氮磷鉀配施對甘草生物量和活性成分的影響△

金燕清，王秋玲，侯俊玲，王文全，，3，孫玉東，宋慶燕

(1.北京中醫藥大學 中藥學院，北京 100102；2.中國醫學科學院 北京協和醫學院 藥用植物研究所，北京 100193；3.中藥材規范化生產教育部工程研究中心，北京 100102)

氮磷鉀配施對甘草生物量和活性成分的影響△

金燕清1，王秋玲2，侯俊玲1，王文全1，2，3，孫玉東2，宋慶燕1

(1.北京中醫藥大學 中藥學院，北京100102；2.中國醫學科學院 北京協和醫學院 藥用植物研究所，北京100193；3.中藥材規范化生產教育部工程研究中心，北京100102)

目的：探究不同氮磷鉀配方營養液對一年生甘草生物量和活性成分的影響。方法：通過盆栽試驗，氮磷鉀采用“3414”試驗方案，根施不同配方營養液。動態觀測地上鮮重、根鮮重的變化，并采用HPLC法測定根中活性成分含量。結果：不同配方施肥處理對一年生甘草生物量、活性成分含量的影響存在一定差異。其中，處理組N2P2K1、N2P3K2的根鮮重比對照組分別增加了56.7%和50.0%，甘草酸含量比對照組提高了29.6%和65.4%，甘草酸單株產量比對照組提高了103.0%和141.7%。結論：適宜水平的氮磷鉀配合施用能促進盆栽一年生甘草的生長，顯著提高甘草的生物量和活性成分的含量。

甘草；氮磷鉀配施；生物量；活性成分

甘草GlycyrrhizauralensisFisch.為豆科多年生草本植物，為我國常用大宗中藥材，在醫藥、食品、日用化學品、煙草等行業具有廣泛的應用價值[1]。目前甘草資源總蘊藏量仍在減少，栽培甘草將成為野生甘草的重要替代資源，而栽培與野生甘草藥材之間存在較大的質量差距[2]。栽培技術是提高栽培藥材產量和質量主要措施之一，而施肥又是栽培技術的核心。調查研究發現，目前在甘草的栽培過程中大多仍按照傳統方式施肥，重視氮肥或氮磷肥的施用，而鉀肥施用不足，從而造成氮磷鉀比例失調，并且過量施用磷肥造成土壤板結，使肥料利用率降低，嚴重限制了栽培甘草產量和質量的進一步提高。施肥的科學性和合理性是影響藥材產量和質量的重要措施，因此氮磷鉀合理配施對甘草生長、產量和質量的影響值得研究。

“3414”肥料方案是農業部測土配方施肥技術規范推薦采用的方案設計，是目前國內外在施肥試驗方面應用較為廣泛的田間試驗方案，在農作物、中藥材中已取得初步成果[4-6]。采用“3414”方案進行氮、磷、鉀配比對甘草育苗影響的研究表明，不同氮磷鉀配比營養液對甘草種子的出苗品質和幼苗生長發育均具有極顯著影響[7]。目前通過盆栽試驗，采用“3414”方案研究不同氮磷鉀配方營養液對一年生甘草生物量和活性成分積累的研究鮮見報道。本試驗采用“3414”試驗方案，研究盆栽試驗條件氮磷鉀配方營養液對一年生甘草生物量和活性成分積累的影響，以期為栽培甘草的合理施肥提供依據。

1 材料與方法

1.1供試材料

以甘草種子為試驗材料，該種子購自內蒙古伊力藥材公司，經北京中醫藥大學王文全教授鑒定為甘草GlycyrrhizauralensisFisch.種子。種子經過凈選后不過10號篩，發芽率為78.5%，千粒重為10.5g。

