随着全球变化日益提到议程上来,全球降水格局的变化和氮沉降全球化引发的一系列生态问题是对传统中药栽培的巨大挑战。为了更好应对降水格局变化和氮沉降增加带来的负面影响,开展药用植物尤其是道地药材品质及代谢生理对水分胁迫和氮沉降响应的研究具有重要的实践意义和理论价值。1、以盆栽的短葶山麦冬为材料,采用称重控制浇水的方法,设置对照(CK)、轻度胁迫(W1)、中度胁迫(W2)、重度胁迫(W3)4个处理[土壤含水量分别为土壤田间持水量(FC)的80%、65%、50%和35%],研究不同程度土壤水分胁迫对短葶山麦冬生长和总皂苷量的影响规律。结果表明：短葶山麦冬生物量总体分配格局表现为叶片>根茎>须根>叶基>块根。在胁迫至d75(块根发生期)和d130(块根膨大前期)时中度胁迫(50%FC)组具有最大的叶片和须根生物量及须根分配比例,d195(块根膨大后期)时对照(80%FC)具有最大的叶片和须根生物量,但各处理差异未达显著水平。随土壤水分胁迫的加剧,叶生物量分配比例总体呈下降趋势。中度胁迫组具有最大的块根生物量和块根分配比例及根冠比,而重度胁迫推迟了块根的萌生。各土壤水分条件下须根总皂苷含量差异不显著,对照的须根总皂苷产量显著高于轻度和重度胁迫组。表明短葶山麦冬对土壤水分有较强的适应性,随土壤水分减少,趋于将更多的资源分配给根系以提高根冠比,50%FC土壤水分条件可提高块根产量,80%FC下可获最大的须根总皂昔产量。2、不同生育时期短葶山麦冬叶片色素含量对水分胁迫响应规律不同。块根发生期(胁迫75d)中度胁迫显著提高叶绿素a+b(Chla+b)、叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)及类胡萝J、素(Car)含量,分别比对照增加67.35%、10.95%、36.44%和52.45%,重度肋迫降低叶绿素a+b(Chla+b)、叶绿素a(Chla)、叶绿素b(Chlb)含量,分别比对照下降46.99%、6.93%和27.42%。胁迫后期水分胁迫显著降低叶绿素a(Chla)、叶绿素a+b(Chla+b)及类胡萝卜素(Car)含量。在块根膨大期之前,CK条件下叶片可溶性蛋白含量最高,但各处理之间差异都不显著,当水分胁迫至块根膨大期时(胁迫130d和195d),中度胁迫显著提高叶片可溶性蛋白含量,分别较CK提高25.7%和36.4%。水分胁迫对叶片游离氨基酸含量影响因生育期不同而不同,至胁迫末期(处于块根膨大后期)表现为随土壤含水量降低而减少。胁迫初期渗透调节物质脯氨酸和可溶性糖含量各处理间差异不显著,随着胁迫时间延长,中、重度胁迫显著提高短葶山麦冬叶片脯氨酸和可溶性糖含量,短葶山麦冬通过提高叶片脯氨酸、可溶性糖含量来提高其抗干旱能力。3、在不同水分处理条件下,叶片和须根N含量均在块根发生期(胁迫75d)达到高峰,各部位中N含量表现为叶>根苓>叶基>须根。在胁迫初期(开花期),重度胁迫处理下,叶片中的N元素含量最高,而在中后期,随着胁迫时间的延长及生育进程推进,对照与轻度胁迫叶片N元素含量均高于中度和重度胁迫处理,与对照相比,中度胁迫处理叶片N含量降幅最大,表明一定程度的土壤水分亏缺降低了短葶山麦冬叶片N含量。对照(CK)、轻度(W1)和重度胁迫(W3)处理下,叶片含P量均在块根发生期(胁迫75d)达到高峰,在胁迫初期,中度水分胁迫显著提高了叶片P含量,而在块根膨大期轻度水分胁迫下叶片P含量最高,在块根发生期对照处理下叶片P含量显著高于其它处理,表明不同时期叶片P含量对土壤水分响应不同。CK、W1、W2处理短葶山麦冬叶片K元素含量均在块根膨大期前期(胁迫130d)达到高峰,在块根膨大期轻度水分胁迫下叶片K元素含量均最大表明此水分条件下利于叶片K元素的吸收。土壤水分亏缺显著降低了叶片Ca含量,但在开花期和块根膨大前期,中度水分胁迫叶片Ca含量显著高于其它处理。在胁迫初期(开花期),土壤水分亏缺使叶片Mg含量显著提高。