不同氮肥及施肥量对延胡索产量和生物碱含量的影响

崔建波 张静 胡莉 杨青山 张君 祁俊生

摘要：为探究氮素种类及施氮量对延胡索产量及品质的影响，并为延胡索的优质高产栽培提供氮肥施用依据。采用大田试验，在不同氮素形态及施氮量处理后，比较分析其增产效果，采用高效液相色谱法建立延胡索中6种生物碱指纹图谱以分析其药用品质。结果表明，施用不同氮素后对提高延胡索产量均起到了显著促进作用，90 kg/hm2尿素处理增产效果最佳，增产倍数达2.730，同比无氮素处理（CK）增加95.0%，CK产量最低;药材折干率对比发现，120 kg/hm2 硫酸铵处理折干率最高，达0.589，同比CK增加54.3%，120 kg/hm2硝酸铵处理最低，仅有0.357，同比CK低6.5%;90 kg/hm2尿素处理显著促进了延胡索干物质的累积。延胡索乙素含量分析表明，90 kg/hm2尿素处理组中延胡索乙素含量最高，达0.594 mg/g，同比对照增长23.0%，120 kg/hm2硫酸铵处理组含量最低，仅有0.325 mg/g。药材品质指标对比发现，90 kg/hm2尿素处理显著提高了延胡索药用价值指标，该组的抗炎镇痛、促进癌细胞自我消亡和综合指标排第一，硫酸铵与硝酸铵处理对药材药用价值的提升效果相近。综合药材产量和生物碱促进效果对比分析表明，尿素、硝酸铵的最佳处理施量处理为90 kg/hm2，硫酸铵最佳处理施量为120 kg/hm2。综合得出，培育过程中施加90 kg/hm2尿素可有效提高延胡索产量与药材品质。

关键词：延胡索;氮源;折干率;增产倍数;生物碱;主成分分析

中图分类号：S284;S567.21+2.06   文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2022）07-0124-07

收稿日期：2021-07-15

基金项目：重庆市技术创新与应用发展科技特派员专项（编号：cstc2018jscx-mszd0294、cstc2020jscx-tpyzx0023）。

作者简介：崔建波（1997—），男，重庆人，硕士研究生，从事中草药种植与土壤环境影响相关研究。E-mail：1391230305@qq.com。

通信作者：祁俊生，博士，教授，从事环境科学、药物化学、生物化学相关研究。E-mail：1208986565@qq.com。

延胡索（ Corydalis yanhusuo ）别称元胡，为罂粟科紫堇属一年生草本植物，气微，味苦[1]。作为我国著名中草药之一，延胡索含有多种生物碱，大量应用于中药制片和临床，相关产品用于主治78种疾病[2]。野生延胡索资源较为稀有，市场延胡索商品主要来源于家种[3]。其具有种植年限短、种植难度适中、市场环境良好等优势，在浙江、陕西两地产量占比达92%，而在重庆等地种植规模尚未成型[4]。

氮素作为植物需求量最大的矿质营养元素，对植物生长发育、作物产量与品质有着极其重要的影响。研究表明，氮素形态与浓度对不同作物的影响效果不同，同一氮源及浓度对一种作物促进其生长发育效果明显，但应用于其他作物时会出现不同效果[5-6]。高效的氮利用和氮转化可有效提高作物籽粒产量[7]，较低的氮利用和氮转化效率将不利于作物的吸收转化，多余的氮素沉积在土壤中，经过分解转化后将造成土壤板结、肥力下降等问题[8]。在农业生产中，氮素主要是铵态氮、硝态氮、酰胺态氮3种形态存在，不同形态的氮在吸收、储存、运输、同化过程中存在较大差异，进而影响植物生长[9]。中药材种类繁多，其营养规律与特点同农作物相比差异较大，虽对部分中药材进行了施肥研究，但起步较晚，研究较少[10]。延胡索种植过程中须要多次施肥（基肥、腊肥、春肥、苗肥），以保证药材产量及品质。余顺慧等研究了氮肥（尿素）对铬污染土壤延胡索幼苗生长及品质的影响，结果显示不同施量的尿素可有效缓解铬污染对延胡索幼苗的毒害作用[11]。但是，现有文献中鲜有研究不同氮源及施氮量条件对延胡索产量及品质的作用。因此，本研究以药用植物延胡索为试验材料，通过大田试验研究不同氮源种类（尿素、硫酸铵、硝酸铵）及其施用量对延胡索产量与品质（以原阿片碱、盐酸黄连碱、盐酸巴马汀、盐酸小檗碱、脱氢紫堇碱、延胡索乙素6种生物碱含量，判定延胡索品质）的影响，以期为延胡索高产优质栽培中氮肥的合理施用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及供试材料

