渥丹百合农艺性状及活性成分对钾元素的响应

王云霞，张萍，葛蓓蕾，雅蓉，杨英，靳磊

（宁夏大学农学院，宁夏 银川750021）

随着保健食品的兴起，百合（Liliumspp.）这一药食同源植物越来越受大众的喜爱［1］。百合属植物在全球有100多种，主要分布在亚洲、欧洲和北美洲等地区。中国是百合种类分布最多的国家，也是世界百合起源的中心，拥有极其丰富的种质资源，以四川、云南分布最多，其次是陕西、甘肃等地［2-3］。据现存最早的一部本草专著《神农本草经》上记载百合有清肺润燥、滋阴、消热等功效［4］。然而目前规模化栽培的食用百合仅有兰州百合（Lilium davidii）、卷丹百合（Lilium lancifolium）和龙牙百合（Lilium brow nii）［5］。大量研究表明多种野生百合中同样含有大量的活性功能成分［6-7］，因此如何实现这些野生百合资源的有效开发是当前百合研究人员的首要任务。

渥丹百合（Lilium concolor）是百合科（Lilicaeae）百合属（Lilium）多年生草本植物，生于山地草甸、林缘中，在我国拥有十分丰富的野生资源［8］。其花和鳞茎中富含蛋白质、氨基酸、维生素、矿物质等多种人体需要的营养物质［9］。研究表明，渥丹百合的主要次生代谢产物有多糖、皂苷及酚类物质，具有抗氧化、降血脂、抗菌消炎以及免疫调节等功效［10-13］。已有学者对渥丹百合的药理方面进行了研究，渥丹百合中总酚、总黄酮含量较高，具有超越或媲美3个传统食用百合种和品种的食用营养价值，是发展食用百合新品种的优良材料［14-18］。但渥丹百合只在东北少数地区有小面积种植，对于其品质受采收时期和矿质元素影响的研究较少，这限制了渥丹百合资源的充分开发利用。

前人研究表明，钾元素是影响食用百合产量和品质的主要因素之一，适宜的施钾量不仅能提高百合产量，还可以改善其品质［19-20］。林玉红［21］通过研究兰州百合发现，总糖和粗淀粉含量均与施钾量呈显著正相关。截至目前，食用百合品质的研究主要集中在可溶性糖、粗淀粉、粗纤维等基本营养成分上，而总酚、皂苷、多糖作为主要活性物质，研究并不深入，尤其是钾元素对其百合活性成分的影响。因此，本研究探讨在相同的氮磷水平下，以渥丹百合为试验材料，用不同水平钾元素处理，研究其生长发育及鳞茎中活性成分，旨在揭示不同生育期钾浓度对活性成分积累及生长的影响，从而确定最优的施钾肥水平，为渥丹百合的合理栽培提供理论依据，同时为探索野生百合人工驯化栽培技术提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年4-11月在宁夏大学农科实训基地玻璃温室进行，地处北纬38°30′16″，东经106°7′38″。室内平均温度24℃，自然光照时长每天达10 h以上。温度高于30℃开始采取开窗通风、打开遮阳网、风机、地面喷水等方式降温，空气相对湿度在70%～80%。供试基质为草炭和珍珠岩（2∶1）。

1.2 试验设计

以渥丹百合为试验材料，种球购自中国农业科学院蔬菜花卉研究所，周径12～13 cm。采用Hoagland营养液浇灌技术，设5个钾浓度梯度，分别为：K0，营养液中不含K+；K1，1/2 K+；K2，1 K+；K3，3/2 K+；K4，2 K+。由于Hoagland配方中N元素来自两种以上物质，因此本试验在和Hoagland营养液中离子配平的条件下使用碳酸氢铵（N）、氯化钾（K）、磷酸二氢钠（P），配平后的浓度见表1。采用单因子完全随机设计，共5个处理，每处理24盆。选用20 cm×20 cm的塑料花盆，盆钵内装基质3 kg进行百合栽种，每盆栽种1个种球，深度约10 cm左右，3～5 d浇去离子水一次。在渥丹百合幼苗期（4月18日）浇灌不同钾浓度营养液，每盆浇灌营养液400 mL，分两次浇灌。除钾浓度不同外，浇水、光照等日常管理措施一致。分别于现蕾期（5月2日）、开花期（6月12日）、半枯期（10月3日）、全枯期（11月8日）对不同处理下的渥丹百合进行采样，测定株高、茎粗、地下鳞茎周径、叶片数、叶绿素含量，将鳞茎带回实验室用自来水冲洗，50℃烘箱烘干后粉碎，过0.25 mm筛备用。

