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EffectsofNitrogenandPotassiumCombinedApplicationontheProductionandQuality

ofGlehniaLittoralis（2号）

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Crop

论文独创性声明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉工业学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

对本文的研究做出重要贡献的个人或集体均已在文中作了明确的说明并表示谢意。

本人完全意识到本声明的法律责任和法律后果由本人承担。

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签字日期：

年月日

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本学位论文作者完全了解----有关保留、使用学位论文的规定，特授权----可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编，以供查阅和借阅。

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（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）

导师签名：

年月日签字日期：

目录

摘要1

Abstract2

前言3

材料与方法13

1.供试材料13

2.试验设计13

3.测定项目和方法13

结果与分析15

1.氮钾配施对北沙参生长发育特性的影响15

1.1氮钾配施处理对北沙参株高的影响15

1.2氮钾配施对北沙参叶面积的影响16

1.3氮钾配施对北沙参根长的影响16

2.氮钾配施对北沙参干物质积累的影响19

2.1北沙参植株各组分干鲜重的积累19

2.2氮钾配施对地上部与地下部物质积累的影响25

3.不同氮钾配施对北沙参生理生化指标的影响28

3.1不同氮钾配施对北沙参氮代谢的影响28

3.1.1对叶绿素含量的影响28

3.1.2对硝酸还原酶（NR）活性的影响29

3.1.3对叶片中游离氨基酸含量的影响30

3.1.4对根中游离氨基酸含量的影响31

3.1.5对叶片中可溶性蛋白质含量的影响32

3.1.6不同氮钾配施对北沙参叶柄中可溶性蛋白质含量的影响32

3.1.7不同氮钾配施对北沙参根中可溶性蛋白质含量的影响32

3.2不同氮钾配施对北沙参碳代谢的影响36

3.2.1对SPS活性的影响36

3.2.2对SS活性的影响37

3.2.3对叶片中可溶性糖含量的影响37

3.2.4对叶柄中可溶性糖含量的影响40

3.2.5对根中可溶性糖含量的影响41

3.2.6对叶片中淀粉含量的影响42

3.2.7对叶柄中淀粉含量的影响42

3.3不同氮钾配施对北沙参衰老指标的影响46

3.3.1对SOD酶活性的影响46

3.3.2对POD酶活性的影响48

3.3.3对MDA含量的影响48

4北沙参植株内氮素、磷素、钾素的积累动态49

4.1北沙参植株内氮素的积累动态49

4.1.1叶片中氮素的积累动态49

4.1.2叶柄中氮素的积累动态50

4.1.3根中氮素的积累动态52

4.2北沙参植株内磷素的积累动态52

4.2.1叶片中磷素的积累动态52

4.2.2叶柄中磷素的积累动态54

4.3北沙参植株内钾素的积累动态56

4.3.1叶片中钾素的积累动态56

4.3.2叶柄中钾素的积累动态56

5不同氮钾配施对北沙参产量及品质的影响60

5.1对北沙参产量的影响60

5.2对北沙参品质的影响61

5.2.1对北沙参根中多糖含量的影响61

5.2.2对总皂甙含量的影响63

结论与讨论64

参考文献69

致谢75

及其生理基础研究

摘要

2004-2005年在莱阳市大夼镇三里庄村进行田间试验，选用精选的北沙参农家品种大红袍，系统研究了4个水平的氮肥和4个水平的钾肥配施对北沙参产量和品质的影响及其生理基础，探讨了北沙参高产、优质的最佳施肥量指标。

主要结果如下：

1.氮钾配施对北沙参植株生长发育的影响

在公顷施纯氮0-210kg的范围内，北沙参植株各形态指标和各部分干鲜重积累随施氮量的增加而增加，地上部和地下部协调生长。

但公顷施纯氮315kg条件下，北沙参植株地上部生长过旺，地下部生长相对滞后，出现徒长现象。

适宜的氮钾配施可协调北沙参地上部和地下部的生长。

2.氮钾配施对北沙参生理生化特性的影响

适宜的氮钾配施可增加北沙参叶片叶绿素含量，促进北沙参植株的光合作用，增加光合积累产物，增强SPS和SS酶活性，为碳氮代谢提供充足的底物，从而促进根中多糖含量和根产量的提高。

