]。因此，应根据丹参不同的用途而分别施肥，若丹参将以提取水溶性成分为主，应按NP 2∶3的比例施肥；若丹参将以提取丹参酮类成分为主，应按

NP 1∶2的比例施肥。这一结果与孟培等[6]研究结果一致。

有研究报导采用“3414”试验设计，不同的氮磷钾配比对金荞麦氮磷钾的转化吸收效率有影响[13]；氮、钾2种肥料对药菊植株花朵数、鲜花产量、鲜花折干率、植株PAL酶活性和菊花中矿质元素含量等方面存在着显著的交互效应[14]；氮磷钾配施促进桔梗光合作用[15]；氮钾、氮磷配施最有利于黄精总皂苷含量的增加[16]。由于试验基质本身含有一定量的钾，只研究了氮磷配施对丹参生长和活性成分积累的影响，氮磷钾配施对丹参生理生化的影响不容忽视，排除非试验因素干扰，可精准量化氮磷钾的试验方法有待进一步探索。

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