氮和钾元素对苦瓜皂苷的影响

郭小山，王林闯，赵建锋，孙玉东，汪国莲，屈海泳，罗德旭，许文钊，尹 莲

（1江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏淮安 223001；2淮安市设施蔬菜重点实验室，江苏淮安 223001；3青岛农业大学，山东青岛 266109）

0 引言

苦瓜为葫芦科苦瓜属一年生蔓性草本植物，喜温怕寒，在中国南方栽培历史悠久，又称凉瓜、锦荔枝、癞葡萄等，因具有特殊苦味而得名[1]。皂苷是一类普遍存在于植物体内的化合物，从苦瓜中提取的大多数皂苷苷元为葫芦烷型三萜苷元[2]。研究表明，苦瓜皂苷具有降血糖、提高免疫力、抗氧化、调节内分泌、降胆固醇、抗肿瘤等作用[3-6]。苦瓜皂苷是从天然植物中提取分离的，更具食品安全性[7]。完善优质高产栽培技术，培育皂苷含量高、适于加工专用型的苦瓜新品种，能为苦瓜的产业多元化发展创造条件，具有巨大的市场前景。

苦瓜中的皂苷含量与品种、种植区域、栽培技术等因素有着密切的关系。杜小凤等[8]对22个不同苦瓜品种（系）的营养品质进行测定发现，不同品种苦瓜的皂苷含量差异明显，同时采收期也显著影响苦瓜的品质；曹晶晶等[9]也同样发现了不同品种和采收期对苦瓜皂苷的影响；刘慧娟等[10]对不同品种苦瓜中皂苷含量进行比较，进而筛选出高皂苷含量的苦瓜。不同产地对苦瓜营养成分的影响也有较多报道，对更好地评价苦瓜品质具有重要意义[11]。张瑜等[12]对山东、河南、河北、江西4个产地苦瓜中皂苷进行测定；王晓婧等[13]发现福建和广东产的苦瓜含量均较高。此外，苦瓜栽培技术包括田间管理和病虫害防治等也会影响苦瓜的品质[14-15]。在选定栽培品种后，科学施肥对该品种能否充分表达其潜在产量与品质起到决定作用。合理施肥不仅是苦瓜高产优质的保障，也是节约开支提高经济效益的重要措施。

国内在苦瓜生产上多采用传统施肥法，很少根据其生长特性、营养生理和土壤供肥特性等进行科学施肥，未见系统开展氮磷钾对苦瓜皂苷影响的研究。氮、磷、钾是植物次生代谢物质的形成基础，也是植物生长的基本条件。通过系统研究氮、磷、钾的苦瓜次生物质代谢过程调控机制，特别是研究苦瓜在生长发育过程中产生的初生代谢物和次生代谢物有效成分含量与产量之间的关系，对探究苦瓜皂苷药用产量的提高具有重要意义。

笔者主要研究苦瓜皂苷含量与品种、氮肥和钾肥之间的关系，选取高、中、低皂苷含量的3个苦瓜品种，分别采用高、中、低量氮肥和钾肥处理，探究果实中苦瓜皂苷含量与品种、施肥量的联系，为生产高皂苷含量的苦瓜栽培技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

田间试验于2015年在江苏省淮安市农科院科研创新基地进行，试验时间内气候条件为当地正常条件。室内试验在淮安市设施蔬菜重点实验室进行。

1.2 试验材料

基于本项目组收集的100余份苦瓜资源，选择高中低皂苷含量的苦瓜品种3个，分别是高皂苷品种‘优佳4号’、低皂苷品种‘206’、中皂苷品种‘疙瘩绿’(CK)。供试肥料氮肥为含氮46.4%的尿素，磷肥为含磷12.0%的过磷酸钙，钾肥为含钾50%的硫酸钾。盆栽花盆直径为17 cm，栽培基质为优佳蔬菜育苗基质与商品有机肥(3:1，v/v)。

