营养液氮水平及EC对基质培西洋参生长及总皂苷含量的影响西洋参（Panax quinquefolium L. ），五加科（Araliaceae）人参属（Panax），多年生草本植物。以干燥根入药，具有抗氧化，抗自由基等功效，具有镇静、镇痛、催眠、解热、全身性抗缺氧、抗疲劳、促进学习记忆等作用。西洋参中的化学成分包括皂苷类、挥发油类、氨基酸类、糖类以及微量元素等，其中主要皂苷类物质是生理活性最显著的物质。无土栽培可提高和改善作物的产量和品质，无土栽培基质的主要功能是支持、固定植株，并为植物根系提供稳定协调的水、气、肥环境。中国的西洋参栽培一直是以土壤栽培模式为主，连年栽培使土壤肥力逐渐下降，导致连作障碍严重，致使西洋参产量及品质等下降，产品外观及质量因生产地气候、土质、栽培方式等的不同而差别较大。氮素是植物必需的营养元素之一，它是植物体内许多重要有机化合物不可或缺的组分，如蛋白质、核酸、叶绿素等。氮营养不仅能调控植物的生长、决定产量，而且可调控初级代谢与次级代谢，从而影响营养作物品质的高低。氮素营养是影响西洋参产量和质量最活跃的因素之一，是西洋参生长发育过程中不可缺少的元素，因此适时科学施肥是培育优质西洋参的重要措施。营养液电导率是衡量营养液中养分状况的指标之一，已被广泛用于无土栽培中，不同EC处理的营养液对植物生长发育有着不同程度的影响，营养液电导度（EC）的变化最容易影响果实的产量和营养品质。该试验为了更好地明确西洋参无土栽培中，营养液因素对西洋参生长与品质的影响，设定2.5、5、7.5mmol/L三种营养液氮水平以及1、1.5、2倍营养液三种EC的浓度处理，以探究不同氮水平、EC对西洋参生长及总皂苷的影响，以期为西洋参无土栽培提供理论依据。试验材料来自中国农业科学院特产研究所，选取长势一致、无病害的2年生西洋参苗，试验在中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所植物工厂内进行。试验于2018年4月27日，设定2个试验进行研究，试验1和试验2分别设置3个处理，将大小一致的2年生西洋参苗随机移栽于长方形塑料栽培槽（57cm×32cm×18cm）内，每个处理8株，每个试验分别定植24株参苗。试验1：氮水平设置为2.5、5、7.5mmol/L，营养液成分见表1，氮水平不同梯度由添加KNO3的含量确定，再添加KCl补齐营养液中的K+。微量元素按照查凌雁等的配方设置。试验2：EC用来评估溶液中可溶性盐浓度，该试验中营养液中各组分的浓度分别为原营养液浓度的1、1.5、2倍，即EC分别为800、1200、1600μS/cm。
栽培基质为蛭石、草炭和珍珠岩（体积比为1:1:1）的混合物，基质含水量为手握成团、落地散开的状态。每周分别对每个处理喷施2次500mL营养液及2次200mL纯水。试验采用LED红蓝光组合灯板进行光照处理，采用LI-1500辐射照度测量仪测定栽培槽中心上方2cm处（即植株顶部）光强，根据参苗的长势调整光强以保障植物顶部所受光强一致。设定光周期均是16/8h，光强为50µmol/(m2·s)，光质为红蓝比3:1。试验期间，栽培环境昼/夜温度为26±1℃/24±1℃，昼夜相对湿度65%~75%。移栽30天后开始测定西洋参植株形态指标，每隔7天测定1次，连续测定5次。每个处理随机取4株参苗进行测定株高（植株主茎从床面到总柄长分叉处的高度）、总柄长（叶片小柄至植株主茎的长度）、叶长、叶宽、茎粗（植株主茎1/2高度处的直径）、总柄粗（叶片小柄至植株主茎的1/2长度处的直径）、叶绿素含量参数。其中，叶绿素含量采用SPAD叶绿素仪（SPAD-502，KonicaMinolta，日本），其余指标用游标卡尺测定。2018年9月12日，收获西洋参根，对西洋参根采用真空冷冻干燥机进行冻干处理，再用高通量磨样机将参根进行粉碎处理。总皂苷测定采用香草醛-冰醋酸法，每处理取4份0.05g西洋参粉末，加入80%甲醇8mL至具塞试管中，40℃超声30min后，静置12h再次超声2次，每次间隔1h，离心，取上清液。60℃下氮吹80%甲醇至匀浆状，用100%甲醇定容至1.25mL，从中移取50μL，置于带塞试管中，低温挥去溶剂，在试管中加新配制的5%（5~100mL）香草醛-冰醋酸溶液0.2mL，高氯酸溶液0.8mL，在60℃水浴上加热显色15min后，冰水混合物冷却2min，加入冰醋酸5mL，涡旋仪摇匀，以相同显色剂为空白对照。用紫外分光光度计在546nm下测定总皂苷的吸光度值。精密称取人参皂对照品20mg，加适量甲醇溶解，定容至4mL，制得浓度为5mg/mL的对照品溶液。配成0、1、2、3、4、5mg/mL系列对照品溶液，低温挥去溶剂，在每个试管中加新配制的5%香草醛-冰醋酸溶液0.2mL，高氯酸溶液0.8mL，在60℃水浴上加热显色15min，冷却2min，加入冰醋酸5mL，摇匀，以相同显色剂为空白对照。用紫外分光光度计在540nm吸收波长处分别测定吸光度值，绘制吸光度值—浓度标准曲线。回归方程为Y=0.1542X-0.0201，R2=0.9951。