而施氮量过多则会降低北沙参叶片中的SPS酶活性和可溶性糖含量，不利于地上部碳水化合物向根中的转移，导致北沙参根中SS活性和多糖含量降低，北沙参产量降低。

3.氮钾配施对北沙参产量与品质的影响

在公顷施纯氮0-210kg、施氧化钾0-315kg范围内，随施氮量和施钾量的增加，北沙参产量增加，多糖和总皂甙含量也相应增加，品质提高。

超过此范围的315kg/hm2的施氮处理条件下，产量以及多糖和总皂甙含量降低。

氮钾配施可减缓过多氮肥对北沙参产量和品质产生的负面影响，提高产量。

本试验得出：

当公顷施用氮肥214.77kg、钾肥203.79kg时，可获得北沙参最高产量为6698.40kg/hm2；

当公顷施纯氮139.42kg、氧化钾315kg时，可获得北沙参最高多糖含量为35.32%；

当公顷施纯氮159.15kg、氧化钾252.78kg时，可获得北沙参最高皂甙含量为2.80%。

综合上述氮钾配施对北沙参产量、多糖含量和总皂甙含量的影响，认为公顷纯氮170kg左右、施氧化钾260kg左右，是获得高产、优质北沙参的适宜施肥量指标。

关键词：

北沙参；

氮钾配施；

产量；

品质；

生理基础

Abstract

From2004to2005,fieldexperimentwascondutedinLaiyang,andtheeffectofnitrogenandpotassiumonproductionandqualityofGlehnialittorraliswasstudiedunderdifferentfournitrogenandpotassiumdoseamount,andpopularcultivarDahongpaowasusedforstuiedinthisexperiment,tofindtheoptimalfertilizationschemeforGlehnialittorralisforhighproductionandbestquality.Mainresultswereasfollowing:

1.TheinfluenceofnitrogenonthegrowthofGlehnialittorralis

Under210kgperhectarenitrogenappliedamountlevel,themorphogicalindicesanddrymatteraccumulationwereallincreasedwithmorenitrogensupply,andtherewasgoodcoordinationbetweentheabovegroundandundergroundgrowth.However,315kgperhectarenitrogensupplycausedthattheabovegroundpartsgrewmorefastthantheunderground,andinducedtheadiposity,sothenitrogenpotassiummatchescouldcoordinatethegrowthoftheovergroundandtheunderground.

2.TheeffectsofnitrogendoseonphysiologicalandbiochemistricalcharacteristicsofGlehnialittorralis

Thesuitablenitrogensuppliedamountcouldincreaseleafchlorophyllcontent,photosynthesisrateandthedrymatteraccumulation,andenhanceleafbladeSPSandSSactivityandthepolysaccharidecontentintherootofGlehnialittorralisandtherootproduction.However,theexcessivenitrogensupplyinducedlowerSPSandSSactivityandrootpolysaccharidecontent,hamperedthecarbonhyatetransportfromabovegroundtoroot,andcausedlowerproductionofGlehnialittorralis.

3.TheinfluenceofnitrogenpotassiummatchesonGlehnialittorralisprodutionandquality

Below210kgnitrogenand315kgperhectarepotassiumdoseamount,thepruoductionandquanlityofGlehnialittorraliswasimprovedwithincreasedsupplyofnitrogenandpotassium.However,oversupplyinduceddecreasedproductionandquanlity,thenitrogenpotassiummatchescouldalliviatethethepaasiveeffectofoverdoseofnitrogenonGlehnialittorralis.AppliesfertilizerthelevelfertilizereffectivenessresponseequationthroughtheGlehnialittorralisoutputtothenitrogenpotassium.Thehighestproduction（6698.40kg/hm2）oftheGlehnialittorraliscouldbeattainedwhennitrogen214.77kg/hm2andpotassium203.90kg/hm2supplied,andthehighestpolysaccharidecontentwas35.32%withnitrogen139.43kg/hm2andpotassium315kg/hm2supplied,whennitrogen159.15kg/hm2andpotassium252.78kg/hm2wereapplied,thehighestsoapglucosidecontentcouldbereached2.79%.

