缓释肥对不同基因型丹参生理特性的影响

Effect of Slow-Release Fertilizer on Physiological Characteristics of Different Genotypes of Salvia miltiorrhiza

摘要: 为了明确缓释肥对丹参生理特性的影响，本研究采用盆栽实验，研究不同缓释肥用量0 kg/hm² (N1)、120 kg/hm² (N2)、240 kg/hm² (N3)、360 kg/hm² (N4)、480 kg/hm² (N5)对三种基因型的丹参幼苗SY-JM-L4 (A1)，DY-SD-8 (A2)，YY-YM-X1 (A3)的株高、叶绿素含量、可溶性糖、可溶性蛋白和抗氧化酶活性等指标的影响。研究结果表明，施用缓释肥显著提高丹参的株高，其中A1和A2基因型的株高在N4处理下达到最大值，而A3基因型的株高在N3处理下达到最大值，分别比对照处理提高了42.4%、75.4%和70.7%。3种基因型丹参总叶绿素含量均在N3处理下最高，分别比对照处理提高17.9%、13.5%和11.3%。3种基因型丹参的可溶性糖、可溶性蛋白含量均在N3处理下达到最大值。A1和A2基因型丹参的POD活性在N5施肥水平下达到最大值，A1和A2丹参的SOD活性最高在N3施肥条件下最高。综合考虑，缓释肥施用量为N3 (240 kg/hm²)时适合3种基因型丹参的生长。

Abstract: To elucidate the effect of slow-release fertilizer (SFR) on the physiological characteristics of Salvia miltiorrhiza (S. miltiorrhiza), the present study was conducted in a pot experiment to investigate the effects of different slow-release fertilizer dosages of 0 kg/hm² (N1), 120 kg/hm² (N2), 240 kg/hm² (N3), 360 kg/hm² (N4), 480 kg/hm² (N5) on the plant height, chlorophyll content, soluble sugars, soluble proteins and antioxidant enzymes activities of three genotypes S. miltiorrhiza seedlings (SY-JM-L4 (A1), DY-SD-8 (A2) and YY-YM-X1 (A3). The results showed that the SFR significantly augmented the plant height of the three genotypes of S. miltiorrhiza. The maximum plant height of A1 and A2 was observed at N4 treatment, while A3 was observed at N3 treatment, which was 42.43%, 75.37%, and 70.72% higher than that of the control treatments. The total chlorophyll content in three genotypes of S. miltiorrhiza was found to be the highest at N3 treatment, which was 17.94%, 13.47% and 11.30% higher than the control treatment, respectively. The soluble sugars and soluble protein contents of three genotypes of S. miltiorrhiza attained the maximum values at N3 treatment. Furthermore, the POD activity of the A1 and A2 genotypes of S. miltiorrhiza reached the maximum at N4 treatment, and the SOD activity in A1 and A2 reached its maximum at N3 treatment. Consequently, it can be concluded that the SRF application rate of N3 (240 kg/hm²) was determined to be the optimal for the growth of the three genotypes of S. miltiorrhiza.

1. 引言

《中药材生产质量管理规范(GAP)》明确要求，药用植物施肥方案应遵循“有机肥和无机肥结合，基肥与追肥互补”的原则，依据目标物种营养需求特征及土壤供肥能力进行精准调控。鉴于药用植物的次级代谢产物合成对矿质元素的特殊需求，施肥策略需兼顾产量稳定与有效成分积累的双重目标。我国作为全球氮肥消耗量最大的国家之一，当前农田氮肥利用率仅30%，远低于世界平均水平[1]。过量氮投入不仅造成经济效益下降，更引发土壤酸化，水体富营养化等环境问题[2] [3]。在粮食安全与生态保护协同发展的战略需求下，提升肥料利用率已成为现代农业的必由之路。

