天津中医药大学学报  2025, Vol. 44 Issue (9): 785-792

文章信息

赵荣坤, 张乃嘦, 王雪媛, 梁文骞, 何琦, 王毅龙, 袁宏宇, 李天祥
ZHAO Rongkun, ZHANG Naijiao, WANG Xueyuan, LIANG Wenqian, HE Qi, WANG Yilong, YUAN Hongyu, LI Tianxiang
微量元素铁锰硼配施对兴安升麻产量和品质的影响
The effects of combined application of trace elements iron, manganese and boron on the yield and quality of C.dahurica(Turcz.) Maxim.
天津中医药大学学报, 2025, 44(9): 785-792
Journal of Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, 2025, 44(9): 785-792
http://dx.doi.org/10.11656/j.issn.1673-9043.2025.09.04

文章历史

收稿日期: 2025-04-10
微量元素铁锰硼配施对兴安升麻产量和品质的影响
赵荣坤1 , 张乃嘦1 , 王雪媛1 , 梁文骞2 , 何琦2 , 王毅龙2 , 袁宏宇2 , 李天祥1     
1. 天津中医药大学,天津 301617;
2. 盛实百草药业有限公司,天津 300301
摘要: [目的] 考察微量元素铁(Fe)、锰(Mn)、硼(B)配施对兴安升麻产量和品质的影响,为规范化大田栽培兴安升麻提供合理的微量元素施肥方案。[方法] 将采集于河北省承德市的兴安升麻幼苗进行盆栽实验,采用“3414”实验方法设计Fe、Mn、B 3种微量元素的配施水平,收获后测量其生长指标,通过高效液相色谱法(HPLC)测定药效成分咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸含量,紫外-可见分光光度法(UV-Vis)测定总酚酸含量,并进行隶属函数综合分析。[结果] 不同生长指标和药效成分对应的最佳施肥处理有所差别,其中Fe1Mn2B2处理,兴安升麻根茎的直径和长度相较对照组分别提升96.82%、162.67%;Fe2Mn0B2处理,地上和地下干物质积累量相较对照组分别提升73.72%、79.01%;Fe2Mn2B3处理,咖啡酸、阿魏酸、总酚酸含量相较于对照组分别提升215.38%、30.77%、224.74%;Fe1Mn2B2施肥处理,异阿魏酸含量相较对照组提升81.36%。基于药效成分含量信息,利用隶属函数分析法进行综合评价,确定提升兴安升麻品质的最佳施肥处理为Fe2Mn2B3,其中硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、硫酸锰(MnSO4)、硼砂(Na2B4O7·10H2O)的施入水平分别为50、30、54 mg/L,施用量均为1 L。[结论] 科学的Fe、Mn、B配施方案能够显著提高兴安升麻产量,促进药效成分的合成积累,对兴安升麻的种植生产具有一定指导意义。
关键词: 兴安升麻    微量元素    配方施肥    产量    品质    
The effects of combined application of trace elements iron, manganese and boron on the yield and quality of C.dahurica(Turcz.) Maxim.
ZHAO Rongkun1 , ZHANG Naijiao1 , WANG Xueyuan1 , LIANG Wenqian2 , HE Qi2 , WANG Yilong2 , YUAN Hongyu2 , LI Tianxiang1     
1. Tianjin University of Traditional Chinese Medicine, Tianjin 301617, China;
2. Shengshi Baicao Pharmaceutical Co., Ltd., Tianjin 300301, China
Abstract: [Objective] To explore the impacts of combined application of iron, manganese, and boron microelements on the yield and quality of C.dahurica(Turcz.) Maxim., and to furnish a rational fertilizer scheme for the standardized field cultivation of C.dahurica(Turcz.) Maxim.. [Methods] C.dahurica(Turcz.) Maxim. seedlings were gathered from Chengde City, Hebei Province, and subjected to a pot experiment. The "3414"experimental approach was employed to design the fertilization levels of iron, manganese, and boron microelement application. Growth indicators were measured post-harvest. The contents of pharmacological components such as caffeic acid, ferulic acid, and isoferulic acid were determined by HPLC, while the total phenolic acid content was measured by UV-Vis. A fuzzy comprehensive evaluation was carried out using membership function analysis. [Results] The optimal fertilizer treatments varied for different indicators and pharmacological components. Compared with the control group, the Fe1Mn2B2 treatment led to 96.82% and 162.67% increase in the diameter and length of C.dahurica(Turcz.) Maxim. rhizome respectively, the Fe2Mn0B2 treatment resulted in 73.72% and 79.01% increase in the accumulation of dry matter in the aboveground and underground parts respectively, the Fe2Mn2B3 treatment brought about 215.38%, 30.77%, and 224.74% increase in the contents of caffeic acid, ferulic acid, and total phenolic acid respectively, the Fe1Mn2B2 fertilization treatment led to 81.36% increase in the content of isoferulic acid. Based on the information of pharmacological component content, a fuzzy comprehensive evaluation was utilized to conduct a comprehensive assessment, and the optimal iron, manganese, and boron fertilizer ratio was determined to be Fe2Mn2B3, with fertilizer concentrations of FeSO4·7H2O 50 mg/L, MnSO4 30 mg/L, and Na2B4O7·10H2O 54 mg/L, and an application rate of 1 L. [Conclusion] The scientific fertilization scheme of iron, manganese, and boron can significantly increase the yield of C.dahurica(Turcz.) Maxim. and promote the synthesis and accumulation of active ingredients, which has certain guiding significance for the cultivation and production of C.dahurica(Turcz.) Maxim..
Key words: C.dahurica(Turcz.) Maxim.    microelement    formula fertilization    yield    quality    

