錯株種植和增施菌肥對太白貝母光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

張建海，王向平，馮彬彬，周曉旭，陳洪源，潘聲旺，吳翠色

(1.重慶三峽醫(yī)藥高等?？茖W校，重慶 404120； 2.河南省洛陽市洛龍區(qū)農(nóng)林技術(shù)推廣站，河南洛陽 471023；3.成都大學，成都 610106；4.重慶市神女藥業(yè)股份有限公司，重慶 404700)

太白貝母(FritillariataipaiensisP.Y.Li)為《中國藥典》2020年版(一部)川貝母的基源植物之一[1]，具有很高的藥用價值[2-3]。目前川貝母類資源匱乏，太白貝母是人工種植成功的極少數(shù)川貝母品種之一，但太白貝母在中國種植規(guī)模小，產(chǎn)量低，如何提高其產(chǎn)量和品質(zhì)為太白貝母規(guī)范化種植提出了新的課題。目前有關(guān)太白貝母的研究報道主要在農(nóng)殘、重金屬、提取研究等[4-5]，而種植密度不變，適當?shù)馗纳浦仓甑牟季郑梢跃徑庵参锏娜~片重疊、透光率下降等的影響，從而提高植物對光照的利用率，提高植物的產(chǎn)量[1-2，6-7]。同時AM真菌與植物形成共生體，可促進宿主植物對土壤礦質(zhì)元素和水分的吸收，調(diào)節(jié)植株代謝活動，提高植物抗逆性，從而促進植物生長。筆者課題組前期研究表明，不同AM真菌均可不同程度改善太白貝母的生長，對太白貝母的產(chǎn)量和品質(zhì)提升有較大作用[3，8]。因此，研究植株不同配置方式與增施菌肥對太白貝母生理特性的調(diào)控機理、品質(zhì)和產(chǎn)量形成具有重要的理論指導意義。本試驗在前期工作的基礎(chǔ)上[3]，旨在通過研究太白貝母錯株配置方式輔以菌肥對中藥材太白貝母生長發(fā)育的影響，探索配置方式配合植物菌肥對太白貝母光能利用率及產(chǎn)量形成的調(diào)控機理，為太白貝母的規(guī)范化種植、提高產(chǎn)量提供試驗基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于 2018-2019 年在重慶巫山篤坪(重慶市神女藥業(yè)股份有限公司)太白貝母種植基地和重慶三峽醫(yī)藥高等?？茖W校(國家級三峽庫區(qū)中藥種植與加工協(xié)同創(chuàng)新中心)進行。基地屬于亞熱帶季風氣候，海拔約1 900 m，年平均氣溫12 ℃左右，年平均日照數(shù)1 180 h，土壤為棕壤土，土壤肥力高，種植太白貝母基地土壤基礎(chǔ)地力養(yǎng)分情況見表 1。

表1 太白貝母種植區(qū)土壤養(yǎng)分含量Table 1 Nutrition content of Fritillaria taipaiensis P. Y. Li in soil

1.2 試驗材料

太白貝母產(chǎn)自重慶巫山篤坪太白貝母基地，經(jīng)重慶三峽醫(yī)藥高等專科學校付紹智教授鑒定為百合科貝母屬太白貝母[FritillariataipaiensisP. Y. Li(屬于川貝母)]。于2018年、2019年9月底至10月初在基地進行鱗莖移栽。

供試西貝母堿苷(批號111917-201202)、貝母堿甲(批號110750- 201612)、貝母堿乙(批號110751-201712)、貝母辛(批號111892-201402)對照品，均購自中國食品藥品檢定研究院；聚叢球囊霉[Glomusaggregatum(GA)]和地表球囊霉[Glomusversiforme(GV)]均購自北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所中國AM真菌種質(zhì)資源庫。

SPAD-502 Plus 葉綠素計(Konica Minolta)，高效液相色譜儀(Agilent1260)；1860PC紫外可見分光光度計等；LI-6400便攜式光合作用測定儀；M-PEA 植物效率儀。

