不同氮磷配施对党参根部生长及其活性成分的影响

李莹莹，彭玉婷，徐晓蓝，梁宗锁，2，董娟娥

(1.西北农林科技大学 生命科学学院，陕西杨凌 712100；2.浙江理工大学 生命科学学院，杭州 310038)

党参是中国大宗常用药材之一。桔梗科党参属植物党参Codonopsispilosula(Franch.) Nannf.的干燥根为中药材党参，其性甘、平，用于脾肺气虚、气血不足、津伤口渴等症[1]。随着社会经济发展，人们生活水平提高，医疗事业不断进步，党参需求日益增大，而党参野生资源品质下降[2]，为增大党参药源、保障党参市场供给，人工栽培成为必然。但长期以来，中国党参人工栽培受传统种植习惯影响，缺乏系统栽培理论基础，产量难以满足市场供应，因此，规范党参栽培技术，提高其产量势在必行。研究表明，合理施用氮磷肥料可促进丹参的生长及活性成分的累积[3]；翟彩霞等[4]研究发现，施氮对黄芩根系生长及黄芪甲苷含量影响最大，但施氮量超过一定限度时，增产幅度反而降低；晋小军等[5]指出，柴胡的产量和氮磷钾肥料的施用量有密切联系。目前，关于党参的研究主要集中于其化学成分[6-8]及药理作用[9-11]方面，而关于党参施肥体系的研究相对较少。

本试验通过测定不同氮磷配施下党参根部的生理指标及党参炔苷、紫丁香苷和苍术内酯Ⅲ质量分数，研究氮磷肥对党参根部生长及其活性成分质量分数的影响，旨在确定适宜宁夏回族自治区隆德县实验区党参生长的施肥组合，为其他地区党参种植栽培提供参考，为党参的规范化栽培与种植技术提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于宁夏回族自治区固原市隆德县沙塘镇药材示范基地，该地海拔1 846 m，年均气温5.1 ℃，年平均日照时数2 228 h，无霜期平均124 d，年均降水量745.4 mm。耕层(0～20 cm)土壤含硝态氮34.9 mg/kg，铵态氮11.8 mg/kg，速效磷16.3 mg/kg，速效钾505.8 mg/kg。

1.2 试验设计

供试党参种苗由隆德县药材办提供。供试氮肥为尿素[w(N)= 46%]，磷肥为磷酸二铵[w(P2O5)≥46%]。

试验设10个处理，重复3次，共计30个小区，小区面积为24 m2(6 m × 4 m)。各处理施肥量如表1所示。于2016年3月底进行移栽，栽植行距为20 cm ，株距为15 cm，栽植密度为33.33万株/hm2。试验地每公顷施农家肥2 000 kg作为基肥，后进行整地，各小区按表1施肥量施入底肥，不追肥。

表1 不同处理施肥配比Table 1 Amount of different fertilizer treatments

1.3 仪器与试剂

Waters 1525高效液相色谱仪，Waters 2487紫外检测器，Waters 2707自动进样器，Sunfire C18色谱柱(4.6 mm×250 mm，5 μm)，breeze色谱工作站(美国Waters公司)；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵(郑州长城科工贸有限公司)；SB25-DTD超声波清洗机(宁波新芝生物科技股份有限公司)；DK-8D型电热恒温水槽(上海精宏实验设备有限公司)；电热恒温鼓风干燥箱(上海精宏实验设备有限公司)；超纯水机(优普)；德国艾科勒(ACCULAB)ALC系列电子天平。

色谱乙腈及甲醇(美国天地有限公司)；党参炔苷(购自北京博易汇科生物科技有限公司，纯度≥98%，批号：161224)；苍术内酯Ⅲ(购自南京狄尔格医药科技有限公司，纯度≥98%，批号：D17041901)；紫丁香苷(购自南京狄尔格医药科技有限公司，纯度≥98%，批号：D17051102)。

1.4 采样与指标测定

分别于8月20日、10月17日及11月11日进行采样，选取各小区长势基本一致的10株样品进行采挖，洗净泥沙。

1.4.1 党参根长、根粗及根鲜干质量测定 采用游标卡尺测量根直径，钢尺测量根长，电子天平测量单根鲜质量，后放入烘箱105 ℃杀青30 min，60 ℃烘至恒量，再用电子天平称其单根干质量。烘干后的党参打粉，过65目筛。

