化肥与植物生长延缓剂配施对麦冬产量形成和次生代谢产物的影响

张亚琴，李思佳，邓秋林，文秋姝，付羽萍，陈兴福

（四川农业大学农学院 / 农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室，四川 成都 611130）

麦冬(Ophiopogon japonicus)为百合科沿阶草属多年生草本植物，因具有顽强的存活力，根系的固土保水能力和观赏价值等常被选作草坪植被[1]。植物麦冬茎很短，叶基生成丛，呈禾叶状，长10～50 cm。花为白色或淡紫色，单生或成对着生于苞片腋内，为总状花序，长2～5 cm。麦冬根较粗，中间或近末端常膨大成椭圆形或纺锤形的小块根。麦冬干燥块根具有养阴生津，润肺清心的功效[2]。麦冬块根内主要含有甾体皂苷、黄酮和多糖等成分。现代药理学研究表明麦冬中甾体皂苷类成分有保护心血管、抗癌和抗氧化的作用，多糖类成分有抗糖尿病、抗氧化、免疫调节的作用[3]，是麦冬中研究较多的两种成分，具有较大的开发应用价值。麦冬按产地可分为川麦冬(一年生，四川绵阳)和浙麦冬(三年生浙江杭州)[3]。在四川三台地区，药农为增产盲目过量使用多效唑[4]，当地麦冬叶片上可见成片多效唑药剂残留。麦冬采收后地块再种蔬菜等植物会导致地上部分生长被严重抑制，土壤中未降解的多效唑随水土迁移，造成了严重的水土面源污染，严重制约了四川三台麦冬产业和农业的健康可持续发展[5]。

植物生长延缓剂是一类人工合成的、抑制植物体内赤霉素(GA)合成的一类化合物，常用于控制药用植物地上部分旺长，促进根类药材增产，并影响药用植物次生代谢。廖强等[6]研究表明川泽泻(Alisma orientale)移栽36 d后喷施烯效唑能有效增加泽泻产量和有效成分含量。李先恩等[7]在丹参(Salvia miltiorrhiza)膨大期施用多效唑，发现其对丹参产量和有效成分含量影响不大，还降低了抗氧化能力。胡国强等[8]研究发现，甲哌鎓可以有效促进黄芩(Scutellaria baicalensis)地下部分生长，能提高根的黄芩苷和总黄酮含量。这说明不同的药用植物对调节剂的响应效果有差异[9-10]。植物生长延缓剂能有效调控植物生长和增强植物抗逆性[11-12]，配合磷钾肥料施用有利于植物根系的建成[13-14]，降低延缓剂的施用剂量。植物生长延缓剂降解周期较长，对环境和植物存在不利影响。施用多效唑会促进根部对重金属的吸收[15]，毒害土壤微生物群落[16]等，需要合理的轮换或替代使用多效唑，降低其对环境的危害程度，提高其应用效率。为此，经过产地调研，选择3种生产上最常用的植物生长延缓剂，并对已有的最优配方肥进行微调，观察肥料施用量的浮动对麦冬生长的影响，并寻找麦冬生产过程中的替代延缓剂，以期为麦冬生产时替代或不施多效唑的施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与地点

试验材料为人工栽培的川麦冬，经四川农业大学陈兴福教授鉴定为百合科植物麦冬。供试调节剂为多效唑(PP333)15%的可湿粉剂、烯效唑(S3307)5%的可湿粉剂和甲哌鎓(DPC)250 g·L-1水剂，均由四川国光农化股份有限公司生产。供试肥料为尿素 (总氮 ≥ 46.4%)、过磷酸钙 (有效磷 ≥ 12%)和硫酸钾 (氧化钾 ≥ 51%)。

试验在绵阳市三台县里程乡进行，追肥前试验地土壤基本养分状况为pH 5.75，有机质7.98 g·kg-1，碱解氮 86.1 mg·kg-1，有效磷 47.06 mg·kg-1，速效钾36.69 mg·kg-1。麦冬于2016年4月栽种，栽种密度为10 cm × 10 cm，其余按常规大田措施统一管理。

