土壤水分含量對(duì)三七產(chǎn)量與質(zhì)量的影響

三七是五加科多年生草本植物的一種古老草本植物。它有“金不換”和“南方神藥”的美稱。具有止血、祛瘀、消腫、鎮(zhèn)痛的功效。它是云南白藥、片胺、人參滴丸、血塞通等民族著名中藥的主要原材料。三七主要分布于我國云南、廣西的高海拔地區(qū)［２］。隨著中藥材規(guī)范化栽培研究的發(fā)展,土壤水分對(duì)藥用植物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)的調(diào)控作用引起了研究者的重視［３］。龍?jiān)频龋郏矗菅芯勘砻?干旱條件下,絞股藍(lán)植株生物量減少而葉片中的皂苷含量增加。邵璽文等［５］研究表明,水分供給量為250和350mm處理的黃芩生長(zhǎng)好,生物量高;適度干旱提高了黃芩苷的含量。覃柳燕等［６］研究表明,輕度和重度干旱條件,能促進(jìn)莪術(shù)牻牛兒酮含量的積累;重度干旱和澇漬脅迫下,莪術(shù)產(chǎn)量和存活率顯著降低。譚勇等［７］研究表明,水分過少和過多都不利于菘藍(lán)根中靛玉紅的積累,而中度水分脅迫能促進(jìn)靛玉紅的積累。但是關(guān)于土壤水分對(duì)三七根生長(zhǎng)發(fā)育影響的相關(guān)報(bào)道較少。因此,本研究主要探討了土壤水分條件分別為田間最大持水量的45%,60%,70%和85%時(shí),三七單株根干質(zhì)量、有效成分積累量及根腐病發(fā)病率的變化,旨在為三七規(guī)范化生產(chǎn)中的水分管理提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1ee及而非限人6m1.1.1供試植物供試植物為3年生三七幼苗,來自云南天士力三七種植有限公司石林縣圭山鎮(zhèn)種植基地(24°44′14″N,103°38′54″E,海拔2128m)。在基地隨機(jī)移取200株生長(zhǎng)一致健康的幼苗作為試驗(yàn)材料。1.1.2供試土壤供試土壤為采樣基地閑置地塊的過篩耕層土,為黏質(zhì)紅壤,田間最大持水量(w)為36.8%。土壤有機(jī)質(zhì)含量為32.9g/kg,全氮含量為1.25g/kg,全磷含量為1.11g/kg,全鉀含量為6.97g/kg,速效氮含量為9.376mg/kg,速效磷含量為35.966mg/kg,速效鉀含量為166.58mg/kg。1.2土壤水分含量試驗(yàn)用塑料桶高22cm、上徑27cm、下徑18cm,桶底部裝有石子和濾紙,內(nèi)插一根塑料管便于澆水防止土壤板結(jié),桶、石子、濾紙和塑料管總質(zhì)量為1.7kg,裝入過篩(孔徑4.75mm)晾曬好的土壤6.3kg,在土壤表面均勻鋪蓋150g松針(干燥的松葉)。盆栽桶放在采樣基地自建的簡(jiǎn)易防雨蔭棚中,于2012-03-12移栽幼苗,設(shè)不栽三七對(duì)照組,移栽后保持土壤水分含量為田間最大持水量的70%左右。自04-20幼苗開始展葉時(shí)用稱質(zhì)量法控水,每天17:00進(jìn)行稱質(zhì)量補(bǔ)水。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)水分處理:即土壤水分含量分別為田間最大持水量的45%,60%,70%和85%,分別記為45%w,60%w,70%w和85%w。每桶栽2棵三七,每處理25個(gè)重復(fù),控水6個(gè)月后(商品三七采挖季節(jié)),在每個(gè)處理中隨機(jī)選取6盆長(zhǎng)勢(shì)較好且無病害的三七,整株采挖,觀察根的形態(tài)并分析根干質(zhì)量、根折干率、根冠比及有效成分的積累情況。1.3色譜及質(zhì)譜條件1.3.2三七皂苷R1和人參皂苷Rg1、Rb1、Rd的含量樣品制備參照《中國藥典》2010版［８］的要求進(jìn)行,Waters高效液相色譜儀系統(tǒng)為1252BinaryHPLCPump、2487DualλAbsorbanceDetector、2707Autosampler;色譜條件參照《地理標(biāo)志產(chǎn)品:文山三七》國家標(biāo)準(zhǔn)［９］進(jìn)行設(shè)置,色譜柱為WatersSYMMETRYC１８柱(4.6mm×250mm,5μm);所用標(biāo)準(zhǔn)品購于中國藥品生物制品檢定所(三七皂苷R1批號(hào):110745-200617;人參皂苷Rg1批號(hào):110703-201027;人參皂苷Rb1批號(hào):110704-201122;人參皂苷Rd批號(hào):111818-201001)。