升麻为毛茛科植物大三叶升麻Cimicifuga heracleifolia Kom.、兴安升麻C.dahurica(Turcz.)Maxim.或升麻C. foetida L.的干燥根茎[1],味辛、微甘、微寒,归肺、脾、胃、大肠经,可治风热头疼、齿痛、口疮、咽喉肿痛、麻疹不透、阳毒发斑、脱肛、子宫脱垂等疾病[2]。现代研究认为,升麻具有抗炎、抗过敏、抑制肿瘤增生、改善糖脂代谢、治疗骨质疏松等药理作用,其药效成分多为酚酸类物质[3]

兴安升麻是药材升麻最早的基源植物[4],但兴安升麻栽培难度大,种植时间长,加之过度采挖野生资源,以致资源短缺,无法满足市场需求[5-6]。因此,实施人工规模种植是解决资源短缺的有效途径。研究从兴安升麻种植过程中的施肥环节出发,采用“3414”实验方法设计铁(Fe)、锰(Mn)、硼(B)3种微量元素的配施方案,系统考察不同施肥处理下兴安升麻的生长指标和主要药效成分含量,以确定兴安升麻栽培过程中提升产量和品质的最佳Fe、Mn、B肥配施方案,为兴安升麻栽培技术的完善提供数据参考和理论依据。

1 材料 1.1 实验地概况

实验实施于天津中医药大学种质资源圃,实验期间年均降水量889.6 mm,活动积温5 050 ℃,年均温14.1 ℃,无霜期236 d,光照培育1 450~1 700 h,土壤pH为8.50,铵态氮含量20.80 mg/kg,有效磷6.37 mg/kg,速效钾118.3 mg/kg。

1.2 实验材料

一年生兴安升麻幼苗,采集于河北省承德市,经天津中医药大学李天祥教授鉴定,为毛茛科升麻属植物兴安升麻Cimicifuga dahurica(Turcz.)Maxim.。

2 方法 2.1 实验设计

采用单因素完全随机区组设计,壤土与沙土按9∶1拌匀后分装于上口径18.5 cm、下口径10.5 cm、高19 cm的树脂花盆中,以一年生兴安升麻幼苗为材料,去除茎叶,栽培于花盆中,分别使用分析纯的硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)、硫酸锰(MnSO4)、硼砂(Na2B4O7·10H2O)提供Fe、Mn、B 3种微量元素,按表 1组合成14种施肥处理,每个处理重复6盆,累计84盆,各项元素的最佳施用量经文献查阅和走访当地农户后确定[7-9],并以面积换算,得到每盆施用量。

表 1 Fe、Mn、B施肥不同配比及浓度
编号 处理 Fe Mn B FeSO4·7H2O(mg/L) MnSO4(mg/L) Na2B4O7·10H2O(mg/L)
S1 Fe0Mn0B0 0 0 0 0 0 0
S2 Fe0Mn2B2 0 2 2 0 30 36
S3 Fe1Mn2B2 1 2 2 25 30 36
S4 Fe2Mn0B2 2 0 2 50 0 36
S5 Fe2Mn1B2 2 1 2 50 15 36
S6 Fe2Mn2B2 2 2 2 50 30 36
S7 Fe2Mn3B2 2 3 2 50 45 36
S8 Fe2Mn2B0 2 2 0 50 30 0
S9 Fe2Mn2B1 2 2 1 50 30 18
S10 Fe2Mn2B3 2 2 3 50 30 54
S11 Fe3Mn2B2 3 2 2 75 30 36
S12 Fe1Mn1B2 1 1 2 25 15 36
S13 Fe1Mn2B1 1 2 1 25 30 36
S14 Fe2Mn1B1 2 1 1 50 15 18
2.2 盆栽管理

幼苗移栽后充分灌溉,生长健壮后按表 1施肥方案分别进行施肥,按照一般田间常规措施进行管理。

2.3 生长指标测定

于10月下旬统一采收,测量根茎长度(根茎起始位置至最末端长度)、根茎直径(根茎最宽处直径)、地上干物质(地上部分于干燥箱中105 ℃杀青15 min,65 ℃烘干至恒质量)、地下干物质(地下部分干燥箱中105 ℃杀青15 min,65 ℃烘干至恒质量)、R/T值(地下干物质与地上干物质的比值)。

2.4 总酚酸含量测定 2.4.1 对照品溶液制备

精密称取5 mg咖啡酸对照品于50 mL容量瓶中,以70%乙醇溶液定容至刻度,摇匀即得0.1 mg/mL的咖啡酸对照品溶液。

2.4.2 供试品溶液制备

升麻粉碎后过药典二号筛,精密称取0.5 g升麻粉末于50 mL锥形瓶中,加入25 mL 70%乙醇溶液,60 ℃条件下加热回流2.5 h,冷却并过滤,取续滤液于50 mL容量瓶中,以70%乙醇溶液定容至刻度,摇匀后取滤液1 mL,加入10 mL 70%乙醇溶液稀释即得供试品溶液。