1.2 试验设计

试验采用二因素随机区组试验设计。基于土壤基本养分情况和麦冬生长所需氮、磷、钾元素的量[17]，计算确定了氮、磷、钾追肥配方，并进行了微调，使其中配方肥2的氮、磷、钾含量略高于配方肥1。根据市场上常用的植物生长延缓剂情况，选择了3种植物生长调节多效唑、烯效唑、甲哌鎓剂和清水对照，共8个处理(表1)，3次重复，共24个小区，试验小区面积为3 m × 3 m，在田间随机排列，小区间挖15 cm沟隔开。试验处理时追肥分3次施入，分别在8月20日施入总量的15%，于9月15日施入总量的60%；于10月10日施入总量的25%。调节剂在11月10日统一喷施，为防止串调节剂，在喷施调节剂时使用薄膜覆盖周围小区。2017年3月12日使用五点法分别采收各小区的麦冬50株，带回实验室测定相应指标。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 农艺性状及产量测定

随机选取10株完整植株，在田间麦冬自然伸展状态下测量其自然株高，以及叶片发散状态下的植株宽度(下文称幅宽)。清水洗净后测定其叶片数、分蘖数、营养根数、块根数、叶长和叶宽。剪取50株样品的全部块根和叶片，装入信封袋105 ℃杀青15 min，60 ℃烘干至恒重，称定干重计算叶干重。以测定的块根重量数据折算成干物质产量、折干率。将烘干的样品分别使用高速粉碎机粉碎，过0.355 mm号筛备用。

1.3.2 总多糖、总皂苷含量测定

麦冬总多糖含量按照硫酸-蒽酮法测定，标准曲线方程为Y= 4.337 3X+ 0.034，R2= 0.999 0。总皂苷含量按照2015版《中国药典》[2]“麦冬”项下总皂苷含量测定方法测定，标准曲线方程为Y= 2.482 6X+0.040 5，R2= 0.998 4。

1.4 数据统计与分析

数据来源于田间3个重复小区，用Excel 2013对数据进行初处理，使用软件SPSS 21进行主效应方差分析和相关性分析，然后对主效应方差分析结果显著的数据部分使用多重比较方法分析，并使用Excel 2013制作图表。另外，利用灰色关联度-DTOPSIS综合麦冬生产上重要指标(包括干产量、总多糖和总皂苷3个指标综合)计算权重，并进行排序和评价。

2 结果与分析

2.1 植物生长延缓剂和肥料对农艺性状的影响

不同植物生长延缓剂对麦冬的叶片数、叶长、叶宽、株高和叶干重有显著影响(P＜ 0.05)，对分蘖数、营养根数、块根数、幅宽、块根折干率和叶折干率无显著影响(P＞ 0.05)，肥料用量在本研究范围内对其影响不显著(表2)。处理与清水对照相比，3种植物生长延缓剂均能显著降低麦冬的叶片数、叶长和叶宽(表3)。多效唑和烯效唑能降低叶长、叶宽、株高和叶干重，其中烯效唑对叶长的抑制效果更强，多效唑对叶宽、株高和干重的抑制作用更强。然而，与清水对照相比，甲哌鎓降低了叶长和叶宽，增加了叶干重，对株高影响不显著。上述结果表明，3种植物生长延缓剂主要调整地上部分叶片的形态和干物质积累，对麦冬营养根的发生、块根膨大数量和根、叶折干率的影响不大。其中以多效唑对麦冬地上部分生长的抑制作用最大，烯效唑次之，甲哌鎓最弱。

表1 试验设计方案Table 1 Experimental design

表2 不同配方肥下植物生长延缓剂对麦冬的影响(F)Table 2 Effect of different fertilizer formulas and plant growth regulators on Ophiopogon japonicus (F)

表3 不同植物生长延缓剂对麦冬的影响Table 3 Effect of different plant growth regulators on Ophiopogon japonicus

