郭小山，王林闖，趙建鋒，孫玉東，汪國(guó)蓮，屈海泳，羅德旭，許文釗，尹 蓮

（1江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安 223001；2淮安市設(shè)施蔬菜重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇淮安 223001；3青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東青島 266109）

0 引言

苦瓜為葫蘆科苦瓜屬一年生蔓性草本植物，喜溫怕寒，在中國(guó)南方栽培歷史悠久，又稱涼瓜、錦荔枝、癩葡萄等，因具有特殊苦味而得名[1]。皂苷是一類普遍存在于植物體內(nèi)的化合物，從苦瓜中提取的大多數(shù)皂苷苷元為葫蘆烷型三萜苷元[2]。研究表明，苦瓜皂苷具有降血糖、提高免疫力、抗氧化、調(diào)節(jié)內(nèi)分泌、降膽固醇、抗腫瘤等作用[3-6]。苦瓜皂苷是從天然植物中提取分離的，更具食品安全性[7]。完善優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培技術(shù)，培育皂苷含量高、適于加工專用型的苦瓜新品種，能為苦瓜的產(chǎn)業(yè)多元化發(fā)展創(chuàng)造條件，具有巨大的市場(chǎng)前景。

苦瓜中的皂苷含量與品種、種植區(qū)域、栽培技術(shù)等因素有著密切的關(guān)系。杜小鳳等[8]對(duì)22個(gè)不同苦瓜品種（系）的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定發(fā)現(xiàn)，不同品種苦瓜的皂苷含量差異明顯，同時(shí)采收期也顯著影響苦瓜的品質(zhì)；曹晶晶等[9]也同樣發(fā)現(xiàn)了不同品種和采收期對(duì)苦瓜皂苷的影響；劉慧娟等[10]對(duì)不同品種苦瓜中皂苷含量進(jìn)行比較，進(jìn)而篩選出高皂苷含量的苦瓜。不同產(chǎn)地對(duì)苦瓜營(yíng)養(yǎng)成分的影響也有較多報(bào)道，對(duì)更好地評(píng)價(jià)苦瓜品質(zhì)具有重要意義[11]。張瑜等[12]對(duì)山東、河南、河北、江西4個(gè)產(chǎn)地苦瓜中皂苷進(jìn)行測(cè)定；王曉婧等[13]發(fā)現(xiàn)福建和廣東產(chǎn)的苦瓜含量均較高。此外，苦瓜栽培技術(shù)包括田間管理和病蟲(chóng)害防治等也會(huì)影響苦瓜的品質(zhì)[14-15]。在選定栽培品種后，科學(xué)施肥對(duì)該品種能否充分表達(dá)其潛在產(chǎn)量與品質(zhì)起到?jīng)Q定作用。合理施肥不僅是苦瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的保障，也是節(jié)約開(kāi)支提高經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。

國(guó)內(nèi)在苦瓜生產(chǎn)上多采用傳統(tǒng)施肥法，很少根據(jù)其生長(zhǎng)特性、營(yíng)養(yǎng)生理和土壤供肥特性等進(jìn)行科學(xué)施肥，未見(jiàn)系統(tǒng)開(kāi)展氮磷鉀對(duì)苦瓜皂苷影響的研究。氮、磷、鉀是植物次生代謝物質(zhì)的形成基礎(chǔ)，也是植物生長(zhǎng)的基本條件。通過(guò)系統(tǒng)研究氮、磷、鉀的苦瓜次生物質(zhì)代謝過(guò)程調(diào)控機(jī)制，特別是研究苦瓜在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中產(chǎn)生的初生代謝物和次生代謝物有效成分含量與產(chǎn)量之間的關(guān)系，對(duì)探究苦瓜皂苷藥用產(chǎn)量的提高具有重要意義。

筆者主要研究苦瓜皂苷含量與品種、氮肥和鉀肥之間的關(guān)系，選取高、中、低皂苷含量的3個(gè)苦瓜品種，分別采用高、中、低量氮肥和鉀肥處理，探究果實(shí)中苦瓜皂苷含量與品種、施肥量的聯(lián)系，為生產(chǎn)高皂苷含量的苦瓜栽培技術(shù)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間、地點(diǎn)

田間試驗(yàn)于2015年在江蘇省淮安市農(nóng)科院科研創(chuàng)新基地進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)氣候條件為當(dāng)?shù)卣l件。室內(nèi)試驗(yàn)在淮安市設(shè)施蔬菜重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)材料

基于本項(xiàng)目組收集的100余份苦瓜資源，選擇高中低皂苷含量的苦瓜品種3個(gè)，分別是高皂苷品種‘優(yōu)佳4號(hào)’、低皂苷品種‘206’、中皂苷品種‘疙瘩綠’(CK)。供試肥料氮肥為含氮46.4%的尿素，磷肥為含磷12.0%的過(guò)磷酸鈣，鉀肥為含鉀50%的硫酸鉀。盆栽花盆直徑為17 cm，栽培基質(zhì)為優(yōu)佳蔬菜育苗基質(zhì)與商品有機(jī)肥(3:1，v/v)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 播種時(shí)間與方法 2015年3月20日采用72孔穴盤(pán)，每個(gè)品種播種3盤(pán)。出苗后各品種選取長(zhǎng)勢(shì)一致的植株分區(qū)定植，隨機(jī)排列，各處理設(shè)置3次生物學(xué)重復(fù)。

