不同氮磷配施對黨參根部生長及其活性成分的影響

李瑩瑩，彭玉婷，徐曉藍，梁宗鎖，2，董娟娥

(1.西北農林科技大學 生命科學學院，陜西楊凌 712100；2.浙江理工大學 生命科學學院，杭州 310038)

黨參是中國大宗常用藥材之一。桔梗科黨參屬植物黨參Codonopsispilosula(Franch.) Nannf.的干燥根為中藥材黨參，其性甘、平，用于脾肺氣虛、氣血不足、津傷口渴等癥[1]。隨著社會經濟發展，人們生活水平提高，醫療事業不斷進步，黨參需求日益增大，而黨參野生資源品質下降[2]，為增大黨參藥源、保障黨參市場供給，人工栽培成為必然。但長期以來，中國黨參人工栽培受傳統種植習慣影響，缺乏系統栽培理論基礎，產量難以滿足市場供應，因此，規范黨參栽培技術，提高其產量勢在必行。研究表明，合理施用氮磷肥料可促進丹參的生長及活性成分的累積[3]；翟彩霞等[4]研究發現，施氮對黃芩根系生長及黃芪甲苷含量影響最大，但施氮量超過一定限度時，增產幅度反而降低；晉小軍等[5]指出，柴胡的產量和氮磷鉀肥料的施用量有密切聯系。目前，關于黨參的研究主要集中于其化學成分[6-8]及藥理作用[9-11]方面，而關于黨參施肥體系的研究相對較少。

本試驗通過測定不同氮磷配施下黨參根部的生理指標及黨參炔苷、紫丁香苷和蒼術內酯Ⅲ質量分數，研究氮磷肥對黨參根部生長及其活性成分質量分數的影響，旨在確定適宜寧夏回族自治區隆德縣實驗區黨參生長的施肥組合，為其他地區黨參種植栽培提供參考，為黨參的規范化栽培與種植技術提供數據支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于寧夏回族自治區固原市隆德縣沙塘鎮藥材示范基地，該地海拔1 846 m，年均氣溫5.1 ℃，年平均日照時數2 228 h，無霜期平均124 d，年均降水量745.4 mm。耕層(0～20 cm)土壤含硝態氮34.9 mg/kg，銨態氮11.8 mg/kg，速效磷16.3 mg/kg，速效鉀505.8 mg/kg。

1.2 試驗設計

供試黨參種苗由隆德縣藥材辦提供。供試氮肥為尿素[w(N)= 46%]，磷肥為磷酸二銨[w(P2O5)≥46%]。

試驗設10個處理，重復3次，共計30個小區，小區面積為24 m2(6 m × 4 m)。各處理施肥量如表1所示。于2016年3月底進行移栽，栽植行距為20 cm ，株距為15 cm，栽植密度為33.33萬株/hm2。試驗地每公頃施農家肥2 000 kg作為基肥，后進行整地，各小區按表1施肥量施入底肥，不追肥。

表1 不同處理施肥配比Table 1 Amount of different fertilizer treatments

1.3 儀器與試劑

Waters 1525高效液相色譜儀，Waters 2487紫外檢測器，Waters 2707自動進樣器，Sunfire C18色譜柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，breeze色譜工作站(美國Waters公司)；SHB-Ⅲ循環水式多用真空泵(鄭州長城科工貿有限公司)；SB25-DTD超聲波清洗機(寧波新芝生物科技股份有限公司)；DK-8D型電熱恒溫水槽(上海精宏實驗設備有限公司)；電熱恒溫鼓風干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司)；超純水機(優普)；德國艾科勒(ACCULAB)ALC系列電子天平。

色譜乙腈及甲醇(美國天地有限公司)；黨參炔苷(購自北京博易匯科生物科技有限公司，純度≥98%，批號：161224)；蒼術內酯Ⅲ(購自南京狄爾格醫藥科技有限公司，純度≥98%，批號：D17041901)；紫丁香苷(購自南京狄爾格醫藥科技有限公司，純度≥98%，批號：D17051102)。

1.4 采樣與指標測定

分別于8月20日、10月17日及11月11日進行采樣，選取各小區長勢基本一致的10株樣品進行采挖，洗凈泥沙。

1.4.1 黨參根長、根粗及根鮮干質量測定 采用游標卡尺測量根直徑，鋼尺測量根長，電子天平測量單根鮮質量，后放入烘箱105 ℃殺青30 min，60 ℃烘至恒量，再用電子天平稱其單根干質量。烘干后的黨參打粉，過65目篩。