1.3.3根腐病發(fā)病率從控水開始(04-20)到樣品采收結(jié)束(10-20),對(duì)地上部分表現(xiàn)出根腐病癥狀的植株進(jìn)行標(biāo)記,觀察一段時(shí)間后將確定患有根腐病的植株拔起,記錄其所屬處理,同時(shí)標(biāo)記發(fā)病日期。最后統(tǒng)計(jì)每個(gè)處理發(fā)病的株數(shù),計(jì)算發(fā)病率。發(fā)病率=發(fā)病株數(shù)/各處理植株總數(shù)×100%。1.4ss程序的單因素方差分析試驗(yàn)采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì),試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS(19.0)的ANVOA程序進(jìn)行單因素方差分析,多重比較用SNK法;回歸模型的擬合在Regression菜單下完成。2結(jié)果與分析2.1土壤水分含量從圖1可以看到,60%w,70%w2個(gè)處理三七的根系最發(fā)達(dá),主根粗壯,毛根數(shù)目較多;85%w處理主根較短,且毛根短、少;45%w處理主根細(xì)長(zhǎng),毛根集中分布在主根下端且長(zhǎng)。由表1可以看出,隨著土壤水分含量的增加,三七單株根干質(zhì)量呈現(xiàn)出先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)。其中以60%w處理的單株根干質(zhì)量最大,分別是45%w,70%w和85%w處理的1.29,1.07和1.67倍,且顯著高于45%w和85%w處理。表明土壤水分過高或過低都不利于三七根中干物質(zhì)的積累,尤其土壤水分過多時(shí)抑制作用明顯。隨著土壤水分含量的增加,三七根折干率和根冠比均呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)。45%w處理的根折干率顯著高于70%w與85%w處理,表明土壤水分含量對(duì)三七根的含水量有顯著影響。根冠比在各處理間都有顯著差異,表明土壤水分含量顯著影響同化物在地上與地下部分的分配,水分過多可抑制同化物向根中分配,而一定程度的干旱可促進(jìn)同化物向根中分配。2.2土壤水分含量由表2可以看出,土壤水分含量對(duì)三七根中4種皂苷含量的影響不完全一致。其中,三七皂苷R1和人參皂苷Rg1含量隨著土壤水分含量的增加變化趨勢(shì)不明顯,各處理間沒有顯著差異;人參皂苷Rb1和人參皂苷Rd含量隨著土壤水分含量的增加呈現(xiàn)逐漸減少的趨勢(shì)。45%w處理的人參皂苷Rb1含量顯著高于其他3個(gè)處理,60%w處理人參皂苷Rb1含量顯著高于85%w處理;45%w處理的人參皂苷Rd含量顯著高于85%w處理。土壤水分含量分別為45%w,60%w,70%w和85%w處理的4種皂苷含量之和分別為81.74,77.31,71.71和67.87g/kg,隨著土壤水分含量的升高呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì),說明土壤水分過多不利于根中皂苷的積累,而適度的干旱有利于根中皂苷的積累。2.3根腐病發(fā)病情況根腐病是三七生產(chǎn)中的主要病害之一。表3顯示,隨著土壤水分含量的增加,三七根腐病發(fā)病率快速升高。尤其85%w處理根腐病發(fā)病率比70%w處理提高了166.67%。控水期間三七在4-5月沒有發(fā)病,6,7,8,9和10月各月的發(fā)病株數(shù)分別為6,4,9,7和3株,8月發(fā)病株數(shù)最高,占總發(fā)病株數(shù)的31.03%,其中85%w處理的三七在各個(gè)月的發(fā)病情況都比較嚴(yán)重。綜上所述,減少土壤水分含量可以有效降低根腐病的發(fā)病率。2.4土壤水分含量函數(shù)用一元回歸的方法,分別對(duì)三七單株根干質(zhì)量、4種皂苷含量之和及根腐病發(fā)病率與土壤水分含量進(jìn)行回歸擬合,得到以下3個(gè)關(guān)系式:Y１=-98.36X２+121.8X-24.60(45%≤X≤85%,R２=0.996),Y２=-3.592X+9.802(45%≤X≤85%,R２=0.980),Y３=0.431e５u3000Ｘ(45%≤X≤85%,R２=0.974)。式中:Y１為三七單株根干質(zhì)量,單位為g;Y２為每100g三七根中4種皂苷含量之和,單位為g;Y３為每100株三七中感染根腐病的數(shù)量,單位為株;X為實(shí)際土壤水分含量與田間最大持水量的比值,單位為%。根據(jù)上述關(guān)系式,構(gòu)建100株3年生三七根總干質(zhì)量(g)和100株三七根中4種皂苷含量之和(g)與土壤水分含量的函數(shù)F總干質(zhì)量(X)和F皂苷(X)。其表達(dá)式分別為:F總干質(zhì)量(X)=(100-Y３)×Y１;F皂苷(X)=(100-Y３)×Y１×Y２/100。