吳之濤，張英英，高正睿，魏廷邦，任寶倉*，魏玉杰

(1 甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院，甘肅武威 733006；2甘肅省特種藥源植物種質(zhì)創(chuàng)新與安全利用重點實驗室，甘肅武威 733006；3 武威市祁連山區(qū)道地中藥材生態(tài)栽培技術(shù)創(chuàng)新中心，甘肅武威 733006)

中藥材黃芪為豆科植物蒙古黃芪(Astragalusmembranaceusvar.mongholicus)或膜莢黃芪(Astragalusmembranaceus)的干燥根，性溫、味甘，具有補氣升陽、利尿消腫、托毒生肌的功效[1]，在臨床上應(yīng)用廣泛，素有“十藥八芪”之稱。目前，野生黃芪種質(zhì)資源日漸稀少，已被列為國家三級保護植物，生產(chǎn)中黃芪藥材主要以人工栽培為主[2]。膜莢黃芪在栽培過程中根部形態(tài)變異較大，易產(chǎn)生“雞爪根”，商品性較差，嚴重影響藥材產(chǎn)量和品質(zhì)，大多數(shù)產(chǎn)區(qū)主要以蒙古黃芪為栽培品種[3]。黃芪作為甘肅省的道地藥材，隨著納入藥食同源管理，市場消費需求逐年增大，受耕地面積的限制，黃芪連作種植后導(dǎo)致土壤養(yǎng)分失衡，有害病原菌不斷積累，病害發(fā)生日趨加重，嚴重影響黃芪產(chǎn)量和品質(zhì)，已成為制約該產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重要因素之一[4]。

硅是地殼中第二大元素，雖然該元素不是植物生長必需的礦質(zhì)元素，但大量研究表明，硅可以增強植物的抗逆耐脅迫能力[5]，促進植物生長并提高產(chǎn)量[6]。目前關(guān)于硅的抗性機制研究，主要集中在物理屏障假說和誘導(dǎo)抗性假說兩個方面。一部分研究表明，植物施硅處理后能在表皮組織形成硅化細胞，組織硅質(zhì)化后形成機械屏障以阻礙病原的入侵[7]。另一部分研究表明，植物與病原菌互作過程中，施硅處理能提高植物抗氧化酶活性(SOD、CAT、POD和APX等)，有效清除植物體內(nèi)活性氧，從而增強植物的抗病能力[8]。

迄今，前人利用硅防治植物病害已有相關(guān)報道，其中硅對水稻白葉枯病、稻瘟病[9-10]、小麥白粉病[11]、葡萄白粉病[12]、黃瓜炭疽病[13]、番茄根腐病[14]等病害均有一定的防治效果，但對黃芪病害的防治研究卻鮮有報道。本試驗以蒙古黃芪為試驗材料，研究了噴施不同濃度硅對蒙古黃芪生長發(fā)育動態(tài)、抗氧化酶活性、藥材產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，分析了施硅對黃芪白粉病、根腐病的防治效果，初步揭示了施硅增強黃芪抗病性、提升品質(zhì)和產(chǎn)量的機理，為大田生產(chǎn)中蒙古黃芪的高效栽培提供了理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗地設(shè)在國家中藥材產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系河西綜合試驗站試驗基地(102°51′0″ E，37° 40′30″ N)，屬北溫帶大陸性干旱氣候，干旱少雨，日照充足，晝夜溫差大。海拔高度1 786 m，年平均降水量158 mm，蒸發(fā)量2 021 mm，年平均氣溫7.7 ℃，無霜期155 d。試驗區(qū)土壤為厚層灌漠土，土壤容重1.63 g·cm-3，耕層土壤堿解氮68.5 mg·kg-1，速效磷48.6 mg·kg-1，速效鉀283.7 mg·kg-1，有機質(zhì)含量19.80 g·kg-1，pH值為8.5。試驗地前茬作物為黃芪。

1.2 試驗材料

供試一年生蒙古黃芪種苗從甘肅省岷縣當歸城中藥材交易市場購買，種苗平均根長(32.75±6.12) cm，根粗(5.13±1.06) mm，單根重(3.86±1.93) g；供試硅肥途?？?可溶性Si≥50 g/L)由江門市植保有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗設(shè)計