表1 不同水平钾浓度对渥丹百合幼苗的处理Table 1 Different levels of potassium concentration were used for the treatment of L.concolor seedling（mg·L-1）

1.3 测定指标与方法

1.3.1 农艺性状的测定 每处理随机取样，用直尺及游标卡尺测量株高（从基部到其顶部的距离）、茎粗（基部节间处）、地下鳞茎周径（皮尺在鳞茎表面环绕一周）；数叶片数；用叶绿素计SPAD-502Plus（北京海天友诚科技有限公司）测叶片的叶绿素含量。

1.3.2 渥丹百合提取液的制备 称取0.50 g鳞茎干粉放入50 mL离心管中，加入10 mL甲醇溶液，封口后于50℃下超声提取30 min，于4℃离心10 min（10000 r·min-1），收集上清液于15 mL离心管中，避光保存至4℃冰箱，用于活性物质的测定。

1.3.3 渥丹百合活性物质含量的测定 采用硫酸-苯酚法测定多糖含量［22］；采用福林-肖卡法测定总酚含量［23］；采用硝酸钠-氯化铝法测定总黄酮含量［24］；采用香草醛-硫酸法测定皂苷含量［25］。

1.3.4 渥丹百合全钾含量的测定 采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法测定全钾含量［26］。

1.4 数据处理与分析

所有试验重复3次，结果以“平均值±标准误”表示，用Excel 2010软件进行处理数据，采用SPSS 19.0进行统计分析，利用单因素方差分析（ANOVA）和多重比较（Duncan）进行差异显著性分析，采用Pearson相关系数进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 钾浓度对渥丹百合农艺性状的影响

如表2所示，不同钾浓度处理对渥丹百合农艺性状的影响差异显著（P＜0.05），表现为随钾浓度的增加呈先增加后降低趋势。渥丹百合现蕾期株高和茎粗在K3水平达最大值，说明现蕾期地上部生长所需养分主要是由鳞茎提供，不仅仅靠根系吸收外界养分。叶片数在K2水平达最大值（112.50个），较K0提高了8.17%，之后下降，K3水平降幅最大，为11.54%，且与K0差异显著。叶绿素含量在K4水平最大，鳞茎周径在K1水平达最大值，较K0提高了11.96%，表明现蕾期鳞茎以消耗养分为主，对钾素的响应不显著。

表2 不同处理下渥丹百合农艺性状的动态变化Table 2 Dynamic changes of agronomic characters of L.concolor under different treatments

开花期不同钾浓度处理下，渥丹百合株高呈先升后降趋势，各处理均高于不施钾，增幅在3.83%～5.11%。茎粗在K1水平达最大值（7.49 mm），与K0相比差异显著。K2水平叶片数最大，较K0提高了5.34%，之后下降至K4，降幅为5.95%，各处理下叶片叶绿素含量均有优于K0的趋势，鳞茎周径大小随钾浓度的增加而增加，增幅在2.34%～18.91%。开花期鳞茎周径是整个生育期最小的，是鳞茎由消耗养分转为贮藏养分的转折期，此时钾素可以促进鳞茎膨大。

半枯期，不同钾浓度处理下渥丹百合株高均优于K0水平，K4时达最大值79.40 cm，较K0提高了17.89%。茎粗对钾浓度的响应变化呈先降后升再降趋势，K3水平达最大值7.90 mm，K4时降幅显著，为6.79%。叶片数在半枯期随钾浓度增加而减少，且变化差异显著，叶绿素含量在K4水平降幅最大，为24.99%，说明钾素可以促进叶片衰老，促进植株地上部枯萎。鳞茎周径随钾浓度增加呈先升后降趋势，各处理均高于K0水平，这表明适宜的钾浓度可以促进渥丹百合鳞茎膨大，增加鳞茎周径，可为增产奠定基础。