2.4.3 确定检测波长

分别在25 mL棕色容量瓶中加入0.15 mL供试品溶液和0.5 mL对照品溶液,加入无水乙醇至5 mL,然后依次加入0.3%的十二烷基硫酸钠、0.5%铁氰化钾-1.0%三氯化铁(体积比为1∶1)混合液各2 mL,摇匀后避光静置5 min,用0.1 mol/L盐酸溶液定容至25 mL,摇匀后再次避光静置20 min,平行空白。在波长200~800 nm内进行扫描,发现对照品溶液在753 nm处出现最大吸收峰。因此实验以753 nm作为升麻总酚酸含量的检测波长。

2.4.4 线性关系考察

分别在25 mL棕色容量瓶中加入0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 mL咖啡酸对照品溶液,加入无水乙醇溶液至5 mL,按“2.4.3”所述方法进行显色。在波长753 nm处测定吸光度值并绘制标准曲线,得到线性回归方程:Y=0.182 9X+0.085 0,R2=0.999 5,线性范围为0.8~4.8 μg/mL。

2.4.5 精密度考察

取升麻样品0.5 g,按“2.4.2”所述方法制备供试品溶液,在波长753 nm处测定吸光度值,连续测量6次,计算总酚酸含量的RSD为0.05%,表明仪器精密度良好。

2.4.6 重复性考察

取6份同一批次升麻样品各0.5 g,按照“2.4.2”所述方法制备供试品溶液,在波长753 nm处测定吸光度值,计算总酚酸含量的RSD为0.09%,表明方法的重复性良好。

2.4.7 稳定性考察

取0.5 g升麻样品,按照“2.4.1”所述方法制备对照品溶液,分别在波长753 nm处测定0、10、20、30、40、50、60 min时的吸光度值,计算总酚酸含量的RSD为0.10%,表明升麻样品在1 h内稳定性良好。

2.4.8 加样回收率考察

取已知总酚酸含量的同一批次升麻粉末6份,每份各0.5 g,按照“2.4.2”项下方法制备供试品溶液,分别加入适量的对照品溶液,在波长753 nm处测定吸光度值,计算总酚酸平均回收率为100.59%,RSD为1.15%,表明实验方法准确性良好。

2.4.9 样品含量测定

取升麻样品按照“2.4.2”项下方法制备供试品溶液,在波长753 nm处测定吸光度,代入线性回归方程计算总酚酸的含量,每个施肥处理样品平行测定3次,结果取算术平均值。

2.5 咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸含量测定 2.5.1 色谱条件

使用Agilent Zorbax SB-C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm);以乙腈(A)-0.1%磷酸水溶液(B)为流动相,梯度洗脱,洗脱程序为0~40 min 13%~24%A,40~45 min 24%~45%A,45~55 min 45%A;流速为1mL/min;检测波长为316 nm;柱温为25 ℃;进样量为10 μL。

2.5.2 对照品溶液制备

取适量咖啡酸、阿魏酸和异阿魏酸对照品于10 mL容量瓶,加70%乙醇溶液定容至刻度,充分溶解,即得质量浓度为0.015、0.022、0.040 mg/mL的对照品储备液。

2.5.3 供试品溶液的制备

50 mL具塞锥形瓶放入取0.5 g升麻样品粉末,加入70%乙醇溶液25 mL,称质量记录,加热回流2.5 h后静置至室温,以70%乙醇溶液补足失质量,抽滤取其续滤液,即为供试品溶液。

2.5.4 线性关系考察

3种对照品溶液分别量取0.2、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 mL于10 mL容量瓶中,以70%乙醇溶液定容至刻度,按“2.5.1”所述方法进样,绘制标准曲线,根据表 2可知咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸在各自浓度范围内线性关系良好。

表 2 升麻中咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸线性关系考察
成分 线性范围(μg/mL) 回归方程 相关系数(R2
咖啡酸 1.60~40.00 Y=3 212.5X+ 24 476.0 0.999 4
阿魏酸 1.76~44.00 Y=2 999.3X+ 8 301.1 0.999 2
异阿魏酸 2.72~68.00 Y=2 462.5X+142 081.0 0.999 8
2.5.5 精密度考察

取0.5 g升麻样品,按照“2.5.3”所述方法制备供试品溶液,“2.5.1”所述条件连续进样6针,记录各成分峰面积,计算各成分含量,结果显示咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸含量的RSD值分别为2.10%、1.22%、1.08%,表明仪器精密度良好。

2.5.6 重复性考察

取6份同一批次升麻样品各0.5 g,按“2.5.3”所述方法制备供试品溶液,按“2.5.1”所述条件进样,记录各成分峰面积,计算各成分含量,结果显示咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸含量的RSD值分别为1.34%、1.61%、0.59%,表明方法重复性良好。

2.5.7 稳定性考察

取同一供试品溶液,按“2.5.1”所述条件分别在0、2、4、6、8、10、12 h进样,记录各成分峰面积,计算各成分含量,结果显示咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸含量的RSD值分别为1.11%、1.49%、0.88%,表明供试品溶液在24 h内稳定性良好。

