磷鉀營養元素對遼東楤木生長及品質的影響

于錫宏，趙文博，程 瑤，張 鑫，白國梁，蔣欣梅，劉曉英

（1.東北農業大學園藝園林學院，哈爾濱 150030；2.農業農村部東北地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，哈爾濱 150030；3.林下經濟資源研發與利用協同創新中心，哈爾濱 150040；4.寶清縣和源堂藥業有限公司，黑龍江 雙鴨山 155600）

遼東楤木[Aralia elata(Miq.)Seem.]別名刺老芽、刺嫩芽等，為五加科藥食兼用多年生木本植物，具有多種抗炎作用，其嫩芽是著名山野菜，美味且富含營養而深受消費者喜愛。其樹皮和根作為傳統中草藥在補虛、抗關節炎和抗糖尿病等方面研究廣泛[1]。遼東楤木食用與藥用價值被人們廣泛認可，但由于近年來掠奪式開采，造成野生資源日趨枯竭和生態環境不斷惡化，因此，開展遼東楤木人工栽培迫在眉睫。

氮、磷、鉀是植物正常生長必不可少三大營養元素，其合理施用對植物產量、品質、養分吸收利用率及經濟效益提高至關重要。磷在植物生長發育中發揮重要作用，主要儲存和運輸能量物質，同時，磷也是植物體內重要生化物質如核苷酸、核酸、磷脂等結構組分[2]。曹鮮艷等研究黃岑磷鉀調控，明確磷鉀組合施用可提高根冠比和經濟系數，磷肥有利于黃酮和黃岑苷積累[3]。鉀是重要肥力因子，參與調控植物生理代謝過程，且可提高光合作用強度，促進植物體內淀粉和糖形成，改善植物品質，增強植物抗逆性。朱祖雷等研究發現“駿棗”添加鉀元素后，果實產量、品質均有提升，果實裂果率降低[4]。

大量研究表明，在營養元素施用過程中，最關鍵一環為“養分平衡”，即保持苗木不同發育時期養分需求供給與營養元素動態平衡。總體來說，不同植物對氮、磷、鉀等營養元素需求量不同，同一植物在不同生長時期所需營養元素施用水平也不同，因此需研究苗木所需營養元素組合配比試驗，通過合理調控提高苗木生長、果實品質、抗逆抗病能力、產量等，對經濟作物生產技術調控和品質改良具有重要理論意義和良好應用前景。目前，氮磷鉀配比施肥對植株生長發育及產量研究已在糧食作物和大宗蔬菜中開展，而遼東楤木研究主要集中在自然分布規律[5]、仿野生栽培[6]、反季節栽培[7]、馴化[8]、次生代謝產物[9]等方面，磷鉀元素對遼東楤木生長發育影響鮮有報道。因此，本試驗研究遼東楤木不同磷鉀營養元素施肥處理，探究磷鉀元素對遼東楤木生長、產量及有效成分的影響，篩選適合遼東楤木最優磷鉀配比組合，為其人工栽培合理施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為二年生遼東楤木新品種“中科楤木1號”，由東北農業大學蔬菜生產設施工程與環境實驗室提供。

1.2 方法

本試驗于2018～2019年開展，設計磷和鉀兩個因素3個水平試驗，磷來源為磷酸二銨（P2O546%），鉀來源為硫酸鉀（K2O 50%），均為基肥處理，遼東楤木長至4片真葉時移栽，移栽前一次性施入。遼東楤木栽培方式采用壟作，株距0.75 m，壟距0.6 m，每小區10 m2。設置3個對照，即以不施肥為對照1（CK0），以單一施用中等水平磷為對照2（P2），以單一施用中等水平鉀為對照3（K2），其余磷鉀組合施肥處理代碼及施肥量見表1，共計12個處理，每個處理重復3次，共36個小區，小區完全隨機區組排列。

每小區隨機選取5株掛牌標記，于5月初開始，移栽后第10天第1次測定其株高、當年生枝條基部莖粗，此后每隔40 d測定1次，共計3次。

5月中旬，當遼東楤木頂芽可采收時，測定其可溶性糖、可溶性蛋白質、多糖、黃酮、皂苷含量及頂芽產量?？扇苄蕴呛繙y定采用蒽酮比色法[10]；可溶性蛋白質含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[11]；多糖含量測定采用苯酚法[12]；黃酮含量測定參照Jia等方法[13]；皂苷含量測定采用比色法[14]。