缓释肥(Slow-Release Fertilzer, SRFs)因其可控释放性，可实现养分供应与作物需求曲线的动态匹配[4]。相比于传统速效肥，SRFs具备以下优势：1) 可通过薄膜或化学合成技术延缓养分释放，使肥料利用率比45%~95% [5]。2) 避免苗期烧苗与后期脱肥现象，保障作物全生育期稳健生长。田间试验证明，SRFs对作物生理调控具有显著正向效应。史莉娜等[6]研究发现。汉中市南郑区沙壤土上缓释肥用量可以促进油菜生长进度和产量构成因子，并在840 kg/hm²时缓释肥施用量，可以获得油菜最高产量和最大经济效益；赵晴等[7]研究发现，缓释肥增量处理使用夏谷叶绿素含量提升了12.7%~18.4%、光合速率增加23.6%、最终生物量提高29.8%。纪耀坤等[8]研究表明，优化SRFs用量可使麦茬花生中后期叶片硝酸还原酶活性提高了37.2%，百果重增加15.4%、氮肥偏生产力提升42.6%。

丹参(Salvia miltiorrhiza Bunge)，作为唇形科药用植物，始于《神农本草经》，在《本草经疏》和《本草纲目》中也均有记载。随着丹参生产规模的不断扩大，规模化种植中盲目增施化肥的现象，导致土壤板结，微生物区系失衡等问题频发，严重威胁丹参品质与产地生态安全。研发适宜丹参种植的缓释肥对其产量和品质的提升具有重要的意义。针对此现状，本实验以三种基因型丹参(SY-JM-L4，DY-SD-8和YY-YM-X1)为材料，系统分析SRFs用量对其农艺指标和生理特性的调控规律，旨在建立“肥料增效–品质提升–环境友好”协同的丹参绿色种植体系。

2. 材料与方法

2.1. 试验材料

丹参(Y-JM-L4、DY-SD-8、YY-YM-X1)优质种苗由山东省潍坊市丹参种植场提供，试验中分别编号为A1，A2，A3；缓释肥为多维肥精，由多维谷(国际)科技有限公司提供，其主要成分：磷 + 氮 + 钾 ≥ 50%。

2.2. 试验设计

盆栽试验盆栽土壤质地为壤土，土壤有机质含量18.67 g·kg⁻¹，碱解氮64.82 mg/kg、速效磷25.04 mg/kg、速效钾含量94.9 mg/kg。试验由尿素(含N ≥ 46.4%)、硫酸钾(K₂O 51%)、过磷酸钙(P₂O₅ ≥ 14%)分别提供氮磷钾肥，采用单因素随机区组设计，并一次性作为底肥施入。试验包括3个丹参基因型(A1、A2、A3)和5个水平的缓释肥用量(0、120、240、360、480 kg/hm²)。缓释肥用量水平分别记作N1、N2、N3、N4、N5。共15个处理，每个处理重复3次，共计45盆我们选取长势一致的健康幼苗进行定植，每盆3株幼苗。移栽之前对植株称鲜重，并做记录。植株生长过程中适时定量浇水，其他管理措施统一按常规要求。

2.3. 项目测定

定植后90 d取出所有植株测定相关指标。采用丙酮比色法测定叶绿素含量，采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量，采用考马斯亮蓝染色法测定可溶性蛋白含量，采用硫代巴比妥酸比色法测定丙二醛(MDA)的含量；采用NBT光还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)的活性，采用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性，采用紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)的活性。

2.4. 数据分析

用Excel软件进行数据整理，用Origin分析软件进行分析作图。

3. 结果

3.1. 缓释肥用量对不同基因型丹参株高的影响

施用缓释肥显著提高丹参的株高(表1)。随着使用量的增加，3种基因型丹参的株高均呈现先增加后降低的趋势。不同施肥水平下，A1和A2基因型丹参的株高均在N4 (360 kg/hm²)施肥条件时达到最高值，分别比N1 (0 kg/hm²)施肥条件下提高了42.4%和75.3%；A3基因型丹参的株高在N3 (240 kg/hm²)施肥条件下达到最大值，比N1 (0 kg/hm²)提高了70.7%。

Table 1. Effects of SRF on plant height of different genotypes of S. miltiorrhiza

表1. 缓释肥用量对不同基因型丹参株高的影响

处理	N1	N2	N3	N4	N5
A1	7.00 ± 1.00 cd	7.17 ± 0.61 b	6.87 ± 0.60 cd	9.97 ± 0.44 a	7.93 ± 0.28 b
A2	6.43 ± 0.71 b	6.57 ± 1.16 b	11.27 ± 1.69 a	11.27 ± 1.69 a	6.20 ± 1.74 b
A3	7.07 ± 1.42 c	9.80 ± 1.05 ab	12.07 ± 1.94 a	11.23 ± 1.56 a	8.93 ± 1.55 b