1.2營養液配方

在Hoagland營養液的基礎上，試驗所用營養液中氮磷鉀采用“3414”試驗方案配制。“3414”是指氮(N)、磷(P)、鉀(K)3因素，各4水平，共14個處理的施肥配方設計，分別采用尿素(CO(NH2)2)、過磷酸鈣(Ca(H2PO4)2·H2O)和硫酸鉀(K2SO4)作為N、P、K肥料。各施肥因素的4個水平中，0水平指不施肥，2水平指Hoagland營養液中各元素的水平，1水平為2水平的0.5倍，3水平為2水平的1.5倍。各處理中氮磷鉀的水平和元素所對應化合物的濃度見下表1。其他大量元素及微量元素營養液的配方參照Hoagland營養液配方，分別為440mg·L-1CaCl2、493mg·L-1MgSO4·7H2O、2.86mg·L-1H3BO3、2.13mg·L-1MnSO4·4H2O、0.22mg·L-1ZnSO4·7H2O、0.08mg·L-1CuSO4·5H2O、0.03mg·L-1Na2MoO4·2H2O，2.5mg·L-1Fe-EDTA提供鐵元素。再用碳酸氫鈉調pH到7.0。試驗所用試劑均為分析純。

1.3試驗方法

試驗在北京中醫藥大學藥用植物園進行，選用盆高35cm、盆口直徑35cm、盆底直徑25cm的塑料花盆，每盆裝入蛭石——珍珠巖——沙土(體積比為5∶1∶1)混勻組成的基質。試驗于2014年5月9日進行，將經過濃硫酸處理的甘草種子播種于花盆中，每盆播種量為2g左右。在甘草播種苗長至4～5片真葉(5月26日)時，先用1/2濃度各處理的營養液澆灌，適應7天后用各處理的全濃度營養液澆灌。每20天向基質中澆灌各處理的配方營養液以提供植物所需的養分，其余時間澆灌清水[7]。每處理9盆，共計126盆。

1.4測定指標與方法

于第1次澆灌營養液處理后，分別在8月5日(Ⅰ)、9月10日(Ⅱ)和10月15日(Ⅲ)進行取樣，每盆取樣15～20株，每個重復取3盆，3次重復，進行各項生長指標測定。用盒尺測量株高，游標卡尺測定根粗，用電子稱(精確度為0.01g)稱量單株根鮮重。樣品于50℃烘干后，粉碎過40目篩，采用HPLC方法[8]測定甘草中甘草苷、甘草酸、異甘草苷、甘草素和異甘草素的含量。

1.5數據分析

應用Excel進行試驗數據的錄入整理和圖表繪制，采用SPSS19.0軟件進行統計與One-wayANOVA方差分析及用Dun-can檢驗法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1施肥效果

2.1.1不同施肥處理對甘草地上鮮重的影響 甘草經根施不同配方營養液后，在3次取樣中，不同施肥處理地上鮮重均呈現先增加后降低的趨勢，各處理組間存在顯著的差異性(P<0.05)，在Ⅱ期取樣時地上鮮重達到最大值，如圖1顯示。當磷鉀施用濃度為中等水平(P2K2)時，同一時期地上鮮重隨施氮濃度增大呈增加的變化，在Ⅱ期取樣時氮肥對地上鮮重的增加效應為N3>N2>N1>N0，且N3、N2與N1、N0間差異顯著(P<0.05)，N3、N2間差異不顯著。說明中高水平的氮肥有利于地上鮮重的增加。當氮鉀施用濃度為中等水平(N2K2)時，地上鮮重隨施磷濃度增加呈增加的趨勢，至Ⅱ期取樣時磷肥對地上鮮重的增加效應為P2>P1>P3>P0，且P2與P3、P1、P0間差異顯著(P<0.05)，說明中等水平的磷肥有利于地上鮮重的增加。當氮磷施用濃度為中等水平(N2P2)時，隨植株的生長地上鮮重隨施鉀濃度增加變化趨勢不一致，在Ⅰ、Ⅲ取樣時鉀肥對地上鮮重的增加效應為K0>K2>K3>K1，而Ⅱ期取樣時鉀肥對根鮮重的增加效應為K2>K1>K3>K0，且K1、K2與K0、K3間差異顯著(P<0.05)，說明缺鉀或者中等水平鉀肥有利于地上鮮重的增加。

