氮磷钾配施对甘草生物量和活性成分的影响△

金燕清，王秋玲，侯俊玲，王文全，，3，孙玉东，宋庆燕

(1.北京中医药大学 中药学院，北京 100102；2.中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所，北京 100193；3.中药材规范化生产教育部工程研究中心，北京 100102)

氮磷钾配施对甘草生物量和活性成分的影响△

金燕清1，王秋玲2，侯俊玲1，王文全1，2，3，孙玉东2，宋庆燕1

(1.北京中医药大学 中药学院，北京100102；2.中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所，北京100193；3.中药材规范化生产教育部工程研究中心，北京100102)

目的：探究不同氮磷钾配方营养液对一年生甘草生物量和活性成分的影响。方法：通过盆栽试验，氮磷钾采用“3414”试验方案，根施不同配方营养液。动态观测地上鲜重、根鲜重的变化，并采用HPLC法测定根中活性成分含量。结果：不同配方施肥处理对一年生甘草生物量、活性成分含量的影响存在一定差异。其中，处理组N2P2K1、N2P3K2的根鲜重比对照组分别增加了56.7%和50.0%，甘草酸含量比对照组提高了29.6%和65.4%，甘草酸单株产量比对照组提高了103.0%和141.7%。结论：适宜水平的氮磷钾配合施用能促进盆栽一年生甘草的生长，显著提高甘草的生物量和活性成分的含量。

甘草；氮磷钾配施；生物量；活性成分

甘草GlycyrrhizauralensisFisch.为豆科多年生草本植物，为我国常用大宗中药材，在医药、食品、日用化学品、烟草等行业具有广泛的应用价值[1]。目前甘草资源总蕴藏量仍在减少，栽培甘草将成为野生甘草的重要替代资源，而栽培与野生甘草药材之间存在较大的质量差距[2]。栽培技术是提高栽培药材产量和质量主要措施之一，而施肥又是栽培技术的核心。调查研究发现，目前在甘草的栽培过程中大多仍按照传统方式施肥，重视氮肥或氮磷肥的施用，而钾肥施用不足，从而造成氮磷钾比例失调，并且过量施用磷肥造成土壤板结，使肥料利用率降低，严重限制了栽培甘草产量和质量的进一步提高。施肥的科学性和合理性是影响药材产量和质量的重要措施，因此氮磷钾合理配施对甘草生长、产量和质量的影响值得研究。

“3414”肥料方案是农业部测土配方施肥技术规范推荐采用的方案设计，是目前国内外在施肥试验方面应用较为广泛的田间试验方案，在农作物、中药材中已取得初步成果[4-6]。采用“3414”方案进行氮、磷、钾配比对甘草育苗影响的研究表明，不同氮磷钾配比营养液对甘草种子的出苗品质和幼苗生长发育均具有极显著影响[7]。目前通过盆栽试验，采用“3414”方案研究不同氮磷钾配方营养液对一年生甘草生物量和活性成分积累的研究鲜见报道。本试验采用“3414”试验方案，研究盆栽试验条件氮磷钾配方营养液对一年生甘草生物量和活性成分积累的影响，以期为栽培甘草的合理施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1供试材料

以甘草种子为试验材料，该种子购自内蒙古伊力药材公司，经北京中医药大学王文全教授鉴定为甘草GlycyrrhizauralensisFisch.种子。种子经过净选后不过10号筛，发芽率为78.5%，千粒重为10.5g。

1.2营养液配方

在Hoagland营养液的基础上，试验所用营养液中氮磷钾采用“3414”试验方案配制。“3414”是指氮(N)、磷(P)、钾(K)3因素，各4水平，共14个处理的施肥配方设计，分别采用尿素(CO(NH2)2)、过磷酸钙(Ca(H2PO4)2·H2O)和硫酸钾(K2SO4)作为N、P、K肥料。各施肥因素的4个水平中，0水平指不施肥，2水平指Hoagland营养液中各元素的水平，1水平为2水平的0.5倍，3水平为2水平的1.5倍。各处理中氮磷钾的水平和元素所对应化合物的浓度见下表1。其他大量元素及微量元素营养液的配方参照Hoagland营养液配方，分别为440mg·L-1CaCl2、493mg·L-1MgSO4·7H2O、2.86mg·L-1H3BO3、2.13mg·L-1MnSO4·4H2O、0.22mg·L-1ZnSO4·7H2O、0.08mg·L-1CuSO4·5H2O、0.03mg·L-1Na2MoO4·2H2O，2.5mg·L-1Fe-EDTA提供铁元素。再用碳酸氢钠调pH到7.0。试验所用试剂均为分析纯。

