不同施钾水平对丹参生理特性的影响

张胜珍，王晓英，马艳芝，客绍英，沈玉龙

（1唐山师范学院生命科学系，河北唐山 063000；2河北农业大学，河北保定 071001；3唐山师范学院，河北唐山 063000）

0 引言

丹参(Salviae Miltiorrhiza)，唇形科鼠尾草属多年生草本植物，药用历史悠久，为中国大宗中药材之一[1]。丹参含有丹参酮IIA、丹参酮Ⅰ、隐丹参酮、丹酚酸类等成分，具有活血祛瘀、通经止痛、清心除烦、凉血止痈的功效，现代药理研究表明其具有保护心血管、抗炎、抗纤维化、抗肿瘤活性[2-3]。中国丹参植物资源丰富，然而随着临床对丹参需求量的快速增加及野生丹参资源的减少，人工栽培的丹参已成为丹参药材市场的主流[4]。然而在丹参生产中却存在栽培管理粗放、产量低、品质不稳定等问题[5]。

施肥是中药材人工栽培中极为重要的一个环节，直接影响到其生长、产量和品质[6]。钾肥是农业生产中的必要肥料，钾作为植物营养三要素之一，不仅在植物的光合作用、呼吸作用、蛋白质代谢中起重要作用，还具有调控细胞渗透势及气孔运动、参与酶的活化、调节同化物运输分配、提高作物抗逆性等多方面功能[7-9]。近年来中国土壤缺钾程度和缺钾面积呈不断扩大趋势[10]，因此钾肥的施用越来越受到人们的重视。然而当钾肥施用过量时也会产生不良影响，不仅造成作物产量及品质的下降，还会造成环境污染及资源浪费[11]。不同作物因其营养特点及收获器官的不同，对钾的需求量存在较大差异，因此研究作物在不同供钾水平下的生长状况及生理特点，对于掌握其营养特性，指导实际生产具有重要意义。

前人对丹参施肥技术已进行了一定的研究[12-14]，但目前还鲜见关于不同施钾水平对丹参生长及生理特性的影响的相关报道。因此，本试验采用田间小区试验的方法，设置不同钾肥施用量处理，测定丹参在不同施钾水平下的生理代谢变化，探讨钾营养对丹参生长发育的影响机制，以期为丹参栽培中钾肥的合理施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于唐山市丰润区王官营镇(39°90′N，118°27′E)，属暖温带大陆性季风气候，年均温10.8℃，年降水量710 mm，土壤pH 7.46，速效氮27.4 mg/kg、速效磷60.6 mg/kg、速效钾148 mg/kg、有机质16.1 mg/kg。

1.2 试验材料

试验材料经唐山师范学院药用植物研究室鉴定为唇形科鼠尾草属植物丹参Salvia miltiorrhizaBge.。

1.3 试验设计

选取生长良好，长势一致的丹参种苗，于2021年4月20 日完成移栽。试验在施氮(N) 150 kg/hm2、磷(P2O5) 120 kg/hm2的基础上，设置K0 (0 kg/hm2)、K75(75 kg/hm2)、K150(150 kg/hm2)、K225(225kg/hm2)4 个施钾(K2O)水平。供试肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）、硫酸钾（含K2O 52%），磷肥全部作基肥，氮肥和钾肥50%作基肥、50%作追肥。每处理重复3 次，小区面积20 m2，试验期间各处理除施钾水平不同外，其余栽培措施保持一致，均进行常规田间管理。在丹参生长期间隔一段时间取样一次，每处理选取生长状态较一致的植株进行生理指标的测定。

1.4 指标测定

丹参丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法测定[15]，超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性分别采用氮蓝四唑光化还原法、愈创木酚法比色法、紫外吸收法测定[16]；叶绿素含量采用丙酮提取法测定[16]。

1.5 数据处理

采用Excel 2019 软件进行数据整理分析及作图，采用SPSS 19.0软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同施钾水平对丹参MDA含量的影响

