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钾素营养影响当归品质形成的生理机制研究

作者: amvip
来源: uumtu
日期: 2018-11-19 17:19
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前言?
?钾是植物的主要营养元素,同时也是影响作物生长发育、产量和品质形成的三大必需营养元素之一。钾不同于氮、磷,在植物体内不是以化合物的形式存在,而是以离子状态溶于植物汁液之中,直接或间接地影响着植物的新陈代谢。K+是植物体内 60 多种合成酶、氧化酶和转移酶的活化剂,其可以引起酶构象变化,进而提高催化反应的速率(Vmax),在某些情况下还可增加对底物的亲和力(Km)。由于其体积小,能使卷缩的酶分子打开,活性增加,促进植物充分吸收水分和 K+,同时明显调节植物碳、氮代谢,最终提高作物产量和品质。目前对当归品质评价的研究侧重于化学成分的研究,且其测定的化学成分单一,不能全面评价当归品质,当归的内在品质主要取决于其中的挥发油、有机酸、多糖、微量元素、氨基酸、胆碱及维生素等多类物质。而《中国药典》2015年版一部中仅以阿魏酸含量作为指标来评价当归药材的质量,对挥发油具体成分含量并没有规定,但是现代药理研究发现,当归挥发油中苯酞类化合物具有抑制子宫平滑肌、平喘、解痉的作用。因此,通过多指标含量测定可以客观、全面评价钾素对当归品质的影响。目前多数研究仍偏重于钾素对药材中最终药效成分含量的影响或商品性状的表象描述,对其影响药用植物品质形成机理的剖析鲜少,尤其是钾对当归品质形成的影响研究较少,更鲜见有钾素影响当归品质形成生理机理的系统研究,使得指导当归生产所需的植物营养生理理论明显缺乏,导致生产上出现了仅重视氮肥、磷肥投入,而忽视钾肥使用的普遍现象,这样势必会引起当归品质下降、产量不稳、抗逆性下降。本试验针对目前当归规范化种植过程中缺乏植物营养生理理论依据和指导,导致盲目施肥而影响当归品质提高等实际问题而开展研究,寻求实现优质高产的当归钾素需求规律和利用效率,揭示当归品质形成的生理学本质,为探索营养调控途径、稳定药材产量与提高药材质量提供科学理论基础。
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?第一章 ?钾素营养对当归形态指标的影响?
?钾素被认为是“品质元素”,适宜的钾素营养不仅可以促进植物的生长,还可以提高植物产量与品质。当归不同的形态指标不仅可以反映当归植株不同营养器官的生长发育情况,还可以反映当归植株地上与地下部位生物量的积累过程,与当归的生长发育与产量密切相关。因此,本研究考察了钾素营养对叶盛期当归植株的株高、根长、根粗、地上鲜重、地下鲜重、地上干重、地下干重等营养生长指标及收获期当归根长、根粗、归头干重、归身干重、归身长、归身粗、总干重等产量影响因素的影响。通过这些数据的总结分析,可以判断钾素营养对当归生长发育及产量状况的影响。
?1 供钾水平和供钾时期对当归植株形态建成的影响1.1 测定内容测定指标:株高、根长、根粗、地上鲜重、地下鲜重、地上干重、地下干重等1.2 田间实验与样品采集田间试验于2014年3月~2015年11月在甘肃省岷县麻子川乡当归试验基地进行。供试当归品种为岷归 1 号。试验站海拔高度 2700 m,年平均气温 5.7℃,年平均降水650~700 mm,无霜期 90 d,属高寒阴湿地区。试验区土壤为亚高山草甸土类型,试验地 0~20 cm 土壤有机质含量 45.28 g/kg、全氮含量 2.63 g/kg,全磷含量 0.03 g/kg,全钾含量 24.42 g/kg、速效氮含量 263.64 mg/kg、速效磷含量 94.29 mg/kg 和速效钾含量701.78 mg/kg,pH 7.6。前茬为马铃薯 Solanum tuberosum L.,无灌溉条件。试验分全部基施和基施 50% + 叶盛期追施 50%两种方式进行。钾素用量设 3 个水平,分别为施钾量 150 kg K2O/hm2(K150)、施钾量 300 kg K2O/hm2(K300)和施钾量 450 kg K2O/hm2(K450),以不施钾 (K0)为对照。试验采用随机区组试验设计,3 次重复。小区面积 4 m × 3 m。在春季栽种时每公顷基施纯 N255 kg 和 P2O5135 kg,其他田间管理按常规进行。在当归叶盛期,田间随机挖取每小区当归全株 10 株,带土样,当天运抵甘肃中医药大学科研中心。先用自来水进行冲洗去除表面泥土,在用蒸馏水进一步冲洗,最后用吸水纸吸干表面的蒸馏水。进行准确测定株高、根粗、地上鲜重、地下鲜重、茎长等当归形态指标。?1.3 结果与分析1.3.1 不同钾素水平对叶盛期当归株高的影响从图 1-A 看出,不同钾素水平对当归植株株高的影响具有一定的差异,在全部基施时,随着施钾量的增加,当归植株株高不断增加,K150、K300和 K450的株高分别比 K0高 8.04 %、9.20 %和 5.00 %,差异达到显著水平(P < 0.05)。