2.5.8 加样回收率考察

称取已知含量的升麻粉末6份各0.5 g,分别加入适量对照品储备液,按“2.5.3”所述方法制备供试品溶液,“2.5.1”所述条件进样,记录峰面积,计算各成分含量,结果显示咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸的平均回收率分别为99.96%、99.81%、100.17%,RSD分别为1.84%、1.35%、1.13%,表明实验方法准确性良好。

2.5.9 样品含量测定

对不同处理下的升麻样品,按“2.5.3”所述方法制备供试品溶液,按“2.5.1”所述条件进样,测定各施肥处理的升麻中咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸的峰面积,将峰面积带入标准曲线计算各成分含量,每个处理3次重复试验,结果取平均值。

2.6 统计学方法

采用Excel进行表型数据处理,SPSS 27.0进行数据分析,计量资料采用均数±标准差(x±s)表示,符合正态分布和方差齐性检验的计量资料采用随机区组设计方差分析,方差不齐的采用随机区组秩和检验。对微量元素Fe、Mn、B不同配施处理下的升麻药效成分含量进行隶属函数法综合分析,以评价不同配施处理下升麻的药材品质。P<0.05表示差异有统计学意义。

3 结果与分析 3.1 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻生长指标的影响 3.1.1 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻根茎直径和长度的影响

表 3可知,不同水平的Fe、Mn、B元素配施处理对升麻根茎的直径和长度影响程度不同,基于根茎直径数值大小,以S3(Fe1Mn2B2)组最大为1.97 cm,以对照组S1(Fe0Mn0B0)最小为0.75 cm,S3根茎直径相较对照组提升162.67%,且S3与各组均能达到显著性差异水平;基于根茎长度数值大小,以S3组最大为3.09 cm,以对照组S1最小为1.57 cm,S3相较于对照组提升96.82%,且S3与各组间均能达到显著性差异水平,表明不同水平的Fe、Mn、B元素配施处理均能提高升麻根茎的直径和长度,且以S3(Fe1Mn2B2)处理提升效果最明显。

表 3 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻生长指标的影响(x±sn=6)
编号 根茎长度(cm) 根茎直径(cm) 地上干物质(g) 地下干物质(g) R/T值
S1 1.57±0.24 0.75±0.17 1.37±0.15 4.43±0.48 3.41±0.16
S2 2.82±0.15* 1.74±0.09* 1.58±0.34 5.39±1.17* 3.41±0.01
S3 3.09±0.19*# 1.97±0.09*# 1.56±0.23 5.55±0.82* 3.56±0.00
S4 2.75±0.13*△ 1.71±0.11*△ 2.38±0.14*#△ 7.93±0.68*#△ 3.33±0.09
S5 2.83±0.07*△ 1.75±0.08*△ 1.42±0.26 4.85±0.41 3.46±0.35
S6 2.39±0.40*#△▲○ 1.45±0.29*#△▲○ 1.53±0.28 5.34±0.99*▲ 3.49±0.02
S7 2.68±0.17*△ 1.67±0.16*△ 1.74±0.31 4.82±0.51 2.79±0.21*#△▲○●
S8 2.28±0.23*#△▲○□ 1.33±0.15*#△▲○□ 1.83±0.11*▲○ 5.36±0.57*▲ 2.92±0.14*#△▲○●
S9 1.81±0.20#△▲○●□■ 0.99±0.14*#△▲○●□■ 2.09±0.17*#△▲○●□ 6.05±0.35*#▲○●□■ 2.91±0.41*#△▲○●
S10 2.30±0.29*#△▲○□▽ 1.35±0.21*#△▲○□▽ 1.73±0.30▲▽ 4.70±0.59▲▽ 2.73±0.13*#△▲○●
S11 2.00±0.21*#●△▲○□ 1.12±0.17*#△▲○●□ 1.44±0.33▲■▽ 4.53±0.34△▲▽ 3.22±0.51□▼
S12 1.94±0.09*#△▲○●□▼ 1.06±0.08*#△▲○●□■▼ 2.13±0.23*#△▲○●□▼☆ 7.10±0.49*#△▲○●□■▽▼☆ 3.36±0.11□■▽▼
S13 2.15±0.48*#△▲○□ 1.21±0.36*#△▲○□ 2.25±0.26*#△○●□■▼☆ 6.48±0.40*#○▲△●□■▽▼☆ 2.89±0.16*#△▲○●☆★
S14 2.06±0.18*#△▲○□ 1.15±0.14*#△▲○●□ 1.56±0.07▲▽★◎ 5.91±0.21*#▲○●□■▼☆★ 3.79±0.04▲□■▽▼☆★◎
注:与S1比较,*P<0.05;与S2比较,#P<0.05;与S3比较,P<0.05;与S4比较,P<0.05;与S5比较,P<0.05;与S6比较,P<0.05;与S7比较,P<0.05;与S8比较,P<0.05;与S9比较,P<0.05;与S10比较,P<0.05;与S11比较,P<0.05;与S12比较,P<0.05;与S13比较,P<0.05。

