磷钾营养元素对辽东楤木生长及品质的影响

于锡宏，赵文博，程 瑶，张 鑫，白国梁，蒋欣梅，刘晓英

（1.东北农业大学园艺园林学院，哈尔滨 150030；2.农业农村部东北地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，哈尔滨 150030；3.林下经济资源研发与利用协同创新中心，哈尔滨 150040；4.宝清县和源堂药业有限公司，黑龙江 双鸭山 155600）

辽东楤木[Aralia elata(Miq.)Seem.]别名刺老芽、刺嫩芽等，为五加科药食兼用多年生木本植物，具有多种抗炎作用，其嫩芽是著名山野菜，美味且富含营养而深受消费者喜爱。其树皮和根作为传统中草药在补虚、抗关节炎和抗糖尿病等方面研究广泛[1]。辽东楤木食用与药用价值被人们广泛认可，但由于近年来掠夺式开采，造成野生资源日趋枯竭和生态环境不断恶化，因此，开展辽东楤木人工栽培迫在眉睫。

氮、磷、钾是植物正常生长必不可少三大营养元素，其合理施用对植物产量、品质、养分吸收利用率及经济效益提高至关重要。磷在植物生长发育中发挥重要作用，主要储存和运输能量物质，同时，磷也是植物体内重要生化物质如核苷酸、核酸、磷脂等结构组分[2]。曹鲜艳等研究黄岑磷钾调控，明确磷钾组合施用可提高根冠比和经济系数，磷肥有利于黄酮和黄岑苷积累[3]。钾是重要肥力因子，参与调控植物生理代谢过程，且可提高光合作用强度，促进植物体内淀粉和糖形成，改善植物品质，增强植物抗逆性。朱祖雷等研究发现“骏枣”添加钾元素后，果实产量、品质均有提升，果实裂果率降低[4]。

大量研究表明，在营养元素施用过程中，最关键一环为“养分平衡”，即保持苗木不同发育时期养分需求供给与营养元素动态平衡。总体来说，不同植物对氮、磷、钾等营养元素需求量不同，同一植物在不同生长时期所需营养元素施用水平也不同，因此需研究苗木所需营养元素组合配比试验，通过合理调控提高苗木生长、果实品质、抗逆抗病能力、产量等，对经济作物生产技术调控和品质改良具有重要理论意义和良好应用前景。目前，氮磷钾配比施肥对植株生长发育及产量研究已在粮食作物和大宗蔬菜中开展，而辽东楤木研究主要集中在自然分布规律[5]、仿野生栽培[6]、反季节栽培[7]、驯化[8]、次生代谢产物[9]等方面，磷钾元素对辽东楤木生长发育影响鲜有报道。因此，本试验研究辽东楤木不同磷钾营养元素施肥处理，探究磷钾元素对辽东楤木生长、产量及有效成分的影响，筛选适合辽东楤木最优磷钾配比组合，为其人工栽培合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为二年生辽东楤木新品种“中科楤木1号”，由东北农业大学蔬菜生产设施工程与环境实验室提供。

1.2 方法

本试验于2018～2019年开展，设计磷和钾两个因素3个水平试验，磷来源为磷酸二铵（P2O546%），钾来源为硫酸钾（K2O 50%），均为基肥处理，辽东楤木长至4片真叶时移栽，移栽前一次性施入。辽东楤木栽培方式采用垄作，株距0.75 m，垄距0.6 m，每小区10 m2。设置3个对照，即以不施肥为对照1（CK0），以单一施用中等水平磷为对照2（P2），以单一施用中等水平钾为对照3（K2），其余磷钾组合施肥处理代码及施肥量见表1，共计12个处理，每个处理重复3次，共36个小区，小区完全随机区组排列。

每小区随机选取5株挂牌标记，于5月初开始，移栽后第10天第1次测定其株高、当年生枝条基部茎粗，此后每隔40 d测定1次，共计3次。

5月中旬，当辽东楤木顶芽可采收时，测定其可溶性糖、可溶性蛋白质、多糖、黄酮、皂苷含量及顶芽产量。可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[10]；可溶性蛋白质含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[11]；多糖含量测定采用苯酚法[12]；黄酮含量测定参照Jia等方法[13]；皂苷含量测定采用比色法[14]。

