化肥與植物生長延緩劑配施對麥冬產(chǎn)量形成和次生代謝產(chǎn)物的影響

張亞琴，李思佳，鄧秋林，文秋姝，付羽萍，陳興福

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 611130）

麥冬(Ophiopogon japonicus)為百合科沿階草屬多年生草本植物，因具有頑強(qiáng)的存活力，根系的固土保水能力和觀賞價(jià)值等常被選作草坪植被[1]。植物麥冬莖很短，葉基生成叢，呈禾葉狀，長10～50 cm。花為白色或淡紫色，單生或成對著生于苞片腋內(nèi)，為總狀花序，長2～5 cm。麥冬根較粗，中間或近末端常膨大成橢圓形或紡錘形的小塊根。麥冬干燥塊根具有養(yǎng)陰生津，潤肺清心的功效[2]。麥冬塊根內(nèi)主要含有甾體皂苷、黃酮和多糖等成分。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明麥冬中甾體皂苷類成分有保護(hù)心血管、抗癌和抗氧化的作用，多糖類成分有抗糖尿病、抗氧化、免疫調(diào)節(jié)的作用[3]，是麥冬中研究較多的兩種成分，具有較大的開發(fā)應(yīng)用價(jià)值。麥冬按產(chǎn)地可分為川麥冬(一年生，四川綿陽)和浙麥冬(三年生浙江杭州)[3]。在四川三臺地區(qū)，藥農(nóng)為增產(chǎn)盲目過量使用多效唑[4]，當(dāng)?shù)佧湺~片上可見成片多效唑藥劑殘留。麥冬采收后地塊再種蔬菜等植物會導(dǎo)致地上部分生長被嚴(yán)重抑制，土壤中未降解的多效唑隨水土遷移，造成了嚴(yán)重的水土面源污染，嚴(yán)重制約了四川三臺麥冬產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展[5]。

植物生長延緩劑是一類人工合成的、抑制植物體內(nèi)赤霉素(GA)合成的一類化合物，常用于控制藥用植物地上部分旺長，促進(jìn)根類藥材增產(chǎn)，并影響藥用植物次生代謝。廖強(qiáng)等[6]研究表明川澤瀉(Alisma orientale)移栽36 d后噴施烯效唑能有效增加澤瀉產(chǎn)量和有效成分含量。李先恩等[7]在丹參(Salvia miltiorrhiza)膨大期施用多效唑，發(fā)現(xiàn)其對丹參產(chǎn)量和有效成分含量影響不大，還降低了抗氧化能力。胡國強(qiáng)等[8]研究發(fā)現(xiàn)，甲哌鎓可以有效促進(jìn)黃芩(Scutellaria baicalensis)地下部分生長，能提高根的黃芩苷和總黃酮含量。這說明不同的藥用植物對調(diào)節(jié)劑的響應(yīng)效果有差異[9-10]。植物生長延緩劑能有效調(diào)控植物生長和增強(qiáng)植物抗逆性[11-12]，配合磷鉀肥料施用有利于植物根系的建成[13-14]，降低延緩劑的施用劑量。植物生長延緩劑降解周期較長，對環(huán)境和植物存在不利影響。施用多效唑會促進(jìn)根部對重金屬的吸收[15]，毒害土壤微生物群落[16]等，需要合理的輪換或替代使用多效唑，降低其對環(huán)境的危害程度，提高其應(yīng)用效率。為此，經(jīng)過產(chǎn)地調(diào)研，選擇3種生產(chǎn)上最常用的植物生長延緩劑，并對已有的最優(yōu)配方肥進(jìn)行微調(diào)，觀察肥料施用量的浮動(dòng)對麥冬生長的影響，并尋找麥冬生產(chǎn)過程中的替代延緩劑，以期為麥冬生產(chǎn)時(shí)替代或不施多效唑的施用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與地點(diǎn)

