水氮耦合对金线莲生长和品质的影响.pdf-

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第 52 卷第 8 期 2024 年 8 月西北农林科技大学学报自然科学版 J ou r na l o f No r t hwe s t A 福建农林大学科技创新专项 KHF190014 福建农林大学乡村振兴服务团队项目 11899170128 作者简介汪其双 1997 女云南腾冲人在读硕士主要从事药用植物栽培与利用研究 E ma i l w18288595732 163 c om 通信作者邹小兴 1971 男福建邵武人副教授博士主要从事药用植物资源与栽培研究 E ma i l f j zxxzxx 126 c om 汪其双 1 2 陈泽明 1 2 林协全 1 2 覃兴化 1 2 黄思琦 1 2 邹双全 1 2 邹小兴 1 2 1 福建农林大学林学院福建福州 350002 2 自然生物资源保育利用福建省高校工程研究中心福建福州 350002 摘要目的探究不同水氮耦合处理对金线莲生长和品质的影响为确定金线莲栽培的适宜水氮耦合方案提供参考方法以大叶金线莲为试材采取裂区设计设置 3 种施氮量 N1 3 3 g m 2 N2 6 6 g m 2 N3 9 9 g m 2 和 4 种灌水量 W1 45 5 f W2 55 5 f W3 65 5 f W4 75 5 f 其中 f 为田间持水量组合处理以不施肥不灌溉为对照 CK 栽培 5 个月后测定 13 个处理金线莲的生长指标保存率株高单株叶片数叶长和叶宽茎节数节长根长根数单株鲜质量及干质量折干率生理指标总叶绿素可溶性蛋白可溶性糖含量和过氧化物酶超氧化物歧化酶活性和品质指标总黄酮含量及总多糖金线莲苷总生物碱和总氨基酸质量分数分析灌水量和施氮量对金线莲生长及活性成分的影响结果与 CK 相比除 N1W1 N3W1 处理外其余处理均可以提高金线莲单株鲜质量干质量折干率茎节数节长和株高其中 N2W3 处理金线莲的单株鲜质量茎节数节长株高均达最大值较 CK 分别提高了 35 67 33 18 16 14 和 35 45 在 30 60 d 的较短栽培时期内金线莲栽培的保存率在各处理之间差异不明显但随着栽培时间延长 N1 N2 条件下的水氮耦合优势逐渐显现与 CK 相比各处理金线莲的单株叶片数叶长叶宽根长和根数无显著差异与 CK 相比除 N2W1 处理外其余处理均可以提高金线莲可溶性糖含量 SOD 活性和总叶绿素含量除 N1W4 和 N3W4 处理外其余处理均可以降低金线莲的 POD 活性与 CK 相比各处理对金线莲可溶性蛋白含量有显著影响同一施氮水平下 W1 条件下的可溶性蛋白含量显著高于其他处理与 CK 相比各处理对金线莲总氨基酸和总多糖质量分数均有显著影响其中 N2W3 处理的总氨基酸质量分数最高为 9 18 N1W3 处理的总多糖质量分数最高为 45 08 在 W2 W3 条件下金线莲的总黄酮含量和金线莲苷质量分数随施氮量的增加均呈先增后减趋势施氮效果均表现为 N2 N3 N1 且均以 N2W3 处理最高分别为 25 04 mg g 和 19 36 熵权系数法分析结果显示 12 种肥水组合中耦合作用效果排名前 5 的处理为 N2W3 N2W2 N3W1 N2W4 N3W2 结论适宜的水氮耦合处理有利于金线莲生长及活性成分的积累金线莲较优的肥水组合是灌水量为田间持水量的 60 70 施氮量为 6 6 g m 2 关键词金线莲水氮耦合生理特性活性成分中图分类号 S567 23 9 062 文献标志码 A 文章编号 1671 9387 2024 08 0143 12 E f f e c t o f w a t e r a n d n i t r o g e n c o u p l i n g o n g r o w t h a n d q u a l i t y o f A n o e c t o c h i l u s r o x b u r g h i i WANG Qi shuang 1 2 CHEN Zemi ng 1 2 LIN Xi equan 1 2 QIN Xi nghua 1 2 HUANG S i q i 1 2 ZOU Shuangquan 1 2 ZOU Xi aox i ng 1 2 1 C o l l e g e o f F o r e s t r y F u j i a n A g r i c u l t u r e a n d F o r e s t r y U n i v e r s i t y F u z h o u F u j i a n 350002 C h i n a 2 F u j i a n U n i v e r s i t y E n g i n e e r i n g R e s e a r c h C e n t e r f o r C o n s e r v a t i o n a n d U t i l i z a t i o n o f N a t u r a l B i o l o g i c a l R e s o u r c e s F u z h o u F u j i a n 350002 C h i n a A b s t r a c t Ob j e c t i ve Th i s s t udy i nve s t i ga t ed t he e f f e c t s o f d i f f e r en t wa t e r and n i t r ogen c oup l i ng t r e a tmen