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      黃腐酸鉀鉬合劑對(duì)山豆根生長和品質(zhì)及葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

      2021-09-12 16:25:21馮世鑫蔣妮陳乾平唐輝
      江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年15期
      關(guān)鍵詞:山豆根品質(zhì)生長

      馮世鑫 蔣妮 陳乾平 唐輝

      摘要:以盆栽山豆根為材料,探討黃腐酸鉀鉬合劑對(duì)其生長、葉綠素?zé)晒鈪?shù)及品質(zhì)的影響,設(shè)置4個(gè)施肥水平(135、158、184、202 kg/hm2),以復(fù)合肥(N含量15%、P含量15%、K含量15%)450 kg/hm2為對(duì)照,測定山豆根的單葉面積、光合色素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、株高、根瘤數(shù)量、藥材產(chǎn)量及其浸出物、苦參堿、氧化苦參堿的含量。結(jié)果表明:(1)黃腐酸鉀鉬合劑能顯著促進(jìn)山豆根株高和葉片的生長(P<0.05),能使根瘤數(shù)量增多,施用184 kg/hm2處理藥材產(chǎn)量提高47.4%;(2)葉綠素a、葉綠素b和類胡蘿卜素明顯增多;顯著提高山豆根葉綠素最大熒光產(chǎn)量(Fm)、PSⅡ 最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、PSⅡ的潛在活性(Fv/Fo)、實(shí)際光化學(xué)量子產(chǎn)量Y(Ⅱ)、光化學(xué)淬滅系數(shù)(qP),而降低非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)。葉片對(duì)光能利用率和光合作用活性得到提高,以T3處理最優(yōu)。(3)施用黃腐酸鉀鉬合劑202 kg/hm2可使山豆根的浸出物提高51.3%;苦參堿(除135 kg/hm2處理外)和氧化苦參堿含量顯著高于對(duì)照。表明,黃腐酸鉀鉬合劑能促進(jìn)山豆根植株的生長,增強(qiáng)葉片對(duì)光能利用率,提高藥材產(chǎn)量;適量的施肥水平有利于活性成分苦參堿和氧化苦參堿的積累;以184 kg/hm2黃腐酸鉀鉬合劑為宜。

      關(guān)鍵詞:山豆根;黃腐酸鉀鉬合劑;生長;葉綠素?zé)晒鈪?shù);品質(zhì);光合色素

      中圖分類號(hào):S567.1+90.1?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A

      文章編號(hào):1002-1302(2021)15-0123-05

      收稿日期:2020-04-03

      基金項(xiàng)目:廣西科技重大專項(xiàng)(編號(hào):桂科AA17204056-4);有機(jī)藥材種植與評(píng)價(jià)研究團(tuán)隊(duì)(編號(hào):桂藥創(chuàng)2019007);廣西中醫(yī)藥適宜技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目(編號(hào):GZSY20-02)。

      作者簡介:馮世鑫(1966—),男,廣西橫州人,副研究員,主要從事中藥資源保護(hù)和利用研究。 E-mail:870330655@qq.com。

      通信作者:唐 輝,博士,研究員,主要從事植物引種栽培研究。E-mail:th@gxib.cn。

      山豆根為豆科植物越南槐(Sophora tonkinensis Gagnep.)的根和根莖,別稱廣豆根,主產(chǎn)于廣西壯族自治區(qū)、貴州省。主要活性成分為苦參堿和氧化苦參堿,具有清火解毒、消腫利咽的功效[1]。臨床廣泛用于火毒蘊(yùn)結(jié)、咽喉腫痛、肺熱咳嗽、煩渴、黃疸、熱結(jié)便秘等,為治咽要藥?,F(xiàn)代藥理研究表明,山豆根具有抗腫瘤、抗炎、抑菌、保肝、增強(qiáng)免疫、抗心律失常、降血壓等藥理活性[2-4]。目前已研制開發(fā)出治療肝炎的針劑、 咽喉腫痛的片劑以及抗腫瘤的中成藥。隨著研究的深入,市場需求量的日益增大,野生山豆根資源瀕臨枯竭,人工栽培山豆根正在興起。

