钙、镁、硫元素对浙贝母生长及产量品质的影响

王 丹，邬小红，周 浓，张伟健，朱芙蓉，文 明，周 游*，郭冬琴*

（1.重庆三峡学院生物与食品工程学院，重庆404120；2.三峡库区道地药材绿色种植与深加工重庆市工程实验室，重庆404120）

浙贝母（Fritillaria thunbergiiMiq.）以干燥鱗茎入药，具有清热化痰止咳，解毒散结消痈等功效［1-2］。浙贝母主要栽培在浙江、江苏、安徽等地区，近年来在重庆奉节也有小规模成功引种栽培［3］。浙贝母生长喜温湿忌干旱，适宜栽培在土质较优、水分充足、阳光充沛的环境下［4-5］。

施肥是浙贝母栽培过程中的重要环节，目前对浙贝母需肥规律的研究主要集中在大量元素肥料和部分微量元素，如磷肥和微量元素硼显著提高浙贝母鳞茎的产量［4，6］，氮肥和钾肥可以明显改善浙贝母的品质［7-8］，而关于钙、镁、硫一类的中量元素对浙贝母生长和品质的影响及其在浙贝母中的需求规律研究目前还鲜有报道。

研究表明，适量的钙、镁肥可显著提高重楼中皂苷［9-10］、杜仲叶和银杏叶中黄酮［11-12］的含量，还可显著提高延胡索的产量和生物碱的含量［13］，硫肥能显著促进甘草生长发育［14］，而钙、镁缺乏会使太子参产量和品质下降［15］。因此，本研究通过施用不同浓度水平的钙、镁、硫肥料，对浙贝母鳞茎产量、生物碱含量、植株生长指标、生理生化与根际土壤养分指标等进行测定及分析，初步探讨钙、镁、硫元素对中药材浙贝母产量和品质的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

盆栽试验于2017 年10 月至2018 年5 月在重庆市奉节县冯坪乡浙贝母优质种源基地进行。于浙江省东阳市千祥镇种植基地购得新鲜浙贝母鳞茎，经三峡库区道地药材绿色种植与深加工重庆市工程实验室（重庆三峡学院）周浓教授鉴定为百合科植物浙贝母（Fritillaria thunbergiiMiq.），选取大小基本一致，品质相近的个体用于试验。种植土壤为基地中的基本农田沙壤土，筛出大石块后备用，土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤理化性质Tab.1 Physical and chemical properties of tested soil

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验中钙、镁、硫元素设0 mg/kg、40 mg/kg、80 mg/kg、160 mg/kg 4个水平［10］，0 mg/kg为CK组，重复5 次。试验用加厚无纺布种植袋规格为40 cm×50 cm，风干土装土量为每袋12 kg，浙贝母栽种量为每 袋3 株，基 肥 施 用 量 分 别 为N、P2O5、K2O 各0.1 g/kg、尿素、二水合磷酸二氢钠、硫酸钾和有机质含量45%以上，不含氮、磷、钾的商品有机肥各3 g/kg，钙、镁、硫肥分别以二水合氯化钙、六水合氯化镁、硫酸钠（均为分析纯）为肥源，配成水溶液随水一次浇入。整个种植期间按常规管理。

1.3 样品采集与分析

浙贝母地上部分采样时间为2018 年3 月，采集浙贝母健康植株的叶片用于生理生化测定。浙贝母鳞茎采样时间为2018 年5 月，采集浙贝母新鲜鳞茎和根际土壤，用小铲去除表面5 cm 左右的浮土，再用抖土法［16］去掉根围较大石块及其它杂质，收集粘附在浙贝母根系上的土壤即得根际土壤。鳞茎洗净后于鼓风干燥箱中40℃烘干至恒重，再研磨过80 目筛，样品粉末用于品质分析；根际土壤自然风干后研磨过80目筛，用于土壤养分测定。