1.4.2 黨參炔苷、紫丁香苷及蒼術內酯Ⅲ質量分數測定 將11月11日采集的樣品進行測定。采用高效液相色譜法，參照關琳靜等[12]的方法，并做相應的改動，檢測波長為220 nm；流速1 mL/min；柱溫25 ℃；進樣量20 μL。流動相為乙腈(A)-0.02%磷酸水溶液(B)，梯度洗脫：0～5 min，A為10%～12%，5～15 min，A為12%～15%，15～20 min，A為15%～28%，20～30 min，A為28%，30～35 min，A為28%～70%，35～45 min，A為70%。

供試品溶液的制備：精確稱取黨參粉末1.0 g，加入甲醇25 mL，精密稱量，超聲30 min，放冷，以甲醇補足失重，濾過，濾液水浴蒸干，殘渣以甲醇溶解，轉移至5 mL容量瓶，甲醇定容至刻度，搖勻，過0.22 μm濾膜，取續濾液，即得[12]。

對照品溶液的制備：精密稱取黨參炔苷、紫丁香苷和蒼術內酯Ⅲ對照品適量，以甲醇溶解，制成1 mL含黨參炔苷100 μg、紫丁香苷6 μg、蒼術內酯Ⅲ 2 μg的混合溶液。

標準曲線的繪制：取混合對照品溶液，依次進樣4、8、12、16、20 μL，以峰面積積分值(Y)為縱坐標，以進樣量(X)為橫坐標，得黨參炔苷回歸方程為Y=117 182X-6 578，R2= 0.999 8，紫丁香苷回歸方程為Y=2×106X-5 475.7，R2=0.999 7，蒼術內酯Ⅲ回歸方程為Y=1×106X+20 573，R2= 0.999 1，黨參炔苷進樣量為0.400～2.000 μg，紫丁香苷進樣量在0.024～0.120 μg，蒼術內酯Ⅲ進樣量在0.002～0.040 μg時呈現良好的線性關系。

對照品與黨參樣品HPLC色譜圖見圖1。

1.5 數據處理

數據采用IBM SPSS Statistics 22軟件進行顯著性分析(P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著)，用OriginPro 9.1作圖。

2 結果與分析

2.1 不同氮磷配施對黨參根部生長的影響

2.1.1 對黨參根長的影響 由圖2可知，8月20日，除N1P1外，各處理根長均高于N0P0，其中N2P2及N2P3根長顯著高于N0P0，根長最大的處理為N2P3，較最小處理N1P1增加30.8%。10月17日，各處理的根長均高于N0P0，其中N2P2、N3P2、N1P3與N0P0差異顯著，根長最優處理為N2P2，較最小處理N0P0根增加23.5%。11月11日，各施肥處理根長均高于N0P0，除N1P1、N2P1、N3P3外，均與N0P0差異顯著，N1P3處理下根長最大，較N0P0增加35.2%。總體而言，在N1(氮肥施用量為120 kg/hm2)水平下，隨著磷肥用量的增加，根長逐漸增長；在N2(氮肥施用量為150 kg/hm2)及N3(氮肥施用量為180 kg/hm2)水平下，磷肥施入量增加，呈先增長后降低的趨勢，說明磷肥對黨參根長具有一定作用，并且在不同氮水平下，磷肥對黨參根長的影響并不一致。在P1(磷肥施用量為225 kg/hm2)水平，隨著氮肥施入量增加，根長呈上升趨勢；在P2(磷肥施用量為300 kg/hm2)水平下，氮肥施入量增加，根長先增長后降低；而在P3(磷肥施用量為375 kg/hm2)水平下，各處理表現并不一致。說明氮肥能影響黨參根長，在不同磷水平下，氮肥對黨參根長的影響并不一致。采樣期間，各處理黨參的根長均不斷增長，11月11日根長最大。表明，氮肥及磷肥對黨參根長均有一定影響，合理的氮磷配比能促進黨參根部的伸長，施肥處理N1P3，最有利于黨參根部的伸長。

A.對照品 Reference substance；B.黨參樣品 The sample of Codonopsis pilosula；1.紫丁香苷 Syringin；2.黨參炔苷 Lobetyolin；3.蒼術內酯Ⅲ Atractylenolide Ⅲ