1.3 试验方法

1.3.1 播种时间与方法 2015年3月20日采用72孔穴盘，每个品种播种3盘。出苗后各品种选取长势一致的植株分区定植，随机排列，各处理设置3次生物学重复。

1.3.2 施肥方法 采用正交试验设计，3个研究因素分别为苦瓜品种、氮肥用量和钾肥用量。氮肥和钾肥用量分别为低、中、高(1、2、3)水平，2水平是指当地最佳施肥量的近似值（根据当地习惯施肥、前茬作物和土壤速效养分状况，确定试验的2水平），1水平为2水平×0.5，3水平为2水平×1.5，共27个处理（表1）。氮、磷、钾肥分基肥、追肥施入花盆内，氮肥（尿素）基肥、追肥分别占总施肥量的10%、90%，磷肥（过磷酸钙）基肥、追肥分别占总施肥量的60%、40%，钾肥（硫酸钾）基肥、追肥分别占总施肥量的10%、90%。基肥于5月20日在移栽前施于花盆内，追肥分6次施用（5月27日、6月10日、6月17日、7月3日、7月12日、7月22日），基肥与基质拌匀后使用，追肥穴施。

1.3.3 皂苷含量 统一开花后15天采收苦瓜，将苦瓜切开去瓤，取果实中间部分于液氮中速冻，然后存放在超低温冰箱。样品采收齐全后随机选取3株，采用香草醛-高氯酸比色法进行苦瓜皂苷含量测定[17]。

1.3.4 无损检测 分别于苦瓜幼苗期（播种后25天）和幼果期（播种后60天）随机选取3株进行根际NO3-、K+离子流的测定。测试前将幼苗洗净，然后将其根系固定于平衡液中处理15 min(0.1 mmol/L KNO3、0.1 mmol/L CaCl2、0.3 mmol/L MES，pH 5.8)，测定时间为10 min。选取完整根尖，测定距根尖300 μm处的离子流速。测定程序参考非损伤微测技术进行操作[16]。测定系统为北京旭月公司非损伤性微测系统(SIET system BIO-001A，Younger USA Sci.&Tech.Corp.)，数据处理软件为旭月公司提供的MageFlux。

1.4 数据处理

利用Microsoft Excel 2010进行数据分析，使用GraphPad Prism制作数据图，采用SAS 8.1进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同苦瓜品种间皂苷含量比较

表2结果表明，3个品种皂苷含量差异显著，‘优佳4号’皂苷含量最高，‘疙瘩绿’次之，‘206’中皂苷含量最低。‘优佳4号’与‘206’品种皂苷含量差异极显著(α=0.01)。

2.2 苦瓜根尖对氮元素的吸收

图1结果表明，在幼苗期，高皂苷含量的‘优佳4号’对氮元素的吸收高于‘疙瘩绿’和‘206’。在幼果期，‘优佳4号’对氮元素的吸收显著高于‘疙瘩绿’和‘206’(α=0.01)。

图1 苦瓜品种根尖对氮元素吸收

2.3 苦瓜根尖对钾元素的积累

分析图2结果可知，在幼苗期，‘优佳4号’根尖K+流速最小，外排K+最低，比低皂苷品种‘206’低40%，差异极显著(α=0.01)。在幼果期所有品种利用K+都比在幼苗期高，特别是‘优佳4号’外排K+最低，比‘疙瘩绿’低63.5%，与‘疙瘩绿’和‘206’差异都极显著(α=0.01)。说明高皂苷品种‘优佳4号’在幼苗期和幼果期对K+利用率都较高，对K+保有能力显著高于‘206’。

2.4 氮元素对各品种苦瓜皂苷含量的影响

从表3可知，不同苦瓜品种间施用不同水平的氮肥对皂苷含量均有影响。在低氮处理下，‘优佳4号’皂苷的含量显著高于‘206’在低氮与中氮处理下的皂苷含量(α=0.01)。对照‘疙瘩绿’在低氮情况下，果实中皂苷含量与中氮施用相比明显提升。高氮量能提高‘206’中的皂苷含量。低皂苷含量品种通过增施氮肥可以提高果实中皂苷含量，高皂苷含量品种在低氮情况下皂苷含量反而更高。