全枯期不同钾浓度水平下，渥丹百合株高与茎粗变化趋势一致，且与K0相比均达到显著水平，增幅分别在3.95%～24.59%、34.00%～66.00%，鳞茎周径大小与钾浓度的关系无明显规律。全枯期渥丹百合各器官衰老，植株枯萎，鳞茎周径对钾浓度的响应不显著。

2.2 钾浓度对渥丹百合鳞茎中活性成分积累的影响

如图1所示，不同生育期渥丹百合鳞茎中活性成分对钾浓度的响应差异显著（P＜0.05）。现蕾期和开花期，渥丹百合鳞茎中多糖（图1A）含量均随钾浓度增加呈先升后降趋势，在K1水平下效果显著，较不施钾K0提高了16.19%、81.12%，之后下降，且多糖含量均低于K0，降幅在5.83%～98.67%。半枯期各施钾水平下多糖含量在K4时达最大值，是K0的2.87倍，这表明在鳞茎膨大时钾素可以促进多糖积累。全枯期多糖含量对钾浓度的响应不显著。

渥丹百合鳞茎中总酚含量的变化如图1B所示，现蕾期呈先降后升趋势，K1水平下降了9.28%，K2时增加，但较K0不显著，K4时总酚积累最多（6.66 mg·g-1），较K0增加了13.07%。开花期，鳞茎中总酚含量在K1水平达最大值4.56 mg·g-1，较K0提高了68.27%。半枯期，总酚含量随钾浓度增加呈“N”字形趋势，其中K4水平达最大值，且差异显著，是不施钾K0的4.33倍。全枯期，K1水平时总酚积累最多，但与K0相比未达到显著水平，之后下降，K4水平时降幅最大，为43.56%。

总黄酮对钾浓度的响应差异显著（P＜0.05），在现蕾期其随钾浓度增加呈先升后降趋势（图1C），总黄酮含量在2.76～4.30 mg·g-1。与K0相比，K3水平效果显著，增幅为55.80%，这表明适宜钾素有利于渥丹百合鳞茎中总黄酮的积累。开花期，鳞茎中总黄酮含量在2.37～3.01 mg·g-1。各处理均优于K0水平，但差异不明显，K3水平达最大值3.01 mg·g-1，较K0提高了10.26%。半枯期，随钾浓度增加总黄酮含量增加，K4水平是K0的5.79倍。这表明半枯期鳞茎膨大时，钾素可以促进总黄酮积累。全枯期，总黄酮含量随钾浓度增加表现为先增后降趋势，K2水平增幅最大，为62.75%。在整个生育期，鳞茎中总黄酮含量总体呈增加趋势，说明钾素有利于总黄酮的积累。

现蕾期，渥丹百合鳞茎中皂苷（图1D）含量对钾浓度的响应差异显著（P＜0.05），随钾浓度的增加呈“N”字形变化，K3时下降，K4水平达最大值4.89 mg·g-1，是K0的2.30倍。开花期不同钾浓度处理下，皂苷积累呈先升后降趋势，K3水平积累最多，较K0提高了60.40%，K4时下降，但与K0相比差异不显著。半枯期，各处理下皂苷含量均有优于K0的趋势，K4水平达最大值，较K0提高了59.01%。全枯期皂苷含量随钾浓度增加而下降，降幅在1.82%～64.71%，K4水平时降幅最大，且与K0相比达到显著水平，说明钾浓度过高对皂苷的积累有抑制作用。

图1 渥丹百合鳞茎中活性成分对钾浓度的响应Fig.1 Response of the active component to potassium concentration in the bulb of L.concolor

总体来看，钾浓度的施用增加了渥丹百合4种活性成分的积累量，不同时期的积累量随钾施用量的增多而表现不同，且积累量之间显著差异，表现为在一定浓度范围内随钾施用量的增多而逐渐增加。对渥丹百合活性成分含量影响最优的是K4水平，即Hoagland营养液中钾离子浓度为895.2 mg·L-1时，活性物质积累最多。

2.3 钾浓度对渥丹百合鳞茎中钾含量的影响

整个生育期内，不同施钾量条件下，鳞茎中钾含量的变化趋势基本一致，开花期降至最低。半枯期，由于地上植株开始枯黄，地上养分开始向鳞茎输送，鳞茎中钾素累积量开始增加，此时钾含量最多，且明显高于现蕾期，随后又呈下降趋势。