      目前,關(guān)于山豆根的研究主要集中在種子特性、貯藏、組織培養(yǎng)繁育、藥理和藥化方面,對(duì)植株栽培需肥特性的研究卻少見報(bào)道。藥農(nóng)沒有可參考的施肥標(biāo)準(zhǔn),為了追求產(chǎn)量而混亂施肥,不但浪費(fèi)資源,而且會(huì)對(duì)植物生長、活性成分的積累和土壤的持續(xù)利用造成不利影響,所以合理施肥顯得尤為緊迫。黃腐酸鉀鉬合劑是在試驗(yàn)基礎(chǔ)上,自主研制出來的新產(chǎn)品,富含黃腐酸鉀、黃腐酸鉬、氨基酸鎂、鋅等多種微量元素,是一種速溶的有機(jī)無機(jī)螯合復(fù)合劑。為明確黃腐酸鉀鉬合劑對(duì)山豆根生長的作用和效果,以盆栽山豆根為材料,探討其對(duì)山豆根植株生長、葉綠素含量、葉綠素?zé)晒鈪?shù)、產(chǎn)量和生物堿含量的影響,以期為今后山豆根的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培提供參考和指導(dǎo)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗(yàn)材料

      試驗(yàn)于2018年11月至2019年12月進(jìn)行。用于盆栽的園土為沙質(zhì)壤土,pH值為6.5,有機(jī)質(zhì)含量11.83 g/kg,全氮含量0.28 g/kg,堿解氮含量88.32 mg/kg,速效磷含量38.64 mg/kg,速效鉀含量101.47 mg/kg,有效鉬含量0.11 mg/kg。黃腐酸鉀鉬合劑為自主研制。供試驗(yàn)的山豆根為廣西產(chǎn)一年生植株。種植盆為市售,直徑為50~60 cm,高40 cm。

      于2018年11月上旬播種,將種子分散播種于裝滿園土的盆中,每盆2~3粒,保濕。在2019年4月初間苗,留強(qiáng)去弱,每盆只留下1株,選擇大小基本一致的種苗作試驗(yàn)材料。

      1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

      設(shè)置4個(gè)施肥水平T1處理(135 kg/hm2)、T2處理(158 kg/hm2)、T3處理(184 kg/hm2)、T4處理(202 kg/hm2),以復(fù)合肥(N含量15%、P含量15%、K含量15%)450 kg/hm2為對(duì)照。肥料分4次施用,每株每次的肥料用0.5 L的水溶解后灌根,于4月中旬開始,每15 d施肥1次。每小區(qū)9盆(株),4次重復(fù)。試驗(yàn)在避雨、透光的環(huán)境下進(jìn)行,其他管理一致。

      1.3 性狀測定和方法

      1.3.1 測定時(shí)間 在2019年7月中旬,測定葉片的葉綠素含量、葉面積和葉綠素?zé)晒鈪?shù); 11月下旬測量植株高度;之后挖起,測定根瘤數(shù)量、根產(chǎn)量和浸出物、苦參堿、氧化苦參堿含量。

      1.3.2 測定方法

      1.3.2.1 葉綠素含量的測定

      在成熟葉片中部,用打孔器取 10片1 cm 的小圓片,用80%丙酮提取,參照李合生的方法[5],測定提取液在波長440、644、662 nm下的光密度,按公式計(jì)算出葉綠素 a、葉綠素 b和類胡蘿卜素的含量及葉綠素a/葉綠素b。

      1.3.2.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定

      利用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨x(PAM-2500,由德國WALZ公司生產(chǎn)),于7月18日10:00—12:00,對(duì)植株中上部、外圍葉片進(jìn)行測定。自然光照條件下,測定穩(wěn)態(tài)熒光(F)和光下最大熒光產(chǎn)量(Fm′)。然后,將葉片暗適應(yīng)20 min。開啟檢測光[光照度為 0.1 μmol/(m2·s)],得到葉綠素?zé)晒鈪?shù)初始熒光(Fo),再由飽和脈沖光[光照度6 000 μmol/(m2·s),光照時(shí)間 0.8 s]測得最大熒光(Fm);其他參數(shù)通過計(jì)算得到:

      實(shí)際光化學(xué)效率Y(Ⅱ)=(Fm′-F)/Fm′;暗適應(yīng)下最大光化學(xué)效率Fv/Fm=(Fm-Fo)/Fm;