植物在不良环境下或衰老时往往自由基、活性氧代谢失调，引起脂质过氧化反应，使得其产物MDA在植物体内积累，加剧生物膜损伤[17]。不同施钾水平对丹参MDA含量的影响如图1所示。

图1 不同施钾水平对丹参MDA含量的影响

从图1可以看出，丹参各处理的MDA含量最初均处于较低水平，而随生育期的延长，各处理MDA含量呈不断升高趋势。在7 月5 日—8 月12 日，各处理MDA含量均大幅升高，这可能与此期间高温炎热且当年雨水过多，丹参受到高温及水涝胁迫有关；8月12日—9月8日各处理MDA含量变化不大，10月14日后随着植株逐渐衰老以及天气变冷，丹参可能受到低温胁迫，各处理MDA 含量均又有较大幅度的升高。分别对4个处理各时期的MDA含量取平均值后进行比较，结果为K150＞K225＞K75＞K0，即丹参不施钾肥处理的MDA 含量最高，而不同施钾水平均可降低丹参的MDA含量，其中K150处理的MDA含量最低，比K0处理降低了17.36%，与其他处理间差异均达显著水平，由此说明，钾肥的施用可以提高丹参在不良环境下细胞膜的受伤害程度，且施钾量为150 kg/hm2时效果最佳。

2.2 不同施钾水平对丹参SOD活性的影响

SOD是植物体内清除活性氧自由基的关键酶，可催化超氧自由基形成H2O2，降低其对细胞的伤害[18]。从图2 可以看出，在不同施钾水平下丹参处理的SOD活性变化趋势相同，均在开始时SOD 活性呈降低趋势，但在7月5日K75、K150、K225处理SOD活性则急剧升高，8 月12 日时达生育期最高值，K0 处理SOD 活性也有小幅上升；在8 月12 日后各处理SOD 活性下降，10月14日后再次上升。从各处理在整个生育期的SOD 平均活性来看，K0 处理SOD 活性最低，K75、K150、K225 处理SOD 活性分别为K0 处理的1.29、1.59、1.43 倍。此结果表明钾肥的施用可促进丹参SOD活性的提高，当施钾量为150 kg/hm2时效果最佳，SOD活性显著高于其他处理。

图2 不同施钾水平对丹参SOD活性的影响

2.3 不同施钾水平对丹参POD活性的影响

POD是植物体内另一种重要的保护酶，可将自由基代谢中间产物H2O2进一步分解为H2O[19]。从图3 可以看出，在5 月30 日—7 月5 日，不同施钾水平下的丹参POD 活性均有小幅上升，这与SOD 活性变化有所不同，但7 月5 日后，丹参各处理的POD 活性变化与SOD 活性变化一致，即在7 月5 日后各处理POD 活性急剧上升并在8 月12 日达到其生育期最高值，8 月12日后各处理POD 活性开始降低，10 月14 日后又再次升高，其中K150 处理升高幅度最大，显著高于其他处理。4个处理中，K0处理各时期的POD活性平均值最低，显著低于其他处理，其次为K75 处理，K150 处理POD活性平均值最大，为K0处理的1.19倍。

图3 不同施钾水平对丹参POD活性的影响

2.4 不同施钾水平对丹参CAT活性的影响

CAT亦为清除H2O2的重要保护酶，可将H2O2分解为H2O和O2[19]。从图4可以看出，随生育期的推进，丹参各处理的CAT活性呈先升后降的变化趋势，丹参各处理的CAT 活性在9 月8 日出现第一次峰值，晚于POD活性出现第一次峰值的时间（8月12日），之后丹参各处理的CAT 活性均有所降低。丹参各处理在整个生育期的CAT 活性平均值随施钾水平的提高而增大，即K225＞K150＞K75＞K0，各处理间差异达显著水平。