本試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)置5個處理，硅噴施濃度依次為500、1 000、2 000和4 000 mg/L，CK為噴施等量清水，每個處理又分為苗期(5月27)、開花期(7月8日)和根莖伸長期(9月26日)3個噴施時期。于2021年4月7日大田移栽黃芪種苗，采用露頭覆膜栽培方式，行距40 cm，株距15 cm，每個處理3次重復(fù)，共15個小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2(7.5 m×4 m)，小區(qū)間隔60 cm。各試驗小區(qū)除噴施硅以外，氮肥施用尿素(純N約46.6%)，氮肥用量100 kg·hm-2，按基肥∶中期追肥= 2∶1分施，磷肥為過磷酸鈣(P2O5約14%)，純磷施用量150 kg·hm-2，鉀肥為氧化鉀(K2O約25%)，純鉀30 kg·hm-2均作基肥，其他栽培管理措施同大田一致。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 地上部生長指標每個小區(qū)選擇30株生長一致的植株掛牌標記，黃芪不同生育時期施硅7 d后測定黃芪株高、株幅、莖粗和葉綠素含量。株高和株幅用卷尺測定；莖粗指距離地面1 cm處主莖直徑，采用數(shù)顯式游標卡尺(0～150 mm)測定；葉綠素含量(SPAD值)用手持式SPAD-502葉綠素儀(日本柯尼卡美能達株式會社)進行測定，時間選擇在早上9:00-10:00。

1.4.2 葉片抗氧化酶活性及丙二醛含量黃芪不同生育時期施硅3 d后選取生長部位一致的葉片測定SOD(超氧化物歧化酶)、POD(過氧化物酶)、CAT(過氧化氫酶)、APX(抗壞血酸過氧化物酶)活性和MDA(丙二醛)含量，選用北京索萊寶有限公司生化試劑盒，根據(jù)說明書要求，使用SP-765型紫外可見分光光度計(上海光譜儀器有限公司)進行測定。

1.4.3 白粉病和根腐病防效黃芪營養(yǎng)生長后期調(diào)查白粉病的發(fā)病情況，每個小區(qū)隨機調(diào)查30株，每株調(diào)查上中下部位各10片葉子，根據(jù)葉片的癥狀特征計算病情指數(shù)。病情分級標準如下[15]：

0級：植株葉片無病斑；

1級：植株葉片病斑面積占葉面積的1/4；

2級：植株葉片病斑面積占葉面積的1/4～1/2；

3級：植株葉片病斑面積占葉面積的1/2～3/4；

4級：植株葉片病斑面積占葉面積的3/4以上。

2021年10月21日黃芪采挖后調(diào)查根腐病的發(fā)病情況，每個小區(qū)隨機調(diào)查30株，根據(jù)根部的病斑特征計算病情指數(shù)。病情指數(shù)分級標準如下[16]：

0級：健康無病斑；

1級：根部有1～2個黑色凹陷病斑；

2級：根部有3～5個黑色凹陷病斑；

3級：根部有6～10個黑色凹陷病斑，表皮粗糙；

4級：根部有10個以上黑色凹陷病斑，部分病斑連片形成網(wǎng)狀縱列。

病情指數(shù)=[∑(病級代表值×株數(shù))]/(最高病級代表值×調(diào)查總株數(shù))×100

防治效果=(對照病情指數(shù)-處理病情指數(shù))/對照病情指數(shù)×100%

1.4.4 藥材產(chǎn)量及品質(zhì)掛牌標記的黃芪植株單獨采挖(2021年10月21日)，測定根長、根粗、側(cè)根數(shù)、單株根鮮重和干重；小區(qū)實收后計產(chǎn)，根據(jù)小區(qū)面積折算產(chǎn)量；黃芪品質(zhì)委托甘肅數(shù)字本草檢驗中心有限公司檢測，對黃芪甲苷含量、灰分和可溶性浸出物進行測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2013整理，利用SPSS22.0統(tǒng)計分析軟件，采用Duncan新復(fù)極差法進行差異性顯著分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度硅處理對蒙古黃芪生長發(fā)育動態(tài)的影響