当施钾量超过 300 kg K2O/hm2时,随着施钾量的增加当归植株株高又减小,K450的株高比 K300低 4.00 %,K450显著低于 K300(P < 0.05);在基施 50%+叶盛期追施 50%下,当归植株株高的变化趋势和全部基施情况基本相同,K150、K300和 K450的当归植株株高分别比 K0高 10.61 %、17.53 %、8.43 %,差异达到显著水平(P < 0.05)。说明钾素无论是全部基施,还是基施 50%+叶盛期追施 50%,过高或过低的钾素水平均都不利于当归植株株高的提高。
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2 供钾水平和供钾时期对当归产量及构成因素的影响2.1 测定内容测定指标:根长、根粗、归头干重、归身干重、归身长、归身粗、总干重等2.2 材料与方法于 2014 年 11 月 7 日上午 9: 00~17:00 时,田间挖取每小区当归全株 30 株,当天运抵甘肃中医药大学科研中心。进行准确测定株高、根粗、地上鲜重、地下鲜重、茎长等当归形态指标。2.3 结果与分析2.3.1 不同钾素水平对收获期当归根长的影响从图 2-A 可以看出,不同钾素水平对收获期当归根长具有一定的影响,在全部基施时,随着施钾量的增加,当归根长不断增加,K150、K300和 K450的当归根长分别比 K0高3.44 %、12.22 %和7.44 %,差异达到显著水平(P < 0.05)。当施钾量超过300 kg K2O/hm2时,随着施钾量的增加当归根长又减小,K450显著低于 K300(P < 0.05);在基施 50%+叶盛期追施 50%下,当归根长的变化趋势和全部基施情况基本相同,但提高幅度比全部基施方式的较高,K150、K300和 K450的当归根长分别比 K0高 4.09 %、13.05 %、8.85 %,差异达到显著水平(P < 0.05)。2.3.2 不同钾素水平对收获期当归根粗的影响从图 2-B 看出,不同钾素水平对收获期当归根粗具有一定的影响,在全部基施时,随着施钾量的增加,当归根粗不断增加,K150、K300和K450的当归根粗分别比K0高2.78 %、32.98 %和 13.54 %,差异达到显著水平(P < 0.05)。当施钾量超过 300 kg K2O/hm2时,随着施钾量的增加当归根粗又减小,K450显著低于 K300(P < 0.05);在基施 50%+叶盛期追施 50%下,当归地上干重的变化趋势和全部基施情况基本相同,但提高幅度比全部基施方式的较高,K150、K300和 K450的当归根粗分别比 K0高 25.09 %、44.15 %、4.91 %,差异达到显著水平(P < 0.05)。2.3.3 不同钾素水平对收获期当归归头干重的影响从图 2-C 看出,不同钾素水平对当归归头干重具有一定的影响,在全部基施时,随着施钾量的增加,当归归头干重不断增加,K150、K300和 K450的当归归头干重分别比K0高 3.21 %、29.30 %和 2.33 %,差异达到显著水平(P < 0.05)。当施钾量超过 300 kgK2O/hm2时,随着施钾量的增加当归归头干重又减小,K450显著低于 K300(P < 0.05);在基施50%+叶盛期追施50%下,当归归头干重的变化趋势和全部基施情况基本相同,K150和 K300的当归归头干重分别比 K0高 12.84 %和 15.22 %,差异达到显著水平(P < 0.05),当施钾量超过 300 kg K2O/hm2时,随着施钾量的增加当归归头干重又减小,K450的当归归头干重比 K300低 22.93 %差异达到显著水平(P < 0.05)。
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?第三章钾素营养对当归生理生化特性的影响.......................261 供钾水平和供钾时期对当归光合特性的影响 .....................261.1 测定内容 ..................................................26第四章钾素营养当归质量与生理生化指标之间的关系分析............55第五章结论....................................................63
?第四章 钾素营养当归质量与生理生化指标间的关系分析