      PSⅡ的潛在活性Fv/Fo = (Fm-Fo)/Fo;光化學(xué)淬滅系數(shù)qP=(Fm′-F)/(Fm′-Fo);非光化學(xué)淬滅系數(shù)NPQ=(Fm-Fm′)/Fm′。

      1.3.2.3 單葉面積測定

      在主蔓上,取生長點(diǎn)下第3節(jié)的復(fù)葉,用 Li-3000葉面積儀測定面積,取平均數(shù),即單片復(fù)葉的葉面積(下面簡稱單葉面積)。每處理取3株。

      1.3.2.4 株高和產(chǎn)量的測定

      用量尺測量植株距離地面的自然高度。用計(jì)數(shù)器計(jì)算植株根部的根瘤菌數(shù)量。剪去不能作藥用的陽枝,用天平稱取其鮮質(zhì)量;再置于50 ℃的干燥箱中烘干。稱取干質(zhì)量,得到根產(chǎn)量,計(jì)算出折干率。

      1.3.2.5 成分測定

      取均樣,切片,粉碎。參照《中華人民共和國藥典》2015年一部。附錄:浸出物含量用醇溶性浸出物測定法(通則 2201)項(xiàng)下的熱浸法測定,用乙醇作溶劑??鄥A和氧化苦參堿含量參照高效液相色譜法(通則0512)測定。

      1.4 數(shù)據(jù)處理

      采用Excel 2007和SPSS 19.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,用 Duncans新復(fù)極差法檢驗(yàn)分析顯著性。

      2 結(jié)果與分析

      2.1 黃腐酸鉀鉬合劑對(duì)山豆根生長和產(chǎn)量的影響

      葉片是植物光合作用的主要器官,是植株呼吸、營養(yǎng)運(yùn)輸動(dòng)力之源,葉面積的大小直接影響光合產(chǎn)物的多少。由表1可知,施用黃腐酸鉀鉬合劑能顯著影響山豆根株高、根瘤數(shù)量和單葉面積,總體隨著施肥水平的增加而增加,以T4或T3處理最高。T4和T3處理之間根瘤數(shù)量和單葉面積差異不顯著,但均顯著高于對(duì)照和其他處理;而T4處理的株高顯著高于T3處理的株菌。藥材的折干率和產(chǎn)量也顯著高于對(duì)照,均隨著黃腐酸鉀鉬合劑使用水平的增加呈拋物線形變化,以T3處理最高,T4次之,各處理間差異顯著。T3處理與對(duì)照相比,折干率和產(chǎn)量分別提高19.7%和47.4%。折干率高低反映出山豆根內(nèi)含干物質(zhì)質(zhì)量的多少,與產(chǎn)量和品質(zhì)都有直接關(guān)聯(lián)。說明適量的黃腐酸鉀鉬合劑有利于山豆根干物質(zhì)的積累,提高藥材產(chǎn)量。

      2.2 黃腐酸鉀鉬合劑對(duì)山豆根葉片光合色素含量的影響

      光合色素是植物光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。光合色素含量的高低在很大程度上反映了植物的生長狀況和葉片的光合能力[6]。由試驗(yàn)結(jié)果(表2)可知,黃腐酸鉀鉬合劑可提高山豆根葉片葉綠素a和類胡蘿卜素含量,隨著施肥水平的增加總體呈增加的趨勢,以T4處理最高,其次為T3處理,均顯著高于對(duì)照和其他處理。葉綠素a含量的增加有利于全光照時(shí)對(duì)紅光區(qū)光源的吸收和利用,而類胡蘿卜素含量的增加起到保護(hù)葉片,免受強(qiáng)光傷害的作用。葉綠素b含量和葉綠素總量也顯著高于對(duì)照,隨著施肥水平的增加呈先增后減的趨勢,以T3處理最高,處理間差異達(dá)到顯著水平。葉綠素b含量的增多提高了葉片在光照不足時(shí)段(陰天或傍晚)對(duì)光的利用;葉綠素總量增多說明植株生長狀況比較旺盛,具備高效利用光進(jìn)行光合作用的潛在能力增強(qiáng)。