1.3试验方法

试验在北京中医药大学药用植物园进行，选用盆高35cm、盆口直径35cm、盆底直径25cm的塑料花盆，每盆装入蛭石——珍珠岩——沙土(体积比为5∶1∶1)混匀组成的基质。试验于2014年5月9日进行，将经过浓硫酸处理的甘草种子播种于花盆中，每盆播种量为2g左右。在甘草播种苗长至4～5片真叶(5月26日)时，先用1/2浓度各处理的营养液浇灌，适应7天后用各处理的全浓度营养液浇灌。每20天向基质中浇灌各处理的配方营养液以提供植物所需的养分，其余时间浇灌清水[7]。每处理9盆，共计126盆。

1.4测定指标与方法

于第1次浇灌营养液处理后，分别在8月5日(Ⅰ)、9月10日(Ⅱ)和10月15日(Ⅲ)进行取样，每盆取样15～20株，每个重复取3盆，3次重复，进行各项生长指标测定。用盒尺测量株高，游标卡尺测定根粗，用电子称(精确度为0.01g)称量单株根鲜重。样品于50℃烘干后，粉碎过40目筛，采用HPLC方法[8]测定甘草中甘草苷、甘草酸、异甘草苷、甘草素和异甘草素的含量。

1.5数据分析

应用Excel进行试验数据的录入整理和图表绘制，采用SPSS19.0软件进行统计与One-wayANOVA方差分析及用Dun-can检验法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1施肥效果

2.1.1不同施肥处理对甘草地上鲜重的影响 甘草经根施不同配方营养液后，在3次取样中，不同施肥处理地上鲜重均呈现先增加后降低的趋势，各处理组间存在显著的差异性(P<0.05)，在Ⅱ期取样时地上鲜重达到最大值，如图1显示。当磷钾施用浓度为中等水平(P2K2)时，同一时期地上鲜重随施氮浓度增大呈增加的变化，在Ⅱ期取样时氮肥对地上鲜重的增加效应为N3>N2>N1>N0，且N3、N2与N1、N0间差异显著(P<0.05)，N3、N2间差异不显著。说明中高水平的氮肥有利于地上鲜重的增加。当氮钾施用浓度为中等水平(N2K2)时，地上鲜重随施磷浓度增加呈增加的趋势，至Ⅱ期取样时磷肥对地上鲜重的增加效应为P2>P1>P3>P0，且P2与P3、P1、P0间差异显著(P<0.05)，说明中等水平的磷肥有利于地上鲜重的增加。当氮磷施用浓度为中等水平(N2P2)时，随植株的生长地上鲜重随施钾浓度增加变化趋势不一致，在Ⅰ、Ⅲ取样时钾肥对地上鲜重的增加效应为K0>K2>K3>K1，而Ⅱ期取样时钾肥对根鲜重的增加效应为K2>K1>K3>K0，且K1、K2与K0、K3间差异显著(P<0.05)，说明缺钾或者中等水平钾肥有利于地上鲜重的增加。

在Ⅱ期取样时，所有处理间比较，其中N2P2K2、N2P2K1和N3P2K2处理的甘草地上鲜重显著高于其他处理，分别比对照组增加了92.3%、84.6%和107.7%。随着植株的生长，磷肥的缺失对甘草地上生长的抑制作用越来越明显，在Ⅲ期取样时其地上鲜重显著低于对照组。

图1 氮磷钾配施对地上鲜重的影响

2.1.2不同施肥处理对甘草根鲜重的影响 不同配方营养液处理后，随植株的生长，各处理组根鲜重表现出持续增加的趋势，各施肥处理对根鲜重影响存在显著差异性，作图2。当磷钾施用浓度为中等水平(P2K2)时，同一时期根鲜重随施氮浓度增大均呈现先增加后降低的趋势，至Ⅲ期取样时氮肥对根鲜重的增加效应为N2>N3>N1>N0，且N2与N3、N1、N0间差异显著(P<0.05)，说明氮肥不足不利于根鲜重的增加。当氮钾施用浓度为中等水平(N2K2)时，根鲜重随施磷浓度增加呈先增加后降低的趋势，至Ⅲ期取样时磷肥对根鲜重的增加效应为P2>P3>P1>P0，且P3、P2、P1与P0间差异显著(P<0.05)，说明磷肥缺失会抑制甘草根鲜重的增加。当氮磷施用浓度为中等水平(N2P2)时，根鲜重随施钾浓度增加均呈现先增加后降低的趋势，至Ⅲ期取样时钾肥对根鲜重的增加效应为K1>K2>K3=K0，但不同水平的钾肥对根鲜重的影响差异不显著。

在Ⅲ期取样时各施肥处理根鲜重与对照组(N0P0K0)之间的差异显著，其中N2P2K1、N2P3K2和N2P2K2处理对根鲜重的增加作用明显，分别比对照组增加了56.7%、50.0%和55.8%。这与氮磷钾合理配施产生互作效应增加肥效可以促进根的生长是一致的。磷肥缺失对根鲜重的影响与地上鲜重的是一致的，在Ⅲ期取样时处理组N2P0K2的根鲜重显著低于对照组。