?当归质量与生理生化指标之间的相关性,采用 SPSS 21.0 统计学软件分别对阿魏酸、洋川穹内酯I、洋川穹内酯H、阿魏酸松柏脂、洋川穹内酯A、藁本内酯、丁烯基酞内酯、欧当归内酯A含量与 66 种质量相关的生理生化指标进行Pearson 相关分析,结果见表4,在100% 基施条件下,当归阿魏酸含量与叶绿素a含量、果糖含量、蔗糖合成酶、光下开放的PSⅡ反应中心的激发能捕获效率、收获期根长、收获期根粗呈极显著的正相关关系(P<0.01),相关系数(r)分别为0.727**、0.750**、0.796**、0.719**、0.777**和0.825**;与谷氨酸合成酶、尿囊素酶、总氨基酸含量、总叶绿素含量、蔗糖含量、苹果酸脱氢酶、延胡索酸酶、腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶、三磷酸甘油醛脱氢酶、过氧化物酶、过氧化氢酶活性、总超氧化物歧化酶活性、净光合速率、气孔导度、电子传递速率、PSⅡ反应中心电荷分离实际量子效率、光化学淬灭系数、根粗、地下鲜重、归身干重、归身粗呈显著的正相关关系(P<0.05),相关系数(r)分别为0.661*、0.683*、0.656*、0.696*、0.649*、0.664*、0.695*、0.682*、0.689*、0.645*、0.633*、0.692*、0.642*、0.707*、0.589*、0.649*、0.640*、0.705*、0.662*、0.682*和0.598*;与暗荧光、最小初始荧光呈极显著负相关关系(P<0.01),相关系数(r)为0.731**。在50%基施+50%追施的条件下,当归阿魏酸含量与总氨基酸含量、过氧化氢酶活性、株高、根粗、地上鲜重呈极显著正相关(P<0.01),相关系数(r)分别为0 .748**、0.720**、0.732**、0.710**和0.777**;与谷氨酸合成酶、尿囊素酶、果糖含量、蔗糖含量、丙酮酸激酶、蔗糖合成酶、苹果酸脱氢酶、过氧化物酶、总超氧化物歧化酶活性、净光合速率、表观CO2利用效率、电子传递速率、光下开放的PSⅡ反应中心的激发能捕获效率、光化学淬灭系数、CO2同化速率相对应的量子产量、总干重、水分呈显著正相关水平(P<0.05),相关系数(r)分别为0.640*、0.674*、0.628*、0.611*、0.658*、0.593*、0.706*、0.640*、0.617*、0.634*、0.635*、0.685*、0.643*、0.594*、0.626*、0.584*和0.669*;与磷脂酶D、脱落酸呈极显著负相关(P<0.01),相关系数(r)分别为0.773**和0.763**;与暗荧光、最小初始荧光、暗适应下最大荧光、酸不溶性灰分、呈显著负相关(P<0.05) ,相关系数(r)分别为0. .654*、0.609*和0.600*。
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?第五章 ? ?结论?
?(1)通过对当归植株形态指标的测定,发现在全部基施条件下,叶盛期当归株高、根粗、地上鲜重、地上干重、地下鲜重、地下干重,收获期当归根长、根粗、归身干重、归身粗、当归总干重的影响都是随着施钾量的增加而增加,当施钾量超过300 kg K2O/hm2时,有随着施钾量的增加而减少。其中在基施 50%+叶盛期追施 50%施肥条件下的株高、根粗、地上鲜重、地下鲜重、收获期根长、归身身长、归身粗得增幅程度略高于全部基施。说明适宜的钾素水平促进了当归的生长,使叶盛期当归的株高、地上地下鲜重增长,使收获期的根长、根粗、归身粗得到增长,使其产量增加。(2)从不同钾素水平处理的当归显微鉴别可以看出:在全部基施下,K0纺锤形薄壁细胞厚度较小,少见,多呈碎片状,导管、油室、淀粉粒少见;K150油室及纺锤形薄壁细胞少见,淀粉粒多存在于细胞中,单个的少见,可见导管群;K300薄壁细胞多,排列整齐,淀粉粒多存在于细胞中,单个的少见,可见导管群,可见油室碎片;K450导管少见,单个存在的淀粉粒较大较多,木栓细胞及薄壁细胞较多。在基施 50%+叶盛期追施50%下,K0淀粉粒较多,导管少见,且为网纹导管,纺锤形薄壁细胞少见;K150薄壁细胞多见,内含淀粉粒,明显多于 K0和 K450,单个存在的淀粉粒少见,木栓细胞少见,导管多碎片;K300淀粉粒多见,薄壁细胞少见,导管较多,可见导管群,可见油室碎片;K450木栓细胞较多,整个视野中淀粉粒甚少,油室细胞及其碎片很少见,导管梯形较多。说明在 K0~K300之间促进了当归薄壁细胞的完整性,促进了淀粉粒及油室的形成,促进了当归对水分及无机盐的运输能力,促进了当归的身长与生长,进而有利于当归品质的形成,但 K450使木栓细胞明显增多,导管显著减少,使当归的抗旱能力增强,木质化增强,不利于当归品质的形成。说明过高或过低的钾素水平均不利于当归的生长与品质的形成。
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参考文献(略)


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