2.1.2 對黨參根粗的影響 由圖3可知，采樣期間，各處理根粗均不斷增加，施肥處理的根粗均高于N0P0。8月20日，根粗最大的處理為N2P2，其次為N1P3，并顯著高于N0P0，最大處理為N0P0的1.52倍。10月17日，根粗最大的處理為N2P2，其次為N2P3，與N0P0差異顯著，最大根粗為最小根粗的1.30倍。11月11日，根粗最大的處理為N2P2，其次為N1P3、N1P2，與N0P0差異顯著，最大根粗為最小根粗的1.37倍。采樣期間，N1水平的各處理隨著磷肥施入量的增加根粗逐漸增加；N2水平，磷肥施入量增加，各處理生長根粗呈先增加后降低的趨勢；N3水平下，各處理生長趨勢不一致。在P1及P2水平下，各處理隨著氮肥施入量增加呈先增長后減小趨勢；在P3水平下，氮肥施入量增加，各處理根粗不斷減小。由此可知，適宜的施氮量及施磷量對黨參根部的增粗均有促進作用。黨參根粗最優處理為N2P2。

圖2 不同施肥配比下黨參根長Fig.2 Root length of Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

圖3 不同施肥配比下黨參根粗Fig.3 Root width of Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

2.1.3 對黨參根鮮干質量的影響 由圖4和圖5可知，采樣期間，黨參根鮮干質量均不斷增長，各施肥處理黨參的根鮮干質量均高于N0P0。8月20日，根鮮質量最大的處理為N2P3，為N0P0的2.04倍；除N1P1、N2P1、N3P1外，其余處理組的根鮮質量顯著高于N0P0。10月17日，根鮮質量最優處理為N2P2，高出N0P0 41%，N0P0與N1P3、N2P1、N2P2、N2P3間差異顯著。11月11日，根鮮質量最大處理為N2P2，是N0P0的1.62 倍，除N3P3外，均與N0P0差異顯著。總體而言，在N1水平下，隨著磷肥施入量增加，各處理組的根鮮質量逐漸增大；N2水平下，磷肥施入量增加，根鮮質量先增長后減小；而N3水平下，磷肥施入量增加，根鮮質量逐漸減小。在P1水平下，隨著施氮量增加，呈現上升趨勢；在P2水平下，施氮量增加，根鮮質量先增長后降低；而在P3水平下，N1P3與N2P3根鮮質量均高于N3P3。黨參根干質量的變化趨勢與根鮮質量變化大致相同，且在3次采樣期間，N1P3與N2P2的根干質量均高于其他處理組。因此，氮肥及磷肥對黨參根部增量均有一定影響，合理的氮磷肥量能有效促進黨參根質量的增加，施肥處理N1P3和N2P2最適宜黨參根質量的增加。

2.2 不同施肥配比對黨參炔苷、紫丁香苷和蒼術內酯Ⅲ質量分數的影響

2.2.1 對黨參炔苷質量分數的影響 由圖6可知，各施肥處理黨參炔苷質量分數均顯著高于N0P0，最高的處理為N1P3，其次為N2P2和N2P1。在N1水平下，N1P1與N1P2差異不大，而N1P3明顯高于N1P1和N1P2；在N2水平下，N2P1和N2P2相差不大，但N2P3明顯低于N2P1和N2P2；在N3水平下，各處理間差異不大。N3水平處理的黨參炔苷質量分數均較低，說明氮肥施用量過高可能會減弱對黨參炔苷積累的促進作用。在P1及P2水平下，N2P1明顯高于N1P1和N3P1，N2P2明顯高于N1P2和N3P2；但在P3水平下，N1P3明顯高于N2P3和N3P3。因此，合理的氮磷肥施用量能促進黨參炔苷的積累，施肥量過高或過低對黨參炔苷積累的促進效果不明顯，施肥處理N1P3在本研究中有利于黨參炔苷的積累。

圖4 不同施肥配比下黨參根鮮質量Fig.4 Root fresh mass of Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

圖5 不同施肥配比下黨參根干質量Fig.5 Root dry mass of Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

2.2.2 對黨參紫丁香苷質量分數的影響 由圖7可知，各施肥處理的黨參紫丁香苷質量分數均顯著高于不施肥處理N0P0，紫丁香苷質量分數最高的處理為N1P3，其次為N2P2和N2P1。在N1水平下，N1P1與N1P2相差不大，但N1P3明顯高于N1P1和N1P2；在N2水平下，N2P1和N2P2明顯高于N2P3；在N3水平下，各處理差異不明顯。在P1及P2水平下，N2P1及N2P2明顯高于N1P1、N1P3和N2P1、N2P3；在P3水平下，N1P3明顯高于N2P3和N3P3。由此，施用氮磷肥對黨參紫丁香苷的積累具有促進作用，在本次試驗中，最有利于紫丁香苷積累的施肥組合為N1P3。

**表示差異性極顯著(P<0.01)，下同

圖7 不同施肥配比下黨參紫丁香苷質量分數Fig.7 Mass fraction of syringin in Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