1.3.2 施肥方法 采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，3個(gè)研究因素分別為苦瓜品種、氮肥用量和鉀肥用量。氮肥和鉀肥用量分別為低、中、高(1、2、3)水平，2水平是指當(dāng)?shù)刈罴咽┓柿康慕浦担ǜ鶕?jù)當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥、前茬作物和土壤速效養(yǎng)分狀況，確定試驗(yàn)的2水平），1水平為2水平×0.5，3水平為2水平×1.5，共27個(gè)處理（表1）。氮、磷、鉀肥分基肥、追肥施入花盆內(nèi)，氮肥（尿素）基肥、追肥分別占總施肥量的10%、90%，磷肥（過(guò)磷酸鈣）基肥、追肥分別占總施肥量的60%、40%，鉀肥（硫酸鉀）基肥、追肥分別占總施肥量的10%、90%?；视?月20日在移栽前施于花盆內(nèi)，追肥分6次施用（5月27日、6月10日、6月17日、7月3日、7月12日、7月22日），基肥與基質(zhì)拌勻后使用，追肥穴施。

1.3.3 皂苷含量 統(tǒng)一開(kāi)花后15天采收苦瓜，將苦瓜切開(kāi)去瓤，取果實(shí)中間部分于液氮中速凍，然后存放在超低溫冰箱。樣品采收齊全后隨機(jī)選取3株，采用香草醛-高氯酸比色法進(jìn)行苦瓜皂苷含量測(cè)定[17]。

1.3.4 無(wú)損檢測(cè) 分別于苦瓜幼苗期（播種后25天）和幼果期（播種后60天）隨機(jī)選取3株進(jìn)行根際NO3-、K+離子流的測(cè)定。測(cè)試前將幼苗洗凈，然后將其根系固定于平衡液中處理15 min(0.1 mmol/L KNO3、0.1 mmol/L CaCl2、0.3 mmol/L MES，pH 5.8)，測(cè)定時(shí)間為10 min。選取完整根尖，測(cè)定距根尖300 μm處的離子流速。測(cè)定程序參考非損傷微測(cè)技術(shù)進(jìn)行操作[16]。測(cè)定系統(tǒng)為北京旭月公司非損傷性微測(cè)系統(tǒng)(SIET system BIO-001A，Younger USA Sci.&Tech.Corp.)，數(shù)據(jù)處理軟件為旭月公司提供的MageFlux。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，使用GraphPad Prism制作數(shù)據(jù)圖，采用SAS 8.1進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同苦瓜品種間皂苷含量比較

表2結(jié)果表明，3個(gè)品種皂苷含量差異顯著，‘優(yōu)佳4號(hào)’皂苷含量最高，‘疙瘩綠’次之，‘206’中皂苷含量最低?！畠?yōu)佳4號(hào)’與‘206’品種皂苷含量差異極顯著(α=0.01)。

2.2 苦瓜根尖對(duì)氮元素的吸收

圖1結(jié)果表明，在幼苗期，高皂苷含量的‘優(yōu)佳4號(hào)’對(duì)氮元素的吸收高于‘疙瘩綠’和‘206’。在幼果期，‘優(yōu)佳4號(hào)’對(duì)氮元素的吸收顯著高于‘疙瘩綠’和‘206’(α=0.01)。

圖1 苦瓜品種根尖對(duì)氮元素吸收

2.3 苦瓜根尖對(duì)鉀元素的積累

分析圖2結(jié)果可知，在幼苗期，‘優(yōu)佳4號(hào)’根尖K+流速最小，外排K+最低，比低皂苷品種‘206’低40%，差異極顯著(α=0.01)。在幼果期所有品種利用K+都比在幼苗期高，特別是‘優(yōu)佳4號(hào)’外排K+最低，比‘疙瘩綠’低63.5%，與‘疙瘩綠’和‘206’差異都極顯著(α=0.01)。說(shuō)明高皂苷品種‘優(yōu)佳4號(hào)’在幼苗期和幼果期對(duì)K+利用率都較高，對(duì)K+保有能力顯著高于‘206’。

2.4 氮元素對(duì)各品種苦瓜皂苷含量的影響

從表3可知，不同苦瓜品種間施用不同水平的氮肥對(duì)皂苷含量均有影響。在低氮處理下，‘優(yōu)佳4號(hào)’皂苷的含量顯著高于‘206’在低氮與中氮處理下的皂苷含量(α=0.01)。對(duì)照‘疙瘩綠’在低氮情況下，果實(shí)中皂苷含量與中氮施用相比明顯提升。高氮量能提高‘206’中的皂苷含量。低皂苷含量品種通過(guò)增施氮肥可以提高果實(shí)中皂苷含量，高皂苷含量品種在低氮情況下皂苷含量反而更高。