渥丹百合鳞茎中钾含量随钾浓度的变化如图2所示。现蕾期，鳞茎中钾含量随施钾量的增加表现为先降后升，K1较K0下降了57.14%，其他处理均高于K0水平，增幅在9.84%～25.68%。开花期施钾条件下，鳞茎钾素含量较不施钾下降了13.33%～75.86%。半枯期和全枯期时，鳞茎中钾含量随施钾量的增加而增加，除K4水平外，其他处理均高于不施钾，其中半枯期K2水平时钾素积累最多，较K0提高了22.90%，之后开始下降。

图2 渥丹百合鳞茎中钾含量的变化Fig.2 Changes of potassium content in bulb of L.concolor

2.4 相关性分析

2.4.1 钾浓度与渥丹百合农艺性状、活性成分的相关性 如表3所示，渥丹百合株高与钾浓度呈正相关，在生育后期相关性达显著水平（P＜0.05），相关系数分别为0.90、0.93。现蕾期鳞茎周径与钾浓度呈负相关，而与株高和叶片数呈正相关，说明现蕾期钾素可以促进渥丹百合鳞茎养分消耗，促进植株地上部生长。开花期和半枯期，鳞茎周径随钾浓度增加而增大，呈显著（P＜0.05）和极显著（P＜0.01）正相关，此时鳞茎处于充实期，钾素可以促进鳞茎膨大，与叶片数和叶绿素含量呈负相关，说明钾素可以促进地上部衰老。

表3 钾浓度与渥丹百合农艺性状、活性成分的相关性Table 3 Corr elation of potassium concentr ation and agr onomic tr aits，active ingr edients of L.cocnolor

鳞茎中活性物质的积累与钾浓度也存在一定的相关性，其中多糖在营养生长期与钾浓度呈负相关性，而在半枯期和全枯期呈正相关，说明鳞茎中多糖的积累主要在鳞茎膨大期，但整个生育期相关性未达到显著水平。除全枯期以外，总酚、总黄酮和皂苷均与钾浓度呈正相关，其中总黄酮在半枯期达显著水平，相关系数为0.90，说明钾素可以促进鳞茎中活性成分的积累。

2.4.2 渥丹百合农艺性状与鳞茎中活性成分积累的相关性 由表4可知，渥丹百合农艺性状与活性成分的积累存在一定的相关性，相关系数在-0.97～0.98。除全枯期以外，株高与鳞茎中活性成分的积累呈正相关，尤其半枯期与多糖达显著（P＜0.05）水平，与总酚和总黄酮达极显著（P＜0.01）水平。在营养生长期，茎粗与多糖和总酚呈正相关，生育后期呈负相关。叶片数与叶绿素含量在半枯期与活性成分呈负相关，其中叶绿素含量与总酚和总黄酮达显著水平，相关系数分别为-0.91、-0.89，说明活性成分的积累主要在生育后期。半枯期和全枯期，鳞茎周径与活性成分的积累呈正相关，说明在渥丹百合生育后期，鳞茎周径越大，活性成分积累越多。

表4 渥丹百合农艺性状与活性成分积累的相关性Table 4 Correlation between agronomic traits and accumulation of active ingredients in L.concolor