試驗(yàn)材料為人工栽培的川麥冬，經(jīng)四川農(nóng)業(yè)大學(xué)陳興福教授鑒定為百合科植物麥冬。供試調(diào)節(jié)劑為多效唑(PP333)15%的可濕粉劑、烯效唑(S3307)5%的可濕粉劑和甲哌鎓(DPC)250 g·L-1水劑，均由四川國光農(nóng)化股份有限公司生產(chǎn)。供試肥料為尿素 (總氮 ≥ 46.4%)、過磷酸鈣 (有效磷 ≥ 12%)和硫酸鉀 (氧化鉀 ≥ 51%)。

試驗(yàn)在綿陽市三臺縣里程鄉(xiāng)進(jìn)行，追肥前試驗(yàn)地土壤基本養(yǎng)分狀況為pH 5.75，有機(jī)質(zhì)7.98 g·kg-1，堿解氮 86.1 mg·kg-1，有效磷 47.06 mg·kg-1，速效鉀36.69 mg·kg-1。麥冬于2016年4月栽種，栽種密度為10 cm × 10 cm，其余按常規(guī)大田措施統(tǒng)一管理。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)。基于土壤基本養(yǎng)分情況和麥冬生長所需氮、磷、鉀元素的量[17]，計(jì)算確定了氮、磷、鉀追肥配方，并進(jìn)行了微調(diào)，使其中配方肥2的氮、磷、鉀含量略高于配方肥1。根據(jù)市場上常用的植物生長延緩劑情況，選擇了3種植物生長調(diào)節(jié)多效唑、烯效唑、甲哌鎓劑和清水對照，共8個(gè)處理(表1)，3次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)小區(qū)面積為3 m × 3 m，在田間隨機(jī)排列，小區(qū)間挖15 cm溝隔開。試驗(yàn)處理時(shí)追肥分3次施入，分別在8月20日施入總量的15%，于9月15日施入總量的60%；于10月10日施入總量的25%。調(diào)節(jié)劑在11月10日統(tǒng)一噴施，為防止串調(diào)節(jié)劑，在噴施調(diào)節(jié)劑時(shí)使用薄膜覆蓋周圍小區(qū)。2017年3月12日使用五點(diǎn)法分別采收各小區(qū)的麥冬50株，帶回實(shí)驗(yàn)室測定相應(yīng)指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測定

隨機(jī)選取10株完整植株，在田間麥冬自然伸展?fàn)顟B(tài)下測量其自然株高，以及葉片發(fā)散狀態(tài)下的植株寬度(下文稱幅寬)。清水洗凈后測定其葉片數(shù)、分蘗數(shù)、營養(yǎng)根數(shù)、塊根數(shù)、葉長和葉寬。剪取50株樣品的全部塊根和葉片，裝入信封袋105 ℃殺青15 min，60 ℃烘干至恒重，稱定干重計(jì)算葉干重。以測定的塊根重量數(shù)據(jù)折算成干物質(zhì)產(chǎn)量、折干率。將烘干的樣品分別使用高速粉碎機(jī)粉碎，過0.355 mm號篩備用。

1.3.2 總多糖、總皂苷含量測定

麥冬總多糖含量按照硫酸-蒽酮法測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y= 4.337 3X+ 0.034，R2= 0.999 0。總皂苷含量按照2015版《中國藥典》[2]“麥冬”項(xiàng)下總皂苷含量測定方法測定，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y= 2.482 6X+0.040 5，R2= 0.998 4。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)來源于田間3個(gè)重復(fù)小區(qū)，用Excel 2013對數(shù)據(jù)進(jìn)行初處理，使用軟件SPSS 21進(jìn)行主效應(yīng)方差分析和相關(guān)性分析，然后對主效應(yīng)方差分析結(jié)果顯著的數(shù)據(jù)部分使用多重比較方法分析，并使用Excel 2013制作圖表。另外，利用灰色關(guān)聯(lián)度-DTOPSIS綜合麥冬生產(chǎn)上重要指標(biāo)(包括干產(chǎn)量、總多糖和總皂苷3個(gè)指標(biāo)綜合)計(jì)算權(quán)重，并進(jìn)行排序和評價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 植物生長延緩劑和肥料對農(nóng)藝性狀的影響