1.3 試驗設(shè)計

2018年和2019年9月底10月初分別采挖 4 a鱗莖進行移栽，數(shù)據(jù)取2 a的平均值，試驗小區(qū)為常規(guī)種植區(qū)(A1)、常規(guī)種植+增施菌肥(地表球囊霉)區(qū)(A2)、常規(guī)種植+增施菌肥(聚叢球囊菌)區(qū)(A3)、常規(guī)種植+增施菌肥(地表球囊霉+聚叢球囊霉)區(qū)(A4)及錯株種植區(qū)(B1)、錯株種植+增施菌肥(地表球囊霉)區(qū)(B2)、錯株種植+增施菌肥(聚叢球囊霉)區(qū)(B3)和錯株種植+增施菌肥(地表球囊霉+聚叢球囊霉)區(qū)(B4)，每小區(qū)種植設(shè)計為1 m×1 m，行株距為10 cm×10 cm，每個小區(qū)種植太白貝母約100株，每個處理設(shè)置3個重復小區(qū)。參照課題組前期試驗結(jié)果[8]，增施菌肥的各小區(qū)分別施相對應的菌肥500 g，其他日常管理均按照太白貝母常規(guī)管理方式進行。錯株種植模式為不同行每株是斜向排列，常規(guī)種植模式為不同行每株平行排列，所有試驗均在大棚中進行。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 太白貝母生長指標的測定 于太白貝母開花前葉片完全伸展后，分別取不同處理區(qū)域的太白貝母10株進行測定，測定每株太白貝母的葉片數(shù)，采用直尺或游標卡尺測定植株的高度、莖粗及葉片厚度。

1.4.2 太白貝母葉面積指數(shù)的測定 在太白貝母開花前20 d、開花期及開花后20 d分別選取不同處理小區(qū)太白貝母10株，利用直尺或游標卡尺測定葉片長度和中部寬度，計算太白貝母的葉面積和葉面積指數(shù)。葉面積指數(shù)(LAI)=A×ρ/S，公式中A代表單株葉面積；ρ代表單位土地面積株數(shù)；S代表單位土地面積。

1.4.3 太白貝母光合參數(shù)、光合色素含量及葉片熒光特性的測定 采用乙醇研磨法測定太白貝母光和色素含量[9]，于太白貝母生長旺盛期的每天10:00左右，利用LI-6400便攜式光合作用測定儀，于光照條件下測定太白貝母葉片凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)和蒸騰速率(Tr)[10]。

于太白貝母生長旺盛期的每天10:00左右，采用 M-PEA 植物效率儀測定光適應下的最大熒光(Fm’)、穩(wěn)態(tài)熒光(Fs)等熒光參數(shù)；暗適應30 min后測定初始熒光(Fo)、最大熒光(Fm)和光系統(tǒng)Ⅱ的最大光化學效率(Fv/Fm)。

1.4.4 太白貝母保護酶系統(tǒng)及丙二醛(MDA)含量測定 于太白貝母生長旺盛期10:00左右，取0.5 g鮮葉片，加入8 mL磷酸緩沖液，冰浴中研磨，勻漿轉(zhuǎn)入離心管，于4 ℃、8 000 r/min離心10 min，上清液用于保護酶系統(tǒng)測定。參照文獻[11]，超氧化物歧化酶(SOD)活性的測定采用氮藍四唑法，過氧化物酶(POD)活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法，過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用高錳酸鉀滴定法，MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸法，以上指標均采用紫外分光光度計測定。

1.4.5 鱗莖產(chǎn)量檢查 收集地上部分枯萎前約20 d和10 d各組10株，及完全枯萎后收集每個處理組太白貝母的地下鱗莖，將每次采集的樣本洗凈，計算其單個鱗莖質(zhì)量。