图2 氮磷钾配施对根鲜重的影响

2.1.3不同施肥处理对甘草活性成分的影响 甘草经根施不同配方营养液后，通过对Ⅲ期取样的样品进行HPLC含量测定，发现不同配方营养液对甘草样品中甘草苷和甘草素含量的影响差异不显著(P>0.05)，甘草酸、异甘草苷和异甘草素含量的影响均存在差异性，不同处理组中5种活性成分含量变化情况作图3。与对照组(N0P0K0)相比，处理组N1P1K2、N2P3K2的甘草酸含量分别增加了81.1%、65.4%，处理组N1P2K2、N2P3K2的甘草苷含量分别提高了45.6%和42.2%，处理组N2P2K1、N2P2K3的异甘草苷含量分别增加了45.8%和54.7%。处理组(N2P0K2)的甘草苷和甘草酸含量分别比对照组降低了24.5%和7.4%。

图3 氮磷钾配施对甘草活性成分含量的影响

2.1.4不同施肥处理对甘草酸积累的影响 活性成分含量主要反映单位质量的药材中某一成分的单位质量分数，为质量百分比。活性成分产量是用于衡量活性成分的积累情况的指标，其计算公式为：活性成分产量=活性成分含量×药材产量[9]。动态取样过程中，不同配方营养液处理下甘草酸含量和甘草酸产量的变化分别见图4、图5，可以看出，从Ⅰ～Ⅲ期取样时，甘草酸含量和产量均呈现出不断增加的趋势，各处理组中甘草酸含量和产量之间差异显著。处理N1P1K2、N2P3K2对甘草酸的积累促进作用尤为显著，在Ⅲ期取样时，由图4可以看出，处理组N1P1K2和N2P3K2的甘草酸含量分别比对照组(N0P0K0)增加了81.1%和65.4%；由图5可以看出，处理组N1P1K2和N2P3K2中甘草酸产量分别比对照组(N0P0K0)增加了141.7%和117.7%。而处理N2P0K2对甘草酸的含量和产量分别比对照组(N0P0K0)降低了7.22%和34.07%，表明缺磷不利于甘草酸含量和产量的提高。

图4 氮磷钾配施对不同时期甘草酸含量的影响

图5 氮磷钾配施对不同时期甘草酸单株产量的影响

2.2施肥效果分析

2.2.1氮磷钾不同施用浓度对产量的影响 通过对N0、N1、N2、N3氮元素四个水平施用浓度同Ⅲ期取样时甘草单株根鲜重做散点图，并根据散点图拟合一元二次曲线见图a，并用回归分析求其拟合函数，该拟合函数R2=0.853，F检验P<0.05，因此拟合曲线良好，能较为真实反映在磷、钾二水平上氮施用浓度同根鲜重之间的关系。在此基础上计算得出氮最佳施用浓度为0.475g·L-1，此时单株最大根鲜重为2.07g。缺氮时理论单株根鲜重为1.1g，占理论最大产量的53.14%。同法得到磷肥和钾肥的拟合曲线图b和图c，并用回归法求的其拟合函数，并做F检验两种函数在0.05水平上都显著。由此计算出其理论最大单株根鲜重和对应施肥浓度分别为：磷施用浓度为0.132g·L-1时其最大单株根鲜重为1.66g，磷空白区单株根鲜重占理论最大单株根鲜重的45.05%；钾肥施用浓度为0.339g·L-1时最大单株根鲜重为1.69g，钾空白区产量占理论最大产量的89.94%。有三者的R2值来看磷拟合函数的精确值最高，其次是钾。

图6 氮磷钾施用浓度对甘草产量的影响

2.2.1氮磷钾不同施用浓度对甘草酸和甘草苷含量的影响 通过对氮元素四个水平N0、N1、N2、N3的施用浓度分别同Ⅲ期取样时甘草酸和甘草苷含量做散点图，并根据散点图拟合一元二次曲线见图A，并用回归分析求其拟合函数，甘草酸方程的拟合该函数R2=0.9847，甘草苷方程的拟合该函数R2=0.9539，F检验均是P<0.05，因此该曲线拟合较好，能够真实反映在磷、钾二水平上氮施用浓度同甘草酸和甘草苷含量之间的关系。从图A可以看出，随着氮肥施用浓度的增加甘草苷、甘草酸含量的变化均是先升高再降低，求解拟合方程可知氮施用浓度为0.382g·L-1和0.237g·L-1，相对应的甘草酸和甘草苷含量最大分别为0.34%和0.14%。同法得到磷肥和钾肥的拟合曲线图B和图C，并用回归分析进行方程的拟合，磷肥拟合方程和钾肥对甘草酸的拟合方程中二次项的系数均大于0，不符合报酬递减规律。但从图B可以看出，随着磷肥施用浓度的增加甘草苷、甘草酸含量的变化均是持续升高；图C可以看出，随着钾肥施用浓度的增加甘草酸含量变化是不断降低，甘草苷含量变化不明显。由钾肥对甘草苷的拟合方程可知钾肥施用浓度为0.642g·L-1时甘草苷含量分别为0.14%。