      2.3 黃腐酸鉀鉬合劑對(duì)山豆根葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

      在葉綠素?zé)晒鈪?shù)中,F(xiàn)m為最大熒光產(chǎn)量,是光系統(tǒng)Ⅱ(PSⅡ)反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量,表示通過 PSⅡ的電子傳遞數(shù)量[7],其數(shù)值越大,表明傳遞給 PSⅡ 的電子越多,最終光合產(chǎn)物也增多; Fv/Fm 指 PSⅡ最大光化學(xué)效率,該值越低說明其光能轉(zhuǎn)換效率越低;Fv/Fo 指 PSⅡ的潛在活性,其值越大表明 PSⅡ反應(yīng)活性越高,光合作用較強(qiáng)。由表3可以看出,施用黃腐酸鉀鉬合劑能顯著提高山豆根葉綠素最大熒光產(chǎn)量、PSⅡ最大光化學(xué)效率、PSⅡ的潛在活性,說明黃腐酸鉀鉬合劑比對(duì)照(復(fù)合肥)能更有效地加快光系統(tǒng)電子傳遞,提高光能轉(zhuǎn)換效率以及光系統(tǒng)反應(yīng)活性,增強(qiáng)光合作用的能力。

      Y(Ⅱ) 指 PSⅡ的實(shí)際光化學(xué)效率,反映PSⅡ反應(yīng)中心的開放程度,表示植物光合作用中電子傳遞的量子產(chǎn)量,可作為植物葉片光合電子傳遞速率快慢的相對(duì)指標(biāo),因此,較高的Y (Ⅱ) 值,有利于光能轉(zhuǎn)換效率的提高[8-9]。光化學(xué)淬滅系數(shù) (qP) 表示 PS Ⅱ反應(yīng)中心天線色素吸收的光能用于光化學(xué)電子轉(zhuǎn)遞的份額,也反映了 PS Ⅱ反應(yīng)中心的開放程度,其值越大,PS Ⅱ的電子傳遞能力越強(qiáng)[10-11];非光化學(xué)淬滅系數(shù)(NPQ)越高,表明植物通過耗散過剩光能為熱能的比例提高,植物光能利用率下降[7]。由表3得知,施用黃腐酸鉀鉬合劑處理的實(shí)際光化學(xué)效率 Y (Ⅱ)、qP顯著高于對(duì)照,而NPQ則明顯降低。以T3處理的qP最優(yōu),T4處理次之,處理間差異顯著(T1和T2處理除外)。說明黃腐酸鉀鉬合劑處理的實(shí)際光化學(xué)效率和電子傳遞能力得到了明顯的增強(qiáng)和提高,能較好地利用光能,減少轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿谋壤R簿褪钦fT3處理的植株光合能力較強(qiáng),光能利用率最高,將會(huì)促進(jìn)后端的光合產(chǎn)物增多。

      2.4 黃腐酸鉀鉬合劑對(duì)山豆根品質(zhì)的影響

      由表4可知,施用黃腐酸鉀鉬合劑能提高山豆根中浸出物、苦參堿、氧化苦參堿的含量,3種成分含量的變化隨著施肥量的增加各不相同。浸出物含量隨著施肥量的增加而增加, 以T4處理最高,比對(duì)照提高了51.29%??鄥A含量隨著施肥量的增加而增加,雖然也是在T4處理處達(dá)到峰值,但與相鄰的T3處理對(duì)比,差異不顯著。反映出T4處理的增幅有所降低,在T3處理的施肥水平下,也能有效地促進(jìn)苦參堿的形成,并達(dá)到相類似的效果。藥材中氧化苦參堿的含量則隨著施肥量的增加先增加后減少,以T3處理最高,按大小排序?yàn)門3處理>T4處理>T2處理>T1處理>CK,各處理間差異達(dá)到顯著水平。說明黃腐酸鉀鉬合劑在較高的施肥水平下,有助于山豆根藥材浸出物的增多;而適量施肥更有利于苦參堿和氧化苦參堿的積累。