1.4.6 太白貝母品質(zhì)檢測 參照課題組前期測定方法[8]，將不同小區(qū)太白貝母樣品干燥粉碎后，測定不同處理組太白貝母中總生物堿、貝母辛、西貝母堿苷、貝母堿甲、貝母堿乙含量。色譜條件：色譜柱Agilent Extend-C18(4.0 mm×250 mm，5 μm)，以0.03%二乙胺水-甲醇為流動相梯度洗脫，柱溫30 ℃，流速1 mL/min，進樣量10 μL。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 22軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，用Bouferroni法進行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 錯株種植和增施菌肥對太白貝母生長的影響

按照“1.4.1”的方法對各處理組太白貝母生長指標進行測定，結(jié)果見表2，同時將各組與對照組指標進行比較，結(jié)果見圖1。

表2 不同處理組太白貝母的生長指標Table 2 Growth index of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li under different

圖1 不同處理太白貝母生長指標較對照提高比例的比較Fig.1 Comparison of growth indexes of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li under different

由表2和圖1可以看出，錯株種植和增施菌肥對太白貝母的生長有一定的影響。不同處理組葉片數(shù)、株高、莖粗及葉片厚度等指標較對應的常規(guī)種植組高，除B1組外，各處理組均較常規(guī)種植組生長指標差異有顯著性(P<0.05)。從試驗數(shù)據(jù)可以看出，錯株種植模式能使植株更加充分地利用光照，相對增加了株距，改善了株距密度；而菌肥可以和太白貝母根系形成良好的共生關(guān)系，從而促進植株生長；試驗結(jié)果也顯示，錯株與菌肥配合使用，盡管都能改變植株的生長，但并不是二者的簡單加和。

2.2 錯株種植和增施菌肥對太白貝母葉面積及葉面積指數(shù)的影響

不同處理組葉面積和葉面積指數(shù)的測定結(jié)果見表3，對不同處理的葉面積和葉面積指數(shù)進行了比較，結(jié)果見圖2。

從表3和圖2可以看出，不同處理組葉面積和葉面積指數(shù)均比常規(guī)種植組高(A1組)，其中增施菌肥+錯株種植(B4組)開花前20 d、開花期、開花后20 d分別較常規(guī)種植組高出25.08%、 23.25%、23.95%；葉面積指數(shù)較常規(guī)組高出100.32%、97.36%、98.52%，差異有顯著性 (P<0.05)。數(shù)據(jù)顯示，錯株種植模式改善了種植密度，調(diào)整了植株葉片空間排列，葉面積增大使植株光合面積增大，減弱了植株個體間對資源的競爭，從而達到增產(chǎn)目的。

表3 不同處理太白貝母不同時期葉面積和葉面積指數(shù)Table 3 Leaf area and leaf area index of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li in different periods under different

圖2 不同處理太白貝母不同時期葉面積和葉面積指數(shù)比較Fig.2 Comparison of leaf area and leaf area index in different growth periods of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li under different treatments

2.3 錯株種植和增施菌肥對太白貝母光合參數(shù)、光合色素含量及葉片熒光特性的影響

不同處理太白貝母光合參數(shù)和光合色素含量測定結(jié)果見表4、表5，同時對太白貝母光合參數(shù)、光合色素含量及葉片熒光特性進行比較分析，結(jié)果見圖3。

由圖3和表4可以看出，太白貝母凈光合速率(Pn)、氣孔導度(Gs)等光合參數(shù)各組均較常規(guī)組(A1組)高，其中B2、B3、B4組較A1組凈光合速率(Pn)、胞間CO2濃度(Ci)、氣孔導度(Gs)和蒸騰速率(Tr)分別高出25.87%、43.59%和 68.82%；11.49%、18.05%和30.13%；37.83%、 44.68%和62.61%；15.34%、29.63%和 44.10%；由圖3和表5可以看出，各組光合色素含量均較常規(guī)種植組(A1組)高，其中B2、B3、B4組較A1組光合色素含量有顯著性差異(P< 0.05)；由圖3可以看出，PSⅡ的最大光化學量子產(chǎn)量(Fv/Fm)不同處理組均較常規(guī)種植組都有所增加，不同菌肥組較常規(guī)種植組有顯著性差異 (P<0.05)，錯株種植較常規(guī)種植組Fv/Fm有所提高，錯株種植加菌肥組具有顯著性差異 (P<0.05)，且A4組Fv/Fm最高。