t s on g r owt h and qua l i t y o f A n o e c t o c h i l u s r o x b u r g h i i t o p r ov i de r e f e r enc e s f o r de t e rmi n i ng app r o p r i a t e wa t e r and n i t r ogen c oup l i ng s cheme f o r A r o x b u r g h i i Me t hod A sp l i t z one de s i gn wa s adop t ed f o r Daye A r o x b u r g h i i wi t h t hr e e n i t r ogen app l i c a t i on r a t e s o f N1 3 3 g m 2 N2 6 6 g m and N3 9 9 g m 2 and f our i r r i ga t i on r a t e s o f W1 45 5 f W2 55 5 f W3 65 5 f and W4 75 5 f f i s t he amoun t o f wa t e r he l d i n t he f i e l d The c a s e wi t h no f e r t i l i z e r and no i r r i ga t i on wa s us ed a s t he c on t r o l CK Af t e r cu l t i va t i on f o r 5 mon t hs g r owt h i ndexe s p r e s e r va t i on r a t e p l an t he i gh t numbe r o f l e a f pe r p l an t l e a f l eng t h and l e a f wi d t h numbe r o f s t ems s t ems l eng t h numbe r o f r oo t s r oo t l eng t h f r e sh we i gh t pe r p l an t and d r y we i gh t and d i s coun t r a t e phys i o l og i c a l pa r ame t e r s s o l ub l e p r o t e i n so l ub l e su ga r t o t a l ch l o r ophy l l c on t en t SOD a c t i v i t y and POD a c t i v i t y and qua l i t y i nd i c a t o r s t o t a l f l avono i ds k i n s eno s i de t o t a l a l ka l o i ds t o t a l ami no a c i d and t o t a l po l ys a c cha r i de we r e de t e rmi ned Then t he e f f e c t s o f i r r i ga t i on wa t e r and n i t r ogen app l i c a t i on on g r owt h and a c t i ve c omponen t s o f A r o x b u r g h i i we r e ana l y z ed Re su l t Compa r ed wi t h CK a l l t r e a tmen t s exc ep t N1W1 and N3W1 i nc r e a s ed f r e sh we i gh t pe r p l an t d r y we i gh t d i s c oun t r a t e numbe r o f s t ems s t ems l eng t h and p l an t he i gh t o f A r o x b u r g h i i The N2W3 t r e a tmen t had t he h i ghe s t f r e sh we i gh t pe r p l an t numbe r o f s t ems s t ems l eng t h and p l an t he i gh t and t hey we r e 35 67 33 18 16 14 and 35 45 h i ghe r t han t ha t o f CK Du r i ng t he sho r t cu l t i va t i on pe r i od o f 30 60 d t he d i f f e r enc e s i n p r e s e r va t i on o f A r o x b u r g h i i cu l t i va t i on we r e no t s i gn i f i c an t among t r e a tmen t s wh i l e t he advan t age s o f wa t e r and n i t r ogen c oup l i ng unde r N1 and N2 c ond i t i ons g r adua l l y ap pe a r ed a s t he cu l t i va