不同植物生長延緩劑對麥冬的葉片數(shù)、葉長、葉寬、株高和葉干重有顯著影響(P＜ 0.05)，對分蘗數(shù)、營養(yǎng)根數(shù)、塊根數(shù)、幅寬、塊根折干率和葉折干率無顯著影響(P＞ 0.05)，肥料用量在本研究范圍內(nèi)對其影響不顯著(表2)。處理與清水對照相比，3種植物生長延緩劑均能顯著降低麥冬的葉片數(shù)、葉長和葉寬(表3)。多效唑和烯效唑能降低葉長、葉寬、株高和葉干重，其中烯效唑?qū)θ~長的抑制效果更強(qiáng)，多效唑?qū)θ~寬、株高和干重的抑制作用更強(qiáng)。然而，與清水對照相比，甲哌鎓降低了葉長和葉寬，增加了葉干重，對株高影響不顯著。上述結(jié)果表明，3種植物生長延緩劑主要調(diào)整地上部分葉片的形態(tài)和干物質(zhì)積累，對麥冬營養(yǎng)根的發(fā)生、塊根膨大數(shù)量和根、葉折干率的影響不大。其中以多效唑?qū)湺厣喜糠稚L的抑制作用最大，烯效唑次之，甲哌鎓最弱。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Table 1 Experimental design

表2 不同配方肥下植物生長延緩劑對麥冬的影響(F)Table 2 Effect of different fertilizer formulas and plant growth regulators on Ophiopogon japonicus (F)

表3 不同植物生長延緩劑對麥冬的影響Table 3 Effect of different plant growth regulators on Ophiopogon japonicus

2.2 肥料配方和植物生長延緩劑對干物質(zhì)產(chǎn)量、總多糖和總皂苷的影響

植物生長延緩劑能顯著影響麥冬干物質(zhì)產(chǎn)量和次生代謝產(chǎn)物(P＜ 0.05)。植物生長延緩劑對麥冬產(chǎn)量、總多糖和總皂苷含量有顯著影響(表2)。多效唑和烯效唑能顯著提高麥冬干物質(zhì)產(chǎn)量(表3)，與對照相比，噴施多效唑后干物質(zhì)產(chǎn)量增長了37.03%，噴施烯效唑干物質(zhì)產(chǎn)量增加了16.65%，甲哌鎓對干物質(zhì)產(chǎn)量的影響不顯著(P＞ 0.05)。烯效唑能顯著提高麥冬中總多糖的含量，較對照增加了25.45%，多效唑和甲哌鎓對總多糖的提升效果不明顯，從高到低依次為烯效唑 ＞ 甲哌鎓 ＞ 多效唑 ＞ 對照。3種延緩劑的使用顯著降低了麥冬總皂苷含量。與對照相比，噴施多效唑后總皂苷降低了7.1%，烯效唑降低了5.1%，甲哌鎓降低了4.6%。這說明在本研究條件下，3種延緩劑對產(chǎn)量的影響有一定差異，對次生代謝產(chǎn)物的影響不都是抑制作用。烯效唑能顯著提高麥冬的產(chǎn)量和總多糖含量，降低總皂苷含量；多效唑能顯著提高麥冬產(chǎn)量，對總多糖含量增加效果不顯著，能降低總皂苷含量；甲哌鎓對麥冬產(chǎn)量，總多糖的含量影響不大，且降低了麥冬總皂苷含量。肥料配方對總多糖含量有顯著影響，對產(chǎn)量和總皂苷含量的影響不顯著(P＞ 0.05)(表2)。經(jīng)比較，使用配方肥2后，總多糖含量更高，比配方肥1高15.6%。這說明增加氮磷鉀肥的施用有利于提高麥冬中總多糖的含量(表4)。