圖3 不同處理太白貝母光合參數(shù)、光合色素含量及葉片熒光特性比較Fig.3 Comparison of photosynthetic parameters,photosynthetic pigment content and leaf fluorescence characteristics under different treatments of Fritillaria taipaiensis P. Y. Li

表4 不同處理組太白貝母的光合參數(shù)Table 4 Photosynthetic parameters of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li under different

表5 不同處理組太白貝母的光合色素含量Table 5 Photosynthetic pigments of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li under different

凈光合速率等光合參數(shù)的增加、光合色素含量的增加及熒光特性的提高都說明錯株種植增加了植株空間利用度，使植株利用光能的能力增加，有利于植株進行光合作用，有利于植株光合物質(zhì)的合成；增施菌肥有利于根系的吸收，可以為光合作用提供更多的原料，從而促進光合作用。說明錯株種植和增施菌肥有利于光合色素含量的累積，兩種菌肥有較好的協(xié)同效應，對植物的生長有利。

2.4 錯株種植和增施菌肥對太白貝母保護酶系統(tǒng)及MDA含量的影響

太白貝母保護酶系統(tǒng)及MDA含量測定結(jié)果見表6。對不同處理組太白貝母保護酶系統(tǒng)及MDA含量進行比較，結(jié)果見圖4。

由表6和圖4可以看出，菌肥和錯株種植對太白貝母抗氧化系統(tǒng)的影響有所不同。SOD、CAT和POD活性與增施菌肥呈正相關(guān)，錯株種植對抗氧化系統(tǒng)影響不大，不同菌肥對SOD、CAT和POD活性影響不同，較常規(guī)組有顯著性差異(P<0.05)，B4組效果最好；錯株與菌肥配合使用能夠提高SOD、CAT和POD活性，說明增施菌肥可以增強植株抗氧化的能力，減輕對細胞的傷害。

由表6和圖4還可看出，不同處理組MDA含量與對照組比均有下降，B4處理效果最好；說明增施菌肥和錯株種植可以降低植株膜脂過氧化應激下細胞損傷。試驗數(shù)據(jù)顯示增施菌肥對植株氧化酶系統(tǒng)保護較強，使植株未受破壞可正常生長。

圖4 不同處理太白貝母保護酶系統(tǒng)及MDA含量比較Fig.4 Comparison of the protective enzyme system and MDA content under different treatments of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li

表6 不同處理組太白貝母保護酶系統(tǒng)及MDA含量Table 6 Protective enzyme system and content of Fritillaria taipaiensis P. Y. Li under different

2.5 錯株種植和增施菌肥對太白貝母產(chǎn)量的影響

測定不同時期太白貝母鱗莖質(zhì)量，確定其產(chǎn)量，測定結(jié)果見表7，并對不同測定結(jié)果進行比較分析，結(jié)果見圖5。

表7 不同處理下各時期太白貝母鱗莖產(chǎn)量Table 7 Bulb yield of Fritillaria taipaiensis P.Y.Li under different g

由圖5和表7可以看出，不同處理組采收期產(chǎn)量均比采收前期產(chǎn)量有所提高，但差異沒有顯著性，不同處理組不同采收期產(chǎn)量差異較大(P<0.05)；采收前期及采收期菌肥組較常規(guī)組有顯著性差異(P<0.05)。錯株種植盡管能提高產(chǎn)量，但不是主要因素；錯株種植與菌肥合作，能顯著提高產(chǎn)量(P<0.05)，B4組產(chǎn)量最高，說明菌肥和錯株種植通過增強光合作用，延緩植株衰老，可以有效提高太白貝母產(chǎn)量，在實際生產(chǎn)上具有指導意義。

圖5 不同處理太白貝母鱗莖產(chǎn)量比較Fig.5 Comparison of bulb yield of Fritillaria taipaiensis P. Y. Li under different treatments

