不同施氮水平对砂培小茴香生长及精油含量与组分的影响

张宇鹏，潘春香，谢永聪

（韶关学院 英东农业科学与工程学院， 广东 韶关 512005）



不同施氮水平对砂培小茴香生长及精油含量与组分的影响

张宇鹏，潘春香*，谢永聪

（韶关学院 英东农业科学与工程学院， 广东 韶关 512005）

摘要：以内蒙古小茴香为材料，采用砂培法，以NH4NO3为氮肥，设计0 mmol·L-1（CK）、30 mmol·L-1、60 mmol·L-1、90 mmol·L-1和120 mmol·L-1五个施氮水平，探讨不同施氮水平对小茴香植株生长、叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、全氮含量以及精油含量和组分的影响.结果表明：60 mM和30 mM处理小茴香株高达到35.2±4.74 cm和34.1±1.76 cm，分别极显著较对照高26.62%和22.66%；施用氮肥后叶片叶绿素含量最高的是60 mM处理，是对照的2倍.不同施氮水平对小茴香的地上部 生物量影响显著，施氮量30～90 mM随氮浓度的增加，小茴香地上部干重较对照分别高0.85%、3.40%和37.44%.可溶性蛋白质含量随施氮量的增加而增加，但对精油提取量影响不大.施用不同水平的氮肥主要影响小茴香精油中柠檬烯和α-萜品烯的相对含量，且90 mM处理效果最好.主成分反式茴香脑含量也以90 mM处理值最高，但各处理之间差异不显著.

关键词：小茴香；施氮水平；精油含量；精油成分

小茴香（Foeniculumvulgare Mill.）又名茴香、香丝菜、谷茴香，为伞形科一年生草本植物，作为一种多用途芳香植物，国内常用作调味品、中药、蔬菜等，而国际上常将其用作提取精油.茴香精油作为植物次生代谢产物，广泛应用于医药、化妆品和食品添加剂.与原产地相比，中国茴香存在精油含量低、品质不高等问题，这一现状严重制约中国茴香籽和茴香精油的出口［1-2］.研究结果表明增加氮的施用量可以增加甘菊（Chamomilla recutita L.）、百里香（Thymus mongolicus Ronn.）精油的含量［3-4］，砂培方式下施氮水平对小茴香精油含量和成分影响的研究鲜有报道.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于广东省韶关市浈江区韶关学院英东农业科学与工程学院实验基地温室大盆内进行.地理位置为北纬24°46′、东经113°39′，海拔为110.4 m，气候条件为中亚热带湿润型季风气候，全年平均气温为18.8℃，年降水量1 400 mm，年平均日照1 925 h.

1.2 试验材料

供试材料为内蒙古小茴香，产地为内蒙古自治区呼和浩特市托克托县.

1.3 试验方法

本试验采用砂培盆栽栽培.选取籽粒饱满，大小均一的茴香种子催芽后育苗，待幼苗长至2叶1心时选取长势均匀的幼苗移栽到直径约15 cm塑料盆中进行砂培，每盆5株，待试验苗株高约20 cm时进行处理.以Ca（H2PO4）2·H2O（0.3g·盆-1），K2S04（0.3 g·盆-1）、MgS04·7H2O （0.2 g·盆-1）作基肥，根据氮肥施用浓度共设5个处理，即0 mmol·L-1（CK）、30 mmol·L-1、60 mmol·L-1、90 mmol·L-1和120 mmol·L-1，每处理14盆，每次每盆施处理液150 ml，每隔3 d处理一次，共处理5次，15 d后进行各项指标测定及精油提取.

每处理随机取样5株，测定株高、叶片数，并进行地上部鲜重和干重、地下部鲜重和干重、干物率的测定；叶绿素含量的测定采用比色法［5］，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法［6］，可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G-250法［7］，全氮含量的测定采用微量凯氏定氮法［8］.

精油采用同时蒸馏萃取法提取，具体步骤为：取整株茴香苗剪碎且混匀，称取约100 g（其中地上部约80 g+地下部约20 g）置于1 000 mL圆底烧瓶，加500 mL蒸馏水，蒸馏3 h，在蒸馏时利用装有2 mL正己烷（色谱纯）的接受管萃取，利用正己烷溶液体积增加量计算精油的提取量，蒸馏结束回收正己烷溶液，尽量除去水分，精油正己烷溶液用小试管封装，于-20℃下保存待测.取茴香精油正己烷溶液1 uL稀释至10 uL，进行GC/MS分析（Thermo Finnigan，型号Trace GC-2000/DSQ），精油成分定性在参考前人研究的基础上计算成分保留系数，同时结合NIST（2002）标准普库进行鉴定，使用色谱峰面积归一法确定精油成分的相对含量，每个样品3次重复.

