氮、磷、鉀對春季桑葉1-脫氧野尻霉素含量和產量的影響

劉 剛，殷 浩，佟萬紅，黃蓋群，王 麗，危 玲，鄭繼川，夏慶友

（1.西南大學蠶學與系統生物學研究所，重慶400716；2.四川省農業科學院蠶業研究所，四川 南充637000；3.四川省林業科學院，四川 成都610066；4.四川省蠶業科技開發總公司，四川 南充637000）

1-脫氧野尻霉素（1-deoxynojimycin，DNJ）是一種哌啶類生物堿，一種高效的α-糖苷酶抑制劑，具有顯著降血糖的功效［1-3］。而目前所知的天然植物中，桑樹（Morusalba）中 DNJ含量最高［4］，而且桑樹的主要產物——桑葉，其DNJ含量約為0.1%，是降血糖天然藥物開發的優質原料。大量學者［5-12］對桑葉中的DNJ進行了廣泛的研究，但大多僅限于其含量，而作為植物生長及代謝的重要因素——肥料卻少見相關報道，尤其是配方施肥對桑葉DNJ含量及其總產量的影響，迄今尚未見相關報道。

基于此，本試驗初步探討了“3414”配方施肥對桑葉DNJ含量和產量的影響，并擬合肥料效應函數，獲得推薦施肥參數，以期為建設DNJ高產優質桑園提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要試劑、儀器和DNJ的測定方法

1.1.1 試劑 1-deoxynojirimycin-HCl（DNJ-HCl）為Sigma公司產品；9-Fluorenylmethyl chlorofor-mate（FMOC-Cl）為Fluca公司產品；乙腈色譜純為天津市凱通化學試劑有限公司出品；其他試劑皆為分析純；試驗用水為自制雙蒸水。

1.1.2 儀器 Dionex 500E型高效液相色譜儀為美國Dionex公司產品，色譜柱為科瑞Venus-C18-5u，檢測器為UVD170U紫外檢測器，分析軟件為Dionex chromeleox工作站；TGL-16G臺式離心機為江蘇鎮江市科密儀器儀表有限公司產品，KQ-600型超聲波清洗器為深圳市艾斯達工業自動化有限公司產品，電子恒溫水浴鍋為上海普渡生化科技有限公司產品，旋渦混合器為合肥艾本森科學儀器有限公司產品。

1.1.3 DNJ的測定方法 參照Kim等［12］的方法的基本原理，按照Yin等［13］描述的方法測定。

測試樣品的提取：稱取待測桑葉粉30mg，加入1mL 0.05mol·L-1HCl，渦流1min，超聲波處理40min，12 000r·min-1離心30min，收集上清液，沉淀物再按上步重復抽提1次，合并2次上清液，定容至2mL，即得樣品提取液。

DNJ的衍生化：取桑葉粉提取液140μL于1.5 mL的離心管，加入0.4mol·L-1硼酸鉀緩沖液（pH 值8.5）169μL，再加入5mmol·L-1的衍生化試劑FMOC-Cl（溶解于50%乙腈中）250μL，混勻，25℃恒溫水浴中反應20min，加入1mol·L-1甘氨酸（Gly）25μL和剩余的FMOC-Cl以終止反應，再加體積分數為1%的醋酸溶液66μL，用水定容至707μL，最后用孔徑0.2μm尼龍膜過濾，收集濾液，即得測試液。

測定方法：采用RP-HPLC法測定，色譜柱為科瑞Venus-C18-5u，檢測器為UVD170U紫外檢測器，檢測波長254nm，流動相為乙腈∶0.1%醋酸（V∶V）＝11∶16，流速為1.0mL·min-1，進樣量20μL。分析軟件為Dionex chromeleox工作站，外標法分析計算。所有樣品均測定3次，平均值為其DNJ含量。

1.2 試驗點基本概況 試驗于2010年在四川省農業科學院蠶業研究所瀠溪科研試驗桑園進行，該試驗地土壤類型為紫色土。2月測定0～20cm的土壤肥力為：有機質含量3.31%，全氮含量0.16%，有效磷含量11.76mg·kg-1，速效鉀含量164.16 mg·kg-1，土壤pH值為7.72。試驗桑園栽植桑樹品種為川826，樹齡6年。桑樹栽植株行距0.66m×1.33m，種植密度為11 400株·hm-2，每個小區均設置隔離帶。1月上旬修枝整形，每株8根枝條，其他田間管理與常規管理相同。