2.3 農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量、總多糖和總皂苷含量間相關(guān)性

株高和葉干重與干物質(zhì)產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P＜ 0.05)，且相關(guān)系數(shù)的絕對值較大(表5)。這說明地上部分株高越低，干物質(zhì)積累越少，地下部分的塊根干物質(zhì)積累越多。幅寬與總多糖呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)系數(shù)的絕對值較大，這說明麥冬植株越松散，麥冬塊根的總多糖含量越高。葉片數(shù)、分蘗數(shù)、須根數(shù)、塊根數(shù)、葉長和葉寬與麥冬產(chǎn)量、總多糖和總皂苷含量均無顯著相關(guān)關(guān)系。上述結(jié)果表明，地上部分株高和干物質(zhì)積累量越低越有利于地下部分塊根干物質(zhì)積累，主要是干物質(zhì)積累的轉(zhuǎn)移，對葉片形態(tài)、營養(yǎng)根、塊根膨大數(shù)量影響較小。

表4 不同配方肥下植物生長延緩劑對麥冬總多糖含量的影響Table 4 Effect of different fertilizer formulas and plant growth regulators on total polysaccharide content of Ophiopogon japonicus%

表5 麥冬農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量、總多糖、總皂苷含量相關(guān)性分析Table 5 Correlations between agronomic characters of Ophiopogon japonicus and yield,total polysaccharides,and total saponins

2.4 基于灰關(guān)聯(lián)-DTOPSIS綜合評價(jià)選優(yōu)

為了綜合各項(xiàng)指標(biāo)對川麥冬整體做出一個(gè)客觀評價(jià)，選擇干物質(zhì)產(chǎn)量、總多糖和總皂苷3項(xiàng)具有代表性的指標(biāo)，使用灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算出各參評材料的權(quán)重值和灰關(guān)聯(lián)度(表6)，從而計(jì)算出灰色關(guān)聯(lián)評價(jià)指標(biāo)(表7)，并使用灰色關(guān)聯(lián)權(quán)重值進(jìn)行DTOPSIS法處理，得到DTOPSIS法的相對接近度Ci及其排序(表7)，同時(shí)計(jì)算出待評材料與理想材料的關(guān)聯(lián)度(表7)。綜合評價(jià)川麥冬的產(chǎn)量、總多糖和總皂苷。

表6 參評材料的關(guān)聯(lián)度(γi)和權(quán)重值(ωk)Table 6 Correlative degree weight value of the evalution materials

采用灰色關(guān)聯(lián)度法和DTOPSIS法的綜合評價(jià)結(jié)果存在差異(表7)。兩種方法所得綜合性最佳的分別為P2和S2，即施肥配方2下的多效唑和烯效唑處理時(shí)，川麥冬的產(chǎn)量、總多糖和總皂苷含量綜合最優(yōu)。在灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果中，S2最佳，在DTOPSIS中，P2最佳。總體上，烯效唑和多效唑處理的材料綜合排名均靠前，甲哌鎓和對照處理較靠后。在兩種綜合分析方法下，P2和S2排序相反，C1和D1排序相反，對比發(fā)現(xiàn)，兩對數(shù)據(jù)中總多糖含量和產(chǎn)量相近，這說明灰關(guān)聯(lián)法偏重于總多糖，DTOPSIS法偏重于產(chǎn)量。灰色關(guān)聯(lián)度法所得關(guān)聯(lián)度最大差異為10.36%(表7)，DTOPSIS法所得Ci值最大差異可達(dá)66.08%，這說明DTOPSIS法能放大樣品間的差異性，更便于區(qū)分待評材料間表現(xiàn)的優(yōu)劣。