表1 辽东楤木不同磷钾元素添加组合Table 1 Combinations and codes for different phosphorus and potassium application rates of Aralia elata(Miq.)Seem. (kg·hm-2)

1.3 数据处理与分析

利用SPSS 19.0数据处理软件分析数据，采用Duncan新复极差法分析差异显著性。主成分分析参考纪洪亭等计算方法[15]。

2 结果与分析

2.1 不同磷钾营养元素处理对辽东楤木株高及茎粗的影响

由表2可知，磷、钾元素添加对于辽东楤木株高、茎粗影响显著，其中P2K1处理下辽东楤木在90 d时株高达最大值；P2K2处理下辽东楤木茎粗在90 d时达最大值。与单一添加磷钾元素（P2，K2）处理相比较，磷钾元素组合添加可提高辽东楤木长势。此外，随磷钾元素添加量增加，形态指标呈先升后降趋势，说明添加适量磷钾营养元素可增加辽东楤木株高和茎粗。

2.2 不同磷钾营养元素处理对辽东楤木单株顶芽产量的影响

由图1可知，每个处理辽东楤木单株顶芽产量均显著高于对照（P＜0.05），其中P1K2、P1K3、P2K1和P2K2处理单株顶芽产量均处于较高水平，4个处理之间无显著差异，P2K2处理下顶芽产量最高。随磷钾含量增加，单株产量呈先升后降趋势，说明添加适量磷钾元素可增加辽东楤木单株产量。

2.3 不同磷钾营养元素处理对辽东楤木品质的影响

2.3.1 不同磷钾营养元素处理对辽东楤木营养成分的影响

结果见图2～3。

表2 不同磷钾元素添加组合对辽东楤木株高和茎粗的影响Table 2 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on the plant height and stem diameter of Aralia elata(Miq.)Seem.

图1 不同磷钾元素添加组合对辽东楤木单株顶芽产量的影响Fig.1 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on top bud yields of Aralia elata(Miq.)Seem.

图2 不同磷钾元素添加组合对辽东楤木可溶性糖含量的影响Fig.2 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on soluble sugar content of Aralia elata(Miq.)Seem.

图3 不同磷钾元素添加组合对辽东楤木可溶性蛋白质含量的影响Fig.3 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on soluble protein content of Aralia elata(Miq.)Seem.

由图2～3可知，磷、钾元素添加使辽东楤木叶片可溶性糖、可溶性蛋白质含量均显著增加，其中P2K1、P2K2、P2K3处理可溶性糖含量显著高于其他处理，P2K2处理可溶性蛋白质含量显著高于其他处理。随磷钾含量增加，可溶性糖和可溶性蛋白质含量呈先升后降趋势，说明添加适量磷钾元素可增加辽东楤木可溶性糖和可溶性蛋白质含量。

2.3.2 不同磷钾营养元素处理对辽东楤木药用活性成分的影响

由图4～6可知，磷、钾元素添加对于辽东楤木多糖、皂苷、黄酮等有显著影响。P2K1处理多糖、皂苷含量显著高于其他处理（P＜0.05）；P2K2和P2K3处理黄酮含量显著高于其他处理（P＜0.05）。在磷含量相同时，随钾含量增加，多糖含量呈下降趋势，皂苷含量呈先降后升趋势，黄酮含量呈先升后降趋势，说明施入少量钾元素使多糖含量上升，施入适量钾元素使皂苷、黄酮含量上升；钾含量相同时，随磷含量增加，多糖、皂苷、黄酮均呈先升后降趋势，说明添加适量磷元素可增加辽东楤木多糖、皂苷和黄酮含量。

2.4 辽东楤木各项指标相关性分析与主成分分析

分析磷钾元素处理下辽东楤木各项指标相关性，如表3所示。

由表3可知，磷钾元素添加与辽东楤木株高、茎粗、单株产量、可溶性糖、可溶性蛋白质、多糖、皂苷、黄酮呈极显著正相关（P＜0.01）。除此之外，辽东楤木形态指标、单株产量、品质指标、药用活性成分之间均呈极显著正相关（P＜0.01）。

图4 不同磷钾元素添加组合对辽东楤木多糖含量的影响Fig.4 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on polysaccharide content of Aralia elata(Miq.)Seem.