3.2. 缓释肥用量对不同基因型丹参叶绿素含量的影响

如图1(A)所示，不同施肥水平下，A1和A2丹参的叶绿素a在N3 (240 kg/hm²)施肥条件下达到最大值，A3丹参的叶绿素a含量在N4 (360 kg/hm²)施肥水平下达到最大值，分别比相应的N1 (0 kg/hm²)处理组提高了18.0%､12.2%和14.2%。不同基因型条件下，A1基因型叶绿素a含量高于其他两个基因型。且在N3施肥条件下，A1基因型叶绿素a含量比A2和A3基因型提高了8.0%和42.0%｡

Figure 1. Effect of SRF on chlorophyll content of three genotypes of S. miltiorrhiza

图1. 缓释肥对3种基因型丹参叶绿素含量的影响

如图1(B)所示，不同施肥水平下，A1基因型的叶绿素b含量随着施肥量呈现增长趋势，A2和A3基因型变化不大，三种基因型叶绿素b含量均在N3施肥条件下达到最大值，分别比对照处理组提高了17.5%､16.7%和24.7%。不同基因型条件下，在N3施肥条件下，A1的叶绿素b含量比A2和A3分别提高了6.9%和10.5%。

如图1(C)所示，不同施肥水平下，三种基因型丹参总叶绿素含量均在N3施肥条件下最高，分别比对应的对照处理提高17.9%､13.5%和11.3%。不同基因型条件下，A1基因型的总叶绿素显著性高于其他两个基因型。在N3施肥条件下，A1的总叶绿素含量比A2和A3分别提高了8.4%和51.7%。

3.3. 缓释肥用量对不同基因型丹参渗透调节物质的影响

如图2(A)所示，不同施肥水平条件下，3种基因型丹参的可溶性糖含量均在N3 (240 kg/hm²)缓释肥处理条件下达到最大值，分别比对应的对照组N1 (0 kg/hm²)提高了19.5%，28.8%和27.4%。不同基因型条件下，在N3施肥条件下，A2基因型的可溶性糖含量比A1和A3基因型高了17.7%和14.9%。

如图2(B)所示，不同施肥水平条件下，3种基因型丹参的可溶性蛋白含量在N3施肥条件下均达到最大值，分别比对照处理提高了18.8%，17.0%和27.7%。不同基因型条件下，在N3施肥条件下，A1丹参的可溶性蛋白含量比A2和A3分别提高了10.7%和9.7%。

如图2(C)所示，不同施肥水平条件下，3种基因型的脯氨酸含量均呈现先降低后增加的趋势，并在N3缓释肥处理条件下达到最低值，分别比对照组在N1施肥条件下降低了51.0%，22.5%和36.9%。

Figure 2. Effect of SRF on osmoregulatory substances of three genotypes of S. miltiorrhiza

图2. 缓释肥对3种基因型丹参的渗透调节物质的影响

3.4. 缓释肥用量对不同基因型丹参抗氧化酶活性的影响

植物体内的SOD水平是植物衰老和死亡的直观指标，能抵抗和阻断氧自由基的损伤，及时修复受损细胞，恢复自由基的损伤。如图3所示，不同施肥水平条件下，A1和A2基因型的SOD活性在N3施肥条件下达到最大值，相反，A3基因型的SOD活性在N3施肥条件下最低。不同基因型条件下，A3基因型SOD活性低于其他两个基因型(图3(A))。不同施肥水平条件下，A1和A2基因型的POD含量的最大值在N5施肥水平，比对应的对照组分别提高了34.3%和50.7%。A3基因型的POD含量在N1水平达到最大值(图3(B))。不同施肥水平条件下，3种基因型在不同缓释肥用量下均呈现先增长后降低的趋势，均高于对照处理，并在N4施肥条件下达到最大值，分别比对照处理提高了67､4%､43.2%和48.5%。不同基因型条件下，A2基因型丹参的CAT活性最高(图3(C))。

