于錫宏，趙文博，程 瑤，張 鑫，白國(guó)梁，蔣欣梅，劉曉英

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，哈爾濱 150030；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部東北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150030；3.林下經(jīng)濟(jì)資源研發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，哈爾濱 150040；4.寶清縣和源堂藥業(yè)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(yíng)養(yǎng)而深受消費(fèi)者喜愛(ài)。其樹(shù)皮和根作為傳統(tǒng)中草藥在補(bǔ)虛、抗關(guān)節(jié)炎和抗糖尿病等方面研究廣泛[1]。遼東楤木食用與藥用價(jià)值被人們廣泛認(rèn)可，但由于近年來(lái)掠奪式開(kāi)采，造成野生資源日趨枯竭和生態(tài)環(huán)境不斷惡化，因此，開(kāi)展遼東楤木人工栽培迫在眉睫。

氮、磷、鉀是植物正常生長(zhǎng)必不可少三大營(yíng)養(yǎng)元素，其合理施用對(duì)植物產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分吸收利用率及經(jīng)濟(jì)效益提高至關(guān)重要。磷在植物生長(zhǎng)發(fā)育中發(fā)揮重要作用，主要儲(chǔ)存和運(yùn)輸能量物質(zhì)，同時(shí)，磷也是植物體內(nèi)重要生化物質(zhì)如核苷酸、核酸、磷脂等結(jié)構(gòu)組分[2]。曹鮮艷等研究黃岑磷鉀調(diào)控，明確磷鉀組合施用可提高根冠比和經(jīng)濟(jì)系數(shù)，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(diào)控植物生理代謝過(guò)程，且可提高光合作用強(qiáng)度，促進(jìn)植物體內(nèi)淀粉和糖形成，改善植物品質(zhì)，增強(qiáng)植物抗逆性。朱祖雷等研究發(fā)現(xiàn)“駿棗”添加鉀元素后，果實(shí)產(chǎn)量、品質(zhì)均有提升，果實(shí)裂果率降低[4]。

大量研究表明，在營(yíng)養(yǎng)元素施用過(guò)程中，最關(guān)鍵一環(huán)為“養(yǎng)分平衡”，即保持苗木不同發(fā)育時(shí)期養(yǎng)分需求供給與營(yíng)養(yǎng)元素動(dòng)態(tài)平衡。總體來(lái)說(shuō)，不同植物對(duì)氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素需求量不同，同一植物在不同生長(zhǎng)時(shí)期所需營(yíng)養(yǎng)元素施用水平也不同，因此需研究苗木所需營(yíng)養(yǎng)元素組合配比試驗(yàn)，通過(guò)合理調(diào)控提高苗木生長(zhǎng)、果實(shí)品質(zhì)、抗逆抗病能力、產(chǎn)量等，對(duì)經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)技術(shù)調(diào)控和品質(zhì)改良具有重要理論意義和良好應(yīng)用前景。目前，氮磷鉀配比施肥對(duì)植株生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量研究已在糧食作物和大宗蔬菜中開(kāi)展，而遼東楤木研究主要集中在自然分布規(guī)律[5]、仿野生栽培[6]、反季節(jié)栽培[7]、馴化[8]、次生代謝產(chǎn)物[9]等方面，磷鉀元素對(duì)遼東楤木生長(zhǎng)發(fā)育影響鮮有報(bào)道。因此，本試驗(yàn)研究遼東楤木不同磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素施肥處理，探究磷鉀元素對(duì)遼東楤木生長(zhǎng)、產(chǎn)量及有效成分的影響，篩選適合遼東楤木最優(yōu)磷鉀配比組合，為其人工栽培合理施肥提供理論依據(jù)。

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(hào)”，由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)蔬菜生產(chǎn)設(shè)施工程與環(huán)境實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 方法

本試驗(yàn)于2018～2019年開(kāi)展，設(shè)計(jì)磷和鉀兩個(gè)因素3個(gè)水平試驗(yàn)，磷來(lái)源為磷酸二銨（P2O546%），鉀來(lái)源為硫酸鉀（K2O 50%），均為基肥處理，遼東楤木長(zhǎng)至4片真葉時(shí)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(qū)10 m2。設(shè)置3個(gè)對(duì)照，即以不施肥為對(duì)照1（CK0），以單一施用中等水平磷為對(duì)照2（P2），以單一施用中等水平鉀為對(duì)照3（K2），其余磷鉀組合施肥處理代碼及施肥量見(jiàn)表1，共計(jì)12個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共36個(gè)小區(qū)，小區(qū)完全隨機(jī)區(qū)組排列。

每小區(qū)隨機(jī)選取5株掛牌標(biāo)記，于5月初開(kāi)始，移栽后第10天第1次測(cè)定其株高、當(dāng)年生枝條基部莖粗，此后每隔40 d測(cè)定1次，共計(jì)3次。