1.4 指标测定

1.4.1 生长指标

选取各处理中每株浙贝母茎秆中部相近位置健康完整且长势好的叶片各1 片（每个处理共计15片），测定叶长、叶宽、叶形指数（叶长/叶宽）、株高、茎粗等生长指标，取平均值。鳞茎湿重及干重均以各处理5 个重复每袋中3 个植株鳞茎湿重或干重之和的平均值记。

1.4.2 叶片生理生化的测定

生理生化指标测定中，叶片光合色素含量及过氧 化 氢 酶（Catalase from micrococcus lysodeiktic，CAT）活性通过紫外分光光度法测定，超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性通过氮蓝四唑法测定，过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性通过愈创木酚显色法测定，丙二醛和可溶性糖含量采用硫代巴比妥酸法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝比色法测定［17］。

1.4.3 根际土壤理化性质的测定

土壤理化性质测定中，土壤pH 值、速效氮、速效磷、速效钾和有机质含量分别采用电位法、碱解扩散法、碳酸氢钠法、醋酸铵-原子吸收法和重铬酸钾容量法-稀释热法进行测定［18］。

1.4.4 鳞茎生物碱的含量测定

浙贝母鳞茎的总生物碱的含量测定采用姚德中等［19］的方法，贝母素甲、贝母素乙、贝母辛的测定采用王路伟等［20］的方法。

1.5 数据分析

试验数据的整理分析采用Excel 2003 软件，以SPSS 25.0软件进行方差分析（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 钙、镁、硫元素对浙贝母鳞茎产量的影响

与CK组相比，各处理组浙贝母鳞茎湿重产量与CK 组差异不显著（P＞0.05），其中Mg（160 mg/kg）、S（40 mg/kg）和S（160 mg/kg）处理组浙贝母鳞茎湿重产量较高，而对于干重产量，Ca（80 mg/kg）、Mg（160 mg/kg）、S（40 mg/kg）和S（80 mg/kg）处理组浙贝母的鳞茎产量较CK组有显著提高（P<0.05），同时，各处理间干重、湿重比即折干率差异不显著（P＞0.05），其中Ca（40 mg/kg）、Mg（40 mg/kg）、Mg（160 mg/kg）和S（40 mg/kg）处理组折干率较高，表明施用钙、镁、硫对浙贝母鳞茎干重产量的影响大于湿重，促进了浙贝母鳞茎中干物质的积累（图1）。综合来看，S（40 mg/kg）和Mg（160 mg/kg）处理对浙贝母鳞茎产量的促进作用较为显著。

图1 不同处理对浙贝母鳞茎产量的影响Fig.1 Effects of different treatments on the bulb yield of F.thunbergii

2.2 钙、镁、硫元素对浙贝母鳞茎中生物碱含量的影响

与CK组相比，除Mg（40 mg/kg）和Mg（80 mg/kg）处理组外，其余各处理组浙贝母鳞茎中贝母素甲含量均有显著提高（P<0.05），提高程度为5.76%-63.49%；除Mg（40 mg/kg）处理组外，其余各处理组浙贝母鳞茎中贝母素乙含量有显著提高（P<0.05），提高程度为20.65%-80.98%；除Mg（40 mg/kg）处理组外，其余各处理组浙贝母鳞茎中贝母辛含量显著提高（P<0.05），提高程度为14.36%-114.28%；除Ca（40 mg/kg）、Mg（40 mg/kg）和S（160 mg/kg）处理外，其余各处理组浙贝母鳞茎中总生物碱含量有显著提高（P<0.05），提高程度为0.20%-62.6%；其中Mg（160 mg/kg）处理对提高浙贝母鳞茎中贝母素甲、贝母素乙、贝母辛和总生物碱含量的影响均最为显著（图2）。贝母素甲、贝母辛、总生物碱的含量随钙肥浓度的提高而增加，而贝母素乙的含量则随钙肥浓度的提高先升后降，以生物碱含量来看，Ca（80 mg/kg）、Ca（160 mg/kg）组浙贝母鳞茎的品质均较佳；浙贝母鳞茎生物碱含量随镁肥浓度的提高而递增，以Mg（160 mg/kg）组浙贝母鳞茎的品质更佳；除贝母辛含量随硫肥浓度的提高先增后减，贝母素甲、贝母素乙和总生物碱含量随硫肥浓度的提高而递减，S（40 mg/kg）组浙贝母鳞茎的品质更佳。