t i on pe r i od p r o l onged Compa r ed wi t h CK t he r e we r e no s i gn i f i c an t d i f f e r enc e s i n numbe r o f l e a f pe r p l an t l e a f l eng t h and l e a f wi d t h numbe r o f r oo t and r oo t l eng t h among t r e a tmen t s Compa r ed wi t h CK a l l t r e a tmen t s exc ep t N2W1 i nc r e a s ed s o l ub l e suga r SOD a c t i v i t y and t o t a l ch l o r ophy l l c on t en t wh i l e de c r e a s ed POD a c t i v i t y exc ep t f o r N1W4 and N3W4 t r e a tmen t s Al l t r e a tmen t s had s i gn i f i c an t e f f e c t s on s o l ub l e p r o t e i n con t en t and t ha t unde r W1 c ond i t i ons wa s s i gn i f i c an t l y h i ghe r t han o t he r t r e a tmen t s a t s ame n i t r ogen l eve l s Compa r ed wi t h CK a l l t r e a tmen t s had s i gn i f i c an t e f f e c t s on t o t a l ami no a c i d and t o t a l po l ys a c cha r i de ma s s f r a c t i on o f C l e m a t i s c h i n e n s i s The t o t a l ami no a c i d ma s s f r a c t i on t r e a t ed wi t h N2W3 wa s t he h i ghe s t a t 9 18 And t he t o t a l po l ys a c cha r i de ma s s f r a c t i on t r e a t ed wi t h N2W3 wa s t he h i ghe s t a t 45 08 The t o t a l f l avono i ds and k i ns enos i de o f A r o x b u r g h i i unde r W2 and W3 cond i t i ons showed a t r end o f i nc r e a s i ng f i r s t and t hen de c r e a s i ng wi t h t he i nc r e a s e o f n i t r ogen app l i c a t i on The e f f e c t s o f n i t r ogen app l i c a t i on we r e i n t he o r de r o f N2 N3 N1 The N2W3 t r e a tmen t had t he h i ghe s t va l ue s o f 25 04 mg g and 19 36 r e spe c t i ve l y The en t r opy c oe f f i c i en t ana l ys i s showed t ha t t he t op 5 ou t o f t he 12 f e r t i l i z e r comb i na t i ons we r e i n t he o r de r o f N2W3 N2W2 N3W1 N2W4 N3W2 Conc l us i on Su i t ab l e wa t e r and n i t r ogen coup l i ng t r e a tmen t wa s bene f i c i a l t o t he g r owt h o f A r o x b u r g h i i a nd a c c umu l a t i on o f a c t i v e i ng r e d i e n t s The p r e f e r r e d f e r t i l i z e r wa t e r c omb i n a t i on f o r A r o x b u r g h i i wa s i r r i g a t i on r a t e o f 60 70 o f wa t e r ho l d i ng c a p a c i t y i n f i e l d and n i t r og e n a pp l i c a t i on r a t e o f 6 6 g m 2 K e y w o r d s A n o e c t o c h i l u s r o x b u r g h i i Wa l l L i nd l wa t e r and n i t r ogen c oup