1.3 試驗設計 采用現代肥料二次回歸“3414”試驗設計，在試驗設計中對氮、磷、鉀3因素4水平14個處理（表1），隨機排列。設計中4個水平的含義：0水平為不施肥，2水平為當地推薦施肥量，1水平＝2水平×0.5，3水平＝2水平×1.5（該水平為過量施肥水平）。每種處理設3個試驗小區，小區面積為30m2。在有機肥6 000kg·hm-2的基礎上布置各施肥處理，肥料采用尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、氯化鉀 （K2O 60%），在2月下旬施肥。

1.4 調查方法

1.4.1 肥料對桑樹不同部位葉DNJ含量的影響2 010年5月20日，查看并標記正常發育、樹形較好的桑樹。每個小區選擇6棵桑樹，每棵桑樹選擇2條典型桑枝。6月10日在相同部位分別采摘2片嫩芽、嫩葉、成熟葉、老葉，每個處理的每個小區的各部位葉分別混合，60℃烘干后，研磨過200目篩，測定各處理桑樹不同部位葉的DNJ含量。

表1 “3414”施肥設計方案Tabe 1 Details of“3414”fertilizer experiment design

1.4.2 肥料對桑葉DNJ產量的影響 每個處理實收測產調查，收集每個處理所有的桑葉，60℃烘干后推算每公頃桑樹的干桑葉產量。將每個處理烘干的桑葉混合均勻，研磨過200目篩，測定每個處理桑葉的DNJ平均含量。

干桑葉產量（kg·hm-2）＝平均單株干桑葉質量（kg·hm-2）×11 250（株·hm-2）；

桑葉DNJ產量（kg·hm-2）＝桑葉干物質量（kg·hm-2）×桑葉DNJ的平均含量（%）。

1.5 數據分析 采用SPSS 13.0和SAS 9.0進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 施肥量對桑葉中DNJ含量的影響

2.1.1 施氮量對桑葉中DNJ含量的影響 選取P2K2相同水平不同 N 水平（N0＝0、N1＝120 kg·hm-2、N2＝240kg· hm-2、N3＝360 kg·hm-2），探討施氮量對桑葉中DNJ含量的影響（圖1）。結果表明，在同一處理中春季上位葉DNJ含量明顯高于下位葉：嫩芽＞嫩葉＞成熟葉＞老葉；桑葉中DNJ含量隨著施氮量的增加而顯著增高，在N2水平時，嫩芽、嫩葉、成熟葉和老葉DNJ含量達到最大，分別為0.398 8%、0.349 6%、0.246 2%和0.167 1%，隨著施氮量的進一步增加，即N3水平，桑葉中DNJ含量顯著降低，但仍顯著高于N1水平。

圖1 施氮量對桑葉DNJ含量的影響Fig.1 Effects of nitrogen rate on the DNJ content of mulberry leaf

2.1.2 施磷量對桑葉DNJ含量的影響 選取N2K2相同水平不同P水平（P0＝0、P1＝42kg·hm-2、P2＝84kg·hm-2、P3＝126kg·hm-2），探討施磷量對桑葉中DNJ含量的影響（圖2）。結果表明，在同一處理中春季上位葉DNJ含量明顯高于下位葉：嫩芽＞嫩葉＞成熟葉＞老葉。嫩芽和嫩葉中DNJ含量變化趨勢相同，P2和P3、P0和P1相互之間桑葉中DNJ含量均沒有顯著差異，但前者DNJ含量顯著高于后者，嫩芽和嫩葉中DNJ最高含量分別為0.398 8%和0.349 6%。磷肥對春季成熟葉中DNJ含量影響較大，隨著施磷量的增加，成熟葉中DNJ含量也顯著增加，在P2水平時達到最大值，為0.246 2%，P3水平時又顯著降低，但仍顯著高于P1水平。隨著施磷量的增加，春季老葉中DNJ含量也顯著增加，在P2水平時達到最大值，0.167 1%，P3與P2之間沒有顯著差異。

2.1.3 施鉀量對桑葉中DNJ含量的影響 選取N2P2相同水平不同 K 水平 （K0＝0、K1＝60 kg·hm-2、K2＝ 120kg· hm-2、K3＝ 180 kg·hm-2），探討施鉀量對桑葉中DNJ含量的影響（圖3）。結果表明，在同一處理中，春季上位葉中DNJ含量大于下位葉：嫩芽＞嫩葉＞成熟葉＞老葉。嫩芽中DNJ含量在K0、K1和K3水平上均沒有顯著差異，但均顯著低于K2水平的嫩芽中DNJ含量（0.398 8%）；嫩葉、成熟葉和老葉中DNJ含量隨著施鉀量的增加表現相同的變化：K2和K3、K0和K1相互之間均沒有顯著變化，但前者顯著高于后者，DNJ含量最大值分別為0.349 6%、0.246 2%、0.167 1%。