总体而言,在不同生育期,随着十壤水分的减少,短葶山麦冬须根中N、P、K、Ca、Mg含量亦随之降低,重度水分胁迫显著降低了短葶山麦冬须根中N、P、K、Ca、Mg元素。的含量。典型相关分析表明,短葶山麦冬叶片Mg元素含量和叶生物量呈显著相关,叶片N元素含量和叶基生物量呈显著相关,叶片Ca元素含量和块根生物量旱显著相关。当十壤含水量低于35%FC时,严重的十壤水分亏缺不利于短葶山麦冬植株的养分吸收。4、在不同生育期50%-85%FC的土壤含水量下短葶山麦冬具有较高的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度,35%FC及以下的十壤含水量显著降低其净光合速率、蒸腾速率和气孔导度但却其有最高的水分利用效率。不同土壤水分条件均在块根膨大中期蒸腾速率和气孔导度具有最大值。根据Farquhar：口Sharkey提出的观点,在块根发生后期之前65%FC(w1)和50%FC(W2)的土壤含水量下光合速率下降是由气孔因素引起的,而35%FC的土壤含水量下(W3)是主要是由非气孔因素所致。短葶山麦冬具有很强的抵御干旱的能力,通过关闭气孔将干旱造成的损伤减至最小。5、不同土壤水分条件下短葶山麦冬光合速率在上午10：00达到最大值,光合速率日变化总体表现为单峰型曲线,W1在块根膨大前期表现为双峰型曲线,出现明显的光合午休现象。3个时期光合速率日最大峰值和日平均值都表现为CK>W1>W2>W3,3个时期的蒸腾速率和气孔导度均表现为CK>W1>W2>W3,水分利用效率日均值以W3为最大,在前两个时期水分利用效率WUE日均值按对照、中度和重度水分胁迫依次降低,并且上午时段的WUE大于下午时段。在块根发生中期(11月份)水分胁迫对各指标影响较大,而随水分胁迫时间延长,指标绝对值增大,但轻度胁迫处理降幅反而减少,而重度胁迫水分条件下降幅呈增大趋势。不同土壤水分条件下光合速率、气孔导度和水分利用效率日均值和日峰值均表现为2009.01>20008.12>2008.11,而蒸腾速率日均值则表现为2008.11>2008.12>2009.01。综合分析表明,不同生育时期,水分胁迫导致净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)下降,提高了水分利用效率(WUE), Pn下降的原因在不同生育期表现不同,一定程度水分胁迫下光合速率日变化表现为双峰型。6、短葶山麦冬光合作用-光响应特性研究结果表明,当PAR高于200μmol·m-2·s-1时净光合速率变化表现为CK>W2>W1>W3,水分胁迫处理降低了最大净光合速率和表观量子效率,重度水分胁迫(W3)降幅最大,W3提高了光补偿点和光饱和点。不同土壤水分条件下短葶山麦冬水分利用效率均在PAR为400μmol·m-2·s-1时达到最大值,50%FC和35%FC土壤水分条件下提高了短葶山麦冬的水分利用效率。7、不同土壤酶活性对土壤水分响应有差异。土壤过氧化氢酶活性在轻度胁迫条件下表现较为活跃,根际效应明显；不同水分条件下,根际土壤脲酶活性均呈现先下降后上升的趋势,中度水分胁迫(50%FC)下根际土壤脲酶活性较高；重度水分胁迫初期激活根际土壤蔗糖酶活性而后抑制了土壤蔗糖酶活性。8、采用喷施NH4NO3模拟氮沉降的方法,分对照(CK,0kg N·hm-2a-1)、低氮(N1,50kg N·hm-2a-1)、中氮(N2,100kg N·hm-2a-1)、中高氮(N3,150kg N·hm-2a-1)和(N4,300kg N·hm-2a-1)5、个梯度对短葶山麦冬进行氮沉降处理,研究短葶山麦冬生物量和总皂苷积累动态对模拟氮沉降的响应规律。结果表明,氮沉降处理明显促进了短葶山麦冬全株生物量的积累,.并且随着生育进程的推进,N2处理最有利于光合产物的积累。氮处理提高了须根生物量,在不同生育时期不同程度的施氮量对须根生物量促进作用有所差异。