1.4.2 党参炔苷、紫丁香苷及苍术内酯Ⅲ质量分数测定 将11月11日采集的样品进行测定。采用高效液相色谱法，参照关琳静等[12]的方法，并做相应的改动，检测波长为220 nm；流速1 mL/min；柱温25 ℃；进样量20 μL。流动相为乙腈(A)-0.02%磷酸水溶液(B)，梯度洗脱：0～5 min，A为10%～12%，5～15 min，A为12%～15%，15～20 min，A为15%～28%，20～30 min，A为28%，30～35 min，A为28%～70%，35～45 min，A为70%。

供试品溶液的制备：精确称取党参粉末1.0 g，加入甲醇25 mL，精密称量，超声30 min，放冷，以甲醇补足失重，滤过，滤液水浴蒸干，残渣以甲醇溶解，转移至5 mL容量瓶，甲醇定容至刻度，摇匀，过0.22 μm滤膜，取续滤液，即得[12]。

对照品溶液的制备：精密称取党参炔苷、紫丁香苷和苍术内酯Ⅲ对照品适量，以甲醇溶解，制成1 mL含党参炔苷100 μg、紫丁香苷6 μg、苍术内酯Ⅲ 2 μg的混合溶液。

标准曲线的绘制：取混合对照品溶液，依次进样4、8、12、16、20 μL，以峰面积积分值(Y)为纵坐标，以进样量(X)为横坐标，得党参炔苷回归方程为Y=117 182X-6 578，R2= 0.999 8，紫丁香苷回归方程为Y=2×106X-5 475.7，R2=0.999 7，苍术内酯Ⅲ回归方程为Y=1×106X+20 573，R2= 0.999 1，党参炔苷进样量为0.400～2.000 μg，紫丁香苷进样量在0.024～0.120 μg，苍术内酯Ⅲ进样量在0.002～0.040 μg时呈现良好的线性关系。

对照品与党参样品HPLC色谱图见图1。

1.5 数据处理

数据采用IBM SPSS Statistics 22软件进行显著性分析(P<0.05表示差异显著，P<0.01表示差异极显著)，用OriginPro 9.1作图。

2 结果与分析

2.1 不同氮磷配施对党参根部生长的影响

2.1.1 对党参根长的影响 由图2可知，8月20日，除N1P1外，各处理根长均高于N0P0，其中N2P2及N2P3根长显著高于N0P0，根长最大的处理为N2P3，较最小处理N1P1增加30.8%。10月17日，各处理的根长均高于N0P0，其中N2P2、N3P2、N1P3与N0P0差异显著，根长最优处理为N2P2，较最小处理N0P0根增加23.5%。11月11日，各施肥处理根长均高于N0P0，除N1P1、N2P1、N3P3外，均与N0P0差异显著，N1P3处理下根长最大，较N0P0增加35.2%。总体而言，在N1(氮肥施用量为120 kg/hm2)水平下，随着磷肥用量的增加，根长逐渐增长；在N2(氮肥施用量为150 kg/hm2)及N3(氮肥施用量为180 kg/hm2)水平下，磷肥施入量增加，呈先增长后降低的趋势，说明磷肥对党参根长具有一定作用，并且在不同氮水平下，磷肥对党参根长的影响并不一致。在P1(磷肥施用量为225 kg/hm2)水平，随着氮肥施入量增加，根长呈上升趋势；在P2(磷肥施用量为300 kg/hm2)水平下，氮肥施入量增加，根长先增长后降低；而在P3(磷肥施用量为375 kg/hm2)水平下，各处理表现并不一致。说明氮肥能影响党参根长，在不同磷水平下，氮肥对党参根长的影响并不一致。采样期间，各处理党参的根长均不断增长，11月11日根长最大。表明，氮肥及磷肥对党参根长均有一定影响，合理的氮磷配比能促进党参根部的伸长，施肥处理N1P3，最有利于党参根部的伸长。

A.对照品 Reference substance；B.党参样品 The sample of Codonopsis pilosula；1.紫丁香苷 Syringin；2.党参炔苷 Lobetyolin；3.苍术内酯Ⅲ Atractylenolide Ⅲ