表1 遼東楤木不同磷鉀元素添加組合Table 1 Combinations and codes for different phosphorus and potassium application rates of Aralia elata(Miq.)Seem. (kg·hm-2)

1.3 數據處理與分析

利用SPSS 19.0數據處理軟件分析數據，采用Duncan新復極差法分析差異顯著性。主成分分析參考紀洪亭等計算方法[15]。

2 結果與分析

2.1 不同磷鉀營養元素處理對遼東楤木株高及莖粗的影響

由表2可知，磷、鉀元素添加對于遼東楤木株高、莖粗影響顯著，其中P2K1處理下遼東楤木在90 d時株高達最大值；P2K2處理下遼東楤木莖粗在90 d時達最大值。與單一添加磷鉀元素（P2，K2）處理相比較，磷鉀元素組合添加可提高遼東楤木長勢。此外，隨磷鉀元素添加量增加，形態指標呈先升后降趨勢，說明添加適量磷鉀營養元素可增加遼東楤木株高和莖粗。

2.2 不同磷鉀營養元素處理對遼東楤木單株頂芽產量的影響

由圖1可知，每個處理遼東楤木單株頂芽產量均顯著高于對照（P＜0.05），其中P1K2、P1K3、P2K1和P2K2處理單株頂芽產量均處于較高水平，4個處理之間無顯著差異，P2K2處理下頂芽產量最高。隨磷鉀含量增加，單株產量呈先升后降趨勢，說明添加適量磷鉀元素可增加遼東楤木單株產量。

2.3 不同磷鉀營養元素處理對遼東楤木品質的影響

2.3.1 不同磷鉀營養元素處理對遼東楤木營養成分的影響

結果見圖2～3。

表2 不同磷鉀元素添加組合對遼東楤木株高和莖粗的影響Table 2 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on the plant height and stem diameter of Aralia elata(Miq.)Seem.

圖1 不同磷鉀元素添加組合對遼東楤木單株頂芽產量的影響Fig.1 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on top bud yields of Aralia elata(Miq.)Seem.

圖2 不同磷鉀元素添加組合對遼東楤木可溶性糖含量的影響Fig.2 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on soluble sugar content of Aralia elata(Miq.)Seem.

圖3 不同磷鉀元素添加組合對遼東楤木可溶性蛋白質含量的影響Fig.3 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on soluble protein content of Aralia elata(Miq.)Seem.

由圖2～3可知，磷、鉀元素添加使遼東楤木葉片可溶性糖、可溶性蛋白質含量均顯著增加，其中P2K1、P2K2、P2K3處理可溶性糖含量顯著高于其他處理，P2K2處理可溶性蛋白質含量顯著高于其他處理。隨磷鉀含量增加，可溶性糖和可溶性蛋白質含量呈先升后降趨勢，說明添加適量磷鉀元素可增加遼東楤木可溶性糖和可溶性蛋白質含量。

2.3.2 不同磷鉀營養元素處理對遼東楤木藥用活性成分的影響

由圖4～6可知，磷、鉀元素添加對于遼東楤木多糖、皂苷、黃酮等有顯著影響。P2K1處理多糖、皂苷含量顯著高于其他處理（P＜0.05）；P2K2和P2K3處理黃酮含量顯著高于其他處理（P＜0.05）。在磷含量相同時，隨鉀含量增加，多糖含量呈下降趨勢，皂苷含量呈先降后升趨勢，黃酮含量呈先升后降趨勢，說明施入少量鉀元素使多糖含量上升，施入適量鉀元素使皂苷、黃酮含量上升；鉀含量相同時，隨磷含量增加，多糖、皂苷、黃酮均呈先升后降趨勢，說明添加適量磷元素可增加遼東楤木多糖、皂苷和黃酮含量。

2.4 遼東楤木各項指標相關性分析與主成分分析

分析磷鉀元素處理下遼東楤木各項指標相關性，如表3所示。

由表3可知，磷鉀元素添加與遼東楤木株高、莖粗、單株產量、可溶性糖、可溶性蛋白質、多糖、皂苷、黃酮呈極顯著正相關（P＜0.01）。除此之外，遼東楤木形態指標、單株產量、品質指標、藥用活性成分之間均呈極顯著正相關（P＜0.01）。

圖4 不同磷鉀元素添加組合對遼東楤木多糖含量的影響Fig.4 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on polysaccharide content of Aralia elata(Miq.)Seem.