采用MicrosoftExcel2013软件进行数据处理，采用Orgin9.0进行作图分析，采用SPSS25统计分析软件对数据进行差异显著性检验（LSD法，α=0.05）。由表2可得，营养液不同氮水平处理下，地上鲜重及干重、果实数量、果实及种子单粒重均有一定差异。氮水平为5mmol/L时，地上鲜、干重达到最大，分别为3.60、0.85g，氮水平7.5mmol/L时，西洋参果实数量达到最大，与其他处理没有显著差异。氮水平2.5mmol/L时，果实及种子单粒重达到最高，分别为0.97、0.30g，且与其他两处理有显著差异。氮水平7.5mmol/L时，果实及种子单粒重最低，分别为2.67、0.58g。结果表明，中氮水平利于西洋参地上部以及果实和种子的生长。该试验中，5mmol/L的氮水平是适合西洋参生长的最佳条件（图1）。
由表3可知，氮水平为5mmol/L时，西洋参根的鲜、干重均达到最大，为37.30、3.33g，但与其他2个处理无显著差异。
由表4可得，营养液不同EC处理下，西洋参生长、果实数量、果实及种子单粒重均有一定差异。营养液EC达到800μS/cm时，西洋参地上鲜、干重最大，分别为3.63、1.62g，果实数量最低为8粒，与其他两处理有显著差异。营养液EC达到1600μS/cm时，西洋参果实数量最多为13.7粒，但与EC为1200μS/cm处理下的无显著差异。该试验中所设3个EC处理对西洋参果实及种子单粒重的影响无显著性差异。结果表明，西洋参无土栽培中，营养液高浓度处理利于西洋参果实和种子的生长，但不利于西洋参地上部的生长，营养液低浓度处理正好相反（图2）。
从表5可知，营养液EC达到800μS/cm时，西洋参根的鲜、干重达到最大值，分别为13.27、3.33g。营养液EC达到1600μS/cm时，西洋参根的鲜、干重达到最小值，分别为11.07、2.97g。
由图3知，由于采用不同氮水平处理，各处理的形态指标均有差异，且变化趋势一致。定植30天后，各处理间均呈现出不同程度的差异。
其中，在株高、总柄长及总柄粗指标上，N7.5处理与其他处理有显著差异，其他处理间没有差异。随着生长期的延长，西洋参株高持续增长，约在生长期第45天后生长缓慢，第59天时，N7.5处理下的西洋参最低，各形态指标表现也低于其他两个处理。氮水平对株高增长的影响为N2.5>N5>N7.5，说明低氮水平更利于西洋参株高的增长。总柄长随生育时期延长而逐渐增长，N2.5处理下的总柄长与其他处理在同一水平、同一生长期时较好。茎粗、总柄粗直径随生育时期延长呈现减小的趋势，31~59天时间段，氮水平对茎粗、总柄粗的变化率的影响为：N5<N2.5<N7.5。各处理间叶片中的叶绿素含量随生育时期延长先后呈现出逐渐升高而在生长后期又略微降低的趋势，N7.5下的叶绿素含量较低于其他处理的叶绿素含量，但无显著差异。以上结果显示，低氮水平更利于西洋参形态指标的生长。由图4知，不同营养液浓度处理下，各处理的形态指标均有差异，且变化趋势一致。定植30天后，各处理间均呈现出不同程度的差异。随着生长期的延长，西洋参株高持续增长，约在生长期第45天后生长缓慢，总柄长随生育时期延长而逐渐增长，EC在800μS/cm时处理下的总柄长与其他处理在同一水平、同一生长期时较好。茎粗直径随生育时期延长呈现减小的趋势，总柄粗呈现出先增大后减小的趋势。31~59天时间段，各处理间叶片中的叶绿素含量随生育时期延长先后呈现出逐渐升高的现象。以上结果显示，低营养液浓度更利于西洋参形态指标的生长。
由表6得，随营养液氮水平的增大，西洋参总皂苷含量呈现先增大后降低的趋势，但无显著差异。营养液氮水平为5mmol/L时，西洋参总皂苷含量最大为52.18mg/g。
如表7所示，随营养液EC的增大，西洋参总皂苷含量呈现逐渐增大的趋势，但无显著差异。营养液EC为800μS/cm时，西洋参总皂苷含量最低为64.11mg/g，营养液EC为1600μS/cm时，西洋参总皂苷含量达到最大值，为71.52mg/g。
西洋参无土栽培环境下，中氮水平利于西洋参地上部以及果实和种子的生长，也利于西洋参根的鲜、干重均达到最大，且总皂苷含量达到最大，而低氮水平更利于西洋参形态指标的生长。营养液EC达到800μS/cm时，西洋参根的鲜、干重达到最大值，低营养液浓度更利于西洋参形态指标的生长。EC为1600μS/cm时，西洋参总皂苷含量达到最大值，营养液高浓度处理利于西洋参果实和种子的生长，皂苷含量最大，但不利于西洋参地上部的生长；营养液低EC正好相反。本试验中，5mmol/L的氮水平是适合西洋参生长的最佳条件；营养液EC达到1600μS/cm时，最适合西洋参的生长。
作者：张玉彬，李宝石，刘文科，查凌雁，周成波，邵明杰（中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所，农业农村部设施农业节能与废弃物处理重点实验室）
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