2.1.2 对党参根粗的影响 由图3可知，采样期间，各处理根粗均不断增加，施肥处理的根粗均高于N0P0。8月20日，根粗最大的处理为N2P2，其次为N1P3，并显著高于N0P0，最大处理为N0P0的1.52倍。10月17日，根粗最大的处理为N2P2，其次为N2P3，与N0P0差异显著，最大根粗为最小根粗的1.30倍。11月11日，根粗最大的处理为N2P2，其次为N1P3、N1P2，与N0P0差异显著，最大根粗为最小根粗的1.37倍。采样期间，N1水平的各处理随着磷肥施入量的增加根粗逐渐增加；N2水平，磷肥施入量增加，各处理生长根粗呈先增加后降低的趋势；N3水平下，各处理生长趋势不一致。在P1及P2水平下，各处理随着氮肥施入量增加呈先增长后减小趋势；在P3水平下，氮肥施入量增加，各处理根粗不断减小。由此可知，适宜的施氮量及施磷量对党参根部的增粗均有促进作用。党参根粗最优处理为N2P2。

图2 不同施肥配比下党参根长Fig.2 Root length of Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

图3 不同施肥配比下党参根粗Fig.3 Root width of Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

2.1.3 对党参根鲜干质量的影响 由图4和图5可知，采样期间，党参根鲜干质量均不断增长，各施肥处理党参的根鲜干质量均高于N0P0。8月20日，根鲜质量最大的处理为N2P3，为N0P0的2.04倍；除N1P1、N2P1、N3P1外，其余处理组的根鲜质量显著高于N0P0。10月17日，根鲜质量最优处理为N2P2，高出N0P0 41%，N0P0与N1P3、N2P1、N2P2、N2P3间差异显著。11月11日，根鲜质量最大处理为N2P2，是N0P0的1.62 倍，除N3P3外，均与N0P0差异显著。总体而言，在N1水平下，随着磷肥施入量增加，各处理组的根鲜质量逐渐增大；N2水平下，磷肥施入量增加，根鲜质量先增长后减小；而N3水平下，磷肥施入量增加，根鲜质量逐渐减小。在P1水平下，随着施氮量增加，呈现上升趋势；在P2水平下，施氮量增加，根鲜质量先增长后降低；而在P3水平下，N1P3与N2P3根鲜质量均高于N3P3。党参根干质量的变化趋势与根鲜质量变化大致相同，且在3次采样期间，N1P3与N2P2的根干质量均高于其他处理组。因此，氮肥及磷肥对党参根部增量均有一定影响，合理的氮磷肥量能有效促进党参根质量的增加，施肥处理N1P3和N2P2最适宜党参根质量的增加。

2.2 不同施肥配比对党参炔苷、紫丁香苷和苍术内酯Ⅲ质量分数的影响

2.2.1 对党参炔苷质量分数的影响 由图6可知，各施肥处理党参炔苷质量分数均显著高于N0P0，最高的处理为N1P3，其次为N2P2和N2P1。在N1水平下，N1P1与N1P2差异不大，而N1P3明显高于N1P1和N1P2；在N2水平下，N2P1和N2P2相差不大，但N2P3明显低于N2P1和N2P2；在N3水平下，各处理间差异不大。N3水平处理的党参炔苷质量分数均较低，说明氮肥施用量过高可能会减弱对党参炔苷积累的促进作用。在P1及P2水平下，N2P1明显高于N1P1和N3P1，N2P2明显高于N1P2和N3P2；但在P3水平下，N1P3明显高于N2P3和N3P3。因此，合理的氮磷肥施用量能促进党参炔苷的积累，施肥量过高或过低对党参炔苷积累的促进效果不明显，施肥处理N1P3在本研究中有利于党参炔苷的积累。

图4 不同施肥配比下党参根鲜质量Fig.4 Root fresh mass of Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

图5 不同施肥配比下党参根干质量Fig.5 Root dry mass of Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

2.2.2 对党参紫丁香苷质量分数的影响 由图7可知，各施肥处理的党参紫丁香苷质量分数均显著高于不施肥处理N0P0，紫丁香苷质量分数最高的处理为N1P3，其次为N2P2和N2P1。在N1水平下，N1P1与N1P2相差不大，但N1P3明显高于N1P1和N1P2；在N2水平下，N2P1和N2P2明显高于N2P3；在N3水平下，各处理差异不明显。在P1及P2水平下，N2P1及N2P2明显高于N1P1、N1P3和N2P1、N2P3；在P3水平下，N1P3明显高于N2P3和N3P3。由此，施用氮磷肥对党参紫丁香苷的积累具有促进作用，在本次试验中，最有利于紫丁香苷积累的施肥组合为N1P3。

**表示差异性极显著(P<0.01)，下同

图7 不同施肥配比下党参紫丁香苷质量分数Fig.7 Mass fraction of syringin in Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