本试验在重庆三峡学院百安校区试验栽培基地（重庆市万州区五桥镇）进行。栽培基地（108°27′06″E、30°45′26″N）属亚热带湿润型季风气候，年平均降水量1 000～1 300 mm，年均气温 13.8～18.8 ℃。供试土壤理化性质如下：有机质含量18.35 g/kg、全氮含量1.23 g/kg、碱解氮含量 12.58 mg/kg、速效钾含量50.34 mg/kg、速效磷含量11.34 mg/kg、铅含量13.4 mg/kg、镉含量0.48 mg/kg，pH值为6.30。

于2019年10月于浙江省东阳市农业局购买大叶延胡索块茎;选择块茎直径1～2 cm，无虫口、土黄色扁圆型的当年新生种源作为延胡索种源。

本试验所用肥料均由实验室配制，尿素、硫酸铵、硝酸铵均购自科隆化学品有限公司，过磷酸钾、氯化钾购自西陇化工股份有限公司，纯度≥99.0%。色谱级甲醇、乙腈购自德国默克公司。

1.2 试验设计

采用大田试验随机区组设计，施用氮源为尿素、硫酸铵、硝酸铵，每种肥料施用量均为0、30、60、90、120 kg/hm2。共设置13个处理，每个处理5个重复，每4 m2种植8窝（每窝行距50 cm，合计占地280 m2），每窝延胡索块茎播种量控制在 5 g 左右（表1），于2019年11月2日种植，生育期210 d。中間经历4次施肥（基肥2019年11月2日、腊肥2019年12月25日、春肥2020年2月30日、苗肥2020年3月15日，4次施肥量种类及施肥量一致），分别称取过磷酸钙和氯化钾 5 kg，混合均匀制成不含氮素复合肥，按照80 kg/hm2的量均匀施加于各处理。

1.3 样品采集

样品采收于2020年5月25日，收获时将每窝延胡索块茎分别收装在不同采样袋中，每组处理随机取样5窝;洗净自然风干后称量，其质量记为单窝产量（鲜质量，FW）。将风干药材块茎置于烘箱（温度45 ℃）烘至恒质量后称量，记为单窝干质量。用粉碎机粉碎烘干延胡索块茎，过0.177 mm筛后备用。

1.4 测定方法

1.4.1 产量

将延胡索块茎洗净后风干至药材表面无水分，用电子天平称质量，记为鲜质量;称质量后的药材置于45 ℃烘箱烘干至恒质量后电子天平称质量，记为干质量。

单窝增产倍数=单窝产量/单窝播种量;

折干率=单窝鲜质量/单窝干质量。

1.4.2 生物碱含量测定

生物碱含量测定参考张静等的高效液相色谱法（HPLC）[12]，同时测定延胡索中原阿片碱、盐酸黄连碱、盐酸巴马汀、盐酸小檗碱、脱氢紫堇碱、延胡索乙素6种生物碱含量。

1.5 数据处理

利用SPSS Statistic 26.0对所测定结果取平均值和标准差分析，检验各处理组的显著性差异（ LSD 、邓肯分析和系统聚类分析）;用Excel 2007及Origin 2018软件绘图。

2 结果与分析

2.1 不同氮源对延胡索增产效果影响

同种氮源不同施肥量对延胡索产量有显著影响（图1）。尿素氮源处理组中，A3（90 kg/hm2）单窝增产倍数最高，为2.730，无氮肥的对照处理（CK）单窝增产倍数最低，为1.400，约为尿素处理最高组的51.282%;A2（60 kg/hm2）增产倍数最低，为1.789，约为A3的65.531%。硫酸铵氮源处理组中，B3（90 kg/hm2）单窝增产倍数最高，为2.609，CK增产倍数为硫酸铵处理最高组的53.660%;B1（30 kg/hm2）在含硫酸铵处理组中增产倍数最低，为1.636，约为B3的62.706%。硝酸铵氮源处理组中，C2（60 kg/hm2）单窝增产倍数最高，为2.725，CK增产倍数约为C2的51.376%，C1（30 kg/hm2）处理在含硝酸铵处理组中增产倍数最低，为2.296，约为C2的84.257%。