2.2 肥料配方和植物生长延缓剂对干物质产量、总多糖和总皂苷的影响

植物生长延缓剂能显著影响麦冬干物质产量和次生代谢产物(P＜ 0.05)。植物生长延缓剂对麦冬产量、总多糖和总皂苷含量有显著影响(表2)。多效唑和烯效唑能显著提高麦冬干物质产量(表3)，与对照相比，喷施多效唑后干物质产量增长了37.03%，喷施烯效唑干物质产量增加了16.65%，甲哌鎓对干物质产量的影响不显著(P＞ 0.05)。烯效唑能显著提高麦冬中总多糖的含量，较对照增加了25.45%，多效唑和甲哌鎓对总多糖的提升效果不明显，从高到低依次为烯效唑 ＞ 甲哌鎓 ＞ 多效唑 ＞ 对照。3种延缓剂的使用显著降低了麦冬总皂苷含量。与对照相比，喷施多效唑后总皂苷降低了7.1%，烯效唑降低了5.1%，甲哌鎓降低了4.6%。这说明在本研究条件下，3种延缓剂对产量的影响有一定差异，对次生代谢产物的影响不都是抑制作用。烯效唑能显著提高麦冬的产量和总多糖含量，降低总皂苷含量；多效唑能显著提高麦冬产量，对总多糖含量增加效果不显著，能降低总皂苷含量；甲哌鎓对麦冬产量，总多糖的含量影响不大，且降低了麦冬总皂苷含量。肥料配方对总多糖含量有显著影响，对产量和总皂苷含量的影响不显著(P＞ 0.05)(表2)。经比较，使用配方肥2后，总多糖含量更高，比配方肥1高15.6%。这说明增加氮磷钾肥的施用有利于提高麦冬中总多糖的含量(表4)。

2.3 农艺性状与产量、总多糖和总皂苷含量间相关性

株高和叶干重与干物质产量呈显著负相关关系(P＜ 0.05)，且相关系数的绝对值较大(表5)。这说明地上部分株高越低，干物质积累越少，地下部分的块根干物质积累越多。幅宽与总多糖呈显著正相关关系，且相关系数的绝对值较大，这说明麦冬植株越松散，麦冬块根的总多糖含量越高。叶片数、分蘖数、须根数、块根数、叶长和叶宽与麦冬产量、总多糖和总皂苷含量均无显著相关关系。上述结果表明，地上部分株高和干物质积累量越低越有利于地下部分块根干物质积累，主要是干物质积累的转移，对叶片形态、营养根、块根膨大数量影响较小。

表4 不同配方肥下植物生长延缓剂对麦冬总多糖含量的影响Table 4 Effect of different fertilizer formulas and plant growth regulators on total polysaccharide content of Ophiopogon japonicus%

表5 麦冬农艺性状与产量、总多糖、总皂苷含量相关性分析Table 5 Correlations between agronomic characters of Ophiopogon japonicus and yield,total polysaccharides,and total saponins

2.4 基于灰关联-DTOPSIS综合评价选优

为了综合各项指标对川麦冬整体做出一个客观评价，选择干物质产量、总多糖和总皂苷3项具有代表性的指标，使用灰色关联度计算出各参评材料的权重值和灰关联度(表6)，从而计算出灰色关联评价指标(表7)，并使用灰色关联权重值进行DTOPSIS法处理，得到DTOPSIS法的相对接近度Ci及其排序(表7)，同时计算出待评材料与理想材料的关联度(表7)。综合评价川麦冬的产量、总多糖和总皂苷。

表6 参评材料的关联度(γi)和权重值(ωk)Table 6 Correlative degree weight value of the evalution materials

采用灰色关联度法和DTOPSIS法的综合评价结果存在差异(表7)。两种方法所得综合性最佳的分别为P2和S2，即施肥配方2下的多效唑和烯效唑处理时，川麦冬的产量、总多糖和总皂苷含量综合最优。在灰色关联分析结果中，S2最佳，在DTOPSIS中，P2最佳。总体上，烯效唑和多效唑处理的材料综合排名均靠前，甲哌鎓和对照处理较靠后。在两种综合分析方法下，P2和S2排序相反，C1和D1排序相反，对比发现，两对数据中总多糖含量和产量相近，这说明灰关联法偏重于总多糖，DTOPSIS法偏重于产量。灰色关联度法所得关联度最大差异为10.36%(表7)，DTOPSIS法所得Ci值最大差异可达66.08%，这说明DTOPSIS法能放大样品间的差异性，更便于区分待评材料间表现的优劣。