在Ⅱ期取樣時，所有處理間比較，其中N2P2K2、N2P2K1和N3P2K2處理的甘草地上鮮重顯著高于其他處理，分別比對照組增加了92.3%、84.6%和107.7%。隨著植株的生長，磷肥的缺失對甘草地上生長的抑制作用越來越明顯，在Ⅲ期取樣時其地上鮮重顯著低于對照組。

圖1 氮磷鉀配施對地上鮮重的影響

2.1.2不同施肥處理對甘草根鮮重的影響 不同配方營養液處理后，隨植株的生長，各處理組根鮮重表現出持續增加的趨勢，各施肥處理對根鮮重影響存在顯著差異性，作圖2。當磷鉀施用濃度為中等水平(P2K2)時，同一時期根鮮重隨施氮濃度增大均呈現先增加后降低的趨勢，至Ⅲ期取樣時氮肥對根鮮重的增加效應為N2>N3>N1>N0，且N2與N3、N1、N0間差異顯著(P<0.05)，說明氮肥不足不利于根鮮重的增加。當氮鉀施用濃度為中等水平(N2K2)時，根鮮重隨施磷濃度增加呈先增加后降低的趨勢，至Ⅲ期取樣時磷肥對根鮮重的增加效應為P2>P3>P1>P0，且P3、P2、P1與P0間差異顯著(P<0.05)，說明磷肥缺失會抑制甘草根鮮重的增加。當氮磷施用濃度為中等水平(N2P2)時，根鮮重隨施鉀濃度增加均呈現先增加后降低的趨勢，至Ⅲ期取樣時鉀肥對根鮮重的增加效應為K1>K2>K3=K0，但不同水平的鉀肥對根鮮重的影響差異不顯著。

在Ⅲ期取樣時各施肥處理根鮮重與對照組(N0P0K0)之間的差異顯著，其中N2P2K1、N2P3K2和N2P2K2處理對根鮮重的增加作用明顯，分別比對照組增加了56.7%、50.0%和55.8%。這與氮磷鉀合理配施產生互作效應增加肥效可以促進根的生長是一致的。磷肥缺失對根鮮重的影響與地上鮮重的是一致的，在Ⅲ期取樣時處理組N2P0K2的根鮮重顯著低于對照組。

圖2 氮磷鉀配施對根鮮重的影響

2.1.3不同施肥處理對甘草活性成分的影響 甘草經根施不同配方營養液后，通過對Ⅲ期取樣的樣品進行HPLC含量測定，發現不同配方營養液對甘草樣品中甘草苷和甘草素含量的影響差異不顯著(P>0.05)，甘草酸、異甘草苷和異甘草素含量的影響均存在差異性，不同處理組中5種活性成分含量變化情況作圖3。與對照組(N0P0K0)相比，處理組N1P1K2、N2P3K2的甘草酸含量分別增加了81.1%、65.4%，處理組N1P2K2、N2P3K2的甘草苷含量分別提高了45.6%和42.2%，處理組N2P2K1、N2P2K3的異甘草苷含量分別增加了45.8%和54.7%。處理組(N2P0K2)的甘草苷和甘草酸含量分別比對照組降低了24.5%和7.4%。

圖3 氮磷鉀配施對甘草活性成分含量的影響

2.1.4不同施肥處理對甘草酸積累的影響 活性成分含量主要反映單位質量的藥材中某一成分的單位質量分數，為質量百分比。活性成分產量是用于衡量活性成分的積累情況的指標，其計算公式為：活性成分產量=活性成分含量×藥材產量[9]。動態取樣過程中，不同配方營養液處理下甘草酸含量和甘草酸產量的變化分別見圖4、圖5，可以看出，從Ⅰ～Ⅲ期取樣時，甘草酸含量和產量均呈現出不斷增加的趨勢，各處理組中甘草酸含量和產量之間差異顯著。處理N1P1K2、N2P3K2對甘草酸的積累促進作用尤為顯著，在Ⅲ期取樣時，由圖4可以看出，處理組N1P1K2和N2P3K2的甘草酸含量分別比對照組(N0P0K0)增加了81.1%和65.4%；由圖5可以看出，處理組N1P1K2和N2P3K2中甘草酸產量分別比對照組(N0P0K0)增加了141.7%和117.7%。而處理N2P0K2對甘草酸的含量和產量分別比對照組(N0P0K0)降低了7.22%和34.07%，表明缺磷不利于甘草酸含量和產量的提高。