2.2.3 对党参苍术内酯Ⅲ质量分数的影响 由图8可知，苍术内酯Ⅲ质量分数最高的处理为N1P1，但除N2P2与N3P3外，均高于N0P0。各施肥处理间无明显变化趋势。因此，总体而言，施用氮磷肥有利于党参苍术内酯Ⅲ的积累，推测低施肥量处理于其更有利。在本次试验中，最适宜苍术内酯Ⅲ积累的处理为N1P1。

图8 不同施肥配比下党参苍术内酯Ⅲ质量分数Fig.8 Mass fraction of atractylenolide Ⅲ in Codonopsis pilosula under different fertilization treatments

3 讨论及结论

合理施肥可以增加植物种植产量。研究显示，合理施肥可使党参的产量及品质得到显著提升[13-15]。因而在生产中探究合理的施肥配比及施肥量对于党参栽培技术的研究具有重要意义。本研究发现，适宜的氮磷肥施用量对党参根长、根干鲜质量具明显促进作用，这与胡佳栋等[13]、龚成文等[16]的研究一致。

植物体内有诸多重要的化合物，诸如核酸、蛋白质、叶绿素等，其不可或缺的组分便是氮元素[17]，而氮元素是党参生长发育最重要的元素，缺乏氮素会造成党参根系短小，植株生长缓慢。磷素的缺失会抑制细胞分裂，造成植物生长停滞，阻碍蛋白质的合成及糖的运输，致使植株生长缓慢[18]。因此，适当施用氮磷肥对于党参根部的生长而言是必要的。该试验中， P1水平处理下的党参根长、根粗、根鲜质量和根干质量低于P2水平，说明P1水平的磷肥施用量难以满足党参根部生长需求，致使其生长缓慢，因此N2P1处理的党参根部生长指标有所下降。 N1P3及N2P2处理下的党参根长、根粗、根鲜质量和根干质量均达到最大值。而N3水平下的党参根长、根粗及根鲜质量和根干质量均低于N2水平，这可能是由于N2水平的氮肥足以满足党参生长的需求，氮肥施用量过多会导致地上部分徒长，消耗大量营养，反而影响根的生长[19]。本研究发现，在氮肥施用量较高时，增加磷肥的施用量会使党参根部的生长呈下降趋势，这可能是因为此时党参根部氮素浓度较高，而磷素供应量的增加又促进了党参对氮素的吸收[20]，因而产生高氮胁迫，抑制党参根部的生长。研究证明，施氮量增加，水稻植株对磷肥的吸收量有所提升[21]，因此，磷肥浓度较高时，增加氮肥施用量可能会使党参根部过高的磷素水平再度提高，造成高磷胁迫，从而使党参根部生长减弱。

本研究表明，适当施用氮肥及磷肥能促进党参炔苷、紫丁香苷、苍术内酯Ⅲ的积累。其原因可能是党参炔苷、紫丁香苷、苍术内酯Ⅲ均为次生代谢物，而施肥能提高有效氮含量，使得 NH4+含量升高，促进氮代谢的进程，增加氨基酸积累量，而大多数氨基酸能明显促进次生代谢产物的合成[22-23]。在本次试验中，N2P1处理的党参根部生理指标虽有所下降，而活性成分质量却没有明显下降，可能就是因为促进活性成分党参炔苷、紫丁香苷合成的主要是氮元素。

适宜的氮磷肥施用量能促进党参根部的生长及党参炔苷、紫丁香苷、苍术内酯Ⅲ的积累。本次试验中，除苍术内酯Ⅲ在N1P1下质量分数最高外，处理N1P3及N2P2的党参根长、根粗、根鲜干质量及党参炔苷、紫丁香苷质量分数均为最高水平。目前，党参干货市场价格为40元/kg左右，尿素价格约为2元/kg，磷酸二铵约为3元/kg，按11月11日采集的党参样品计算，处理N0P0、N1P3、N2P2产量分别为813.25 kg/hm2、1 256.54 kg/hm2、1 289.87 kg/hm2,扣除相应的肥料成本，处理N0P0、N1P3、N2P2收益分别为32 530.0元、48 896.6元、50 394.8元。可知施用氮磷肥带来的收益远远高于不施肥，而N2P2处理收益更优于N1P3。因此建议试验点优先采用施入尿素150 kg/hm2、磷酸二铵300 kg/hm2来种植党参，其次可采用施用尿素120 kg/hm2、磷酸二铵375 kg/hm2。综上所述，党参栽培过程中，应考虑党参种类、施肥配比、生产地土壤与气候条件等各种因素的相互作用，确定合适的施肥量[16]，以保证党参生长需求，提升党参品质。