在不同生育時期噴施不同濃度硅以后，蒙古黃芪株高、莖粗、株幅、葉綠素含量均不同程度地高于同期對照(表1)。其中，各硅濃度處理蒙古黃芪株高在苗期、開花期、根莖伸長期均顯著高于對照，但不同濃度處理間差異不顯著；各生育時期不同濃度硅處理對莖粗影響大多不顯著，僅苗期硅濃度為500 mg/L時、根莖伸長期硅濃度2 000 mg/L時顯著高于對照，增幅分別為23.10%和30.05%。硅濃度為2 000 mg/L時，株幅在開花期各濃度處理、苗期除2 000 mg/L處理、根莖伸長期1 000和2 000 mg/L處理均顯著高于對照，同期各濃度處理間大多無顯著差異；各生育時期施硅處理對植株葉綠素含量與對照均無顯著差異?？梢?，在蒙古黃芪生長前期，低濃度硅處理有助于植株生長發(fā)育，而在生長中后期中高濃度硅處理的促生作用較好。

表1 不同濃度硅處理下蒙古黃芪生長指標的變化

表2 不同濃度硅處理對蒙古黃芪白粉病、根腐病的防治效果

2.2 不同濃度硅處理對蒙古黃芪抗性氧化酶活性和丙二醛含量的影響

圖1顯示，蒙古黃芪3個生育時期施硅處理的SOD、CAT、POD和APX活性均不同程度高于同期對照，且整體均隨著硅濃度的增加呈先升高后降低趨勢。其中，蒙古黃芪SOD活性僅在開花期當硅濃度為2 000 mg/L時與對照差異顯著，增幅達到56.45%，其他時期各處理間與對照差異均不顯著。CAT活性苗期、開花期和根莖伸長期2 000 mg/L濃度處理顯著高于對照，增幅分別達到178.10%、141.85%和200.99%，除根莖伸長期500、1 000 mg/L濃度處理外，其余時期其他處理間與對照均無顯著差異。POD活性隨生育期推進整體表現(xiàn)為增加趨勢，并在開花期、根莖伸長期2 000 mg/L濃度處理時顯著高于對照，增幅分別達到34.59%和33.20%，除苗期4 000 mg/L濃度處理外，其余時期其他處理間與對照差異不顯著。APX活性僅在根莖伸長期2 000 mg/L處理下顯著高于對照，增幅為207.74%，其他生育期與對照差異不顯著。同時，蒙古黃芪3個生育時期施硅處理的MDA含量均低于對照，且整體隨著硅濃度的增加有逐漸降低的趨勢，但同期各處理間與對照間均差異不顯著?？梢姡晒劈S芪抗氧化酶活性在各生育期不同濃度施硅處理下大多無顯著變化，未受到過氧化傷害，但在開花期、根莖伸長期噴施2 000 mg/L硅多有利于顯著提高。

2.3 不同濃度硅處理對蒙古黃芪白粉病、根腐病的防治效果及其與抗氧化酶活性間關(guān)系

表2顯示，不同濃度硅處理對蒙古黃芪白粉病、根腐病均有一定的防治效果。其中，各硅處理對蒙古黃芪白粉病的病情指數(shù)和防治效果與對照相比均達到顯著水平，且當硅濃度為2 000 mg/L時病情指數(shù)最低(28.24)、防效最高(47.05%)，但各硅處理間均無顯著差異。各硅處理對蒙古黃芪根腐病的病情指數(shù)和防治效果分別在34.07～42.96、23.19%～39.08%之間，也以2 000 mg/L硅處理病情指數(shù)最低、防效最佳，顯著高于其他處理。

同時，從表3可以看出，蒙古黃芪白粉病、根腐病病情指數(shù)與CAT、POD、SOD和APX活性呈負相關(guān)，其中白粉病病情指數(shù)與POD活性、根腐病病情指數(shù)與APX活性的相關(guān)系數(shù)均達到顯著水平；而白粉病、根腐病病情指數(shù)均與MDA含量呈顯著正相關(guān)。

2.4 不同濃度硅處理對蒙古黃芪產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

蒙古黃芪采挖后對藥材外觀性狀指標和產(chǎn)量進行測定，結(jié)果顯示(表4)：不同濃度硅處理蒙古黃芪的根長、根粗、單根鮮重和單根干重均不同程度高于對照，側(cè)根數(shù)均低于對照。其中，根長在500 mg/L硅處理下達到最大值，根粗在2 000 mg/L硅處理下達到最大值，側(cè)根數(shù)此時達到最小值，但在各施硅處理及對照間均無顯著差異；單根鮮重、單根干重和產(chǎn)量均在2 000 mg/L硅處理下達到最大值，且在此時與對照差異顯著，增幅分別為30.97%、33.79%和32.29%，它們在其他硅處理下與對照無顯著差異。