采用“3414”实验方法对3种微量元素进行配施,在任意两种微量元素为最佳施入水平的处理中,可以在一定程度上反映第3种微量元素施入水平对植株产生的影响[7]。由表 1可知,Mn2B2施肥水平下,Fe元素4个施入水平对应处理分别为S2(Fe0Mn2S2)、S3(Fe1Mn2S2)、S6(Fe2Mn2S2)、S11(Fe3Mn2S2),通过表 3可知,升麻根茎直径与长度的变化趋势一致,均为S3>S2>S6>S11,说明Fe元素施入水平表现为Fe1>Fe0>Fe2>Fe3,提示适量施入Fe元素能够明显增加升麻的根茎直径和根茎长度,而施入过量时则会产生抑制作用。

表 1可知,Fe2B2施肥水平下,Mn元素4个施入水平对应处理分别为S4(Fe2Mn0B2)、S5(Fe2Mn1B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S7(Fe2Mn3B2),根据表 3,对4组处理下的根茎直径和长度进行排序,发现根茎直径和长度均表现为S5>S4>S7>S6,说明Mn元素施入水平表现为Mn1>Mn0>Mn3>Mn2,提示适量施入Mn元素对升麻根茎的直径和长度的增加具有促进作用,而过量施入Mn元素则会产生抑制作用。

表 1可知,Fe2Mn2施肥水平下,B元素4个施入水平对应处理分别为S8(Fe2Mn2B0)、S9(Fe2Mn2B1)、S6(Fe2Mn2B2)和S10(Fe2Mn2B3),由表 3可知,4组间根茎直径的变化趋势为S6>S10>S8>S9,B元素施入水平表现为B2>B3>B0>B1,提示少量B元素的施入会抑制根茎直径的增加,但随着B元素施入量的增加,又转为促进作用;4组间根茎长度的变化趋势为S10>S6>S8>S9,对应B元素的施入水平排序为B3>B2>B0>B1,表明施入少量B元素时,会抑制根茎长度的增加,但随着B元素施入量的增加,又转为促进作用。

3.1.2 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻干物质积累的影响

表 3可知,各组施肥处理对地上、地下干物质的积累情况影响不同。基于地上干物质积累情况,以S4处理(Fe2Mn0B2)重量最大为2.38 g,以对照组S1(Fe0Mn0B0)重量最小为1.37 g,S4相较S1地上干物质重量提升73.72%,且S4除S13外与其余组均能达到显著性差异水平;基于地下干物质积累情况,以S4(Fe2Mn0B2)处理质量最大为7.93 g,以对照组S1(Fe0Mn0B0)最小为4.43 g,S4相较S1地下干物质重量提升79.01%,且S4与各组间均能达到显著性差异水平。结合地上、地下干物质的累积情况与R/T值,可知S4(Fe2Mn0B2)处理的地上与地下干物质重量均为最大值,说明S4处理是最有利于升麻产量增加的微量元素施肥配比,其R/T值为3.33,与对照组S1(Fe0Mn0B0)的R/T相比未达到显著性差异水平,说明S4处理对地上、地下干物质积累均有较好的促进作用。

Fe元素施入水平会影响升麻干物质的积累,由表 1可知,在Mn2B2施肥水平下,4个Fe元素施入水平对应处理分别为S2(Fe0Mn2S2)、S3(Fe1Mn2S2)、S6(Fe2Mn2S2)、S11(Fe3Mn2S2),根据表 3,4组升麻地上干物质重量分别为1.58、1.56、1.53、1.44 g,Fe元素施入水平表现为Fe0>Fe1>Fe2>Fe3,提示Fe元素的施入会抑制升麻地上干物质的积累,且施入量越大,抑制作用越明显;S2、S3、S6、S114组升麻对应的地下干物质质量依次为5.39、5.55、5.34、4.53 g,Fe元素施入水平表现为Fe1>Fe0>Fe2>Fe3,提示少量Fe元素的施入会促进地下干物质的积累,过量施入Fe元素则会产生抑制作用,且抑制强弱与施入量有关。

Mn元素施入水平会影响升麻干物质的积累,由表 1可知,在Fe2B2施肥水平下,4个Mn元素施入水平对应的处理分别为S4(Fe2Mn0B2)、S5(Fe2Mn1B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S7(Fe2Mn3B2),根据表 3数据,4组升麻地上干物质重量分别为2.38、1.42、1.53、1.74 g,Mn元素施入水平表现为Mn0>Mn3>Mn2>Mn1,提示Mn元素的施入会抑制升麻地上干物质的积累,且抑制作用在一定范围内随施入量增大而减弱;4组升麻地下干物质重量分别为7.93、4.85、5.34、4.82 g,Mn元素施入水平表现为Mn0>Mn2>Mn1>Mn3,提示Mn元素的施入会对升麻地下干物质的积累产生一定程度的抑制作用。

B元素施入水平会影响升麻干物质的积累,由表 1可知,在Fe2Mn2施肥水平下,4个B元素施入水平对应处理分别为S8(Fe2Mn2B0)、S9(Fe2Mn2B1)、S6(Fe2Mn2B2)和S10(Fe2Mn2B3),由表 3可知,4组升麻的地上干物质重量分别为1.83、2.09、1.53、1.73 g,B元素施入水平表现为B1>B0>B3>B2,表明施入少量B元素可以有效促进升麻地上干物质的积累,过量施入则产生抑制作用;4组升麻的地下干物质重量分别为5.36、6.05、5.34、4.70 g,B元素施入水平表现为B1>B0>B2>B3,提示少量B元素的施入会促进升麻地下干物质的积累,过量施入则产生抑制作用。