1.4 统计分析

采用Excel和SPSS软件对数据进行分析.

2 结果与分析

2.1 不同施氮水平对小茴香生长的影响

表1结果表明，除120 mM处理随施氮量的增加茴香株高较对照显著增加，其中60 mM和30 mM处理株高达到35.2±4.74 cm和34.1±1.76 cm，分别极显著较对照高26.62%和22.66%，90 mM处理也显著高于对照10.43%.叶片数0～90 mM处理相差不大，但120 mM处理显著低于其他处理.施用氮肥后叶片叶绿素含量均极显著高于对照，其中最高的是60 mM处理，为0.12±0.01 mg.g-1，是对照的2倍；其次是30 mM处理，是对照的1.67倍.随施氮量增加小茴香全氮含量极显著增加，但90 mM处理与120 mM处理差异不显著.可见30 ～90 mM施氮水平有利于小茴香的生长.

表1 不同施氮水平下小茴香生长的变化

2.2 不同施氮水平对小茴香生物量的影响

表2结果表明，不同施氮水平对小茴香的地上部生物量影响显著，施氮量30～90 mM随氮浓度的增加，小茴香地上部鲜重分别较对照高10.34%、13.85%和47.48%；地上部干重较对照也分别高0.85%、3.40%和37.44%；但120 mM处理均显著低于对照，地上部各处理干物率差异不显著.施氮处理地下部鲜重、干重均高于对照，最大的是60 mM处理，分别为3.41±0.52 g.plant-1和0.34±0.07 g.plant-1，分别是对照的1.71倍和1.62倍，其次是90 mM处理和30 mM处理；各处理地下部干物率相差不大.这说明60～90 mM施氮水平有利于提高小茴香生物量.

表2 不同施氮水平对小茴香生物量的变化

2.3 不同施氮水平对小茴香品质的影响

表3结果可知，不同施氮水平下小茴香的可溶性糖含量最高的是对照（CK），为14.53±1.99 mg.g-1，30～120 mM处理可溶性糖含量分别是对照的68.13%、67.93%、68.34%和78.53%；可溶性蛋白质含量随施氮量的增加而增加，施氮处理可溶性蛋白质含量分别较对照（11.55±2.20 mg.g-1）高3.72%、26.32%、42.16%和63.38%；精油提取量以60 mM处理最多，为2.0 mL，其他四个处理均为1.9 mL.可见施氮能够提高小茴香可溶性蛋白质含量，但对精油提取量影响不大.

表3 不同施氮水平对小茴香品质的影响

2.4 不同施氮水平对小茴香精油含量与组分的影响

对各处理小茴香精油成分进行定性分析，共鉴定出18种成分，各成分相对含量根据峰面积归一法计算.表4结果表明，已鉴定成分的精油占总峰面积最多的是90 mM处理（49.46 %），其次是CK处理（43.71 %）和120 mM处理（42.64%），最少的是30 mM处理（34.22%），可见90 mM施氮水平能够提高小茴香精油相对含量.

小茴香精油主要成分反式茴香脑的相对含量在16.45%～23.12%之间，90 ～120 mM施氮水平反式茴香脑的相对含量高于对照，但各处理间差异不显著；柠檬烯的相对含量在4.86%～11.39%之间，其中90 mM处理相对含量极显著高于其他处理；萜品油烯相对含量各处理间相差不大；α-萜品烯相对含量最多的是90 mM处理，为2.99%，显著高于对照（2.69%）0.3个百分点，其他处理间相差不大；莳萝芹菜脑相对含量最多的是120 mM处理，其次是90 mM处理，分别较对照（1.61%）高2.07和0.86个百分点.小茴香精油含量相对较低的成分中，30 mM处理α-蒎烯相对含量为0.72%，极显著高于其他处理，而α-水芹烯和3，4-二甲基-2，4，6-辛三烯相对含量最高的为60 mM处理；施氮处理茴香酮相对含量和葑醇乙酸酯相对含量均极显著低于对照（0.63%），且随施氮水平增加萜品-4-醇 Terpin-4-ol相对含量亦有逐步降低的趋势；其他成分各处理间相差不大.可见，施用不同水平的氮肥主要影响小茴香精油中柠檬烯和α-萜品烯的相对含量，且90 mM处理效果最好.