      3 結(jié)論與討論

      黃腐酸鉀鉬合劑中含有豐富的黃腐酸,還含有較多的鉀、鉬、鎂和氨基酸等營養(yǎng)元素。有研究表明,黃腐酸能提高植物對(duì)微量元素的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)能力[12],激發(fā)生長素吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)水平增加[13],加快細(xì)胞的分裂和伸長。鉀是60多種酶的活化劑,能活化植物體內(nèi)酶[14],它在維持細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)正常生理活動(dòng)、調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉、促進(jìn)光合作用、光合產(chǎn)物的運(yùn)輸及蛋白質(zhì)合成等生理生化功能方面發(fā)揮著重要作用[15]。鉬對(duì)固氮酶的形成、硝酸還原酶、 黃嘌呤脫氫酶、 醛氧化酶、 亞硫酸鹽氧化酶活性的調(diào)節(jié)起到促進(jìn)作用[16];對(duì)調(diào)控碳、氮、硫及激素代謝過程,促進(jìn)光合作用及其碳同化產(chǎn)物的分配均起重要的作用[17-19]。施鉬能促進(jìn)根廇的形成[20]。本試驗(yàn)中,施用黃腐酸鉀鉬合劑能促進(jìn)山豆根葉綠素含量、葉面積、根瘤菌數(shù)量顯著增多,提高產(chǎn)量,與前人的研究結(jié)果[21-22]基本一致。這可能是黃腐酸、鉀、鉬等元素的功效及其互作的結(jié)果,具體的作用機(jī)制有待于進(jìn)一步的研究。

      葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)技術(shù)作為快速、無損傷探究植物光合作用內(nèi)部變化的“探針”[23],能充分反映植株在該環(huán)境下光合作用的真實(shí)行為[24-25],被廣泛應(yīng)用于植物光合作用的測量中[26]。不同的氮和鈣水平對(duì)葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)有不同影響[27]。在本試驗(yàn)中,施用黃腐酸鉀鉬合劑后,山豆根葉片的Fv/Fm、Y (Ⅱ) 和qP都有不同程度的提高,均隨著施肥量增加呈先增后減的趨勢,以T3處理最高,而NPQ隨施肥量的增加明顯降低。說明黃腐酸鉀鉬合劑提高了PSⅡ反應(yīng)中心的能量捕捉效率,增強(qiáng)了光合結(jié)構(gòu)電子傳遞能力,降低了光合作用中輻射能量的耗散,從而提高了山豆根的光合能力。結(jié)果與張朝軒等的研究結(jié)果[28-29]相吻合。光合能力的提高,必然會(huì)增加光合產(chǎn)物的積累。

      一般來說,肥料是通過植物的根系從土壤中吸收才得以利用,復(fù)雜的土壤環(huán)境中肥料元素有流失、被固定、抗拮的現(xiàn)象導(dǎo)致失效,肥料的利用率成為人們的關(guān)注點(diǎn)。通過研究發(fā)現(xiàn),鉀、鎂互作可使作物根長、根表面積、根直徑及根體積顯著增高[30],促進(jìn)葉綠素的形成。鉬與氮、磷、鉀等元素之間存在顯著的協(xié)同作用[31],相互間提高各元素的吸收利用率。鉬、硼配合能顯著提高紫花苜蓿的產(chǎn)量與可溶性糖、葉綠素的含量[32]。鉬與有機(jī)肥配合能促進(jìn)花生的生長發(fā)育,促進(jìn)其產(chǎn)量和品質(zhì)的提高[33]。氨基酸與金屬離子螯合,能活化金屬離子。鎂、鋅、鉬配施能有效提高銀杏苗葉生物量和藥用品質(zhì)[34]。肥料元素的相互促進(jìn)作用不但提高了肥料元素的利用率,還有效激發(fā)了植物機(jī)體的活性,促進(jìn)其生長發(fā)育和代謝。黃腐酸鉀鉬合劑中不但包含黃腐酸,還包含氮、磷、鉀、鉬、鎂、鋅、硼等多種肥料元素,由此可推測黃腐酸鉀鉬合劑之所以能促進(jìn)山豆根生長和品質(zhì)的提高,是多種有益元素功能和協(xié)同互作的結(jié)果,但其作用機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。

      隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和全面小康社會(huì)的到來,高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品是社會(huì)的需要和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的追求。肥料是農(nóng)作物高產(chǎn)的基礎(chǔ),單一施用化肥會(huì)引起土壤板結(jié)、肥力下降,產(chǎn)品質(zhì)量也下降。高效、環(huán)保的新型肥料是農(nóng)業(yè)科學(xué)工作者研究的熱點(diǎn)。黃腐酸鉀鉬合劑是速溶、營養(yǎng)全面的高效復(fù)合肥,能促進(jìn)藥材的生長和活性成分的提高。它的推廣應(yīng)用將加快藥材生產(chǎn)高效、綠色的步伐。

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