圖4 氮磷鉀配施對不同時期甘草酸含量的影響

圖5 氮磷鉀配施對不同時期甘草酸單株產量的影響

2.2施肥效果分析

2.2.1氮磷鉀不同施用濃度對產量的影響 通過對N0、N1、N2、N3氮元素四個水平施用濃度同Ⅲ期取樣時甘草單株根鮮重做散點圖，并根據散點圖擬合一元二次曲線見圖a，并用回歸分析求其擬合函數，該擬合函數R2=0.853，F檢驗P<0.05，因此擬合曲線良好，能較為真實反映在磷、鉀二水平上氮施用濃度同根鮮重之間的關系。在此基礎上計算得出氮最佳施用濃度為0.475g·L-1，此時單株最大根鮮重為2.07g。缺氮時理論單株根鮮重為1.1g，占理論最大產量的53.14%。同法得到磷肥和鉀肥的擬合曲線圖b和圖c，并用回歸法求的其擬合函數，并做F檢驗兩種函數在0.05水平上都顯著。由此計算出其理論最大單株根鮮重和對應施肥濃度分別為：磷施用濃度為0.132g·L-1時其最大單株根鮮重為1.66g，磷空白區單株根鮮重占理論最大單株根鮮重的45.05%；鉀肥施用濃度為0.339g·L-1時最大單株根鮮重為1.69g，鉀空白區產量占理論最大產量的89.94%。有三者的R2值來看磷擬合函數的精確值最高，其次是鉀。

圖6 氮磷鉀施用濃度對甘草產量的影響

2.2.1氮磷鉀不同施用濃度對甘草酸和甘草苷含量的影響 通過對氮元素四個水平N0、N1、N2、N3的施用濃度分別同Ⅲ期取樣時甘草酸和甘草苷含量做散點圖，并根據散點圖擬合一元二次曲線見圖A，并用回歸分析求其擬合函數，甘草酸方程的擬合該函數R2=0.9847，甘草苷方程的擬合該函數R2=0.9539，F檢驗均是P<0.05，因此該曲線擬合較好，能夠真實反映在磷、鉀二水平上氮施用濃度同甘草酸和甘草苷含量之間的關系。從圖A可以看出，隨著氮肥施用濃度的增加甘草苷、甘草酸含量的變化均是先升高再降低，求解擬合方程可知氮施用濃度為0.382g·L-1和0.237g·L-1，相對應的甘草酸和甘草苷含量最大分別為0.34%和0.14%。同法得到磷肥和鉀肥的擬合曲線圖B和圖C，并用回歸分析進行方程的擬合，磷肥擬合方程和鉀肥對甘草酸的擬合方程中二次項的系數均大于0，不符合報酬遞減規律。但從圖B可以看出，隨著磷肥施用濃度的增加甘草苷、甘草酸含量的變化均是持續升高；圖C可以看出，隨著鉀肥施用濃度的增加甘草酸含量變化是不斷降低，甘草苷含量變化不明顯。由鉀肥對甘草苷的擬合方程可知鉀肥施用濃度為0.642g·L-1時甘草苷含量分別為0.14%。