3.2 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻药效成分含量的影响 3.2.1 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻中咖啡酸含量的影响

表 4可知,与对照组S1(Fe0Mn0B0)相比,除S2(Fe0Mn2B2)和S14(Fe2Mn1B1)外,其余各组施肥处理均可提高升麻中咖啡酸含量,并以S10(Fe2Mn2B3)处理中升麻的咖啡酸含量最高,为0.41 mg/g,相较对照组提升215.38%。

表 4 Fe、Mn、B配施对升麻药效成分含量的影响(x±sn=6) 
mg/g
编号 咖啡酸 阿魏酸 异阿魏酸 总酚酸
S1 0.13±0.01 0.26±0.00 0.59±0.00 0.97±0.00
S2 0.09±0.02* 0.30±0.01* 1.00±0.01* 0.97±0.01
S3 0.14±0.01*# 0.31±0.00* 1.07±0.02*# 1.11±0.02*#
S4 0.29±0.00*#△ 0.32±0.00*# 0.84±0.01*#△ 1.91±0.05*#△
S5 0.15±0.01*#▲ 0.23±0.01*#△▲ 0.59±0.01*#△▲ 1.35±0.01*#△▲
S6 0.15±0.00*#▲ 0.28±0.00*#△▲○ 1.01±0.01*△▲○ 1.52±0.02*#△▲○
S7 0.17±0.00*#△▲○● 0.33±0.01*#△▲○● 0.83±0.02*#△○ 1.78±0.00*#△▲○●
S8 0.19±0.01*#△▲○●□ 0.27±0.00*#△▲○□ 0.82±0.01*#△▲○ 2.11±0.01*#△▲○●□
S9 0.20±0.01*#△▲○●□ 0.31±0.00*○●□■ 0.88±0.00*#△▲○□■ 2.30±0.02*#△▲○●□■
S10 0.41±0.01*#△▲○●□■▽ 0.34±0.00*#△▲○●■▽ 0.89±0.01*#△▲○□■ 3.15±0.01*#△▲○●□■▽
S11 0.15±0.00*#△▲□■▽▼ 0.23±0.01*#△▲●□■▽▼ 0.59±0.01#△▲○□■▽▼ 1.48±0.00*#△▲○●□■▽▼
S12 0.17±0.00*#△▲○●■▽▼☆ 0.27±0.01#△▲○□▽▼☆ 0.85±0.02*#△○■▽▼☆ 1.88±0.01*#△○●□■▽▼☆
S13 0.19±0.01*#△▲○●□▼☆★ 0.29±0.00*#△▲○□■▽▼☆★ 0.63±0.00*#△▲○□■▽▼☆★ 2.07±0.01*#△▲○●□■▽▼☆★
S14 0.13±0.00#△▲○●□■▽▼☆★◎ 0.28±0.01*#△▲○□▽▼☆ 0.78±0.01*#△▲○□■▽▼☆★◎ 1.10±0.01*#▲○●□■▽▼☆★★
注:与S1比较,*P<0.05;与S2比较,#P<0.05;与S3比较,P<0.05;与S4比较,P<0.05;与S5比较,P<0.05;与S6比较,P<0.05;与S7比较,P<0.05;与S8比较,P<0.05;与S9比较,P<0.05;与S10比较,P<0.05;与S11比较,P<0.05;与S12比较,P<0.05;与S13比较,P<0.05。

在Mn、B元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同Fe元素施入水平对升麻咖啡酸含量的影响,由表 1可知,不同Fe元素施入水平对应的处理分别为S2(Fe0Mn2B2)、S3(Fe1Mn2B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S11(Fe3Mn2B2),由表 4可知,4组处理下升麻的咖啡酸含量排序为S11=S6>S3>S2,Fe元素施入水平表现为Fe3=Fe2>Fe1>Fe0,表明施入Fe元素可以明显提高升麻中的咖啡酸含量,同时推测Fe元素在0~50 mg/L的施入范围内,施入量与升麻中的咖啡酸含量成正相关。

在Fe、B元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同Mn元素施入水平对升麻咖啡酸含量的影响,由表 1可知,不同Mn元素施入水平对应的处理分别为S4(Fe2Mn0B2)、S5(Fe2Mn1B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S7(Fe2Mn3B2),由表 4可知,4组处理下升麻的咖啡酸含量排序为S4>S7>S6=S5,Mn元素施入水平表现为Mn0>Mn3>Mn2=Mn1,表明施入Mn元素会降低升麻中咖啡酸的含量。

在Fe、Mn元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同B元素施入水平对升麻咖啡酸含量的影响,由表 1可知,不同B元素施入水平对应的处理分别为S8(Fe2Mn2B0)、S9(Fe2Mn2B1)、S6(Fe2Mn2B2)和S10(Fe2Mn2B3),由表 4可知,4组处理下升麻的咖啡酸含量排序为S10>S9>S8>S6,B元素施入水平表现为B3>B1>B0>B2,表明B元素施入水平为18、54 mg/L时可有效增加升麻中咖啡酸的含量。