2.6 錯株種植和增施菌肥對太白貝母品質(zhì)的影響

太白貝母鱗莖含量測定結(jié)果見表8，同時將各成分含量與對照組進行比較，結(jié)果見圖6。

由圖6和表8可以看出，太白貝母不同處理組較常規(guī)種植組(A1組)有效成分的含量有所提高，各組提高幅度有所不同，最高為錯株種植和增施菌肥聯(lián)合處理組。其中錯株種植+增施菌肥組(B4組)總生物堿、貝母辛、西貝母堿苷、貝母堿甲和貝母堿乙的含量較常規(guī)種植組(A1組)分別提高41.73%、43.27%、26.32%、19.57%、30.58%，差異均具有顯著性(P<0.05)。數(shù)據(jù)顯示，錯株種植模式和增施菌肥通過提高植株生長指標和光合參數(shù)等能力，可以影響植株新陳代謝，有利于植株各成分含量的積累。

表8 不同處理組太白貝母主要成分含量Table 8 Content of main components of Fritillaria taipaiensis P. Y. Li under different treatments mg/g

圖6 不同處理太白貝母品質(zhì)比較Fig.6 Comparison of quality of Fritillaria taipaiensis P. Y. Li under different treatments

3 討 論

3.1 錯株種植和增施菌肥對太白貝母生長的影響

錯株種植有利于植物的生長發(fā)育，表現(xiàn)出高效的冠層潛勢[12]。張春雨等[6]研究發(fā)現(xiàn)錯株種植對提高產(chǎn)量有一定的作用。本試驗探討錯株種植對太白貝母葉片數(shù)量、葉片厚度、莖粗等農(nóng)藝性狀的影響，結(jié)果顯示種植密度相同時，錯株種植的太白貝母葉片分化、株高、莖粗、葉厚等各項生長指標均高于常規(guī)種植。說明種植模式與植物的冠層潛勢有著密切關(guān)系，進而可以推測錯株種植從某種意義上來說是增加了株距，改善了株間密度，與植物的冠層潛勢有著密切關(guān)系，同時也與植物根的分布有關(guān)。已有研究發(fā)現(xiàn)，AM真菌能顯著提高植物的地上生物量、株高、莖粗等農(nóng)藝性狀[13-14]。本試驗結(jié)果表明不同AM真菌能顯著提高太白貝母植物的葉片數(shù)、株高、莖粗、葉厚，可能的原因是AM真菌改善植物根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，調(diào)節(jié)植物激素的合成與分配，全方面地改善植物的生長狀況，促進植物的生長和發(fā)育，同時錯株種植和增施菌肥組對植株農(nóng)藝性狀有協(xié)同作用。

3.2 錯株種植和增施菌肥對太白貝母光合參數(shù)、光合色素含量和葉片熒光特性的影響

光合色素(photosynthetic pigment)在光合作用中參與吸收、傳遞光能并引起原初光化學反應。張春雨等[6]研究發(fā)現(xiàn)，錯株種植能提高植物的光合參數(shù)，鄒慧等[15]研究發(fā)現(xiàn)AM真菌顯著提高植物的光合參數(shù)，促進植物的生長。本試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，錯株種植和增施菌肥均較常規(guī)種植凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間CO2濃度有所提高，其中錯株種植和增施菌肥聯(lián)合效果最佳，表明菌肥促進了植物對營養(yǎng)元素的吸收，增強了光合作用，促進了植株對養(yǎng)分和光照的利用；而錯株種植使得在相同密度下等行距錯株的太白貝母間競爭削弱，從而優(yōu)化植株葉片的平展，使葉片光合面積增大，充分利用光能，增強植株的光合作用，研究結(jié)果與文獻一致[16-18]。