5月中旬，當(dāng)遼東楤木頂芽可采收時(shí)，測(cè)定其可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、多糖、黃酮、皂苷含量及頂芽產(chǎn)量?？扇苄蕴呛繙y(cè)定采用蒽酮比色法[10]；可溶性蛋白質(zhì)含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[11]；多糖含量測(cè)定采用苯酚法[12]；黃酮含量測(cè)定參照J(rèn)ia等方法[13]；皂苷含量測(cè)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(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理軟件分析數(shù)據(jù)，采用Duncan新復(fù)極差法分析差異顯著性。主成分分析參考紀(jì)洪亭等計(jì)算方法[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素處理對(duì)遼東楤木株高及莖粗的影響

由表2可知，磷、鉀元素添加對(duì)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(shí)株高達(dá)最大值；P2K2處理下遼東楤木莖粗在90 d時(shí)達(dá)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(zhǎng)勢(shì)。此外，隨磷鉀元素添加量增加，形態(tài)指標(biāo)呈先升后降趨勢(shì)，說(shuō)明添加適量磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素可增加遼東楤木株高和莖粗。

2.2 不同磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素處理對(duì)遼東楤木單株頂芽產(chǎn)量的影響

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

2.3 不同磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素處理對(duì)遼東楤木品質(zhì)的影響

2.3.1 不同磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素處理對(duì)遼東楤木營(yíng)養(yǎng)成分的影響

結(jié)果見(jiàn)圖2～3。

表2 不同磷鉀元素添加組合對(duì)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(duì)遼東楤木單株頂芽產(chǎn)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(duì)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(duì)遼東楤木可溶性蛋白質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)含量呈先升后降趨勢(shì)，說(shuō)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(zhì)含量。

2.3.2 不同磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素處理對(duì)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(duì)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(shí)，隨鉀含量增加，多糖含量呈下降趨勢(shì)，皂苷含量呈先降后升趨勢(shì)，黃酮含量呈先升后降趨勢(shì)，說(shuō)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(shí)，隨磷含量增加，多糖、皂苷、黃酮均呈先升后降趨勢(shì)，說(shuō)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(xiàng)指標(biāo)相關(guān)性分析與主成分分析

分析磷鉀元素處理下遼東楤木各項(xiàng)指標(biāo)相關(guān)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(chǎn)量、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、多糖、皂苷、黃酮呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。除此之外，遼東楤木形態(tài)指標(biāo)、單株產(chǎn)量、品質(zhì)指標(biāo)、藥用活性成分之間均呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。

圖4 不同磷鉀元素添加組合對(duì)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(duì)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(duì)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(xiàng)指標(biāo)相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of various indicators of Aralia elata(Miq.)Seem.under different phosphorus and potassium element combinations

應(yīng)用主成分分析對(duì)遼東楤木株高、莖粗、單株產(chǎn)量、可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)、多糖、皂苷、黃酮8個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)降維和標(biāo)準(zhǔn)化處理，結(jié)果見(jiàn)表4。共提取3個(gè)主成分，第1個(gè)主成分特征值為6.06，貢獻(xiàn)率為75.77%；第2個(gè)主成分特征值為0.69，貢獻(xiàn)率為8.60%；第3個(gè)主成分特征值為0.56，貢獻(xiàn)率為6.94%。前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為91.310%，即前3個(gè)主成分涵蓋原始數(shù)據(jù)信息總量98.91%。因此可將前3個(gè)主成分作為綜合變量評(píng)價(jià)磷鉀元素添加對(duì)遼東楤木生長(zhǎng)及品質(zhì)的影響。

表5 為前3個(gè)主成分分析因子負(fù)荷量，由表5可知，與主成分1相關(guān)性較強(qiáng)指標(biāo)為莖粗、黃酮和可溶性糖，均呈正相關(guān)；與主成分2相關(guān)性較強(qiáng)指標(biāo)為皂苷、單株產(chǎn)量和黃酮，其中皂苷、單株產(chǎn)量均呈正相關(guān)，黃酮呈負(fù)相關(guān)；與主成分3相關(guān)性較強(qiáng)指標(biāo)為單株產(chǎn)量、皂苷和可溶性蛋白質(zhì)，其中皂苷呈正相關(guān)，單株產(chǎn)量和可溶性蛋白質(zhì)呈負(fù)相關(guān)。

表4 主成分分析特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 4 Eigenvalues,contribution rate and cumulative contribution rate of principal component analysis

表5 前3個(gè)主成分分析因子負(fù)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(jì)算及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，以各主成分對(duì)應(yīng)貢獻(xiàn)率為權(quán)重，構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型為：

Y=0.7577Y1+0.8597Y2+0.6941Y3

并對(duì)此綜合評(píng)價(jià)計(jì)算得分，結(jié)果見(jiàn)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(duì)照得分最低，分值為0.647。對(duì)添加磷鉀營(yíng)養(yǎng)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(shuō)明磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素添加對(duì)遼東楤木生長(zhǎng)及品質(zhì)改善效果較好。

表6 磷鉀營(yíng)養(yǎng)元素處理下遼東楤木各項(xiàng)指標(biāo)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(jié)論