3.2.2 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻中阿魏酸含量的影响

表 4可知,与对照组S1(Fe0Mn0B0)相比,除S12(Fe1Mn1B2)和S11(Fe3Mn2B2)外,其余各组均可提高升麻中阿魏酸的含量,并以S10(Fe2Mn2B3)处理中升麻的阿魏酸含量最高,为0.34 mg/g,相较S1提升30.78%。

在Mn、B元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同Fe元素施入水平对升麻阿魏酸含量的影响,由表 1可知,不同Fe元素施入水平对应的处理分别为S2(Fe0Mn2B2)、S3(Fe1Mn2B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S11(Fe3Mn2B2),根据表 4可知,4组升麻的阿魏酸含量排序为S3>S2>S6>S11,Fe元素施入水平表现为Fe1>Fe0>Fe2>Fe3,表明Fe元素施入水平为25 mg/L时可增加升麻中阿魏酸的含量,但施入水平为50、75 mg/L时却产生抑制作用。

在Fe、B元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同Mn元素施入水平对升麻阿魏酸含量的影响,由表 1可知,不同Mn元素施入水平对应的处理分别为S4(Fe2Mn0B2)、S5(Fe2Mn1B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S7(Fe2Mn3B2),由表 4可知,4组处理下升麻的阿魏酸含量排序为S7>S4>S6>S5,Mn元素施入水平表现为Mn3>Mn0>Mn2>Mn1,提示Mn元素施入水平为45 mg/L时可以增加升麻中阿魏酸的含量,施入水平过低时则会产生抑制作用。

在Fe、Mn元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同B元素施入水平对升麻阿魏酸含量的影响,由表 1可知,不同B元素施入水平对应的处理分别为S8(Fe2Mn2B0)、S9(Fe2Mn2B1)、S6(Fe2Mn2B2)和S10(Fe2Mn2B3),由表 4可知,4组处理下升麻的阿魏酸含量排序为S10>S9>S6>S8,B元素施入水平表现为B3>B1>B2>B0,提示B元素的施入可以明显促进升麻中阿魏酸的合成和积累,且在施入水平为54 mg/L时促进作用最明显。

3.2.3 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻中异阿魏酸含量的影响

表 4可知,与对照组S1(Fe0Mn0B0)相比,除S11(Fe3Mn2B2)外,其余各组施肥处理均可显著提高升麻中异阿魏酸含量,并以S3(Fe1Mn2B2)处理中升麻的异阿魏酸含量最高,为1.07 mg/g,相较对照组提升81.35%。

在Mn、B元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同Fe元素施入水平对升麻异阿魏酸含量的影响,由表 1可知,不同Fe元素施入水平对应的处理分别为S2(Fe0Mn2B2)、S3(Fe1Mn2B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S11(Fe3Mn2B2),由表 4可知,4组处理下升麻的异阿魏酸含量排序为S3>S6>S2>S11,Fe元素施入水平表现为Fe1>Fe2>Fe0>Fe3,表明施入少量的Fe元素可以有效促进升麻中异阿魏酸的含量,在本次实验中,当Fe元素施入水平为25 mg/L时促进作用最明显,50 mg/L时促进作用稍弱,75 mg/L则产生抑制作用。

在Fe、B元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同Mn元素施入水平对升麻异阿魏酸含量的影响,由表 1可知,不同Mn元素施入水平对应的处理分别为S4(Fe2Mn0B2)、S5(Fe2Mn1B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S7(Fe2Mn3B2),由表 4可知,4组处理下升麻的异阿魏酸含量排序为S6>S4>S7>S5,Mn元素施入水平表现为Mn2>Mn0>Mn3>Mn1,提示当Mn元素施入水平为45 mg/L时可以促进升麻中异阿魏酸的含量,否则产生不同程度的抑制作用。

在Fe、Mn元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同B元素施入水平对升麻异阿魏酸含量的影响,由表 1可知,不同B元素施入水平对应的处理分别为S8(Fe2Mn2B0)、S9(Fe2Mn2B1)、S6(Fe2Mn2B2)和S10(Fe2Mn2B3),由表 4可知,4组处理下升麻的异阿魏酸含量排序为S6>S10>S9>S8,B元素施入水平表现为B2>B3>B1>B0,提示施入B元素可以增加升麻中异阿魏酸的含量,且当施入水平为36 mg/L时促进作用最明显。

3.2.4 微量元素Fe、Mn、B配施对升麻中总酚酸含量的影响

表 4可知,与S1(Fe0Mn0B0)对照组相比,除S2(Fe0Mn2B2)外,其余各施肥处理均可显著提高升麻中总酚酸含量,其中S10(Fe2Mn2B3)处理中升麻的总酚酸含量最高,为3.15 mg/g,较对照组提升224.74%。

在Mn、B元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同Fe元素施入水平对升麻总酚酸含量的影响,由表 1可知,不同Fe元素施入水平对应的处理分别为S2(Fe0Mn2B2)、S3(Fe1Mn2B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S11(Fe3Mn2B2),由表 4可知,4组升麻的总酚酸含量排序为S6>S11>S3>S2,Fe元素施入水平表现为Fe2>Fe3>Fe1>Fe0,表明施入Fe元素可以有效促进升麻中总酚酸的和合成和积累,且在本次实验中,当Fe元素施入水平为50 mg/L时促进作用最明显。