圖7 氮磷鉀施用濃度對甘草酸和甘草苷含量的影響

3 結論與討論

氮磷鉀如何配施有利于中藥材生物量的增加和活性成分的積累是栽培技術中應當解決的關鍵問題，這對提高中藥材的產量和活性成分含量具有重要的意義。以往研究表明，氮磷鉀配施或者兩兩配合施用互作效應明顯，能充分發揮各種養分的肥效，對燈盞花[10]、黃芪[11]、丹參[12]增產效果明顯。紀瑛[13]等通過大田試驗采用“3414”設計方案研究氮磷鉀配施對甘草生長動態和產量的影響，結果表明中等水平氮(N2)、磷(P2)、鉀(K2)對甘草生物量和產量促進效應最大。付雪艷[14]等采用“3414”肥料效應試驗研究氮、磷、鉀肥不同配比對甘草主要活性成分含量的影響。考慮到大田土壤中各種營養元素和復雜環境對植物的影響，本試驗采用無土混合基質盆栽試驗，發現不同氮磷鉀配方營養液對甘草生物量和活性成分積累的影響差異顯著，配方N2P2K1、N2P3K2對甘草生物量、甘草酸的積累有顯著促進效應，結合單肥效應分析結果同時考慮到農民種植經濟成本投入，可以兼顧較高的產量和甘草酸積累的氮磷鉀配方為N2P2K1，即配方營養液中尿素的濃度是0.390g·L-1，過磷酸鈣的濃度是0.126g·L-1，硫酸鉀的濃度是0.261g·L-1。而氮、鉀其中之一缺失，對甘草生物量和活性成分的促進效應不明顯，主要是由于甘草為豆科植物，具有固氮作用，混合基質中蛭石中含有一定的鉀元素，能夠供甘草吸收利用。而氮、鉀其中之一缺失，對甘草生物量促進效應不明顯。可能是因為甘草為豆科植物，根部根瘤菌具有固氮作用[15]，可以通過固氮為甘草提供所需的氮元素。盆栽基質中蛭石含有豐富的交換鉀[16]，可以為甘草的生長提供鉀元素。最后1次取樣時甘草中有效成分的含量總體偏低，這可能本次選用的種子千粒重為10.5g，種子相對偏小，而種子內儲藏的養分越多，越有利于甘草幼苗的生長。在農業生產上要選取粒大粒重的種子，就是這個道理。混合基質是無土基質，混合基質的保水保肥透氣性與土壤有一定的差別，與土壤環境的不同也是影響其次生代謝產物積累的原因之一。

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EffectsofCombinedApplicationofN，PandKonBiomassandActiveConponentsofLicorice

JINYanqing1，WANGQiuling1，HOUJunling1*，WANGWenquan1，2，3*，SUNYudong1，SONGQingyan1

(1.CollegeofChinesePharmacy，BeijingUniversityofChineseMedicine，Beijing100102，China；2.InsitituteofMedicinalPlantDevelopment，ChineseAcademyofMedicialSciencesandPekingUnionMedicalCollage，Beijing100193，China；3.LabofEngineeringResearchCenterofGAPforChineseCrudeDrugs，MinistryofEducation，Beijing100102，China)

Objective：To explore the effects of different N，P and K nutrient solution on the biomass and active component of annual licorice.Methods：N，P and K was used as “3414” test schene by pot experiment，and the nutrient solution of different formula was applied.Above-ground part and root fresh weigh of licorice were observed dynamicly，and active components content of licorice root were determined using HPLC.Results：Effect of different fertilization treatments on the biomass and active components of licorice have some difference.Compared with the control group，root fresh weight of the treatment group N2P2K1and N2P3K2increased by56.7% and50.0% respectively，content of licorice acid increased by29.6% and65.4% respectively，licorice acid production per plant yield increased by141.7% and103.0%.Conclusion：The Optimal Levels of N，P and K combined application could promote the growth of potted annual licorice，and significantly increased the biomass and the content of the active components.

Licorice；nitrogen phosphorus and potassium；biomass；active component

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.7.018

2016-04-13)

中藥材規范化生產技術服務平臺[工信部消費(2011)340]；國家公益性(中醫藥)行業科研專項項目(201107009-3)

*

侯俊玲，教授，研究方向：中藥材規范化生產及其調控機制研究；E-mail：mshjl@126.com； 王文全，教授，研究方向：中藥材規范化生產及其調控機制研究；E-mail：wwq57@126.com