圖5 不同磷鉀元素添加組合對遼東楤木皂苷含量的影響Fig.5 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on saponins content of Aralia elata(Miq.)Seem.

圖6 不同磷鉀元素添加組合對遼東楤木黃酮含量的影響Fig.6 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on flavonoids content of Aralia elata(Miq.)Seem.

表3 不同磷鉀元素添加組合下遼東楤木各項指標相關性分析Table 3 Correlation analysis of various indicators of Aralia elata(Miq.)Seem.under different phosphorus and potassium element combinations

應用主成分分析對遼東楤木株高、莖粗、單株產量、可溶性糖、可溶性蛋白質、多糖、皂苷、黃酮8個指標數據降維和標準化處理，結果見表4。共提取3個主成分，第1個主成分特征值為6.06，貢獻率為75.77%；第2個主成分特征值為0.69，貢獻率為8.60%；第3個主成分特征值為0.56，貢獻率為6.94%。前3個主成分累計貢獻率為91.310%，即前3個主成分涵蓋原始數據信息總量98.91%。因此可將前3個主成分作為綜合變量評價磷鉀元素添加對遼東楤木生長及品質的影響。

表5 為前3個主成分分析因子負荷量，由表5可知，與主成分1相關性較強指標為莖粗、黃酮和可溶性糖，均呈正相關；與主成分2相關性較強指標為皂苷、單株產量和黃酮，其中皂苷、單株產量均呈正相關，黃酮呈負相關；與主成分3相關性較強指標為單株產量、皂苷和可溶性蛋白質，其中皂苷呈正相關，單株產量和可溶性蛋白質呈負相關。

表4 主成分分析特征值、貢獻率及累計貢獻率Table 4 Eigenvalues,contribution rate and cumulative contribution rate of principal component analysis

表5 前3個主成分分析因子負荷量Table 5 Load of principal components and weight of the front three factors

將上述主成分分析得分情況作模型計算及數據標準化，以各主成分對應貢獻率為權重，構建綜合評價模型為：

Y=0.7577Y1+0.8597Y2+0.6941Y3

并對此綜合評價計算得分，結果見表6。主成分1中P2K1（磷酸二銨200 kg·hm-2+硫酸鉀90 kg·hm-2）處理得分最高，分值為0.874，對照得分最低，分值為0.647。對添加磷鉀營養元素各處理得分情況排序，由高到低依次為：P2K1＞P2K2＞P2K3＞P3K1＞P1K2＞P3K2＞P1K3＞P1K1＞P3K3＞P2＞K2＞CK。說明磷鉀營養元素添加對遼東楤木生長及品質改善效果較好。

表6 磷鉀營養元素處理下遼東楤木各項指標主成分得分Table 6 Principal component scores of various indicators of Aralia elata(Miq.)Seem.under different phosphorus and potassium application rates

3 討論與結論

植物生長發育離不開土壤養分供給，其中磷、鉀元素是植物不可或缺的大量元素。本試驗表明，添加磷、鉀元素對遼東楤木株高、莖粗均有提高，與李冬梅[16]、李俊良[17]等研究結果一致?？赡苁怯捎诹自靥砑犹岣咧仓旮祷盍Α⒐夂夏芰?，提升其生理活性，磷元素缺乏是植物生長中最重要限制因素之一，提高植物磷元素利用率機制對植物生長發育具有重要作用[18]。磷是三磷酸腺苷（ATP）主要成分，ATP是為植物提供光合作用、蛋白質合成、養分轉運和吸收、呼吸等過程“能量”分子。磷也是蛋白質合成和遺傳物質（DNA，RNA）轉移所必需其他化合物成分。鉀元素是植物生長發育所必需元素之一，在自然界中主要以移動離子形式（K+）存在，其功能主要是催化作用。研究表明，鉀在植物酶激活、調節氣孔活性、光合作用等方面具有重要作用[19]。本文中磷鉀元素施用處理后遼東楤木株高、莖粗和單株頂芽產量均顯著高于對照，說明磷鉀元素混合添加優于任何一種單一元素添加效果，通過主成分分析評分排序，各處理中分值最高為中等磷鉀元素施用組合（P2K2），隨磷鉀施用量繼續增加，其各項指標呈下降趨勢，說明磷鉀過量施用影響遼東楤木正常生長發育，這與殷文[20]，劉崇政[21]等研究結果一致，可能是由于磷肥過量施用過度消耗植株貯存營養物質。李勇等研究發現增施鉀肥到一定水平后，繼續提高鉀肥使用量馬鈴薯增產效果下降[22]。因此遼東楤木生產適宜磷鉀組合施，提高其產量和品質。