表3 不同水平氮元素對(duì)苦瓜皂苷的影響

2.5 鉀元素對(duì)各品種苦瓜皂苷含量的影響

從表4可知，不同用量鉀元素施用對(duì)各品種苦瓜皂苷含量均有不同程度的影響，對(duì)‘優(yōu)佳4號(hào)’和‘疙瘩綠’2個(gè)品種影響不顯著。高鉀量可以提高‘優(yōu)佳4號(hào)’中的皂苷含量，并顯著提高‘206’果實(shí)中的皂苷含量。說(shuō)明鉀元素對(duì)低皂苷品種影響更大，低皂苷品種可以通過(guò)增加鉀肥的用量來(lái)提高果實(shí)中皂苷含量。

表4 不同水平鉀元素對(duì)苦瓜皂苷的影響

2.6 氮鉀元素對(duì)不同品種苦瓜皂苷的影響

表5結(jié)果顯示，苦瓜品種間皂苷含量差異顯著，氮鉀肥施用量對(duì)皂苷含量也有影響?！畠?yōu)佳4號(hào)’在低氮與中鉀施肥時(shí)，果實(shí)中皂苷的含量顯著高于‘206’中氮低鉀的組合(α=0.01)。中高氮和中高鉀可以顯著提高低皂苷‘206’中皂苷的含量。

表5 氮鉀元素對(duì)不同品種苦瓜皂苷含量的影響

3 結(jié)論與討論

皂苷是苦瓜中一種重要的活性物質(zhì)，在抗腫瘤、降血糖、降血脂、抗氧化等方面都有一定的研究，具有非常重要的藥用價(jià)值[18-19]。氮、鉀元素是植物生長(zhǎng)所必需的，在植物生長(zhǎng)過(guò)程中需求量極大，而關(guān)于不同氮鉀元素的配比對(duì)植物生理特性的影響也在多個(gè)物種中報(bào)道，在苦瓜中研究較少[20-24]。本研究選取了皂苷差異較大的3個(gè)苦瓜品種，設(shè)計(jì)不同濃度的氮鉀元素施用配比，并利用非損傷微測(cè)技術(shù)(NMT)對(duì)苦瓜根尖對(duì)氮鉀元素的吸收與利用進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從生產(chǎn)層面上為提高苦瓜產(chǎn)量和品質(zhì)提供參考。

NMT是一種植物營(yíng)養(yǎng)研究與檢測(cè)的新系統(tǒng)[25]。它可以研究作物營(yíng)養(yǎng)吸收的機(jī)理和規(guī)律，采集植物生長(zhǎng)過(guò)程中 NH4+、NO3-、K+、Ca2+及 H+等離子流的變化情況，這種離子流的圖譜為認(rèn)識(shí)品種間差異提供了直觀的數(shù)據(jù)，為直接反映植物營(yíng)養(yǎng)吸收過(guò)程、指導(dǎo)合理施肥提供了可靠的證據(jù)[26]。NMT技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。Hawkins等[27]研究發(fā)現(xiàn)，NO3-、NH4+和H+的凈吸收速率在花旗松(Pseudotsuga menziesii)和扭葉松(Pinus contorta)之間存在很大差異。Zhang等[28]也運(yùn)用該技術(shù)監(jiān)測(cè)細(xì)胞中的Ca2+通道。筆者利用NMT技術(shù)對(duì)苦瓜幼苗期和幼果期根系對(duì)氮和鉀元素的流動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)各品種苦瓜在幼苗期吸收氮肥較少，沒(méi)有較大差異。在幼果期，高皂苷品種吸收氮元素能力顯著高于低皂苷和中皂苷品種。施肥試驗(yàn)結(jié)果表明，氮肥對(duì)苦瓜果實(shí)皂苷含量影響不顯著，但是高氮量可以提高低皂苷品種的皂苷含量，說(shuō)明高皂苷含量的品種比低皂苷品種能更有效地吸收利用氮元素，這與前人的研究結(jié)果[29]一致。對(duì)于鉀元素，已有研究發(fā)現(xiàn)，施用鉀肥可以促進(jìn)三七藥材各種單體皂背和總皂昔的合成，從而顯著提高其含量和累積量，說(shuō)明鉀肥可提高三七總皂苷含量[29-30]。本研究結(jié)果也表明，鉀元素可以有效地提高苦瓜各品種的皂苷含量，對(duì)低含量品種效果尤為顯著，說(shuō)明鉀肥對(duì)于皂苷的形成有促進(jìn)作用。

氮和鉀都是苦瓜生長(zhǎng)所需的大量元素，但是目前關(guān)于其在苦瓜皂苷的影響方面研究較少。本研究采取正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，利用無(wú)損檢測(cè)法對(duì)苦瓜不同生長(zhǎng)階段對(duì)氮鉀元素的吸收利用進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并比較不同氮鉀肥配比下苦瓜中的皂苷含量，發(fā)現(xiàn)高皂苷苦瓜品種可以更有效吸收利用氮、鉀元素，而增加氮肥和鉀肥的施用量可以提高低皂苷品種中的皂苷含量。肥料影響苦瓜皂苷的作用機(jī)制，以及其他肥料條件對(duì)苦瓜皂苷的影響仍需進(jìn)一步探究。