图5 不同磷钾元素添加组合对辽东楤木皂苷含量的影响Fig.5 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on saponins content of Aralia elata(Miq.)Seem.

图6 不同磷钾元素添加组合对辽东楤木黄酮含量的影响Fig.6 Effect of different phosphorus and potassium element combinations on flavonoids content of Aralia elata(Miq.)Seem.

表3 不同磷钾元素添加组合下辽东楤木各项指标相关性分析Table 3 Correlation analysis of various indicators of Aralia elata(Miq.)Seem.under different phosphorus and potassium element combinations

应用主成分分析对辽东楤木株高、茎粗、单株产量、可溶性糖、可溶性蛋白质、多糖、皂苷、黄酮8个指标数据降维和标准化处理，结果见表4。共提取3个主成分，第1个主成分特征值为6.06，贡献率为75.77%；第2个主成分特征值为0.69，贡献率为8.60%；第3个主成分特征值为0.56，贡献率为6.94%。前3个主成分累计贡献率为91.310%，即前3个主成分涵盖原始数据信息总量98.91%。因此可将前3个主成分作为综合变量评价磷钾元素添加对辽东楤木生长及品质的影响。

表5 为前3个主成分分析因子负荷量，由表5可知，与主成分1相关性较强指标为茎粗、黄酮和可溶性糖，均呈正相关；与主成分2相关性较强指标为皂苷、单株产量和黄酮，其中皂苷、单株产量均呈正相关，黄酮呈负相关；与主成分3相关性较强指标为单株产量、皂苷和可溶性蛋白质，其中皂苷呈正相关，单株产量和可溶性蛋白质呈负相关。

表4 主成分分析特征值、贡献率及累计贡献率Table 4 Eigenvalues,contribution rate and cumulative contribution rate of principal component analysis

表5 前3个主成分分析因子负荷量Table 5 Load of principal components and weight of the front three factors

将上述主成分分析得分情况作模型计算及数据标准化，以各主成分对应贡献率为权重，构建综合评价模型为：

Y=0.7577Y1+0.8597Y2+0.6941Y3

并对此综合评价计算得分，结果见表6。主成分1中P2K1（磷酸二铵200 kg·hm-2+硫酸钾90 kg·hm-2）处理得分最高，分值为0.874，对照得分最低，分值为0.647。对添加磷钾营养元素各处理得分情况排序，由高到低依次为：P2K1＞P2K2＞P2K3＞P3K1＞P1K2＞P3K2＞P1K3＞P1K1＞P3K3＞P2＞K2＞CK。说明磷钾营养元素添加对辽东楤木生长及品质改善效果较好。

表6 磷钾营养元素处理下辽东楤木各项指标主成分得分Table 6 Principal component scores of various indicators of Aralia elata(Miq.)Seem.under different phosphorus and potassium application rates

3 讨论与结论

植物生长发育离不开土壤养分供给，其中磷、钾元素是植物不可或缺的大量元素。本试验表明，添加磷、钾元素对辽东楤木株高、茎粗均有提高，与李冬梅[16]、李俊良[17]等研究结果一致。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长中最重要限制因素之一，提高植物磷元素利用率机制对植物生长发育具有重要作用[18]。磷是三磷酸腺苷（ATP）主要成分，ATP是为植物提供光合作用、蛋白质合成、养分转运和吸收、呼吸等过程“能量”分子。磷也是蛋白质合成和遗传物质（DNA，RNA）转移所必需其他化合物成分。钾元素是植物生长发育所必需元素之一，在自然界中主要以移动离子形式（K+）存在，其功能主要是催化作用。研究表明，钾在植物酶激活、调节气孔活性、光合作用等方面具有重要作用[19]。本文中磷钾元素施用处理后辽东楤木株高、茎粗和单株顶芽产量均显著高于对照，说明磷钾元素混合添加优于任何一种单一元素添加效果，通过主成分分析评分排序，各处理中分值最高为中等磷钾元素施用组合（P2K2），随磷钾施用量继续增加，其各项指标呈下降趋势，说明磷钾过量施用影响辽东楤木正常生长发育，这与殷文[20]，刘崇政[21]等研究结果一致，可能是由于磷肥过量施用过度消耗植株贮存营养物质。李勇等研究发现增施钾肥到一定水平后，继续提高钾肥使用量马铃薯增产效果下降[22]。因此辽东楤木生产适宜磷钾组合施，提高其产量和品质。