Inconclusion,thebestnitrogenandpotassiumappliedamountwas170kg/hm2and260kg/hm2togethighproductionandhighqualityintheGlehnialittorralis.

Keyword:

Glehnialittorralis,Nitrogenpotassiummatches,production,Quality,Physiologyfoundation

前言

1.立题依据及意义

随着现代科学技术的发展，人们利用栽培技术培养中草药取得了巨大的进步，并系统研究了各种生态因子对中草药生长和质量的影响。

植物体内有效成分的含量受控于基因，但环境条件的影响也不容忽视[1,2]。

土壤是植物生活的基地，也是影响植物生长发育的重要生态因子，而无机元素则是植物生命活动的重要物质基础。

由于各种土壤的理化和生物性质构成有其特有的土壤生物作用，影响了药用植物对这些元素的吸收，从而造成了不同栽培条件下中药材质量的差异[3,4]。

近年来，我国耕地的复种指数不断提高，化肥投入日益增多，所以科学施肥，补充营养元素，就成为提高中药材质量的重要措施[5,6]。

北沙参为伞形科植物珊瑚菜（GlehnialitteralisFSchmidtexMiq）的干燥根[7]，是中医临床上的常用药材之一。

北沙参以根入药，具有养阴清肺、祛痰止咳、养胃舒肝之功效，中医视之为中药珍品[8,9]。

除药用外，北沙参还具有较高的营养和保健价值，人们经常作为保健食品进行利用[10,11]。

北沙参主要分布于山东莱阳、文登，河北秦皇岛，其次，辽宁旅顺、大连等沿海地区也有分布，以山东莱阳栽培历史最为悠久、产量最大、质量最好，故又名“莱阳沙参”[12，13]。

近年来，不仅在沿海地区有大面积栽培，许多内陆地区也有广泛引种。

山东省为北沙参主产地，年产量达400吨，行销全国及东南亚和日本，每年出口量为50－70吨，药材产量与质量均属上乘[14]。

近几年，市场需求量逐年增加，畅销国内外，远销东南亚、日本、美国、英国等国家和地区，是山东省中药出口创汇的主要品种之一[15,16]。

因此，加强北沙参的研究与开发具有重要的国民经济意义。

施肥是提高作物产量的重要途径，因作物施肥不仅可以提高肥效和作物品质，同时还可节省开支，减少资源浪费和环境污染，达到平衡施肥、稳产高产、用地养地的目的[17,18]。

多数作物在中等肥力地块上，当季养分需求的40%～60%来自土壤，而土壤养分约50%来自施肥[19,20]，但施肥过多或施肥方式不当往往造成肥料利用效率降低，生产成本提高，甚至引起土壤环境的污染[21]。

因此，掌握作物的施肥规律是满足生育期内养分的供求平衡，获得作物高产的先决条件。

氮、磷、钾是植物营养元素中最重要的三种元素，也是土壤肥力最重要的三个指标[22]，因此是栽培中的常用肥料。

合理施用氮、磷、钾，能促进营养成分、有效成分的合成和积累。

但滥施肥料反而会破坏植物体内各元素的代谢平衡，影响产品质量[23]。

王文杰[24]等在研究环境条件对伊贝母生物碱含量的影响中发现，不同肥料对贝母鳞茎生物碱含量影响各异。

氮肥、磷肥能不同程度地提高其含量，而钾肥则减少其含量。

苏氏在对黄芩根部黄芩甙含量的研究中发现，人工栽培黄芩时，单一施用和复合施用氮、磷、钾化肥，在提高黄芩根部产量的同时，不会导致根部黄芩甙的含量下降，尤其是施用磷肥，效果显著。