植物生長(zhǎng)發(fā)育離不開(kāi)土壤養(yǎng)分供給，其中磷、鉀元素是植物不可或缺的大量元素。本試驗(yàn)表明，添加磷、鉀元素對(duì)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(jié)果一致。可能是由于磷元素添加提高植株根系活力、光合能力，提升其生理活性，磷元素缺乏是植物生長(zhǎng)中最重要限制因素之一，提高植物磷元素利用率機(jī)制對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)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(zhì)合成、養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收、呼吸等過(guò)程“能量”分子。磷也是蛋白質(zhì)合成和遺傳物質(zhì)（DNA，RNA）轉(zhuǎn)移所必需其他化合物成分。鉀元素是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需元素之一，在自然界中主要以移動(dòng)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(diào)節(jié)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(chǎn)量均顯著高于對(duì)照，說(shuō)明磷鉀元素混合添加優(yōu)于任何一種單一元素添加效果，通過(guò)主成分分析評(píng)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(xù)增加，其各項(xiàng)指標(biāo)呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明磷鉀過(guò)量施用影響遼東楤木正常生長(zhǎng)發(fā)育，這與殷文[20]，劉崇政[21]等研究結(jié)果一致，可能是由于磷肥過(guò)量施用過(guò)度消耗植株貯存營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。李勇等研究發(fā)現(xiàn)增施鉀肥到一定水平后，繼續(xù)提高鉀肥使用量馬鈴薯增產(chǎn)效果下降[22]。因此遼東楤木生產(chǎn)適宜磷鉀組合施，提高其產(chǎn)量和品質(zhì)。

可溶性蛋白質(zhì)是植物生理代謝過(guò)程中非常重要指標(biāo)，同樣也是光合作用重要間接產(chǎn)物，其形成受光合作用限制，因此遼東楤木體內(nèi)可溶性蛋白質(zhì)含量是評(píng)價(jià)其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量重要指標(biāo)?？扇苄蕴窃谥参餄B透調(diào)節(jié)過(guò)程中發(fā)揮重要作用，同時(shí)也反映植物體內(nèi)碳水化合物變化情況。本試驗(yàn)中磷鉀元素組合處理可溶性蛋白質(zhì)和可溶性糖含量均顯著高于對(duì)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(zhì)與可溶性糖含量達(dá)最大值，另外，單獨(dú)添加鉀元素（K2）可溶性蛋白質(zhì)含量顯著高于單獨(dú)添加磷元素（P2）；可溶性糖含量顯著低于單獨(dú)添加磷元素，說(shuō)明外源添加鉀元素主要增加遼東楤木可溶性蛋白質(zhì)含量，磷元素則利于增加可溶性糖含量。綜合來(lái)看，適量磷鉀添加有利于遼東楤木葉片可溶性蛋白質(zhì)、可溶性糖提升，充足肥料促進(jìn)光合作用，進(jìn)而增加光合產(chǎn)物，使干物質(zhì)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(jié)果一致。

植物活性物質(zhì)是一類具有重要生物學(xué)功能的有機(jī)化合物，其中皂苷、多糖和類黃酮是3種應(yīng)用廣泛的植物活性物質(zhì)。其所含比例反映遼東楤木品質(zhì)優(yōu)劣。在自然界中，三萜和倍半萜通過(guò)MVA（Cytosolic mevalonic acid）途徑合成，單萜、二萜和四萜通過(guò)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(dòng)脈粥樣硬化、抗菌、抗病毒、消炎、抗誘變、增強(qiáng)機(jī)體免疫功能、調(diào)節(jié)機(jī)體物質(zhì)代謝、抗氧化等作用[24]；植物多糖，又稱植物多聚糖，是植物細(xì)胞代謝過(guò)程中產(chǎn)生的由一種或多種單糖糖原，通過(guò)α-或β-糖苷鍵連接而成聚合度超過(guò)10個(gè)的天然高分子化合產(chǎn)物[25]；黃酮類化合物是植物特有次生代謝產(chǎn)物，指2個(gè)苯環(huán)（A-與B-環(huán)）通過(guò)中央3個(gè)碳原子相互連接形成具有C6-C3-C6基本結(jié)構(gòu)的一系列化合物[26]。黃酮類化合物生物合成首先通過(guò)苯丙烷途徑將苯丙氨酸轉(zhuǎn)化為香豆酰-CoA，香豆酰-CoA再進(jìn)入黃酮合成途徑與3分子丙二酰CoA結(jié)合生成查爾酮，然后經(jīng)分子內(nèi)環(huán)化反應(yīng)生成二氫黃酮類化合物[27]。本試驗(yàn)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(duì)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(dá)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(dá)最大值，說(shuō)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(jìn)某些酶作用，加速核酸合成，保障糖聚合和運(yùn)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(zhǎng)發(fā)育以及次生代謝產(chǎn)物累積。

此外，本試驗(yàn)中磷酸二銨中主要為磷肥，但也含有少量氮肥，因此氮肥對(duì)遼東楤木生長(zhǎng)及品質(zhì)影響還有待于進(jìn)一步研究。另外，營(yíng)養(yǎng)元素混合添加還應(yīng)綜合考慮種植地土壤、氣候、溫度、栽培手段等因素。