3 讨论

多效唑、烯效唑和甲哌鎓都是生产上较常用的植物生长延缓剂，能够控制植物地上部分生长[18]，调节植物根部的生长[4,9]。当前麦冬生产上过量使用多效唑，农药残留严重超标[19]，需要通过科学的方法找到合适的替代措施缓解多效唑滥用现状。本研究结果表明，多效唑和烯效唑能够有效降低地上部分叶长、叶宽、株高和干物质积累，通过矮化株型，降低地上部分干物质积累，增大单粒重来促进根部的干物质积累从而提高麦冬干物质产量，这与前人研究结果基本一致[20-22]。本研究对比后发现多效唑比烯效唑增产效果更佳。本研究中甲哌鎓能显著降低叶长，对叶宽、株高的影响不显著，调控麦冬干物质积累的效果不明显，而杨志民等[23]研究表明，缩节胺能显著降低高羊茅(Festuca elata)的株高，增加其叶绿素含量，这与前人的研究有一定差异。这可能由于麦冬对甲哌鎓不敏感，甲哌鎓处理仅增加了麦冬的叶片厚度和韧性，使株形更坚挺，而株高并未显著降低，未能提高麦冬产量，也可能是因为本研究中甲哌鎓施用量未达到影响麦冬产量质量的阈值。从农艺性状和产量的分析结果表明增产效果高低排序为多效唑 ＞ 烯效唑 ＞ 对照 ＞ 甲哌鎓。

表7 待评价材料的加权关联度(ri)与(Ci)排序值比较Table 7 Comparison of the weighted correlation degree ri and Ci sorting value of the material

植物生长延缓剂和肥料能显著影响麦冬次生代谢产物含量。占妮等[20]研究表明，喷施多效唑降低了麦冬总黄酮、总皂苷和总多糖含量。林秋霞等[24]研究表明，多效唑有利于麦冬总多糖的积累，不利于总皂苷的积累。吴发明等[25]研究表明，多效唑能提高麦冬中总多糖和总黄酮的积累，对总皂苷含量有降低作用。本研究结果表明，施用烯效唑、多效唑会提高麦冬中总多糖的含量，降低总皂苷含量，与前人研究结果基本一致。这可能是由于烯效唑和多效唑能提高植物中的糖合成酶活性，促进多糖的代谢积累[26-27]。经对比，烯效唑促进麦冬总多糖的积累效果较甲哌鎓、多效唑更佳。3种植物生长延缓剂均不利于麦冬中总皂苷的积累，这可能是由于多效唑、烯效唑降低了植物中碳、氮代谢酶的活性[26]，从而抑制了总皂苷的积累。另外，本研究表明多施磷钾肥有利于麦冬中总多糖的积累，这与前人的研究结果基本一致[28]，这可能是由于磷肥[29]、钾肥[30-31]能促进根系糖类代谢酶的活性及多糖的积累。总皂苷和总多糖的分析结果表明对次生代谢产物含量影响的排序为烯效唑 ＞ 甲哌鎓 ＞ 多效唑 ＞ 对照。

本研究最后通过灰关联-DTOPSIS综合评价方法比较得出，最佳的配施方案为氮肥1 382.4 kg·hm-2、磷肥 6 004.8 kg·hm-2、钾肥 1 252.8 kg·hm-2。当注重次生代谢产物含量时，以烯效唑配施效果更佳，当注重干物质产量时，配合多效唑喷施效果更佳。研究表明，多效唑在土壤中降解速度较慢，应与其他调节剂交替使用，烯效唑与多效唑的作用特点相同，但使用效率远高于多效唑，产生的农残远低于多效唑，是合适的多效唑替代剂[9]。综合以上结果说明，采用烯效唑替代多效唑是可行的。