葉綠素是植物光合作用的重要物質(zhì)，是捕獲光能、同化CO2的主要色素，在一定范圍內(nèi)，葉綠素含量越高，光合作用越強[18-19]，姚萬山等[20]研究也顯示，延長綠葉的持續(xù)期是高產(chǎn)的保證，本試驗結(jié)果表明，錯株種植太白貝母可以提高光合色素的含量，增強太白貝母光合作用，與文獻報道一致；接種AM真菌能顯著提高光合色素含量，這與李文彬等[21]的研究結(jié)果一致；試驗表明接種AM真菌能顯著提高太白貝母光能轉(zhuǎn)化效率Fv/Fm，不同處理效果有所不同，錯株種植和增施菌肥混合處理效果最佳，這與歐靜等[22]的結(jié)果相符，錯株種植對太白貝母光能轉(zhuǎn)化效率Fv/Fm的改善，可能與葉片吸收的光能增加有關(guān)。由此可見，錯株種植可增強植株的光合性能，凈光合速率有所提高，延緩了植株的衰老，有利于光合性能的保持，同時聯(lián)合增施菌肥促進作用更顯著。

3.3 錯株種植和增施菌肥對太白貝母保護酶系統(tǒng)及MDA含量的影響

POD、SOD和CAT是植物抗氧化系統(tǒng)中的主要酶，其活性水平反應植物受外界逆境影響的進程，其中SOD是植物細胞中重要的活性氧清除酶之一，CAT和POD能分解H2O2，減輕細胞損傷，保證植物的正常生長。研究發(fā)現(xiàn)接種AM真菌對獼猴桃光合作用和三大保護酶的效應均顯著高于對照組[22-23]。張建海等[8]前期研究發(fā)現(xiàn)AM真菌能有效提高太白貝母SOD、POD和CAT活性，延緩太白貝母衰老進程。本試驗結(jié)果表明，單施AM真菌組、錯株種植和AM真菌組合組能顯著改善三大保護酶的效應，提高三大保護酶的活性。可能是由于錯株種植改變了植株通風性能，提高了植株的抗逆性和光合作用。在植物生理過程中MDA是一個常量指標，其含量可以反映植物受逆境傷害的程度。本試驗研究發(fā)現(xiàn)，AM真菌能減少MDA含量，錯株種植盡管沒有顯著性，但是錯株種植與AM真菌合施能顯著減少MDA含量，減少對植物細胞的傷害。這與文獻報道基本一致[18-20]。

3.4 錯株種植和增施菌肥對太白貝母鱗莖產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

程俐陶等[24]研究發(fā)現(xiàn)AM真菌可通過促進藥用植物礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收與利用，從而增加產(chǎn)量，改善品質(zhì)。韋莉莉等[25]研究發(fā)現(xiàn)AM真菌能促進植物生長，提高產(chǎn)量。劉璐等[26]研究發(fā)現(xiàn)AM真菌接種使得廣藿香葉片內(nèi)的IAA含量提高，ABA含量降低，促進廣藿香生長和干物質(zhì)量的積累。張春雨等[6]研究發(fā)現(xiàn)錯株種植對提高產(chǎn)量有一定的作用。郭巧生等[27]研究發(fā)現(xiàn)接種AM真菌能提高生物堿的含量。張建海等[8]研究發(fā)現(xiàn)AM真菌的侵染可明顯影響太白貝母中總生物堿、貝母辛、西貝母堿苷、貝母堿甲、貝母堿乙的代謝，接種不同AM真菌均高于對照。本研究發(fā)現(xiàn)，影響品質(zhì)的主要因素是增施菌肥，但是錯株與增施菌肥組合對太白貝母品質(zhì)的影響最佳，可能的原因，一是菌肥促使植物從土壤吸收更多的營養(yǎng)元素，二是錯株種植可以相對降低種植密度，使光能利用率顯著提高，尤其在產(chǎn)量形成的關(guān)鍵期，充足的光照條件有助于品質(zhì)的提高，表明錯株種植模式的光能利用率的維持能力更強，為植株的產(chǎn)量和品質(zhì)提供有利的條件。

綜上認為，錯株種植和AM真菌對太白貝母的光合特性、產(chǎn)量及品質(zhì)都會產(chǎn)生影響。本研究為后續(xù)太白貝母菌肥的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。