相同施肥量不同氮源种类处理间增产倍数也呈现出较大差异，30 kg/hm2氮肥处理单窝增产倍数由高到低依次为硫酸铵>尿素>硝酸铵;60 kg/hm2 氮肥处理单窝增产倍数由高到低依次为硫酸铵>硝酸铵>尿素;90 kg/hm2 氮肥处理单窝增产倍数由高到低依次为硝酸铵>硫酸铵>尿素;120 kg/hm2氮肥处理单窝增产倍数由高到低依次为尿素>硫酸铵>硝酸铵。比较各氮源种类中增产倍数最高的处理，由大到小依次是A3（尿素90 kg/hm2）>C2（硝酸铵60 kg/hm2）>B3（硫酸铵 90 kg/hm2），而硝酸铵氮源处理组单窝增产倍数普遍高于其他处理。

2.2 不同氮肥对延胡索折干率的影响

折干率是衡量药材产量与质量的重要指标，受其生长环境及自身遗传特性影响[13]。不同氮源对延胡索折干率也有着显著影响（表2）。尿素作为氮源时，30 kg/hm2处理折干率最低，为0.380，90 kg/hm2 处理折干率最高，为0.446;硫酸铵作为氮源时，60 kg/hm2处理组最低，为0.376，120 kg/hm2 处理组最高，达0.589;硝酸铵作为氮源时，明显呈现随施量增加折干率先增后减趋势，其中90 kg/hm2处理最高，达0.547。比较不同种类氮源处理中折干率最高的处理，由大到小依次为硫酸铵120 kg/hm2>硝酸铵90 kg/hm2>尿素90 kg/hm2。尿素氮源处理单窝折干率在各个施氮量下都普遍偏低，硫酸铵处理随施量增加呈现出增-减-增趋势，最高组氮源施用量120 kg/hm2偏高，硝酸铵处理随施用量增加呈现先增后减趋势，在90 kg/hm2施用量下达到峰值。

2.3 不同氮源处理对延胡索生物碱含量影响

2.3.1 原阿片碱

试验对照药品中原阿片碱含量为0.303mg/g。由图2-A可知，CK、A1、A3、A4、B2、C3处理的原阿片碱含量均高于对照药品;其中A4原阿片碱含量最高，高施肥量的尿素促进原阿片碱累积效果较佳。

2.3.2 盐酸黄连碱

由图2-B可知，不同氮源处理中，除B4外，其他处理盐酸黄连碱含量均高于对照药品。所有处理组中，盐酸黄连碱含量前3组依次为A3>A4>C4;尿素氮源处理中，除A2外，其他施用量處理盐酸黄连碱含量均处于较高水平，且A3为所有处理组中含量最高。

2.3.3 盐酸巴马汀

由图2-C可知，尿素氮源处理中，盐酸巴马汀含量随氮源施用量的升高而升高，120 kg/hm2施用量处理含量最高，为 0.472 mg/g，但在所有处理组中处于中间水平。硫酸铵处理中，药材盐酸巴马汀含量随施肥量的升高而下降，其中30 kg/hm2施用量处理盐酸巴马汀含量最高，为0.561 mg/g;硝酸铵处理中，低施用量（C1）盐酸巴马汀含量最高，达0.737 mg/g，其他施用量处理均低于对照药品，对药材盐酸巴马汀含量影响较大。所有处理组中，仅C1生物碱含量高于对照药品，而尿素氮源处理组中盐酸巴马汀含量均较低。

2.3.4 盐酸小檗碱

由图2-D可知，CK、尿素氮源处理的盐酸小檗碱含量均高于对照药品，硫酸铵处理在低施肥量时其盐酸小檗碱含量较高，提高施用量后盐酸小檗碱含量明显下降;硝酸铵处理组盐酸小檗碱含量随处理施用量增加而缓慢增加，仅施用量达120 kg/hm2时其小檗碱含量高于对照药品。不同氮源处理中盐酸小檗碱含量前3组（不包括CK）A2>A3>A1，可知尿素处理在中低施用量时盐酸小檗碱含量均处于较高水平。

2.3.5 脱氢紫堇碱

由图2-E可知，尿素处理组中A1、A3脱氢紫堇碱含量高于对照药品;硫酸铵处理组脱氢紫堇碱含量均低于对照药品;硝酸处理组中，C1、C3处理脱氢紫堇碱含量高于对照药品，C2、C4处理低于对照药品。A3为所有组中含量最高处理。