2.2.3 對黨參蒼術內酯Ⅲ質量分數的影響 由圖8可知，蒼術內酯Ⅲ質量分數最高的處理為N1P1，但除N2P2與N3P3外，均高于N0P0。各施肥處理間無明顯變化趨勢。因此，總體而言，施用氮磷肥有利于黨參蒼術內酯Ⅲ的積累，推測低施肥量處理于其更有利。在本次試驗中，最適宜蒼術內酯Ⅲ積累的處理為N1P1。

圖8 不同施肥配比下黨參蒼術內酯Ⅲ質量分數Fig.8 Mass fraction of atractylenolide Ⅲ in Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

3 討論及結論

合理施肥可以增加植物種植產量。研究顯示，合理施肥可使黨參的產量及品質得到顯著提升[13-15]。因而在生產中探究合理的施肥配比及施肥量對于黨參栽培技術的研究具有重要意義。本研究發現，適宜的氮磷肥施用量對黨參根長、根干鮮質量具明顯促進作用，這與胡佳棟等[13]、龔成文等[16]的研究一致。

植物體內有諸多重要的化合物，諸如核酸、蛋白質、葉綠素等，其不可或缺的組分便是氮元素[17]，而氮元素是黨參生長發育最重要的元素，缺乏氮素會造成黨參根系短小，植株生長緩慢。磷素的缺失會抑制細胞分裂，造成植物生長停滯，阻礙蛋白質的合成及糖的運輸，致使植株生長緩慢[18]。因此，適當施用氮磷肥對于黨參根部的生長而言是必要的。該試驗中， P1水平處理下的黨參根長、根粗、根鮮質量和根干質量低于P2水平，說明P1水平的磷肥施用量難以滿足黨參根部生長需求，致使其生長緩慢，因此N2P1處理的黨參根部生長指標有所下降。 N1P3及N2P2處理下的黨參根長、根粗、根鮮質量和根干質量均達到最大值。而N3水平下的黨參根長、根粗及根鮮質量和根干質量均低于N2水平，這可能是由于N2水平的氮肥足以滿足黨參生長的需求，氮肥施用量過多會導致地上部分徒長，消耗大量營養，反而影響根的生長[19]。本研究發現，在氮肥施用量較高時，增加磷肥的施用量會使黨參根部的生長呈下降趨勢，這可能是因為此時黨參根部氮素濃度較高，而磷素供應量的增加又促進了黨參對氮素的吸收[20]，因而產生高氮脅迫，抑制黨參根部的生長。研究證明，施氮量增加，水稻植株對磷肥的吸收量有所提升[21]，因此，磷肥濃度較高時，增加氮肥施用量可能會使黨參根部過高的磷素水平再度提高，造成高磷脅迫，從而使黨參根部生長減弱。

本研究表明，適當施用氮肥及磷肥能促進黨參炔苷、紫丁香苷、蒼術內酯Ⅲ的積累。其原因可能是黨參炔苷、紫丁香苷、蒼術內酯Ⅲ均為次生代謝物，而施肥能提高有效氮含量，使得 NH4+含量升高，促進氮代謝的進程，增加氨基酸積累量，而大多數氨基酸能明顯促進次生代謝產物的合成[22-23]。在本次試驗中，N2P1處理的黨參根部生理指標雖有所下降，而活性成分質量卻沒有明顯下降，可能就是因為促進活性成分黨參炔苷、紫丁香苷合成的主要是氮元素。

適宜的氮磷肥施用量能促進黨參根部的生長及黨參炔苷、紫丁香苷、蒼術內酯Ⅲ的積累。本次試驗中，除蒼術內酯Ⅲ在N1P1下質量分數最高外，處理N1P3及N2P2的黨參根長、根粗、根鮮干質量及黨參炔苷、紫丁香苷質量分數均為最高水平。目前，黨參干貨市場價格為40元/kg左右，尿素價格約為2元/kg，磷酸二銨約為3元/kg，按11月11日采集的黨參樣品計算，處理N0P0、N1P3、N2P2產量分別為813.25 kg/hm2、1 256.54 kg/hm2、1 289.87 kg/hm2,扣除相應的肥料成本，處理N0P0、N1P3、N2P2收益分別為32 530.0元、48 896.6元、50 394.8元。可知施用氮磷肥帶來的收益遠遠高于不施肥，而N2P2處理收益更優于N1P3。因此建議試驗點優先采用施入尿素150 kg/hm2、磷酸二銨300 kg/hm2來種植黨參，其次可采用施用尿素120 kg/hm2、磷酸二銨375 kg/hm2。綜上所述，黨參栽培過程中，應考慮黨參種類、施肥配比、生產地土壤與氣候條件等各種因素的相互作用，確定合適的施肥量[16]，以保證黨參生長需求，提升黨參品質。