在块根大量生长期(11月份与12月份)N3处理条件下须根生物量最高,分别比对照高98.46%和94.68%。在翌年2月份和3月份N2处理具有最高的全株生物量、叶生物量、须根生物量和块根生物量,而叶片分配比例最低。块根作为短葶山麦冬传统的药用部位,中低氮处理显著促进了块根的生长,尤以N2促进作用明显,在块根膨大中后期(翌年2月份和3月份)分别是对照的6.29和6.85倍,N3和N4处理至后期不利块根生物量积累。不同氮沉降处理,短葶山麦冬须根总皂苷含量高于块根,CK和高氮处理(N3、N4)提高了短葶山麦冬块根总皂苷含量,N2处理具有最高的块根和须根总皂苷产量。综合分析表明,N2处理可获得最高的植株生物量及块根和须根总皂苷产量,高氮环境对于短葶山麦冬块根生物量有抑制作用而对次生代谢产物山麦冬总皂苷形成有促进作用,今后随着氮输入的增加可能会降低短葶山麦冬块根产量。9、叶绿素a含量总体表现为随着施氮量的增加下降,N3处理下叶绿素a含量最高(翌年5月份除外),从分蘖末期(8月份)至翌年4月份,叶绿素a+叶绿素b和类胡萝卜素均表现为随施氮量增加先升高而后降低的变化趋势,N3处理条件下叶绿素a+叶绿素b和类胡萝卜素高于其它处理。氮沉降处理提高了叶片可溶性蛋白含量,并且高氮处理(N3和N4)的影响尤为明显。从11月份(块根发生中期)至翌年5月份N3和N4处理条件下叶片游离氨基酸含量均显著高于其它处理(N3处理12月除外)。10、短葶山麦冬各器官氮浓度表现为,叶>叶基>根茎>须根>块根,呈现出从地上部份至地下部份逐渐降低的趋势。高氮处理显著提高了短葶山麦冬各器官氮含量。氮沉降增加能够提高短葶山麦冬体内N贮量及各器官氮贮量。11月份至12月份(块根发生期)是短葶山麦冬氮贮量的转折期。氮沉降处理明显提高了须根的氮分配比例(从11月份至翌年2月份)和块根氮分配比例。若不考虑氮沉降处理和生育期的作用,叶片分配氮比例最大,其次是根茎、叶基和须根,块根氮分配比例最小。不同发育阶段氮沉降处理对短葶山麦叶片磷含量影响规律不同,从分蘖末期(8月份)至块根发生末期(12月份),低氮处理(N1)有利于提高叶片磷含量,高氮处理有抑制作用；在块根膨大中期(翌年2月份)至翌年5月份,氮沉降处理降低了叶片磷含量,对K、Ca、Mg、Zn的影响尚未表现出明显规律。N/P和N/K总体表现为随着施氮量的增加而增加,N与其它元素比值无明显变化规律。典型相关分析表明,短葶山麦冬叶片Mg元素含最和叶基生物量呈显著相关,叶片钾元素含量和根茎生物量之间呈显著相关,叶片Ca元素含量和块根生物最之间呈显著相关,叶片P元索含量和须根总皂苷含量旱显著相关。建立了叶片营养元素和块根生物量、块根总皂苷含量、须根生物量、须根总皂苷含量、块根总皂苷产量和须根总皂苷产量的回归模型,均达到显著水平或极显著水平。在逐步回归分析的基础上进一步进行偏相关和通径分析,结果表明,叶片P元素含量对块根生物量的影响最大,K元素含量对块根、须根总皂苷含量和须根总皂苷产量的影响最大,叶片Mg元素含量对须根生物量的影响最大,叶片Ca元素含量对块根总皂苷产最的影响最大1]、短葶山麦冬净光合速率总体表现为随着施氮量增加先增加而后下降的趋势,在施氮为150gN/hm2·a处理的净光合速率最高,之后开始下降。蒸腾速率和气孔导度变化趋势与净光合速率变化一样。随着施氮水平的提高,短葶山麦冬叶片叶绿素含量增加可能是净光合速率增加的另一原因。12、短葶山麦冬根际土壤酶活性随生育进程推进表现为,在分蘖末期(8月份)根际土壤蔗糖酶、过氧化氢酶及脲酶活性最高,土壤蛋白酶活性在块根发生后期(12月份)最高,在块根发生前期(10月份)土壤蔗糖酶活性、过氧化氢酶活性最低,在块根膨大中期(翌年2月份)土壤脲酶活性最低。总体而言氮沉降增加了短葶山麦冬根际土壤蔗糖酶、十壤过氧化氢酶及蛋白酶活性,在翌年2月份之前N沉降提高了脲酶活性,之后却降低了脲酶活性。在不同生育时期不同浓度N处理间酶活性表现出了不同程度的差异性,但其变化的规律还不明显。