2.3.6 延胡索乙素

《中国药典》中明确指出，延胡索药品中理论板数按延胡索乙素峰计算应不低于3 000[1]。对照药品中延胡索乙素含量为 0.483 mg/g，由图2-F可知，A3处理中延胡索乙素含量为所有处理组最高，为0.594 mg/g，为对照药品的122.93%;B4处理中延胡索乙素含量最低，为 0.325 mg/g，仅为对照药品的67.29%。硫酸铵氮源处理随施用量的增加，药材中延胡索乙素呈明显的下降趋势，施用量在30 kg/hm2时，延胡索乙素最高，为0.591 mg/g，与最高值（A3）基本持平。

2.3.7 6種生物碱总含量

不同氮源下延胡索中6种生物碱含量差异显著（图3），药材中6种生物碱总量大小依次为A3>A4>A1>C1>B1>C3>C4>对照药品>B2>A2>C2>CK>B3>B4。对照样品生物碱含量为3.816 mg/g，A3处理组6种生物碱总含量最高，为4.704 mg/g，为对照药品生物碱含量的123.27%;B4处理含量最低，为3.083 mg/g，为对照药品生物碱含量的80.79%。尿素氮源处理对促进生物碱累积效果最佳，A1、A3、A4中生物碱含量处于所有处理组前3位，A2相对处于较低水平。硫酸铵氮源处理组中药材生物碱含量随施肥量增加而减少，且B4生物碱含量最低。硝酸铵氮源处理中，低施用量时药材生物碱含量比高施用量处理高，低施用量硝酸铵氮源较高施用量在促进生物碱累积效果更佳。

2.4 综合不同氮源增产倍数与生物碱含量分析

最终产量品质表征值（mg/g）=增产倍数×折干率×6种生物碱总量。采用组间连接聚类方法，可将13组最终产量品质表征值分为三大组（图4），产值最高组为A3和C3。其他施肥处理组虽然促进了延胡索的产量增加或生物碱累积，但均处于中间或较低水平，部分高施肥量处理表征值甚至低于低施肥量处理，这加大了肥料施用量，造成浪费和污染。13组处理大小依次为A3>C3>B4>C2>C1>A4>C4>B3>B2>A1>B1>A2>CK。综上分析，90 kg/hm2尿素氮源处理为设置的3种氮源、4个施用量梯度中的最佳处理，该处理在提高延胡索产量和延胡索乙素含量方面最佳，结合产量与品质分析，其对延胡索促进作用最佳。

2.5 不同氮源条件下延胡索生物碱主成分分析

2.5.1 主成分分析

对施用不同氮源后延胡索块茎中生物碱主成分分析后发现（表3），前3个主成分累积贡献率达85.101%，可用于反映原始数据的绝大部分数据，表3为旋转后的成分载荷矩阵。对主成分1产生正向影响的主要指标为盐酸黄连碱和延胡索乙素含量;延胡索乙素具有很好的抗炎、镇定作用[14]，而盐酸黄连碱可改善细胞因子诱导的炎症反应[15];主成分1可视为抗炎、麻醉指标。盐酸巴马汀含量对主成分2有较高的负向影响，而盐酸小檗碱含量为主成分2正向影响主要指标，主成分2可视为抑制非正常增值细胞指标[16]。原阿片碱和脱氢紫堇碱含量为成分3的主要正向影响因子，原阿片碱可刺激癌细胞凋亡与自噬[17]，脱氢紫堇碱可有效抑制细胞侵袭与迁移[18]，主成分3可视为促进癌细胞自我消亡指标。