2.2 桑葉平衡施肥設計肥料效應模型的配置采用SPSS 13.0統計軟件，利用當年的肥料和DNJ價格［N（4.1元·kg-1）、P2O5（3.2元·kg-1）、K2O（5.0元·kg-1）、DNJ（2×108元·kg-1）］以及桑葉DNJ產量（表2），建立以桑葉總DNJ產量為函數及氮、磷、鉀為因子的肥料效應函數，求算出最佳施肥量及最佳產量。

圖2 施磷量對桑葉DNJ含量的影響Fig.2 Effects of phosphorus rate on the DNJ content of mu1berry leaf

圖3 施鉀量對桑葉DNJ含量的影響Fig.3 Effects of potassium rate on the DNJ content of mu1berry leaf

表2 施肥水平對桑葉DNJ產量的影響Table 2 Effects of fertilazation level on the DNJ content of mulberry

2.2.1 三元二次肥料效應函數 桑葉三元二次肥料效應函數：

由全因子模型求出最佳施肥量及最佳產量，即：桑葉中總DNJ最佳經濟產量為23.23kg·hm-2，推薦施肥指標為N 286.11kg·hm-2、P2O 595.22 kg·hm-2、K2O 159.62kg·hm-2。

2.2.2 多種肥料效應函數的施肥決策信息 四川大部分地區都存在過量施肥的情況。本試驗對照地參照當地常規施用量施肥，其中N 400kg·hm-2；P2O5200kg·hm-2，K2O 200kg·hm-2，其肥料總投入為3 280.00元·hm-2，DNJ產量為18.59 kg·hm-2；而推薦的施肥方案肥料總投入為2 275.85元·hm-2，肥料投入降低了30.61%，而其DNJ產量為23.23kg·hm-2，增加了24.96%。

3 討論

氮、磷、鉀是植物生長的3種基本要素，但不同的植物對其需要量及其比例是不同的，不同肥力水平的土壤，施用肥料的最佳用量差別很大，尤其是藥用植物，對其精準施肥的研究不僅要追求其含量和產量，還要注重次生代謝產物的產量。

張燕等［14］報道，單施氮肥對益母草（Leonurus artemisia）中水蘇堿和總生物堿產量有很大的促進作用，足量的磷元素與氮元素合理配施可以提高氮的肥效。紀瑛等［15］研究表明，施用氮肥能顯著提高苦參（Sophoraflavescens）中總生物堿的含量和產量，但過量施用則呈降低趨勢。陳泉和李建國［16］報道，施肥并不能顯著影響植物生物堿的含量，只是顯著提高植物干物質產量，從而增加了生物堿產量。其他相關研究［17-19］結果也證明，氮對植物體內生物堿含量具有提高和促進效應。

肥料對桑葉中DNJ的含量和產量的影響的相關研究報道較少。Yin等［10］報道了不同氮素形態及其配比均能顯著影響桑葉中DNJ含量。而本研究結果表明，氮、磷、鉀單因素均能顯著影響春季桑葉中DNJ的含量，不同氮、磷、鉀施入量及其配比能顯著影響春季桑葉DNJ產量。氮素是DNJ合成的必需元素，所以施氮量對其含量和產量的影響較大，而磷、鉀元素可能直接或間接影響DNJ的合成［20］；過量施肥，桑葉DNJ含量不會提高，甚至會顯著降低，這可能是破壞了土壤環境的養分平衡或DNJ含量達到一定水平后表現的飽和反應。

本研究利用肥料效應函數得到桑葉DNJ的最佳產量及其最佳施肥指標，為以桑葉為主要原料，并以DNJ為主要成分的產品開發，提供獲得高產優質原料的施肥方法，為解決人工栽培中存在的藥材質量不穩定等問題提供參考。

植物次生代謝產物的合成過程較為復雜，生物因素和非生物因素均能顯著影響其含量［21］，所以對其仍需系統的研究，尤其是影響DNJ生物合成的具體機制需要進一步研究探討。

4 結論

氮、磷、鉀的施肥水平能顯著影響桑葉中的DNJ含量。在單因素水平時，隨著施肥量的增加，桑葉中DNJ含量也隨之顯著增加，在N2P2K2水平時達到最大，再增施肥料，其含量基本沒有變化或者顯著降低，所以科學施肥能顯著提高桑葉的DNJ產量。通過建立肥料效應函數，得到桑葉的推薦施肥指標和DNJ最佳經濟產量：桑葉中總DNJ最佳經濟產量為23.23kg·hm-2，推薦施肥指標為N 286.11kg·hm-2、P2O 595.22kg·hm-2、K2O 159.62kg·hm-2。

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