【硕士论文】氮钾配施对北沙参品质和产量的影响及其生理基础研究

分类号密级UDC青岛农业大学硕士学位论文氮钾配施对北沙参品质和产量的影响及其生理基础研究EFFECTSOFNITROGENANDPOTASSIUMCOMBINEDAPLLICATIONONTHEPRODUCTIONANDQUALITYOFGLEHNIALITTORALISANDITSPHYSIOLOGICALBASIS研究生姓名侯玉双导师王月福教授专业作物遗传育种研究方向生物技术与育种中国青岛2006年6月EFFECTSOFNITROGENANDPOTASSIUMCOMBINEDAPLLICATIONONTHEPRODUCTIONANDQUALITYOFGLEHNIALITTORALISANDITSPHYSIOLOGICALBASISTHESISSUBMITTEDTOQINGDAOAGRICULTURALUNIVERSITYINFULFILLMENTOFTHEREQUIREMENTFORTHEDEGREEOFMASTEROFAGRONOMYHOUYUSHUANG（DEPARTMENTOFAGRONOMY）SUPERVISORWANGYUEFUQINGDAOCHINAJUNE,2006目录摘要1ABSTRACT2前言3材料与方法131供试材料132试验设计133测定项目和方法13结果与分析151氮钾配施对北沙参生长发育特性的影响1511氮钾配施处理对北沙参株高的影响1512氮钾配施对北沙参叶面积的影响1613氮钾配施对北沙参根长的影响162氮钾配施对北沙参干物质积累的影响1921北沙参植株各组分干鲜重的积累1922氮钾配施对地上部与地下部物质积累的影响253不同氮钾配施对北沙参生理生化指标的影响2831不同氮钾配施对北沙参氮代谢的影响28311对叶绿素含量的影响28312对硝酸还原酶（NR）活性的影响29313对叶片中游离氨基酸含量的影响30314对根中游离氨基酸含量的影响31315对叶片中可溶性蛋白质含量的影响32316不同氮钾配施对北沙参叶柄中可溶性蛋白质含量的影响32317不同氮钾配施对北沙参根中可溶性蛋白质含量的影响3232不同氮钾配施对北沙参碳代谢的影响36321对SPS活性的影响36322对SS活性的影响37323对叶片中可溶性糖含量的影响37324对叶柄中可溶性糖含量的影响40325对根中可溶性糖含量的影响41326对叶片中淀粉含量的影响42327对叶柄中淀粉含量的影响42328不同氮钾配施对北沙参根中淀粉含量的影响4433不同氮钾配施对北沙参衰老指标的影响46331对SOD酶活性的影响46332对POD酶活性的影响48333对MDA含量的影响484北沙参植株内氮素、磷素、钾素的积累动态4941北沙参植株内氮素的积累动态49411叶片中氮素的积累动态49412叶柄中氮素的积累动态50413根中氮素的积累动态5242北沙参植株内磷素的积累动态52421叶片中磷素的积累动态52422叶柄中磷素的积累动态54423根中磷素的积累动态5443北沙参植株内钾素的积累动态56431叶片中钾素的积累动态56432叶柄中钾素的积累动态56433根中钾素的积累动态565不同氮钾配施对北沙参产量及品质的影响6051对北沙参产量的影响6052对北沙参品质的影响61521对北沙参根中多糖含量的影响61522对总皂甙含量的影响63结论与讨论64参考文献69致谢75CONTENTSCHINESEABSTRACT1ENGLISHABSTRACT2PREFACE3MATERIALANDMETHOD131THEMATERIALFOREXPERIMENT132EXPERIMENTALDESIGN133DETERMINATIONPROJECTANDMETHOD13RESULTSANDANALYSIS151THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEGROWTHCHARACTERISTIC1511THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEHEIGHT1512THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHELEAFAREA1613THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEROOTLENGTH162THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEDRYMATTER1921DRYANDFRESHMATTERACCUMULATIONONVARIOUSCOMPONENTS1922THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEDRYMATTEROVERGROUNDANDUNDERGROUND253THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEPHYSIOLOGICALBIOCHEMISTRYTARGET2831THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOCARBONMETABOLISM28311THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHECHLCONTENT28312THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTONRACTIVITY29313THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEFREEAMINOACIDCONTENTINTHELEAF30314THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEFREEAMINOACIDCONTENTINTHEROOT31315THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESOLUBLEPROTEINCONTENTINTHELEAF32316THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESOLUBLEPROTEINCONTENTINTHELEAFSTALK32317THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESOLUBLEPROTEINCONTENTINTHEROOT3232THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTONITROGENMETABOLISM36321THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOSPSACTIVITY36322THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOSSACTIVITY37323THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESOLUBLESUGARCONTENTINTHELEAF37324THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESOLUBLESUGARCONTENTINTHELEAFSTALK40325THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESOLUBLESUGARCONTENTINTHEROOT41326THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESTARCHCONTENTINTHELEAF42327THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESTARCHCONTENTINTHELEAFSTALK42328THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHESTARCHCONTENTINTHEROOT4433THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOSENILETARGET46331THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOSODACTIVITY46332THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOPODACTIVITY48333THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOMDACONTENT484THEACCUMULATIONDYNAMICOFNITROGEN,PHOSPHORANDPOTASSIUM4941THENITROGENACCUMULATIONDYNAMIC49411THENITROGENACCUMULATIONDYNAMICINTHELEAF49412THENITROGENACCUMULATIONDYNAMICINTHELEAFSTALK50413THENITROGENACCUMULATIONDYNAMICINTHEROOT5242THEPHOSPHORACCUMULATIONDYNAMIC52421THEPHOSPHORACCUMULATIONDYNAMICINTHELEAF52422THEPHOSPHORACCUMULATIONDYNAMICINTHELEAFSTALK54423THEPHOSPHORACCUMULATIONDYNAMICINTHEROOT5443THEPOTASSIUMACCUMULATIONDYNAMIC56431THEPOTASSIUMACCUMULATIONDYNAMICINTHELEAF56432THEPOTASSIUMACCUMULATIONDYNAMICINTHELEAFSTALK56433THEPOTASSIUMACCUMULATIONDYNAMICINTHEROOT565THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEYIELDANDQUALITY6051THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEYIELD6052THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEQUALITY61521THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHETOTALSOAPGLUCOSIDECONTENT61522THEINFLUENCEOFDIFFERENTNITROGENOUSANDPOTASSIUMFERTILIZERHORIZONTALTOTHEPOLYSACCHARIDECONTENT63CONCLUSIONSANDDISCUSSION64PEFERENCE69ACKNOELEDGEMENTS75符号和缩略词说明NR硝酸还原酶SPS磷酸蔗糖合成酶SS蔗糖合成酶SOD超氧化物歧化酶POD过氧化物酶MDA丙二醛氮钾配施对北沙参品质和产量的影响及其生理基础研究摘要20042005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0210KG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0210KG、施氧化钾0315KG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21477KG、钾肥20379KG时，可获得北沙参最高产量为669840KG/HM2；当公顷施纯氮13942KG、氧化钾315KG时，可获得北沙参最高多糖含量为3532；当公顷施纯氮15915KG、氧化钾25278KG时，可获得北沙参最高皂甙含量为280。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ABSTRACTFROM2004TO2005,FIELDEXPERIMENTWASCONDUTEDINLAIYANG,ANDTHEEFFECTOFNITROGENANDPOTASSIUMONPRODUCTIONANDQUALITYOFGLEHNIALITTORRALISWASSTUDIEDUNDERDIFFERENTFOURNITROGENANDPOTASSIUMDOSEAMOUNT,ANDPOPULARCULTIVARDAHONGPAOWASUSEDFORSTUIEDINTHISEXPERIMENT,TOFINDTHEOPTIMALFERTILIZATIONSCHEMEFORGLEHNIALITTORRALISFORHIGHPRODUCTIONANDBESTQUALITYMAINRESULTSWEREASFOLLOWING1THEINFLUENCEOFNITROGENONTHEGROWTHOFGLEHNIALITTORRALISUNDER210KGPERHECTARENITROGENAPPLIEDAMOUNTLEVEL,THEMORPHOGICALINDICESANDDRYMATTERACCUMULATIONWEREALLINCREASEDWITHMORENITROGENSUPPLY,ANDTHEREWASGOODCOORDINATIONBETWEENTHEABOVEGROUNDANDUNDERGROUNDGROWTHHOWEVER,315KGPERHECTARENITROGENSUPPLYCAUSEDTHATTHEABOVEGROUNDPARTSGREWMOREFASTTHANTHEUNDERGROUND,ANDINDUCEDTHEADIPOSITY,SOTHENITROGENPOTASSIUMMATCHESCOULDCOORDINATETHEGROWTHOFTHEOVERGROUNDANDTHEUNDERGROUND2THEEFFECTSOFNITROGENDOSEONPHYSIOLOGICALANDBIOCHEMISTRICALCHARACTERISTICSOFGLEHNIALITTORRALISTHESUITABLENITROGENSUPPLIEDAMOUNTCOULDINCREASELEAFCHLOROPHYLLCONTENT,PHOTOSYNTHESISRATEANDTHEDRYMATTERACCUMULATION,ANDENHANCELEAFBLADESPSANDSSACTIVITYANDTHEPOLYSACCHARIDECONTENTINTHEROOTOFGLEHNIALITTORRALISANDTHEROOTPRODUCTIONHOWEVER,THEEXCESSIVENITROGENSUPPLYINDUCEDLOWERSPSANDSSACTIVITYANDROOTPOLYSACCHARIDECONTENT,HAMPEREDTHECARBONHYATETRANSPORTFROMABOVEGROUNDTOROOT,ANDCAUSEDLOWERPRODUCTIONOFGLEHNIALITTORRALIS3THEINFLUENCEOFNITROGENPOTASSIUMMATCHESONGLEHNIALITTORRALISPRODUTIONANDQUALITYBELOW210KGNITROGENAND315KGPERHECTAREPOTASSIUMDOSEAMOUNT,THEPRUODUCTIONANDQUANLITYOFGLEHNIALITTORRALISWASIMPROVEDWITHINCREASEDSUPPLYOFNITROGENANDPOTASSIUMHOWEVER,OVERSUPPLYINDUCEDDECREASEDPRODUCTIONANDQUANLITY,THENITROGENPOTASSIUMMATCHESCOULDALLIVIATETHETHEPAASIVEEFFECTOFOVERDOSEOFNITROGENONGLEHNIALITTORRALISAPPLIESFERTILIZERTHELEVELFERTILIZEREFFECTIVENESSRESPONSEEQUATIONTHROUGHTHEGLEHNIALITTORRALISOUTPUTTOTHENITROGENPOTASSIUMTHEHIGHESTPRODUCTION669840KG/HM2OFTHEGLEHNIALITTORRALISCOULDBEATTAINEDWHENNITROGEN21477KG/HM2ANDPOTASSIUM20390KG/HM2SUPPLIED,ANDTHEHIGHESTPOLYSACCHARIDECONTENTWAS3532WITHNITROGEN13943KG/HM2ANDPOTASSIUM315KG/HM2SUPPLIED,WHENNITROGEN15915KG/HM2ANDPOTASSIUM25278KG/HM2WEREAPPLIED,THEHIGHESTSOAPGLUCOSIDECONTENTCOULDBEREACHED279INCONCLUSION,THEBESTNITROGENANDPOTASSIUMAPPLIEDAMOUNTWAS170KG/HM2AND260KG/HM2TOGETHIGHPRODUCTIONANDHIGHQUALITYINTHEGLEHNIALITTORRALISKEYWORDGLEHNIALITTORRALIS,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5070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4060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21植物营养研究现状211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24。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。PARK45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。