图7 氮磷钾施用浓度对甘草酸和甘草苷含量的影响

3 结论与讨论

氮磷钾如何配施有利于中药材生物量的增加和活性成分的积累是栽培技术中应当解决的关键问题，这对提高中药材的产量和活性成分含量具有重要的意义。以往研究表明，氮磷钾配施或者两两配合施用互作效应明显，能充分发挥各种养分的肥效，对灯盏花[10]、黄芪[11]、丹参[12]增产效果明显。纪瑛[13]等通过大田试验采用“3414”设计方案研究氮磷钾配施对甘草生长动态和产量的影响，结果表明中等水平氮(N2)、磷(P2)、钾(K2)对甘草生物量和产量促进效应最大。付雪艳[14]等采用“3414”肥料效应试验研究氮、磷、钾肥不同配比对甘草主要活性成分含量的影响。考虑到大田土壤中各种营养元素和复杂环境对植物的影响，本试验采用无土混合基质盆栽试验，发现不同氮磷钾配方营养液对甘草生物量和活性成分积累的影响差异显著，配方N2P2K1、N2P3K2对甘草生物量、甘草酸的积累有显著促进效应，结合单肥效应分析结果同时考虑到农民种植经济成本投入，可以兼顾较高的产量和甘草酸积累的氮磷钾配方为N2P2K1，即配方营养液中尿素的浓度是0.390g·L-1，过磷酸钙的浓度是0.126g·L-1，硫酸钾的浓度是0.261g·L-1。而氮、钾其中之一缺失，对甘草生物量和活性成分的促进效应不明显，主要是由于甘草为豆科植物，具有固氮作用，混合基质中蛭石中含有一定的钾元素，能够供甘草吸收利用。而氮、钾其中之一缺失，对甘草生物量促进效应不明显。可能是因为甘草为豆科植物，根部根瘤菌具有固氮作用[15]，可以通过固氮为甘草提供所需的氮元素。盆栽基质中蛭石含有丰富的交换钾[16]，可以为甘草的生长提供钾元素。最后1次取样时甘草中有效成分的含量总体偏低，这可能本次选用的种子千粒重为10.5g，种子相对偏小，而种子内储藏的养分越多，越有利于甘草幼苗的生长。在农业生产上要选取粒大粒重的种子，就是这个道理。混合基质是无土基质，混合基质的保水保肥透气性与土壤有一定的差别，与土壤环境的不同也是影响其次生代谢产物积累的原因之一。

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EffectsofCombinedApplicationofN，PandKonBiomassandActiveConponentsofLicorice

JINYanqing1，WANGQiuling1，HOUJunling1*，WANGWenquan1，2，3*，SUNYudong1，SONGQingyan1

(1.CollegeofChinesePharmacy，BeijingUniversityofChineseMedicine，Beijing100102，China；2.InsitituteofMedicinalPlantDevelopment，ChineseAcademyofMedicialSciencesandPekingUnionMedicalCollage，Beijing100193，China；3.LabofEngineeringResearchCenterofGAPforChineseCrudeDrugs，MinistryofEducation，Beijing100102，China)

Objective：To explore the effects of different N，P and K nutrient solution on the biomass and active component of annual licorice.Methods：N，P and K was used as “3414” test schene by pot experiment，and the nutrient solution of different formula was applied.Above-ground part and root fresh weigh of licorice were observed dynamicly，and active components content of licorice root were determined using HPLC.Results：Effect of different fertilization treatments on the biomass and active components of licorice have some difference.Compared with the control group，root fresh weight of the treatment group N2P2K1and N2P3K2increased by56.7% and50.0% respectively，content of licorice acid increased by29.6% and65.4% respectively，licorice acid production per plant yield increased by141.7% and103.0%.Conclusion：The Optimal Levels of N，P and K combined application could promote the growth of potted annual licorice，and significantly increased the biomass and the content of the active components.

Licorice；nitrogen phosphorus and potassium；biomass；active component

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.7.018

2016-04-13)

中药材规范化生产技术服务平台[工信部消费(2011)340]；国家公益性(中医药)行业科研专项项目(201107009-3)

*

侯俊玲，教授，研究方向：中药材规范化生产及其调控机制研究；E-mail：mshjl@126.com； 王文全，教授，研究方向：中药材规范化生产及其调控机制研究；E-mail：wwq57@126.com