l i ng phys i o l og i c a l p r o pe r t i e s a c t i ve i ng r ed i en t s 金线莲 A n o e c t o c h i l u s r o x b u r g h i i Wa l l L i nd l 为兰科开唇兰属多年生草本植物全草可入药具有解毒除湿降血压降血糖及抗肿瘤等功效 1 药用价值较高民间称其为神药台湾地区甚至冠以药王的美称 2 金线莲植株矮小根系较浅在自然环境中生长缓慢繁殖率低且对空气温度湿度光照积温等环境条件都有严苛的要求 3 近年来由于过度采挖致使金线莲野生资源锐减但在人工栽培过程中因不注重栽培环境的选择以及不合理的灌溉施肥等措施造成土壤水氮失衡金线莲成活率低产量和品质亦有所下降根据不同水分条件在时间数量和方式上合理协调灌溉和施肥是水氮耦合技术的关键 4 因此探究水氮耦合作用对金线莲生长及活性成分积累的影响进而优化水氮耦合技术这对金线莲的高效栽培具有十分重要的指导意义 5 水氮耦合是指水和氮两因素在产量经济效益水氮高效利用上达到理想状态是影响植物生长发 4 4 1 西北农林科技大学学报自然科学版第 52 卷育的主要栽培因素 6 合理的水肥管理能有效增强土壤酶活性改善土壤透水性提高土壤肥力促进植株生长发育光合产物积累和增加产量 7 有研究表明增施氮肥可以改善干旱胁迫对植物造成的伤害促进植物生长并显著提高植物光合色素含量及抗氧化酶活性 8 刘国宏等 9 研究发现随着灌水量或施氮量的增加冬小麦的株高叶面积光合特性和产量呈现同步增加趋势且在高水条件下表现出以水带肥的效果合理的水肥控施栽培管理可使水肥相调和达到互促互利的效果而不合理的水肥措施会影响丹参的生长发育及其品质 10 Ma 等 11 发现适宜的施肥或灌水可以显著增加枸杞多糖可溶性蛋白甜菜碱等的积累促进枸杞的生长发育马新超等 12 研究表明沙培黄瓜后期增施氮肥可以增强黄瓜叶片的 SOD POD 和 CAT 活性降低 MDA 含量进而提升叶片生理代谢能力达到高产的目标孙誉育等 13 对红桦的研究表明在水分不足时减少施氮量会增加红桦根系渗透调节物质含量并增强抗氧化物酶活性以抵御逆境的胁迫而施氮则会提高其可溶性蛋白含量金线莲的叶片形态植株大小及土壤肥力与土壤水分有着密切关系氮素是其需求量最大的矿质元素缺氮不利于金线莲的生长和干物质积累 14 也有研究表明施氮量或灌水量过高会导致植物产量下降甚至产生肥害或烂根 15 在不同水肥配比下植物叶片大小叶长叶宽叶厚叶面积叶质量均会出现明显的差别水肥配比除了对阴生植物的形态结构具有重要的调控作用外对其生理生化效应和次生代谢产物的合成也具有明显的诱导性效应 16 在金线莲生产过程中水肥的合理施用和把控至关重要目前对金线莲人工栽培的研究主要集中在基质栽培红蓝光光质培育施肥模式光照度处理等 17 19 方面关于金线莲最适水氮环境以及水氮耦合模式对金线莲生长和生理特性的影响等尚未见报道为此本研究通过探究不同灌水量和施氮量组合处理对金线莲生长生理指标及活性成分的影响旨在筛选出适宜金线莲生长的水氮耦合模式进而为金线莲的高效栽培及其产业的可持续发展提供理论依据 1 材料与方法 1 1 试验材料试验于 2018 03 10 09 10 在福建农林大学田间实验室进行供试材料为南靖大叶金线莲种源供试土壤取自福建省闽清美菰国有林场杉木林下 1 2 cm 土层土壤 pH 值 4 43 碱解氮含量为 15 79 mg kg 有效磷含量为 12 77 mg kg 土壤速效钾含量为 41 73 mg kg 全磷含量为 9 42 g kg 全钾含量为 4 74 g kg 1 2 试验设计试验采取裂区设计设置氮肥施用量和灌水量 2 个因素氮肥施用量设 3 个水平 N1 为 3 3 g m 2 N2 为 6 6 g m 2 N3 为 9 9 g m 2 灌水量设 4 个水平 W1 为 45 5 f W2 为 55 5 f W3 为 65 5 f W4 为 75 5 f 其中 f 为田间持水量以不施肥不灌溉为对照 CK 共计 13 个处理各处理水氮组合见表 1 表 1 金线莲水氮耦合试验设计及肥料用量 Tab l e 1 Expe r imen t a l de s i gn o f wa t e r and n i t r ogen c oup l i ng and f e r t i l i z e r do s age f o r A r o x b u r g h i i 处理 Tr e a tmen t 氮肥施用量 g m 2 Ni t r ogen app l i c a t i on r a t e 尿素施用量 g 盘 1 Ur e a app l i c a t i on r a t e 总量 To t a l ur e a 基肥 Ba s e f e r t i l i z e r 追肥 Add i t i ona l f e r t i l i z e r 灌水量 I r r i ga t i on amoun t N1W1 3 3 1 04 0 52 0 52 45 5 f N1W2 3 3 1 04 0 52 0 52 55 5 f N1W3 3 3 1 04 0 52 0 52 65 5 f N1W4 3 3 1 04 0 52 0 52 75 5 f N2W1 6 6 2 10 1 05 1 05 45 5 f N2W2 6 6 2 10 1 05 1 05 55 5 f N2W3 6 6 2 10 1 05 1 05 65 5 f N2W4 6 6 2 10 1 05 1 05 75 5 f N3W1 