图2 不同处理条件下浙贝母鳞茎生物碱含量Fig.2 Contents of alkaloids in bulbs of F.thunbergii under different treatment conditions

2.3 钙、镁、硫元素对浙贝母生长指标的影响

除S（160 mg/kg）处理的茎粗较CK 组有显著增加外，增施钙、镁、硫肥的多数处理组浙贝母的叶长、叶宽、株高、茎粗和叶形指数与CK 组差异不显著（P＞0.05）（表2）。

表2 不同处理对浙贝母生长指标的影响Tab.2 Effects of different treatments on growth index of F.thunbergii

2.4 钙、镁、硫元素对浙贝母叶片光合色素含量的影响

多数施用钙、镁、硫肥的处理组浙贝母叶中类胡萝卜素和叶绿素a 含量与CK 组相比差异不显著（P ＞0.05），Ca（80 mg/kg）、S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）处理组叶中类胡萝卜素和叶绿素a 含量较高，其中Ca（80 mg/kg）处理叶中类胡萝卜素和叶绿素a含量显著高于CK组（P<0.05）；除Ca（80 mg/kg）、S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）处理叶中叶绿素b和叶绿素总量显著高于CK组（P<0.05）外，其余处理组叶中叶绿素b及叶绿素总量与CK组差异不显著（P ＞0.05）；除S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）中叶绿素a/b比值较CK组有显著降低外（P<0.05），其余处理组中叶绿素a/b比值与CK组差异不显著（P ＞0.05）；除Ca（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）处理组色素总含量较CK组显著提高外（P<0.05），其余处理组色素总含量与CK组差异不显著（P ＞0.05）（表3）。总体来看Ca（80 mg/kg）、S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）处理对于提高浙贝母光合色素含量的效果更佳，其中，Ca（80 mg/kg）组类胡萝素含量、叶绿素总量增幅最大，增幅分别达到19.9%与21.1%。

表3 不同处理对浙贝母叶光合色素含量的影响Tab.3 Effects of different treatments on photosynthetic pigment content of F.thunbergii

2.5 中量元素对浙贝母叶片保护酶活性的影响

施加钙、镁、硫肥后，较之CK 组，各处理CAT活性均有不同程度的提高，其中S（80 mg/kg）处理组叶片CAT 酶活性增幅最大，达到了7.7%，Ca（40 mg/kg）、S（40 mg/kg）和S（160 mg/kg）处理组CAT 活性较CK 组也有显著提高（P< 0.05）；Ca（160 mg/kg）、S（40 mg/kg）和S（80 mg/kg）组的POD酶活性高于CK 组，而Ca（80 mg/kg）和所有施加镁的处理组POD 的较CK 组有显著降低（P< 0.05）；所有处理组的浙贝母叶片SOD 酶活性均显著高于CK 组（P< 0.05），Mg（40 mg/kg）组叶片SOD 酶活性最高，比CK 组提高了41.5%（图3）。整体上看，Ca（40 mg/kg）、Mg（40 mg/kg）和S（40 mg/kg）处理对提高浙贝母叶片中保护酶活性的效果最为显著。

图3 不同处理对浙贝母叶片保护酶活性的影响Fig.3 Effects of different treatments on protective enzyme activity of F.thunbergii

2.6 钙、镁、硫元素对浙贝母丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白含量的影响

较之CK 组，施用不同浓度水平的钙、镁对浙贝母叶片中丙二醛的含量影响不显著（P＞0.05），而不

同浓度的硫处理可以显著降低叶片中的丙二醛含量（P<0.05）；钙、镁（40 mg/kg）处理可显著提高叶片中可溶性糖的含量（P<0.05），而硫处理下叶片中可溶性糖含量较CK组则降低；不同浓度的硫处理均能显著提高叶片中的可容性蛋白含量（P<0.05），而钙、镁处理对叶片中可溶性蛋白含量影响不显著（P＞0.05）（图5）。整体来看，Ca（160 mg/kg）、Mg（40 mg/kg）和S（80 mg/kg）处理效果最佳。