2.5.2 不同氮源下药材品质指标综合分析

根据主成分得分和对应的权重线性加权求和，得到主成分的综合评价得分（ F ）函数，公式如下：

F=0.311F 1+0.296F 2+0.244F  3。

根据各个主成分的函数表达式计算出14个不同氮源处理块茎生物碱含量的综合得分和排名（表4）。A3中的抗炎、麻醉性能最高，其次分别为B1、C4;其中，A2、B4、C2的 F  1值低于CK和对照药材。在抑制非正常增值细胞指标中，尿素氮源组中的 F  2值均排名靠前，硫酸铵氮源组 F  2值处于中后排名，B3处理 F  2值为该组最低;硝酸铵氮源组中的 F  2值均低于平均水平，其抑制非正常增值细胞的能力较弱。尿素氮源对药材癌细胞自我消亡指标有着明显的促进作用，尿素氮源A1、A3的 F  3值位列前3位;硫酸铵与硝酸铵氮源的 F  3排名普遍靠后，仅有C3的 F  3值排名靠前。从综合评价得分上看，尿素氮源处理均极大地提高了药材药用价值综合指标，尤其是A3、A1处理，其综合指标远远高于其余各组处理;随着硫酸铵氮源施用量的增加，其药材药用综合指标逐步降低，总体综合指标较低;硝酸铵氮源的药材综合指标排名处于中下位置，其对药材品质的提升起到了负向影响。综合各项指标分析，尿素氮源对于延胡索药用价值的提升效果最佳，其他氮源对其促进作用较弱。

3 讨论

氮元素为作物生长过程中必不可少的元素之一，它是植物体内氨基酸的组成部分、是构成蛋白质的成分。合理施用氮肥不仅能提高农产品的产量，还能帮助作物分裂增殖[19]。有研究表明，适当增加总氮肥中铵态氮占比可有效增加丹参苗期总生物量、根冠比[20]。施加尿素后，植物高度较未施加尿素处理有明显提高，周围植物种类增加，植被覆盖效果增至90%以上[21]。不同氮肥的运筹方式对玉米干物质与氮素累积量有着显著影响，合适的氮肥及运筹方式对作物的干物质累积有着很好的促进作用;不同种类及施用量的氮源对于不同的作物起到的影响各异[22-23]。例如小麦是喜硝态氮作物，铵态氮对其生长有着较强的毒害作用，施用不同种类氮素后，小麦植株中其他元素含量差异显著[24]。本研究结果表明，同种氮源不同处理施用量下延胡索产量与质量之间也有显著差异。综合分析可知，不同氮源总体增产效率（增产倍数×折干率）从大到小依次是B4>C3>A3>C2>B3>C4>C1>A4>B2>A1>A2>B1>CK，13个处理组中，单窝增产倍数最高3组大小依次为A3>C2>C4;单窝折干率最高3组大小依次为B4>C3>A3。尿素氮源处理时，A3施用量综合增产效率最佳;硫酸铵氮源处理时，B4施用量综合增产效率最佳;硝酸铵氮源处理时，C2施用量增产效果最佳;单从增产效率分析，B4硫酸铵效果最佳。单产量而言，硝态氮对延胡索的相适性较高;硫酸铵与尿素对延胡索产量的影响存在一个随着肥料施用量增加，产量先增后减的趋势，均在施用量达90 kg/hm2时其促进作用最高。

延胡索生物碱总含量大小依次为A3>A4>A1>C1>B1>C3>C4>B2>A2>C2>CK>B3>B4;延胡索乙素含量最高3组大小依次为A3>B1>A1;6种生物碱含量最高的3组均为尿素处理，尿素在促进延胡索药用成分累积效果最佳，硝酸铵处理效果次之。药用植物其所需生长环境各不相同，前人研究表明，合适种类氮配比能有效促进药用成分累积，促进植物生长发育、增强光合作用和代谢吸收等，最终改善药材品质[25]。裴文梅等对甘草药研究表明，硝态氮、铵态氮及尿素3种氮源处理中，硝态氮与尿素对甘草生长促进作用无明显差异，但尿素在提高甘草药用成分积累方面作用显著，硝态氮次之，铵态氮最差[9]，本研究结果与之相同。

4 结论

延胡索块茎中生物碱含量的高低直接决定了其药用价值的高低;由试验结果可知，不同的氮肥及施肥量对药材产量和品质影响差异显著。在不同氮源种类和施肥量处理中，施用90 kg/hm2尿素可明显提升药材产量，增加药材干物质累积量。

尿素氮源处理下延胡索的多个品质指标含量排名靠前，对延胡索中生物碱合成起到了很好的促进作用，90 kg/hm2尿素处理在抗炎麻醉性能、促进癌细胞自我消亡和综合指标均为最高组。硫酸铵氮源在抗炎麻醉和综合指标上随该氮肥施用量增加呈降低的趋势。硝态铵的药用价值指标促进作用同硫酸铵相近，120 kg/hm2硝态铵处理的延胡索的抗炎麻醉作用较强。综上所述，90 kg/hm2尿素氮源可有效提高延胡索生物量、生物碱，可作为延胡索生产栽培料氮肥优化配方推广应用。

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