各种施肥处理黄岑甙含量从高到低的排列顺序为P,NPK,N,NP,K,PK、对照、NK。

其中NK配合时对黄岑甙含量明显降低，现象特殊，机理尚不明确，有待进一步试验研究[25]。

乌拉尔甘草中的甘草酸和二氢黄酮的含量也因施用氮肥和磷肥而各有不同程度的提高[26]。

由以上可知，在北沙参栽培过程中，应适当施用无机元素肥料，在增加产量的基础上，还可以提高药物有效成分的含量，起到事半功倍的效果。

本试验设置不同氮、钾配比试验，研究氮钾养分对北沙参生理生化特征、品质和产量的影响，探讨氮钾养分对北沙参品质和产量形成的调控机制，找出北沙参最适宜的氮钾配比，为北沙参的合理施肥和科学合理种植提供科学依据。

2.文献综述

2.1植物营养研究现状

2.1.1氮素的营养及代谢作用

氮是植物体内许多重要有机化合物的主要成分之一，高等植物组织平均含氮2%-4%。

首先，在构成活细胞原生质的主要成份——蛋白质、核酸和磷脂中，都含有氮[27,28]，直接参与每个植物细胞的生命活动。

显然，没有氮就没有原生质，也就没有生命现象。

其次，植物体内的一切新陈代谢过程，如光合作用、呼吸作用和有机物间的相互转化等，都必须有生物催化剂——酶起作用，而酶是蛋白质的一种形式，所以氮素也是酶的结构成份。

氮素又是叶绿素的组成成分，叶绿素分子含有四个吡咯环，其中均含有氮原子，因此，氮多时则叶绿素含量高，叶色浓绿，缺氮时则叶绿素含量减少，叶色变黄或失绿[29,30,31,32]。