可溶性蛋白质是植物生理代谢过程中非常重要指标，同样也是光合作用重要间接产物，其形成受光合作用限制，因此辽东楤木体内可溶性蛋白质含量是评价其生长发育和产量重要指标。可溶性糖在植物渗透调节过程中发挥重要作用，同时也反映植物体内碳水化合物变化情况。本试验中磷钾元素组合处理可溶性蛋白质和可溶性糖含量均显著高于对照，其中中等水平磷元素与中等水平钾元素处理下（P2K2）可溶性蛋白质与可溶性糖含量达最大值，另外，单独添加钾元素（K2）可溶性蛋白质含量显著高于单独添加磷元素（P2）；可溶性糖含量显著低于单独添加磷元素，说明外源添加钾元素主要增加辽东楤木可溶性蛋白质含量，磷元素则利于增加可溶性糖含量。综合来看，适量磷钾添加有利于辽东楤木叶片可溶性蛋白质、可溶性糖提升，充足肥料促进光合作用，进而增加光合产物，使干物质积累增多，可溶性糖含量也随之升高，与郑晓宇等[23]在红葱上研究结果一致。

植物活性物质是一类具有重要生物学功能的有机化合物，其中皂苷、多糖和类黄酮是3种应用广泛的植物活性物质。其所含比例反映辽东楤木品质优劣。在自然界中，三萜和倍半萜通过MVA（Cytosolic mevalonic acid）途径合成，单萜、二萜和四萜通过MEP（Methylerythritol phosphate）途径合成，而辽东楤木中皂苷主要是三萜皂苷，其皂苷元大部分为齐墩果酸型，合成途径主要以MVA途径为主。皂苷具有降血脂、抗动脉粥样硬化、抗菌、抗病毒、消炎、抗诱变、增强机体免疫功能、调节机体物质代谢、抗氧化等作用[24]；植物多糖，又称植物多聚糖，是植物细胞代谢过程中产生的由一种或多种单糖糖原，通过α-或β-糖苷键连接而成聚合度超过10个的天然高分子化合产物[25]；黄酮类化合物是植物特有次生代谢产物，指2个苯环（A-与B-环）通过中央3个碳原子相互连接形成具有C6-C3-C6基本结构的一系列化合物[26]。黄酮类化合物生物合成首先通过苯丙烷途径将苯丙氨酸转化为香豆酰-CoA，香豆酰-CoA再进入黄酮合成途径与3分子丙二酰CoA结合生成查尔酮，然后经分子内环化反应生成二氢黄酮类化合物[27]。本试验中添加磷钾元素后辽东楤木多糖、皂苷和黄酮含量均显著高于对照，P2K1（磷酸二铵200 kg·hm-2+硫酸钾90 kg·hm-2）处理下多糖和皂苷达到最大值，P2K2（磷酸二铵200 kg·hm-2+硫酸钾180 kg·hm-2）处理下黄酮含量达最大值，说明磷钾元素外源添加增加辽东楤木药用有效成分，这可能是由于磷、钾元素促进某些酶作用，加速核酸合成，保障糖聚合和运输，提高多糖、皂苷及黄酮含量，因此，合理磷钾配比施肥有利于药用植物生长发育以及次生代谢产物累积。

此外，本试验中磷酸二铵中主要为磷肥，但也含有少量氮肥，因此氮肥对辽东楤木生长及品质影响还有待于进一步研究。另外，营养元素混合添加还应综合考虑种植地土壤、气候、温度、栽培手段等因素。