3 讨论

本研究分析了5个钾浓度处理下渥丹百合株高、茎粗、叶片数、叶绿素含量、鳞茎周径的动态变化，比较了不同处理对渥丹百合农艺性状影响的差异与联系，测定及分析了不同生育期鳞茎中多糖、总酚、总黄酮和皂苷的含量，明确了鳞茎发育过程中活性物质的积累规律以及对不同钾水平的反应，为完善渥丹百合活性成分的研究资料和构建有利于生态安全合理施肥技术体系提供依据。试验结果表明，钾能促进渥丹百合地下鳞茎发育及叶片生长，增加株高和绿叶数，提高叶绿素含量，使其充分利用光能增强光合效率，从而促进渥丹百合的生长发育，这与对龙牙百合的研究结果相似［27］。相关性分析表明，现蕾期鳞茎周径与钾浓度呈负相关，而与株高和叶片数呈正相关，说明现蕾期钾素可以促进渥丹百合鳞茎养分消耗，促进植株地上部生长。百合的地下鳞茎部分是作为植株初期生长的主要养分来源，可提供一个较为丰富的养分基础，供给植株地上部的生长［28-29］。钾浓度过高会打破养分平衡，使得地上部旺长、地下鳞茎养分失调，导致施钾增产效应降低；而钾浓度过低，导致植株地上部生长受阻，制约了地下鳞茎的生长发育，不利于鳞茎的膨大。因此，在钾素施用过程中应适当控制钾素水平，才能促进渥丹百合生长发育进而达到增产效果。本研究中，鳞茎周径在半枯期与钾浓度呈正相关，此时鳞茎处于充实期，钾可以促进地上部衰老，使地下鳞茎快速膨大，积累更多的养分。此外，鳞茎作为主要食用器官，其周径大小直接决定着产量。通过增加鳞茎周径来提高其产量，以K（3671.4 mg·L-1）水平处理效果最好。

多糖、总酚、总黄酮和皂苷是药食兼用百合主要活性成分，是决定药用价值的关键物质［5］。本研究发现，不同钾浓度水平下，鳞茎中活性成分积累不同步，表现在含量峰值的大小和峰值出现时期的差异，这可能是由于不同钾水平影响了渥丹百合的发育进程，进而影响了活性成分在不同时期的积累变化。营养生长期鳞茎中多糖含量在K（1223.8 mg·L-1）水平下达最大值，较K0提高了16.19%、81.12%。钾参与糖的合成、运输与转化，能抑制酸性转化酶，促进蔗糖磷酸合成酶活性，从而减少蔗糖水解，促进鳞茎多糖的积累［20］。在药用卷丹百合栽培前期施入钾肥，其多糖含量明显高于平均水平［30］，本试验结果与此相符。半枯期，总酚、总黄酮和皂苷的积累均在K4（895.2 mg·L-1）水平达最大值，且与总黄酮呈显著正相关（P＜0.05），与皂苷呈正相关，表明钾素能促进鳞茎中活性物质的形成，这与在不同施肥措施对百合中总皂苷元含量的影响的研究中结果一致［31］；与兰州百合［32］结果相似。说明在生育后期，补充适量钾素，一方面可以促进地下鳞茎养分积累，另一方面对于多年生植株来说也可增强对秋冬季环境的适应性，为下一生育期奠定充实的养分基础。此外，渥丹百合农艺性状与活性成分之间也存在一定相关性，尤其株高与多糖达显著（P＜0.05）水平，与总酚和总黄酮达极显著（P＜0.01）水平。半枯期和全枯期，鳞茎周径与活性成分的积累呈正相关，说明在渥丹百合生育后期，鳞茎周径越大，活性成分积累越多。从上述研究得出，适宜钾浓度能显著促进活性成分含量增加。分析原因可能是钾素能增强植物光合作用，促进碳水化合物的合成、运输和贮存，进而增强合成活性物质的次生代谢过程，有利于植物体内有效成分的合成与积累。通过分析不同施钾量与鳞茎中钾含量的关系得出，在渥丹百合营养生长期，钾素可以促进鳞茎中养分消耗，进而促进植株地上部生长，而在生长后期，钾素有利于鳞茎中钾含量的积累，这与林玉红［22］的研究结果一致。以上结论可为渥丹百合在药用价值的研究以及功能性食品的开发等方面提供科学参考，进一步为其有效合理的利用开辟新的途径。

4 结论

钾素可以促进渥丹百合地下鳞茎发育及叶片生长，增加株高和叶片数，提高叶绿素含量，对活性成分影响差异显著，尤其在半枯期鳞茎膨大时，与多糖、总酚、总黄酮和皂苷呈正相关关系。鳞茎膨大期，施钾量对钾素的累积影响显著，以K2水平最佳。鳞茎作为主要食用器官，通过增加鱗茎周径来提高其产量，以K3（671.4 mg·L-1）水平处理效果最好，对于活性成分积累的影响最优的是K4水平，即Hoagland营养液中钾离子浓度为895.2 mg·L-1时，活性物质含量达最大值。