表4 不同施氮水平对小茴香精油含量与成分的影响

3 结论与讨论

氮是植物生长发育必需的营养元素之一，缺氮植物生长受抑不利于生物量的累积［9］.氮肥在小茴香生产中起着极其重要的作用，施氮肥能提高小茴香产量，产量明显高于不施，但当氮肥施用量超过一定范围时，随着氮肥施用量的增加反而不利于小茴香生长［10］.本研究中，30～90 mM施氮水平小茴香株高显著提高，叶绿素含量、全氮含量及地上部干重也显著增加，有利于小茴香的生长，但120 mM处理抑制了小茴香的生长，这与前人研究相同.

施肥量、施肥方式、氮源、矿质离子浓度等对茴香精油成分的相对含量具有一定影响，增加施氮量促使茴香精油中苯丙烷类化合物含量和单萜类化合物含量增加，施用硫酸铵和硝酸铵使反式茴香脑相对含量增加19%［11-12］.何金明等研究了深液流水培模式下不同氮浓度对小茴香精油含量和组分的影响，结果表明随着氮浓度的升高小茴香单株精油产量均表现为先不断增高后降低的规律，精油主要成分是反式-茴香脑（63.89%～79.28%）、柠檬烯（5.65%～18.28%）和莳萝芹菜脑（2.26%～12.61%）等［13］.本研究结果表明，砂培模式下，施氮处理30～120 mM处理小茴香精油含量也呈现出先增加后降低的趋势，但仅有90 mM处理精油含量高于不施氮对照处理；精油主要成分为反式茴香脑（16.45%～23.12%）、柠檬烯（4.86%～11.39%）、萜品油烯（4.28%～5.01%）以及α-萜品烯（0.80%～2.99%），主要成分有不同且含量均较水培模式低；这说明不同栽培模式氮素对小茴香精油含量与组分影响不同.

综上所述，30～90 mM施氮水平能够促进砂培小茴香的生长发育，且90 mM施氮水平能提高砂培小茴香主成分反式茴香脑和柠檬烯含量.

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（责任编辑：邵晓军）

中图分类号：S311

文献标识码：A

文章编号：1007-5348（2016）02-0046-05

［收稿日期］2015-12-28

［基金项目］国家自然科学基金项目（31070287）.

［作者简介］张宇鹏（1989-），男，山西忻州人，韶关学院英东农业科学与工程学院助教，硕士；研究方向：植物栽培.*通讯作者.

The Effect of Different Nitrogen Concentrations on Sand Culture Fennel Plant Growth，Essential Oil Contents and Components

ZHANG Yu-peng， PAN Chun-xiang， XIE Yong-cong
（Yingdong College of Agricultural Science and Engineering， Shaoguan University， Shaoguan 512005，Guangdong，China ）

Abstract:The study took fennel of Inner Mongolia of China as materials， and NH4NO3as nitrogenous fertilizer，designing 5 different nitrogen application levels （0 mmol·L-1（CK）30 mmol·L-1、60 mmol·L-1、90 mmol·L-1and 120 mmol·L-1respectively）. Basing on sand culture method， it explored the effects of different nitrogen levels on the fennel growth， chlorophyll content， soluble sugar content， soluble protein content， total nitrogen content and essential oil contents and components. The results showed: the plant height of fennel with 60 mM and 30 mM nitrogen applying treatments were 35.2±4.74 cm and 34.1±1.76 respectively， more higher than no nitrogen treatment （26.62% and 22.66% respectively） and reached an extremely significant difference. After fertilizing nitrogen， the chlorophyll content of leaves of fennel with 60 mM nitrogen applying treatment was the largest and two times to that of the contrast group. Different nitrogen application levels on fennel led to remarkable differences， with the increasing concentrations of nitrogen from 30 to 90 mM， dry matter weight of shoot of fennel were higher than contrast（0.85%、3.40% and 37.44% respectively）. Besides， there was more nitrogen applying， while there would be more soluble protein content， but there was little effect on essential oil. The effects of different nitrogen applications on essential oil of fennel mainly affects the relative content between limonene and α-terpinene， and the best treatment is 90 mM. The highest contents of （E）-anethole is treatment 90mM， but the difference is not significant with other treatments.

Key words:fennel； nitrogen application levels； essential oils contents； essential oils components