图4 不同处理条件下浙贝母丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白含量Fig.4 Contents of malondialdehyde，soluble sugar and soluble protein in F.thunbergii under different treatment conditions

2.7 钙、镁、硫元素对浙贝母根际土壤养分的影响

由表4 可知，与CK 组比较，施加不同浓度水平硫元素使根际土壤pH 降低，Ca（40 mg/kg）组对土壤pH 有显著增加的效果（P<0.05）；不同浓度的钙元素组浙贝母根际土壤中速效氮、速效磷含量无显著增加（P＞0.05），但速效钾和有机质含量增加显著（P<0.05），与CK 组比较最大增加量分别达到了115.62%和115.56%；施加镁、硫元素的处理组浙贝母根际土壤中的速效氮、速效磷和有机质含量均显著高于CK 组（P< 0.05），除Mg（80 mg/kg）、Mg（160 mg/kg）和S（40 mg/kg）处理组外，多数施加镁、硫元素的处理组浙贝母根际土壤中速效钾含量也显著高于CK 组（P< 0.05），说明施加镁、硫元素能增加浙贝母根际土壤的养分。整体上，Ca（160 mg/kg）组、Mg（40 mg/kg）组和S（160 mg/kg）组对改善浙贝母根际土壤养分状况的效果最显著。

表4 不同处理条件下浙贝母根际土壤养分含量Tab.4 Nutrient content of rhizosphere soil of F.thunbergii under different treatment conditions

3 讨论

3.1 钙、镁、硫元素对浙贝母生长的影响

钙在植物生长发育的过程中对维持细胞壁和细胞膜的结构具有重要作用，同时可以激活与细胞分裂及伸长相关的酶活性，促进植物生长［21-22］。有研究表明，增施钙肥可以提高甜橘的产量并增加其果实糖度［23］，钙肥还可以使马铃薯有效增产并改善其块茎贮藏品质［24］。镁是叶绿素的重要组成成分，施用镁肥可以增强植物的光合作用，促进碳水化合物的合成转化［25］。硫是铁氧还原蛋白的重要组分，是叶绿素合成过程中所必须，缺硫将影响植物光合作用效率进而使作物减产［26］。本研究中，不同浓度水平的钙、镁和硫元素处理下，各处理组浙贝母鳞茎干重产量较CK 组均有增加，其中显著增加的组占44.44%，平均增加量为12.20%，表明施用钙、镁和硫元素能够有效提高浙贝母的产量。本研究中施用镁元素并未提高浙贝母叶中叶绿素的含量，其原因可能是土壤中原有的镁元素足够浙贝母合成叶绿素的需求，添加的镁元素用于其他促进生理反应进而提高浙贝母产量，此结果与前人在中药延胡索上施用镁元素的研究一致［13］。有研究表明，当植物叶片中叶绿素a/b 的比值降低时，植物的耐阴性会增强［27］。本研究中S（80 mg/kg）和S（160 mg/kg）处理浙贝母叶中叶绿素a/b 比值较CK 组有显著降低，表明添加硫肥可以增加浙贝母的耐阴性。同时，S（160 mg/kg）处理浙贝母的茎粗显著高于CK 组，表明硫元素对浙贝母的抗倒伏能力有一定的提升。