图4 不同施钾水平对丹参CAT活性的影响

2.5 不同施钾水平对丹参叶绿素含量的影响

植物的叶绿素含量是衡量其光合能力及衰老程度的重要指标。从图5 可知，从丹参的整个生育进程来看，K75、K150 及K225 处理的叶绿素含量变化较为一致，均从5 月30 日叶绿素含量开始大幅上升，在7 月5日达到其生长期间的最大峰值，之后叶绿素含量开始逐渐下降，但9月8日后又有小幅度的升高，10月14日后叶绿素含量再次降低。K0处理叶绿素含量在7月5日前与其他处理变化基本相同，但7月5日后呈持续降低趋势。分别对4个处理各时期的叶绿素含量取平均值后进行比较，结果为K150＞K75＞K225＞K0，即丹参叶绿素含量随着施钾量的增加而先升高后下降，当施钾量为150 kg/hm2时，丹参平均叶绿素含量高于其他处理，特别是在丹参生长中后期差异显著，这表明150 kg/hm2施钾量有利于促进丹参叶绿素的合成，延缓叶绿素的降解，从而延迟叶片衰老。

图5 不同施钾水平对丹参叶绿素含量的影响

3 结论与讨论

植物在不良环境条件下或衰老时会发生不同程度的膜脂过氧化作用，MDA 作为其最终分解产物，其含量高低可作为考察植物细胞受伤害程度的重要指标[20]。本试验中，丹参MDA含量随生育期推进而呈升高趋势，其中夏季高温多雨期及秋季天气变冷及植株衰老时MDA含量增幅较大，其他时期增幅较小，表明MDA 含量的增加与植株衰老及遭受逆境程度密切相关。钾是植物营养三要素之一，影响着植物的生长与代谢。在不同施钾水平下，丹参MDA含量有所差异，不施钾肥时丹参MDA含量最高，而75、150、225 kg/hm2施钾处理均可不同程度地降低丹参的丙二醛含量，且150 kg/hm2处理MDA 含量最低，这与刘政波等[21]在人参上的研究结果相似，由此说明适宜供钾水平可以延缓丹参植株衰老或提高丹参对外界不良环境条件的抵抗能力，从而减轻细胞受伤害程度。

SOD、POD、CAT 是植物体内保护酶系统的主要成员，三者协同作用，清除植物体内的活性氧自由基，抵御其对膜结构和完整性造成的破坏。因此可通过植物体内SOD、CAT和POD等的活性来衡量植物衰老速率对不良环境的适应能力。本试验中，丹参体内的SOD、POD、CAT 均在夏季高温多雨期有较高活性，在秋季气温降低时SOD、POD 活性也有所升高，这可能是因为在不良环境下丹参体内活性氧自由基的积累刺激和诱导了SOD 等保护酶的合成而使其活性提高[22]。此外，本试验结果还表明75、150、225 kg/hm2施钾处理的SOD、POD、CAT活性均高于不施钾处理，其中150 kg/hm2施钾处理的SOD和POD活性最高，此结果也与MDA 含量测定结果相对应，说明适量施钾可通过提高丹参体内的保护酶活性，抑制膜质过氧化作用，减少MDA的生成，从而减轻丹参在不良环境下的细胞受损伤程度。

植物的叶绿素含量是叶片光合能力强弱、营养生理状况以及衰老进程的良好指示剂。有研究表明，供钾良好对作物叶绿素含量的提高有促进作用[23-24]。本研究与前人研究结果相同，即适宜供钾水平对提高丹参叶绿素含量有明显的促进作用，但过高或过低的供钾水平则不利于叶绿素含量的提高，这可能是由于当供钾水平过低时，细胞中的活性氧增加，扩散到叶绿体内，参与对叶绿素的降解[24]；而过量施钾时则可能影响离子间的平衡而干扰作物对其他矿质元素（如Mg、Ca）的吸收，进而影响叶绿素的合成[25-26]。

本研究表明施钾水平对丹参生理代谢有明显影响，当施钾水平为150 kg/hm2时可有效提高丹参体内SOD、POD、CAT 等保护酶活性，抑制膜质过氧化作用，减少MDA的生成；同时可提高丹参叶片叶绿素含量，提高光合能力，促进丹参正常生长和发育。