9 9 3 16 1 58 1 58 45 5 f N3W2 9 9 3 16 1 58 1 58 55 5 f N3W3 9 9 3 16 1 58 1 58 65 5 f N3W4 9 9 3 16 1 58 1 58 75 5 f CK 0 0 0 0 0 注 f 为田间持水量 No t e f i nd i c a t e s t he amoun t o f wa t e r he l d i n t he f i e l d 5 4 1 第 8 期汪其双等水氮耦合对金线莲生长和品质的影响试验设 5 次重复采用长宽高分别为 30 25 和 5 cm 的穴盘种植每盘种植 100 株尿素按施用量均分后分别以基肥和追肥分 2 次施用第 1 次施肥在金线莲定植后将尿素溶于 100 mL 的水中浇于植株根部第 2 次施肥在栽培 1 个月后以同样的方式对植株进行追肥处理用土壤水分仪控制土壤水分每天上午和傍晚各测定 1 次测定部位为金线莲种植深度的 5 0 cm 处水分下降时及时补充栽培管理措施按常规进行 1 3 测定指标及方法 1 3 1 生长指标栽培 5 个月后各处理随机选取 10 株测量金线莲的株高用直尺测量金线莲基部到顶部之间的高度节长即每个处理金线莲最长的茎节之和叶长和叶宽选取金线莲最大的叶片以长宽最大处为准根长取金线莲的主根系测定茎基部到根最底端的长度统计单株叶片数根数茎节数保存率第 1 个月保存率存活株数初植株数 100 其余月份保存率本月存活株数上个月存活株数 100 用电子天平称取单株鲜质量及干质量结果取平均值并计算折干率金线莲单株干质量金线莲单株鲜质量 100 1 3 2 生理指标取金线莲整株鲜样进行测定总叶绿素含量采用乙醇浸提法测定可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定过氧化物酶活性采用愈创木酚法测定超氧化物歧化酶活性采用氮蓝四唑法 20 测定 1 3 3 品质指标总多糖质量分数采用硫酸苯酚法 21 测定总黄酮含量采用乙醇超声提取法 22 测定金线莲苷质量分数采用甲醇氯仿法 22 测定总生物碱质量分数采用氯仿萃取法 23 测定总氨基酸质量分数采用乙醇超声法 24 测定总氨基酸或总多糖质量分数 M1 V1 N M2 V2 100 金线莲苷或总生物碱质量分数 C V3 N M2 V2 100 式中 M1 为标准曲线中计算出的对应样品质量 V1 为样品定容体积 N 为稀释倍数 M2 为样品质量 V2 为测定中所取待测液的体积 C 为标准曲线中计算出的萃取液稀释后的浓度 V3 为萃取液体积 1 4 熵权系数法分析及最佳水肥条件的确定采用改进熵权系数法 25 对金线莲水氮耦合试验进行评价并从中筛选最优方案具体步骤如下 1 数据标准化处理因水氮耦合试验共设 13 个处理共测定 20 个指标得 n 20 m 13 用 m 种不同灌溉方案结合 n 个不同指标可以得到评价矩阵 R r i j m n 其中 r i j 为第 i 种水氮耦合处理下第 j 个指标值 2 计算所占比重 p i j p i j r i j m i 1 r i j 3 计算信息熵 E i E i m i 1 p i j l n p i j j 1 2 3 n 4 计算熵值 e j e j 1 l n m E j j 1 2 3 n 5 计算客观权重 j j 1 e j n i 1 1 e j j 1 2 3 n 通过计算可知 0 j 1 n i 1 j 1 由于水氮耦合方案制定中主观经验亦起到重要作用本研究将决策者主观权重 1 2 3 n 与客观权重 j j 1 2 3 n 有机结合可得新的指标权重为 j j j n i 1 j j 其中 j 为第 j 个指标新的权重 j 为第 j 个指标的主观权重 j 1 2 3 n 记矩阵 R 中每列的最理想值为 r j 然后对矩阵中的数值进行标准化计算 r j 数值的优劣与指标性质密切相关本研究中评价指标值主要分为两类一是 r j 越大越优如总氨基酸总多糖总黄酮总生物碱金线莲苷等称作活性成分二是 r j 越小越优本研究中主要为 POD 含量称作损失性指标整理可得 d i j r i j r j r j max r i j r j r i j r j mi n r i j 6 计算熵权评价值 i i n j 1 j d i j i 1 2 3 m 1 5 数据处理采用 Exc e l 2016 及 Or i g i n 2022 绘制图表和整理数据用 SPSS 20 0 进行单因素方差分析用 Dunc an s 进行多重比较 2 结果与分析 2 1 水氮耦合对金线莲生长的影响 2 1 1 保存率水氮耦合对金线莲保存率的影响如表 2 所示金线莲保存率指当月存活的植株数与上个月成活植株数的百分比是衡量金线莲植株生长情况的重要指标由表 2 可知各水氮耦合处理的保存率在试验开始后的 30 60 d 差异不显著且 6 4 1 西北农林科技大学学报自然科学版第 52 卷均保持在 90 以上在栽培 90 120 d 内 N3 条件下各处理的保存率随栽培时间延长呈快速下降趋势除 N3W2 处理外其余处理显著低于 CK N1 N2 条件下各处理保存率的下降趋势仍相对较为缓慢在栽培 90 d 时各处理的保存率差异不明显 120 d 时各处理的保存率显著高于 CK 在栽培后 150 d 时 N1W2 N2W2 处理的保存率显著高于其他处理分别为 97 25 和 91 83 与 CK 相比分别显著提高了

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