3.2 钙、镁、硫元素对浙贝母生理生化指标的影响

SOD、CAT 和POD 作为酶促防御系统中的3 种关键保护酶，能清除植物体内不断积累的活性氧并保护膜结构，从而提高对抗逆环境胁迫的能力［28］。本研究结果显示施用钙、镁、硫的各处理组浙贝母CAT 和SOD 活性较CK 组均有不同程度的提高，其中Ca（40 mg/kg）和硫肥处理对浙贝母CAT活性的提高作用较为显著，Mg（40 mg/kg）组叶片SOD 酶活性最高。镁处理组浙贝母POD 活性较CK 组显著降低的原因可能是POD 与CAT 和SOD 等其他抗氧化酶在植物体的生理活动中存在相互协调和和制约的关系，这一结果与前人对艾纳香添加镁肥的研究一致［29］，表明适当浓度的镁可以提高浙贝母CAT 和SOD 的活性而降低POD 活性，维持浙贝母的正常生理活动。丙二醛是衡量细胞氧化损伤的重要指标，其含量越高表示植物氧化损伤程度越严重［28］。本研究中所有硫处理组浙贝母中丙二醛含量均低于CK组，这一结果与曲东等［30］通过对玉米添加硫肥得到的研究结果一致，其原因为植物吸收硫元素后合成谷胱甘肽，并通过抗坏血酸-谷胱甘肽循环猝灭在环境胁迫中产生的大量活性氧，进而减少了细胞膜系统损害，降低丙二醛的含量［31］。可溶性糖及可溶性蛋白参与维持平衡细胞渗透压的过程，与植物的抗性有关［32］。本研究中钙处理的浙贝母叶片中可溶性糖含量显著高于对照组，此结果与前人在木薯［33］、柑橘［34］和黄瓜［35］等植物上施加钙肥的研究结果一致，说明钙离子可以巩固植物细胞膜的完整性，调节细胞渗透压，提高细胞内可溶性糖的含量，增强植物抗性。有研究表明，植物中蛋白质的合成与硫的施用量密切相关［36］，本研究中施用硫元素的处理组浙贝母叶片中可溶性蛋白含量显著高于CK组，这与李海云［37］等对大白菜施加硫元素后的研究一致，表明硫元素参与了浙贝母中蛋白质的合成，可增强浙贝母的抗逆性。

3.3 钙、镁、硫元素对浙贝母鳞茎中生物碱含量的影响

有研究表明，适量的钙、镁、硫肥施用可以显著提高药用植物的光合效率，促进生长，从而提高了生物碱、皂苷、核苷及黄酮类等有效成分的含量［9-14］。本研究中，在施加钙、镁、硫肥后，各处理组浙贝母鳞茎中贝母素甲、乙，贝母辛和总生物碱含量较CK 组分别增加了26.01%、41.24%、42.61%和15.27%，其中显著增加的处理组分别占77.78%、88.89%、88.89%和33.33%，贝母素甲、乙含量总和均高于药典的限定标准［1］，施用适宜水平的钙、镁、硫肥有利于浙贝母品质的提升。同时，本研究中不同浓度的钙、镁、硫处理对浙贝母鳞茎生物碱含量的影响存在差异，因此找出最适合的钙、镁、硫配施量以达到提高浙贝母有效成分的最佳效果是一个值得探索的问题。

3.4 钙、镁、硫元素对浙贝母根际土壤养分的影响

本研究通过分析施加钙、镁、硫元素后浙贝母根际土壤中养分变化情况后发现，不同浓度的钙、镁、硫处理均能显著提高浙贝母根际土壤中有机物的含量，钙的施用能显著提高土壤中速效钾含量，而镁和硫均能同时提高土壤中速效氮、速效磷和速效钾的含量，这一结果与前人的结果一致［38-39］，表明中量元素的钙、镁、硫在土壤中的积累规律与氮、磷、钾等大量营养元素存在密切的相关性，适量施用钙、镁、硫中量元素有利于改善土壤的养分状况。

综上所述，本研究发现Ca（80 mg/kg）组、Mg（160 mg/kg）组与S（40 mg/kg）组在提高浙贝母产量、品质及改善浙贝母根际土壤条件方面具有较好的效果，为本试验条件下的最佳处理，为大田条件下栽培出产量较高、品质较好的浙贝母奠定理论和实践的基础。