Figure 3. Effect of SRF on antioxidant enzyme activities of three genotypes of S. miltiorrhiza

图3. 缓释肥对3种基因型丹参抗氧化酶活性的影响

4. 讨论

由于缓释肥的养分释放期长，淋溶、挥发少，养分释放慢，可以达到一次施肥用于作物的整个生长阶段，可提高养分利用率，施用范围广泛。颜冬云等[9]研究表明，施用控释复合肥的番茄的株高、叶片数、叶面积和鲜果均高于普通复合肥，其中番茄产量提高了63.1%。陆士奎等[10]研究结果显示，施用缓释肥增强花椰菜的抗性，提高花椰菜产量和效益，改善花椰菜的品质。本实验结果发现，缓释肥用量对丹参的农艺指标和生理生化指标有较为明显的作用。与对照组相比，缓释肥处理下丹参的株高和叶绿素含量均有明显提高，在施肥水平为360 kg/hm²时，A1和A2基因型丹参的株高比对照组分别提高了42.4%和75.3%；在施肥水平为480 kg/hm²下，A3基因型丹参的株高比对照组提高了70.7%。3种基因型丹参的叶绿素a含量均在在240 kg/hm²达到最大值，比对照组增加了12.2%~14.3%，说明缓释肥可以提高丹参叶绿素的合成，从而提高丹参植株的生长。

植物体内的SOD水平是植物衰老和死亡的直观指标，能抵抗和阻断氧自由基的损伤，及时修复受损细胞，恢复自由基的损伤[11]。过氧化氢酶(Catalase, CAT)广泛存在于植物组织中，是重要的保护酶之一，其作用是代谢中产生的H₂O₂消除，避免H₂O₂积累对细胞的氧化破坏，因此，其活性水平与植物的生长发育水平有关。本实验结果显示，在施肥水平为360 kg/hm²时，3种基因型丹参的CAT活性达到最大，A1和A2丹参在施肥水平为2.4 kg/hm²时POD活性达到最大值，A1和A2丹参在施肥水平为240 kg/hm²时SOD活性最高，腐殖酸可以缓解生长环境因子限制对丹参生长带来的胁迫压力。

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸是衡量植物渗透调节物质的重要因素。缓释肥通过精准调控养分释放影响丹参的代谢过程[12]。刘芳[13]等研究结果显示，施用缓释肥可以使十字花科作物的可溶性糖和蛋白含量提高3.2%~29.7%。叶挺等[14]研究结果显示，与对照组相比，使用缓释肥后樱桃番茄可溶性糖含量提高了19.73%，促进植物生长和果实品质形成。本试验结果显示，在240 kg/hm²是施肥水平下，3种基因型的可溶性糖和可溶性蛋白含量均达到最大值，缓释肥用量对于丹参生长有促进作用，能够提高丹参叶绿素含量、可溶性蛋白和可溶性糖，可以提高丹参的药用价值，提高肥料利用率。

5. 结论

合理施用是保障丹参安全和改善品质的重要措施，多维肥精富含多种营养物质及微生物，对提高肥料利用率和改善作物品质具有积极作用。实验设置的5个缓释肥水平处理下丹参的株高、叶绿素含量、可溶性糖、可溶性蛋白含量均优于对照组。3种基因型丹参的叶绿素a含量均在施肥水平为240 kg/hm²时达到最大值，分别比对照处理提高17.9%、13.5%和11.3%；A1和A2丹参的株高在施肥水平为360 kg/hm²时达到最大值，A3丹参的株高在施肥水平为1.2 kg/hm²时达到最高值。A1和A2丹参的POD活性在施肥水平为480 kg/hm²时达到最大值，A1和A2丹参的SOD活性最高在施肥水平为240 kg/hm²时最高；3种基因型丹参的CAT活性均在施肥水平为360 kg/hm²时达到最大值；3种基因型丹参的可溶性糖和可溶性蛋白的含量均在施肥水平为240 kg/hm²时达到最大值。综合考虑，多维精缓释肥施用量为240 kg/hm²最适合3种基因型丹参的生长。

基金项目

大学生创新创业训练项目(S202311396052)；陕西省自然科学基础研究计划项目(2023-JC-QN-0357)。

NOTES

^*通讯作者。