在Fe、B元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同Mn元素施入水平对升麻总酚酸含量的影响,由表 1可知,不同Mn元素施入水平对应的处理分别为S4(Fe2Mn0B2)、S5(Fe2Mn1B2)、S6(Fe2Mn2B2)、S7(Fe2Mn3B2),由表 4可知,4组处理下升麻的总酚酸含量排序为S4>S7>S6>S5,Mn元素施入水平表现为Mn0>Mn3>Mn2>Mn1,提示Mn元素的施入会抑制升麻中总酚酸和合成和积累。

在Fe、Mn元素为最佳施入水平的处理中,可反映不同B元素施入水平对升麻总酚酸含量的影响,由表 1可知,不同B元素施入水平对应的处理分别为S8(Fe2Mn2B0)、S9(Fe2Mn2B1)、S6(Fe2Mn2B2)和S10(Fe2Mn2B3),根据表 4可知,4组处理下升麻的总酚酸含量排序为S10>S9>S8>S6,B元素施入水平表现为B3>B1>B0>B2,说明B元素施入水平为18、54 mg/L时可明显增加升麻中总酚酸的含量,而施入水平为36 mg/L时则产生抑制作用。

3.2.5 隶属函数分析法综合评价

本部分采用模糊数学中的隶属函数方法进行分析[10],计算不同配施处理中咖啡酸、阿魏酸、异阿魏酸、总酚酸的隶属函数值,求其综合评价指数并排序,以综合描述微量元素Fe、Mn、B配施对升麻品质的影响。

根据表 5可知,各配施处理下综合评价指数差异明显,其中以S10(Fe2Mn2B3)处理下的综合评价指数得分最高为0.91,明显大于对照组S1(Fe0Mn0B0)的0.10,说明合适的Fe、Mn、B配施处理可以有效提高升麻的品质,由表 1可知,S10(Fe2Mn2B3)处理中FeSO4·7H2O、MnSO4、Na2B4O7·10H2O的施入水平分别为50 mg/L、30 mg/L、54 mg/L,施用量均为1 L。

表 5 Fe、Mn、B配施对升麻品质影响的综合评价
编号 咖啡酸 阿魏酸 异阿魏酸 总酚酸 综合评价指数 排名
S1 0.13 0.27 0.00 0.00 0.10 13
S2 0.00 0.64 0.85 0.00 0.37 9
S3 0.16 0.73 1.00 0.06 0.49 5
S4 0.63 0.82 0.52 0.43 0.60 2
S5 0.19 0.00 0.00 0.17 0.09 14
S6 0.19 0.45 0.88 0.25 0.44 6
S7 0.25 0.91 0.50 0.37 0.51 4
S8 0.31 0.36 0.48 0.52 0.42 7
S9 0.34 0.73 0.60 0.61 0.57 3
S10 1.00 1.00 0.63 1.00 0.91 1
S11 0.19 0.00 0.00 0.23 0.11 12
S12 0.25 0.36 0.54 0.42 0.39 8
S13 0.31 0.55 0.08 0.50 0.36 10
S14 0.13 0.45 0.40 0.06 0.26 11
4 讨论

微量元素是调控植物生长发育、养分吸收、生理代谢的重要成分[11],当植株中微量元素缺失或过量时,会对植株的生理机能和根系营养环境产生严重影响,进而影响药用部位的产量和有效成分的含量[12-15],研究发现许多栽培药用植物存在这种现象[8-9, 16],李艳等[17]通过液面喷施的方式对当归施加不同浓度的螯合铁肥,发现不同浓度的Fe元素能够通过促进叶片的光合作用进而影响当归的产量和品质,且其促进作用在600~1 500 mL/g范围内呈现先上升后下降的趋势;刘照东等[18]研究不同产地柴胡质量时,发现土壤中有效铁含量越高,药效成分柴胡皂苷的含量也越多。

实验发现,科学合理的Fe、Mn、B肥施入水平,均能够有效提升升麻根茎直径和长度,增加地上和地下干物质积累量,促进药效成分合成和积累,其中S3(Fe1Mn2B2)施肥配比下升麻根茎直径和长度最大,异阿魏酸含量最多;S4(Fe2Mn0B2)施肥配比处理对升麻地上和地下干物质的积累影响最大,可以有效促进产量的增加;S10(Fe2Mn2B3)施肥配比下升麻咖啡酸、阿魏酸和总酚酸含量最高,表明适宜的Fe、Mn、B配施可以有效提高升麻产量,促进有效成分含量的积累,且经隶属函数综合评价,确定提升升麻品质的最佳配施处理为S10(Fe2Mn2B3)。在本次实验中,兴安升麻栽培年限长达2年,可较为合理地反映微量元素Fe、Mn、B配施对兴安升麻产量和品质的影响趋势,因此认为在兴安升麻的种植生产中,选择合适的微量元素Fe、Mn、B配施方案可以有效提高兴安升麻的产量和药效成分含量。

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