可溶性蛋白質是植物生理代謝過程中非常重要指標，同樣也是光合作用重要間接產物，其形成受光合作用限制，因此遼東楤木體內可溶性蛋白質含量是評價其生長發育和產量重要指標?？扇苄蕴窃谥参餄B透調節過程中發揮重要作用，同時也反映植物體內碳水化合物變化情況。本試驗中磷鉀元素組合處理可溶性蛋白質和可溶性糖含量均顯著高于對照，其中中等水平磷元素與中等水平鉀元素處理下（P2K2）可溶性蛋白質與可溶性糖含量達最大值，另外，單獨添加鉀元素（K2）可溶性蛋白質含量顯著高于單獨添加磷元素（P2）；可溶性糖含量顯著低于單獨添加磷元素，說明外源添加鉀元素主要增加遼東楤木可溶性蛋白質含量，磷元素則利于增加可溶性糖含量。綜合來看，適量磷鉀添加有利于遼東楤木葉片可溶性蛋白質、可溶性糖提升，充足肥料促進光合作用，進而增加光合產物，使干物質積累增多，可溶性糖含量也隨之升高，與鄭曉宇等[23]在紅蔥上研究結果一致。

植物活性物質是一類具有重要生物學功能的有機化合物，其中皂苷、多糖和類黃酮是3種應用廣泛的植物活性物質。其所含比例反映遼東楤木品質優劣。在自然界中，三萜和倍半萜通過MVA（Cytosolic mevalonic acid）途徑合成，單萜、二萜和四萜通過MEP（Methylerythritol phosphate）途徑合成，而遼東楤木中皂苷主要是三萜皂苷，其皂苷元大部分為齊墩果酸型，合成途徑主要以MVA途徑為主。皂苷具有降血脂、抗動脈粥樣硬化、抗菌、抗病毒、消炎、抗誘變、增強機體免疫功能、調節機體物質代謝、抗氧化等作用[24]；植物多糖，又稱植物多聚糖，是植物細胞代謝過程中產生的由一種或多種單糖糖原，通過α-或β-糖苷鍵連接而成聚合度超過10個的天然高分子化合產物[25]；黃酮類化合物是植物特有次生代謝產物，指2個苯環（A-與B-環）通過中央3個碳原子相互連接形成具有C6-C3-C6基本結構的一系列化合物[26]。黃酮類化合物生物合成首先通過苯丙烷途徑將苯丙氨酸轉化為香豆酰-CoA，香豆酰-CoA再進入黃酮合成途徑與3分子丙二酰CoA結合生成查爾酮，然后經分子內環化反應生成二氫黃酮類化合物[27]。本試驗中添加磷鉀元素后遼東楤木多糖、皂苷和黃酮含量均顯著高于對照，P2K1（磷酸二銨200 kg·hm-2+硫酸鉀90 kg·hm-2）處理下多糖和皂苷達到最大值，P2K2（磷酸二銨200 kg·hm-2+硫酸鉀180 kg·hm-2）處理下黃酮含量達最大值，說明磷鉀元素外源添加增加遼東楤木藥用有效成分，這可能是由于磷、鉀元素促進某些酶作用，加速核酸合成，保障糖聚合和運輸，提高多糖、皂苷及黃酮含量，因此，合理磷鉀配比施肥有利于藥用植物生長發育以及次生代謝產物累積。

此外，本試驗中磷酸二銨中主要為磷肥，但也含有少量氮肥，因此氮肥對遼東楤木生長及品質影響還有待于進一步研究。另外，營養元素混合添加還應綜合考慮種植地土壤、氣候、溫度、栽培手段等因素。