表3 不同水平氮元素对苦瓜皂苷的影响

2.5 钾元素对各品种苦瓜皂苷含量的影响

从表4可知，不同用量钾元素施用对各品种苦瓜皂苷含量均有不同程度的影响，对‘优佳4号’和‘疙瘩绿’2个品种影响不显著。高钾量可以提高‘优佳4号’中的皂苷含量，并显著提高‘206’果实中的皂苷含量。说明钾元素对低皂苷品种影响更大，低皂苷品种可以通过增加钾肥的用量来提高果实中皂苷含量。

表4 不同水平钾元素对苦瓜皂苷的影响

2.6 氮钾元素对不同品种苦瓜皂苷的影响

表5结果显示，苦瓜品种间皂苷含量差异显著，氮钾肥施用量对皂苷含量也有影响。‘优佳4号’在低氮与中钾施肥时，果实中皂苷的含量显著高于‘206’中氮低钾的组合(α=0.01)。中高氮和中高钾可以显著提高低皂苷‘206’中皂苷的含量。

表5 氮钾元素对不同品种苦瓜皂苷含量的影响

3 结论与讨论

皂苷是苦瓜中一种重要的活性物质，在抗肿瘤、降血糖、降血脂、抗氧化等方面都有一定的研究，具有非常重要的药用价值[18-19]。氮、钾元素是植物生长所必需的，在植物生长过程中需求量极大，而关于不同氮钾元素的配比对植物生理特性的影响也在多个物种中报道，在苦瓜中研究较少[20-24]。本研究选取了皂苷差异较大的3个苦瓜品种，设计不同浓度的氮钾元素施用配比，并利用非损伤微测技术(NMT)对苦瓜根尖对氮钾元素的吸收与利用进行监测，从生产层面上为提高苦瓜产量和品质提供参考。

NMT是一种植物营养研究与检测的新系统[25]。它可以研究作物营养吸收的机理和规律，采集植物生长过程中 NH4+、NO3-、K+、Ca2+及 H+等离子流的变化情况，这种离子流的图谱为认识品种间差异提供了直观的数据，为直接反映植物营养吸收过程、指导合理施肥提供了可靠的证据[26]。NMT技术在很多领域都得到了广泛的应用。Hawkins等[27]研究发现，NO3-、NH4+和H+的净吸收速率在花旗松(Pseudotsuga menziesii)和扭叶松(Pinus contorta)之间存在很大差异。Zhang等[28]也运用该技术监测细胞中的Ca2+通道。笔者利用NMT技术对苦瓜幼苗期和幼果期根系对氮和钾元素的流动情况进行检测，发现各品种苦瓜在幼苗期吸收氮肥较少，没有较大差异。在幼果期，高皂苷品种吸收氮元素能力显著高于低皂苷和中皂苷品种。施肥试验结果表明，氮肥对苦瓜果实皂苷含量影响不显著，但是高氮量可以提高低皂苷品种的皂苷含量，说明高皂苷含量的品种比低皂苷品种能更有效地吸收利用氮元素，这与前人的研究结果[29]一致。对于钾元素，已有研究发现，施用钾肥可以促进三七药材各种单体皂背和总皂昔的合成，从而显著提高其含量和累积量，说明钾肥可提高三七总皂苷含量[29-30]。本研究结果也表明，钾元素可以有效地提高苦瓜各品种的皂苷含量，对低含量品种效果尤为显著，说明钾肥对于皂苷的形成有促进作用。

氮和钾都是苦瓜生长所需的大量元素，但是目前关于其在苦瓜皂苷的影响方面研究较少。本研究采取正交试验设计，利用无损检测法对苦瓜不同生长阶段对氮钾元素的吸收利用进行监测，并比较不同氮钾肥配比下苦瓜中的皂苷含量，发现高皂苷苦瓜品种可以更有效吸收利用氮、钾元素，而增加氮肥和钾肥的施用量可以提高低皂苷品种中的皂苷含量。肥料影响苦瓜皂苷的作用机制，以及其他肥料条件对苦瓜皂苷的影响仍需进一步探究。