同時，不同濃度硅處理對于提升蒙古黃芪品質(zhì)具有促進作用(表5)，施硅處理和對照黃芪藥材水分、灰分、可溶性浸出物和黃芪甲苷含量均優(yōu)于2020版《中國藥典》標準。其中，各硅處理黃芪藥材水分和灰分均不同程度低于對照，但僅硅濃度為500和4 000 mg/L時的灰分含量降幅達到顯著水平，所有處理水分含量和1 000、2 000 mg/L施硅處理的灰分含量均與對照差異不顯著。各施硅處理的可溶性浸出物和黃芪甲苷含量均不同程度高于對照，但僅在2 000 mg/L硅處理下顯著高于對照和其他處理，此時分別比對照顯著提高了16.48%和31.96%。

3 討 論

硅對植物的生長發(fā)育具有明顯的促進作用，施硅能有效提高植株葉片葉綠素含量和光合速率，增加光合產(chǎn)物的積累；硅被植物吸收后主要分布在輸導(dǎo)組織，通過改善礦質(zhì)元素的吸收，增強根系活力，從而促進植株營養(yǎng)器官的生長[17]。本試驗研究結(jié)果表明，不同濃度硅處理均能提高蒙古黃芪的株高、莖粗和株幅，適宜的硅濃度(1 000 mg/L和2 000 mg/L)能顯著地促進蒙古黃芪的生長?？赡苁鞘┕枰环矫嫣岣吡巳~片葉綠素含量，促進光合產(chǎn)物積累，促進營養(yǎng)元素吸收，另一方面施硅后葉片表面形成的硅化細胞和表皮組織里形成的角質(zhì)——硅雙層結(jié)構(gòu)使植株抗氧化能力增強，提高了蒙古黃芪的抗病能力。這與Mateos-Naranjo[18]、鄭世英等[19]在不同作物上施硅的研究結(jié)論一致。但在本研究中，當硅濃度增加到4 000 mg/L時，與其他硅處理相比，蒙古黃芪的生長受到一定的抑制，這表明施硅對蒙古黃芪的生長存在劑量效應(yīng)，推測原因可能是高濃度硅處理(4 000 mg/L)會對蒙古黃芪根系產(chǎn)生毒害作用，影響礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，不利于植株的生長。

表3 病情指數(shù)與抗氧化酶及丙二醛的相關(guān)系數(shù)

表4 不同濃度硅處理下蒙古黃芪外觀性狀及產(chǎn)量構(gòu)成

表5 不同濃度硅處理下蒙古黃芪品質(zhì)分析

施硅對提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要作用，目前大多數(shù)研究主要集中在禾谷類作物和園藝作物上，均認為施用適宜濃度硅肥能夠提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)[24-25]。但在中藥材方面的研究卻鮮有報道。蒙古黃芪以根入藥，藥材根的外觀性狀和品質(zhì)是衡量藥材根個體質(zhì)量的重要指標。在本試驗中施硅能增加蒙古黃芪根長、根粗、單根鮮重和單根干重，促進蒙古黃芪增產(chǎn)。分析增產(chǎn)的原因可能是施硅有助于提高蒙古黃芪抗性，進而促進N、P和K等營養(yǎng)元素吸收，提高光合效率，促進地上部分光合產(chǎn)物向地下部分轉(zhuǎn)運和富集，有助于植株根部生長。同時，施硅后蒙古黃芪的內(nèi)在品質(zhì)(水分、灰分、可溶性浸出物和黃芪甲苷含量)均優(yōu)于2020版《中國藥典》標準，可能與施硅增強植株的抗逆脅迫能力有關(guān)，從而提高碳氮代謝產(chǎn)物含量，這與張文晉[26]報道的在旱鹽脅迫下硅提高甘草產(chǎn)量和品質(zhì)的研究結(jié)果相一致。綜合評價不同濃度硅處理對蒙古黃芪生長和品質(zhì)的影響，認為當硅濃度為2 000 mg/L時具有較好的防病促生作用，能顯著提高蒙古黃芪藥材產(chǎn)量，改善藥材品質(zhì)。