因此，氮素的充足与否，会直接影响到植物光合作用的强弱，进而在根本上影响到植物的生长。

此外，植物体内的各种植物激素和维生素，也有不少是含氮物质，如维生素B1、B2、茶碱等。

其中，细胞分裂素和生长素，具有促进细胞分裂和伸长的作用，可以诱导芽的分化和防止衰老[33,34,35]。

氮素供应不足，就会使植物体内的蛋白质、核酸、叶绿素和激素等的合成受到阻碍，因而产量降低[36,37]。

相反，如果氮素吸收过多，则一方面造成体内形成和积累过多的氨基酸和蛋白质等有机氮化物，甚至因积累过多的氨（NH3）而引起中毒[38,39,40]；

另一方面，由于碳水化物大量用于形成有机氮化物，因而使体内碳水化合物积累不足，使淀粉、纤维素和半纤维素的含量显著降低，产量降低[42,43]。

氮代谢是一切生命活动的基础，也是植物体内糖类、脂类、氨基酸等物质代谢的基础。

合理施氮对药用植物尤为重要。

施氮有利于西洋参根部的干物质积累，在西洋参生长发育过程中，氮素在参株各器官均有分布。

在西洋参需氮的关键时期，供给参株充分的氮肥，可以保证参株生长发育中对氮素的需求，促进西洋参生长[44]。

Park[45]等用单回归，多重回归和偏回归方法研究人参氮素与皂甙含量的关系表明，人参根中的氮素含量与皂甙含量呈显著负相关性；

而在叶片中含氮量与皂甙含量呈显著正相关。

所以随着氮肥施用量的增加，人参茎、叶皂甙含量增加，而根中皂甙含量减少[46]。

2.1.2磷素的营养及代谢作用

作物体内许多重要有机化合物中都含有磷，磷在植物体内平均含量在0.2%左右。

磷是磷脂和核酸的组成部分，磷脂是构成细胞原生质膜和液泡膜的主要物质，而由核酸与蛋白质合成的核蛋白则是细胞原生质和细胞核的主要构成物质[47,48]。

所以，磷对各器官分生组织的细胞分裂和增殖有很大作用，对细胞分离和植物各器官的分化发育，特别是对开花结果有着重要的作用。

磷在碳水化合物代谢中也起着重要的作用。

第一，磷酸直接参与呼吸和发酵过程。

例如，己糖在被氧化时，必须转变为磷酸己糖后，才能被利用；

在呼吸时起能量传递作用的ATP（三磷酸腺苷）、ADP（二磷酸腺苷）、COA（辅酶A）等都含有磷酸；

呼吸作用的脱氢酶的辅酶如COI（辅酶Ⅰ）COll（辅酶Ⅱ）也含有磷酸。

第二，碳水化合物的合成和分解都需要磷酸参加。

第三，磷对碳水化合物的运输有促进作用。

第四，光合作用和磷酸有直接关系，因为磷酸直接参与光合作用的生化过程。

磷对氮代谢也有很大影响，与植物体内氨基酸和蛋白质的形成有密切关系。

实践证明，在磷酸吡醛素（维生素B6的衍生物）的影响下，氨基化、脱氨基、氨基转换和脱羧基等作用才能顺利进行，故能提高蛋白质的含量[49,49,50]。

脂肪转变过程中起重要作用的COA也含有磷酸。

总之，磷是构成细胞原生质和细胞核的主要物质，而且直接参与三大物质代谢，所以，磷对植株的生长发育和各种生理过程都有促进作用[51,52,53]。

2.1.3钾素的营养作用

钾是影响植株产量的主要元素之一，但钾不是植物体内有机化合物的组分，在植物体内具有较强的流动性。

高等植物体内含钾1%，钾是细胞内多种酶的活化剂，可以加速多种酶的催化作用，使生化反应加快[54,55,56]。

例如，葡萄糖在呼吸作用中氧化分解成丙酮酸的过程，钾有活化丙酮酸激酶的作用。

钾能促进光合作用，在合成核酸和蛋白质的过程中，有些酶也被钾离子所活化[57,58,59]，因此，能提高作物对氮的吸收和利用，与植株的呼吸作用和蛋白质的合成有密切关系。

钾不仅能促进光合产物的运输，而且能促进蛋白质和糖类的合成[60,61,62]。

钾能促进豆科作物根瘤的固氮作用，能促进碳水化合物的转化、蛋白质的合成和细胞分裂。

钾能提高作物的抗病性，使用钾肥能减轻诱发水稻的胡麻叶斑病、祷文病、赤枯病、玉米茎腐病、小麦赤霉病、棉花红叶茎枯病等病害的发病率。

钾对植株内参与由己糖转变成多糖的一些酶类也有活化作用，因此，钾能促进多糖的形成。

所以，增施钾肥，有利于淀粉和糖分的积累，不仅提高产量，而且增强品质[63,64,65]，如西瓜糖分高、甘薯淀粉多、棉花纤维长、烟草品质好、油菜籽含油量高等。

钾离子的水合能力很强，被细胞原生质吸附后，可以增强原生质的水合作用强度。

所以，供钾充足可以增强细胞的束缚水含量和保水能力，提高植株的抗旱性和抗寒力[66,67,68]。

钾离子还可以提高细胞的渗透压，增强细胞的吸水能力[69]。

2.2植物吸收氮、磷、钾之间的关系

由于植物体内磷代谢和氮代谢有着不可分割的关系，缺磷时老叶中大部分磷转移到正在生长的组织中（用放射性磷研究证明，磷可以相当高速的转移着，所以缺磷时首先表现在老叶）[70,71]，缺磷时氨化合物的吸收也受到限制，因此在缺磷时，如单施氮肥效果也不会很好[72]。

如氮肥和磷肥配合施用，则可获得良好的效果。

钾与氮、磷元素不同，钾不参加植物体内重要有机物的组成，大部分呈游离状态存在植物体内，这些钾都可用水从植物体中抽取出来。

植物组织衰老叶片中的钾可转移到幼嫩组织中，所以老叶