212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02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COLL辅酶也含有磷酸。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。213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。22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，所以老叶片含钾很少。当钾的供应充足时，进入植物体中的氮素也较多，形成蛋白质的数量也多。钾加强了碳水化合物的新陈代谢，可使氨基酸形成得较多，使对蛋白质合成有促进作用的蛋白酶的活动加强。钾与植物体中碳水化合物的合成与运输以及单糖转化为双糖、多糖等都有密切关系，把合成或积累的碳水化合物贮存起来（如兰花贮存器官假鳞茎），所以贮存器官中钾的含量都很丰富73,74。钾供应充分时可促进机械组织发育良好，使茎叶纤维素增多、植株坚挺、抗病能力增强。缺钾时，单糖累积在叶内，因而对光合作用的速度发生阻碍，使光合作用强度降低，影响碳水化合物的形成和运输75。由于我国各地土壤普遍缺氮，而磷、钾含量一般都较丰富，因此，以往全国各地三要素肥料试验结果，一般都表现增施氮肥的增产效果最大，磷肥次之，而钾肥的增产效果最小76。但值得注意的是，近几年各地钾肥试验结果，一般都表现有增产效果77，特别是施用氮肥较多的高产田，钾肥增产效果更为显著，即使认为是含钾丰富的土壤，施钾也能获得增产。这些情况表明，随着作物复种指数和产量水平提高，土壤养分平衡也出现了新情况78,79。可见在高水平氮素用量和现代高产品种栽培情况下，任何土壤的磷、钾和硅的含量，迟早总会耗尽或不足的80,81。因此，今后随着我国作物生产的发展，需要施用钾肥的地区和土壤，也会逐渐增多。有研究表明，玉米对氮、磷、钾的吸收高峰期在拔节吐丝期之间，积累在茎、叶等营养器官中的养分，在器官衰老过程中逐渐向籽粒中转移，但茎秆和穗中的钾含量相对保持稳定82，籽粒含钾量一般低于茎秆84。刘效瑞采用二次回归通用旋转组合设计，多点同步研究了影响地膜玉米高产高效与氮、磷、钾施用配比的关系和效应，认为在区域科学施肥中，在氮肥施用量满足的条件下，增施钾肥是地膜玉米持续高产的新途径，氮与钾之间存在正互作效应，氮、磷、钾合理配施是尽快提高地膜玉米产量的有效措施85,86,87。据研究表明适宜的氮肥可增加北沙参的产量，增施钾肥可有效的增加根长及其品质88,89。但沙参人工栽培的施肥技术还尚未形成完整体系，直接影响着药源基地沙参的产量和品质。而针对某一特定生态条件下的土壤肥力状况，进行沙参高产优质的N、P肥效反应模型及合理肥水管理，特别是施肥技术对北沙参中有机化合物代谢影响的研究甚少。因此，实行配方施肥、规范化种植是目前北沙参人工栽培亟待解决的问题。23氮、磷、钾与产量构成作物产量的因素间存在着相互促进和相互制约的内在联系，只有明确各因子对产量贡献的大小，才能调控它们之间的关系，获得优化农艺措施组合方案90,91。有研究表明，氮、磷均对株高产生正效应，其中磷的正效应大于氮；钾对株高产生负效应，即钾对株高有一定的抑制作用；氮钾、磷钾配施对株高亦产生负效应92。李士敏等认为不同肥料用量间存在显著的差异，存在合理搭配比例和用量的问题。在玉米的高产栽培中，除合理的施用氮、磷肥外，还要注意钾肥的提早施用，且要考虑氮、磷、钾肥的合理配比93。有研究表明，施用钾肥不仅可以增加玉米产量，而且还可以提高氮、磷肥的利用率。在常规氮、磷肥施用的基础上，对土壤补钾是玉米高产栽培的主要措施之一94。还有研究表明，栽培人参过程中，采用科学的施肥方法，可显著增加产量，提高质量95；黄芪栽培采用适当的氮、磷、钾作底肥，可改善黄芪根的生长环境，增加根长和根重，从而达到提高产量、改善品质的目的96。24氮、磷、钾与品质有研究表明，增施磷、钾肥能使水稻上部三片功能叶增大，从而增加了光合面积和光合产物，且后期绿叶数随磷钾比例的提高而渐增，增施磷钾肥后，能有效地防止早衰，增强根系活力，促进叶片的增长与增宽以及光合面积的增加，从而更有效地增加灌浆物质97,98。经研究发现，施肥水平对黄瓜的品质影响很大。在040KG/667M2范围内,施氮越多，干物质含量越高，但可溶性糖含量越低。因为在高氮水平下，碳水化合物大量用于合成蛋白质、叶绿素和其他含氮化合物99，促使蔗糖分解的酸性蔗糖转化酶也会大大提高，致使体内糖积累明显减少，蛋白质与氨基酸含量逐渐增高100,101。