3 討論

多效唑、烯效唑和甲哌鎓都是生產(chǎn)上較常用的植物生長延緩劑，能夠控制植物地上部分生長[18]，調(diào)節(jié)植物根部的生長[4,9]。當(dāng)前麥冬生產(chǎn)上過量使用多效唑，農(nóng)藥殘留嚴(yán)重超標(biāo)[19]，需要通過科學(xué)的方法找到合適的替代措施緩解多效唑?yàn)E用現(xiàn)狀。本研究結(jié)果表明，多效唑和烯效唑能夠有效降低地上部分葉長、葉寬、株高和干物質(zhì)積累，通過矮化株型，降低地上部分干物質(zhì)積累，增大單粒重來促進(jìn)根部的干物質(zhì)積累從而提高麥冬干物質(zhì)產(chǎn)量，這與前人研究結(jié)果基本一致[20-22]。本研究對比后發(fā)現(xiàn)多效唑比烯效唑增產(chǎn)效果更佳。本研究中甲哌鎓能顯著降低葉長，對葉寬、株高的影響不顯著，調(diào)控麥冬干物質(zhì)積累的效果不明顯，而楊志民等[23]研究表明，縮節(jié)胺能顯著降低高羊茅(Festuca elata)的株高，增加其葉綠素含量，這與前人的研究有一定差異。這可能由于麥冬對甲哌鎓不敏感，甲哌鎓處理僅增加了麥冬的葉片厚度和韌性，使株形更堅(jiān)挺，而株高并未顯著降低，未能提高麥冬產(chǎn)量，也可能是因?yàn)楸狙芯恐屑走哝f施用量未達(dá)到影響麥冬產(chǎn)量質(zhì)量的閾值。從農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的分析結(jié)果表明增產(chǎn)效果高低排序?yàn)槎嘈н?＞ 烯效唑 ＞ 對照 ＞ 甲哌鎓。

表7 待評價(jià)材料的加權(quán)關(guān)聯(lián)度(ri)與(Ci)排序值比較Table 7 Comparison of the weighted correlation degree ri and Ci sorting value of the material

植物生長延緩劑和肥料能顯著影響麥冬次生代謝產(chǎn)物含量。占妮等[20]研究表明，噴施多效唑降低了麥冬總黃酮、總皂苷和總多糖含量。林秋霞等[24]研究表明，多效唑有利于麥冬總多糖的積累，不利于總皂苷的積累。吳發(fā)明等[25]研究表明，多效唑能提高麥冬中總多糖和總黃酮的積累，對總皂苷含量有降低作用。本研究結(jié)果表明，施用烯效唑、多效唑會提高麥冬中總多糖的含量，降低總皂苷含量，與前人研究結(jié)果基本一致。這可能是由于烯效唑和多效唑能提高植物中的糖合成酶活性，促進(jìn)多糖的代謝積累[26-27]。經(jīng)對比，烯效唑促進(jìn)麥冬總多糖的積累效果較甲哌鎓、多效唑更佳。3種植物生長延緩劑均不利于麥冬中總皂苷的積累，這可能是由于多效唑、烯效唑降低了植物中碳、氮代謝酶的活性[26]，從而抑制了總皂苷的積累。另外，本研究表明多施磷鉀肥有利于麥冬中總多糖的積累，這與前人的研究結(jié)果基本一致[28]，這可能是由于磷肥[29]、鉀肥[30-31]能促進(jìn)根系糖類代謝酶的活性及多糖的積累。總皂苷和總多糖的分析結(jié)果表明對次生代謝產(chǎn)物含量影響的排序?yàn)橄┬н?＞ 甲哌鎓 ＞ 多效唑 ＞ 對照。

本研究最后通過灰關(guān)聯(lián)-DTOPSIS綜合評價(jià)方法比較得出，最佳的配施方案為氮肥1 382.4 kg·hm-2、磷肥 6 004.8 kg·hm-2、鉀肥 1 252.8 kg·hm-2。當(dāng)注重次生代謝產(chǎn)物含量時(shí)，以烯效唑配施效果更佳，當(dāng)注重干物質(zhì)產(chǎn)量時(shí)，配合多效唑噴施效果更佳。研究表明，多效唑在土壤中降解速度較慢，應(yīng)與其他調(diào)節(jié)劑交替使用，烯效唑與多效唑的作用特點(diǎn)相同，但使用效率遠(yuǎn)高于多效唑，產(chǎn)生的農(nóng)殘遠(yuǎn)低于多效唑，是合適的多效唑替代劑[9]。綜合以上結(jié)果說明，采用烯效唑替代多效唑是可行的。