將Y１、Y２及Y３代入上述兩函數(shù)可得100株三七根總干質(zhì)量(g)和100株三七4種皂苷含量之和與土壤水分含量的函數(shù),其表達(dá)式分別為:F總干質(zhì)量(X)=(100-0.431e５u3000Ｘ)(-98.36X２+121.8X-24.60),45%≤X≤85%;F皂苷(X)=(100-0.431e５u3000Ｘ)(-98.36X２+121.8X-24.60)(-3.592X+9.802)/100,45%≤X≤85%。經(jīng)計(jì)算,F總干質(zhì)量(X)和F皂苷(X)在土壤水分含量與田間最大持水量的比值分別為59.0%和56.4%時(shí)有最大值,最大值分別為1195.05g和92.39g。即土壤水分含量為田間最大持水量的59.0%時(shí),100株三七根總干質(zhì)量最大,為1195.05g;土壤水分含量為田間最大持水量的56.4%時(shí),100株三七4種皂苷含量之和最高,為92.39g。3土壤水分含量植物表型的可塑性是物種個(gè)體對(duì)環(huán)境信號(hào)作出的有效反應(yīng),并因此改變其化學(xué)、生理、發(fā)育、形態(tài)或者行為性狀［１０］。眾多研究表明,土壤水分含量是影響植物根可塑性的重要環(huán)境因子,特別是對(duì)根莖類藥材產(chǎn)量與品質(zhì)的形成起著重要作用［３，５，１１］。本研究中,隨著土壤水分含量的降低,三七的毛根逐漸變多變長(zhǎng),有利于擴(kuò)大根系與土壤的接觸面積,吸收更多的水分;三七的根冠比也逐漸升高,同化物更多地分配給根部,為根系吸取更多的水分提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。而土壤水分過多或過少都會(huì)降低三七根干物質(zhì)的積累量,水分過多時(shí)抑制作用尤為突出,從而嚴(yán)重影響了三七產(chǎn)量和外觀品質(zhì)的形成。次生代謝產(chǎn)物通常是中藥的主要藥效成分,環(huán)境因子對(duì)其形成與積累有重要影響。黃璐琦等［１２］提出了道地藥材形成逆境效應(yīng)理論,即逆境可能更有利于中藥道地性的形成。研究發(fā)現(xiàn),適度的干旱脅迫有利于絞股藍(lán)中皂苷［４］、黃芩中黃芩苷［５］、蒺藜中蒺藜總皂苷［１３］等有效成分的積累。本研究發(fā)現(xiàn),三七根中皂苷含量之和隨著土壤水分含量的增加有降低的趨勢(shì),這與馮旭芹等［１４］的研究結(jié)果一致。本研究中,土壤水分含量對(duì)三七根中4種皂苷含量的影響不同,在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的土壤水分含量范圍內(nèi),隨著土壤水分含量的升高,屬于原人參三醇型皂苷的三七皂苷R1和人參皂苷Rg1含量沒有明顯變化,而屬于原人參二醇型皂苷的人參皂苷Rb1和人參皂苷Rd含量呈明顯降低趨勢(shì)。由此可以推斷,依據(jù)各有效成分對(duì)土壤水分含量反應(yīng)的不同,可以調(diào)控有效成分含量的比例。土壤水分含量的變化會(huì)引起土壤微生態(tài)環(huán)境的變化,從而會(huì)改變某些土傳病害的發(fā)病情況。羅文富等［１５］在研究三七根腐病時(shí)發(fā)現(xiàn),三七活體接種假單胞桿菌的致病性最強(qiáng),腐皮鐮孢和細(xì)鏈格孢的致病性弱,小桿線蟲無致病性。官會(huì)林等［１６］研究表明,三七根腐病發(fā)生與根系土壤中的霉菌、放線菌及厭氧生長(zhǎng)細(xì)菌密切相關(guān),這3類菌群在不同季節(jié)的存活量高峰期與三七根腐病害高發(fā)期相吻合。本研究中,三七的根腐病發(fā)病率隨著土壤含水量的增加迅速升高,這與王朝梁等［１７］的研究結(jié)果一致。由于土壤水分狀況明顯影響三七根腐病的發(fā)病率,因此在生產(chǎn)中應(yīng)重視調(diào)控土壤水分含量以降低三七根腐病發(fā)病率。綜合分析土壤水分含量對(duì)三七單株根干質(zhì)量、有效成分含量和根腐病發(fā)病情況影響,結(jié)果顯示,三七100株根干質(zhì)量最大時(shí)的土壤水分含量為田間最大持水量的59.0%,100株三七根中4種皂苷含量之和最大時(shí)的土壤水分含量為田間最大持水量的56.4%。可知土壤水分含量為田間最大持水量的56.4%~59.0%時(shí),在提高三七產(chǎn)量的同時(shí)可以兼顧其質(zhì)量。本研究估算的適宜土壤水分含量為田間最大持水量的56.4%~59.0%,比崔秀明等［１８］研究的結(jié)果(土壤水分含量為田間最大持水量的65%左右)偏小,可能是由試驗(yàn)系統(tǒng)誤差造成的。但也說明,