因为氮是构成蛋白质的主要成分,增施氮肥，植株对氮的吸收量增加，所以蛋白质的含量亦相应增加。但若氮肥用量过多，植株对氮的吸收和利用率就会降低，蛋白质和氨基酸的含量不再随着施氮量的增加而增加102,103。有研究表明，氮、钾营养水平可以调控青花菜叶片的NR活性，从而影响氮素同化代谢水平。增施氮肥可显著地提高叶片NR活性；氮水平相同时，增施钾肥则降低叶片NR活性104。氮、钾营养协调时，青花菜叶片氮含量和蛋白态氨及构成酶主要成分的酶蛋白增加，C/N降低且可降低CO2在叶内细胞内扩散的阻力，提高CO2的可利用性和RUBISCO羧化活性与羧化加氧活性比值，加速碳素同化，提高光合作用105。不同营养元素对中草药的生长发育和产量构成及有效成分亦有重要影响。陈震等106曾采用砂培法，研究了氮源对西洋参生长的影响，证明氮对西洋参生长的影响较大。陈震等还系统地研究了营养元素对丹参生长的影响，发现由于N、P、K的亏缺，导致丹参根主长不良，细根较多，致使根的隐丹参酮含量较高，但产量低，商品价值不高107。在研究N、P、K对根类药用植物怀地黄养分含量的影响时指出，平衡的营养环境有利于怀地黄根的干物质积累。贫瘠的营养环境会限制西洋参的持续生长和产量，参根的总皂甙含量也有所下降。N、P作为植物细胞的组成元素，在西洋参地上部生长过程中消耗固定，由于贫瘠的营养环境不能提供充足的N、P，致使西洋参后期N、P养分很难再向根中运输。而K素不是细胞的组成元索，尽管在植株生长时也固定一些，但是在体内的流动性很大，所以即使K素供应不足，K也可以从茎叶中最大限度地向根中转运和贮存。因此，贫瘠的营养环境对西洋参吸收利用N、P的影响比K大，这也是导致西洋参生长受抑制的主要因素108,109。总之，提高中药材品质的关键措施之一是肥料管理。所以，应根据药用植物的营养特点及土壤肥力状况确定施肥种类、施肥次数、时间及施用数量，有限度地使用化学肥料。根据药材生育阶段的需肥规律，施用一定数量的基肥、追肥、叶面肥，以达到产量最大化，质量最优化。25北沙参研究动态251本草考证沙参始载于神农本草经，其上记载沙参“补中益肺气，久服利人”。本草从新首次把南沙参与北沙参分别列出，古时的南沙参和北沙参都是沙参属ADENOPHORA植物，只是产地不同110。王健认为“北沙参”名称最早见于本草汇言，在此之前所记载的沙参仅指南沙参111。252栽培品种目前，北沙参主要有大红袍（紫叶柄）、白条参（绿叶柄）、红条参（淡红色叶柄）三个栽培类型。大红袍的叶柄、茎及花梗均呈紫红色，叶色绿，参株粗壮，根较粗大，产量高，但加工品质不及白条参；白条参的叶柄、茎及花梗均呈绿色，叶革质、光亮，根细长，粉性足，产量不如大红袍，最适于加工出口；红条参的产量和品质基本介于大红袍和白条参之间112，113。在北沙参栽培品种中，根据其开花习性，又可分为一年生开花类型和二年生开花类型两种。前者在种子发芽后的当年即开花结实，习惯称为花参。此类参的参根产量低，品质差，药用价值低，在生产上不宜种植；后者是在种子发芽后当年仅进行营养生长，第二年才开花结实，故在第一年采收的根产量高，品质好，药用价值高114,115。253栽培管理技术现有北沙参优质高产栽培技术主要有选种、培育、选地、整地、适期播种、田间管理、病虫害防治、收获加工等方面。（1）选种选择产量高、品质好的栽培品种。（2）选地与整地选土层深厚，土质疏松、肥沃、向阳、排水良好的沙壤土或砂土。忌连作。选地后，深翻50CM左右，整地要做到深、细、匀、松，否则主根生长不直且容易分叉。（3）播种可秋播亦可春播。秋播在11月上旬土壤封冻前进行，播前20多日湿润种子，至种仁发软；春播在早春开冻后进行，但必须在冬季将湿润的种子放在室外潮湿处，埋于土中经受低温冷冻处理，使种胚发育成熟。播种有宽幅条播和窄幅条播。宽幅条播，播幅宽15CM左右，行距25CM，开沟深4CM左右，种间距45CM，开第二沟时，溢土覆盖前沟，覆土约3CM；窄幅条播，播幅宽6CM，行距15CM左右，方法与宽幅条播相同。播种量因土质而定，砂质土壤5KG/667M2、纯砂地675KG/667M2、有灌溉条件的肥沃地可播354KG/667M2，播后随即覆土、镇压116,117，118。（4）田间管理及时间苗和除草，保持田间洁净。北沙参的病虫害较多而严重，主要有锈病、病毒病、根结线虫病、根瘤病、大灰象甲、钻心虫、黑绒金龟子、蚜虫等，需及时防治119,120。施足基肥，应掌握多施磷肥，适量施氮肥，以农家肥为主、化学肥料为辅的原则。北沙参是一种喜钾植物，应重视钾肥的应用。还有研究表明，在北沙参生产上应用植物生长调节剂既可增加产量，又可调节药用成分的含量121。（5）采收秋播的北沙参一般在第二年9月下旬参叶微黄时收挖（不可过早，否则粉性差）。采收时一般先在参地一端用镢头开一条深沟，露出根部后用手提出，去除茎叶，原则是保证参根不受损伤。刨出的参根不能在阳光下晒，以免干后难以去皮，降低产量和质量122。（6）产地加工北沙参采收后用清水洗净泥土，沸水脱皮。剥皮后的北沙参应尽快干燥，干燥的方法有晒干和烘干。有实验表明，去皮与不去皮的北沙参加工品中，可溶性糖、粗多糖、总糖，都以去皮加工的含量稍高。张永清认为对于北沙参来讲，其药用价值较高的成分应是水溶性粗多糖、可溶性蛋白质等，如以这些成分为指标，北沙参药材应以较细的部位质量较好，传统的去皮加工可以相对提高药材的质量。采用沸水浸烫，可立刻破坏根中的各种代谢酶类，使淀粉免于水解，降低因呼吸造成的消耗，提高药材出干率，同时还能缩短干燥时间，保证药材的质量123。254生物技术自本世纪70年代蛋白质电泳技术广泛应用于科学研究以来，蛋白质电泳技术为生物的遗传和进化研究带来了突破性进展，也为植物系统和进化研究提供了新的手段和途径。1991年国际种子检验协会将蛋白质电泳方法正式定为标准的品种鉴定方法，表明了蛋白质电泳方法在种子鉴定和纯度检测中的地位。蛋白质是植物基因表达的产物，不同的品种、杂交种具有不同的谱带模式，因而可以将品种区分开来。近年来，蛋白质指纹图谱技术发展较快，国外学者已做了大量工作，但我国在这方面研究较少。对北沙参的生物学研究表明，分泌道、射线碎片、淀粉粒等特征可作为产品组织和粉末的鉴别依据，易与其它伪品区别。采用指纹图谱能较为宏观地反映出中药的内在质量，已被国内外研究者所认可124。曾有学者采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法，对北沙参进行了鉴别研究，电泳图谱中可见13条谱带125。石俊英等探讨了可溶性蛋白和过氧化物酶（POD）同工酶聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）指纹图谱与北沙参农家品种之间的关系，认为利用蛋白质电泳指纹图谱技术鉴定北沙参不同农家品种，具有快速准确、操作简便、重现性好等特点，且实验成本低，适合大范围推广应用126,127。因此，生物技术现已成为中药品种鉴定、系统和进化研究的有效手段，将生物技术运用到北沙参的研究中，使其研究方法和结果更加标准化、规范化、国际化，从而使北沙参更广泛、更深入的迈向国际市场。255北沙参化学成分及其药理功能研究动态近年来对北沙参的有效成分和药理作用研究比较深入。有结果表明，北沙参具有祛痰止咳之功效和含有抗突变物质而具有抗突变作用。北沙参对M吞噬功能有非常显著的作用，对血清抗体产生有显著的增强作用，对细胞免疫功能和TB淋巴细胞的增生均有抑制作用，对免疫系统有免疫调节作用128。有学者以水为溶剂，乙醇为沉淀剂，获得了3个分级的北沙参多糖，并获得了分子量分布曲线，研究了其稀溶液性质129。北沙参主要含香豆素类和糖类化学成分，其他还有挥发油、生物碱、磷脂、氨基酸、微量元素等。北沙参含有的多种香豆素类成分，其中欧前胡素具有镇静、解痉、平喘、抗炎等多种药理作用129。磷脂可能是其补益功效的重要物质之一，总磷脂含量约在380450MG100G之间，多糖含量为187，至少含有13种氨基酸，其中天冬氨酸、谷氨酸、濒氨酸、精氨酸含量较高，苏氨酸、丝氨酸、丙氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸次之，酪氨酸与赖氨酸的含量最低，总氨基酸含量为639，必需氨基酸种类齐全，占总氨基酸含量的4195，灰分221，粗脂肪227，粗蛋白128，淀粉774，维生素B10085MG100G，维主素C44MG100G，钙50MG100G，铁30MG100G，锌190MG/L00G130,131。许德成等用等离子发射光谱法测定了北沙参中的18种微量元素，带根皮的全参在根皮部对某些元素有富集作用,特别是钙、钾、钠、磷、铁、铬等；同时发现北沙参中钙、镁、钾、磷、钼、铁，特别是磷和钾的含量明显地高于其它所测元素132,133。原忠等从首次北沙参乙醇提取物的正丁醇萃取部分分离得到SYRINGIN等5个化合物134。平晓秋对北沙参中的活性成分法卡林二醇进行定量测定，发现北沙参中的法卡林二醇含量高于其他植物；聚炔类法卡林二醇具有较强的抗革兰氏阳性菌的活性、抗血小板、止痛的作用135。256亟待解决的问题北沙参具有较好的滋阴功效，且具有很好的出口创汇前景，其栽培也有500多年的历史，栽培范围也较广泛，但是至今生产上所用的品种均为地方品种，品种类型多，所用种子混杂退化，影响了北沙参的品质和产量的提高，限制了其种植规模的扩大。了解不同沙参品种之间遗传背景及遗传多样性，对优化北沙参品种及对其进行综合开发利用，促进北沙参品种由表现型选择向基因型选择、