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海藻肥提高水培芥蓝生长与品质及简化管理投入的显著效应

何锐 谭星 高美芳 张轶婷 宋世威 苏蔚 刘厚诚

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海藻肥提高水培芥蓝生长与品质及简化管理投入的显著效应

    作者简介: 何锐 E-mail:1044534059@qq.com;刘厚诚 E-mail:liuhch@scau.edu.cn;
  • 基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFD0701504),广东重点研发计划项目(2019B020222003)。

Positive effects of seaweed extract on improving the growth and quality of Chinese Kale in Hydroponics and simplifying management input

    Corresponding author: LIU Hou-cheng, E-mail:liuhch@scau.edu.cn
  • 摘要:   【目的】  研究不同浓度海藻肥对水培芥蓝生长、营养品质及矿质元素含量等的影响,以期筛选出适合水培芥蓝高效生产的海藻肥浓度。  【方法】  以‘绿宝’芥蓝为试验材料,采用水培方式于华南农业大学设施园艺试验基地进行两次试验,试验所用的营养液配方均为1/2霍格兰营养液配方。首先进行了稀释浓度预备试验,设置添加稀释800倍 (C1)、1000倍 (C2)、1200倍 (C3) 海藻肥,每周添加一次,生长期为32天。在预备试验基础上,进一步加大了稀释倍数,且只在试验开始时添加一次海藻肥,生长期内不再更换营养液。添加海藻肥浓度分别为稀释1200倍 (T1)、1400倍 (T2)、1600倍 (T3)、1800倍 (T4)、2000倍 (T5)。调查分析了芥蓝的生长状况及营养品质 (可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸盐和维生素C含量)、抗氧化品质 (DPPH、FRAP、总多酚和总类黄酮含量)、硫苷含量及矿质元素等方面的变化情况。  【结果】  营养液中添加的海藻肥浓度影响着其对芥蓝生长的效果,预备试验的3个浓度处理均显著降低了芥蓝的株高,最终降低了芥蓝的地上部鲜重,稀释800倍和1000倍处理的副作用显著大于稀释1200倍。在主试验中,芥蓝生长和品质对海藻肥的浓度十分敏感,只有稀释倍数为1400倍和1600倍的海藻肥处理明显提高了芥蓝的叶片数和地上部鲜重,其他稀释倍数没有明显效果。海藻肥稀释1400倍时,可以显著提高芥蓝中总硫苷含量,增加芥蓝中FRAP值、多酚与类黄酮含量,增强芥蓝抗氧化能力,其他稀释倍数处理的效果均相对不显。  【结论】  水培芥蓝对营养液中添加的海藻肥的浓度十分敏感,过高会显著降低芥蓝的生长和生物量,过低对产量和品质的提高效果不显著。当供试海藻肥在营养液中的适宜稀释倍数为1400倍时,可以显著提高芥蓝的生长和生物量,增加叶片中的光合色素含量,提高营养品质,降低硝酸盐含量,提高植株的抗氧化力,而且在生长初期添加一次海藻肥后,整个生育期无需更换营养液,极大地简化了管理成本。
  • 图 1  添加不同浓度海藻肥后水培芥蓝的营养品质

    Figure 1.  Nutritional quality of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

    图 2  添加不同浓度海藻肥后水培芥蓝的抗氧化活性和物质含量

    Figure 2.  Antioxidant component content and capacity of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

    图 3  添加不同浓度海藻肥后水培芥蓝硫苷组分含量

    Figure 3.  Glucosinolates contents of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

    表 1  营养液添加海藻肥对水培芥蓝生长的影响

    Table 1.  Effects of adding seaweed extract to nutrient solution on growth of hydroponic Chinese kale

    处理
    Treatment
    株高 (cm)
    Plant height
    茎粗 (mm)
    Stem diameter
    叶片数
    Leaf number
    鲜重Fresh weight (g/plant)干重Dry weight (g/plant)
    地上部Shoot地下部Root地上部Shoot地下部Root
    CK19.43 ± 0.14 a9.09 ± 0.04 b13.00 ± 0.00 a54.31 ± 5.70 a6.19 ± 1.05 a4.53 ± 0.36 a0.78 ± 0.17 a
    C114.90 ± 0.07 c8.26 ± 0.10 c11.00 ± 0.41 b32.26 ± 3.69 b4.49 ± 0.49 a2.97 ± 0.33 b0.58 ± 0.04 a
    C215.03 ± 0.06 c8.45 ± 0.11 c12.00 ± 0.00 a40.94 ± 3.74 b5.03 ± 0.55 a3.53 ± 0.28 ab0.59 ± 0.09 a
    C317.43 ± 0.14 b9.53 ± 0.12 a12.50 ± 0.50 a43.80 ± 1.82 ab4.97 ± 0.29 a3.91 ± 0.71 ab0.66 ± 0.07 a
    T022.21 ± 0.51 a12.84 ± 0.29 a12.00 ± 0.15 b67.96 ± 1.96 c9.94 ± 0.62 a5.94 ± 0.25 a0.83 ± 0.09 a
    T121.05 ± 0.89 a14.07 ± 0.36 a12.00 ± 0.39 b72.67 ± 5.29 abc8.70 ± 0.56 a5.83 ± 0.42 a1.01 ± 0.05 a
    T220.92 ± 1.17 a13.98 ± 0.28 a12.80 ± 0.29 a81.67 ± 3.31 ab7.77 ± 1.18 a6.59 ± 0.33 a0.97 ± 0.07 a
    T322.60 ± 1.27 a13.40 ± 0.62 a12.40 ± 0.16 ab84.19 ± 1.11 a8.83 ± 1.05 a6.76 ± 0.20 a1.04 ± 0.11 a
    T420.30 ± 1.06 a12.76 ± 0.39 a12.60 ± 0.16 ab74.57 ± 4.05 abc7.29 ± 1.00 a6.21 ± 0.46 a0.80 ± 0.13 a
    T522.40 ± 0.86 a12.95 ± 0.51 a12.20 ± 0.20 ab71.17 ± 4.61 bc9.89 ± 0.45 a5.77 ± 0.58 a1.03 ± 0.06 a
    注(Note):CK 和 T0—无海藻肥对照 No seaweed addition control; C1~C3 处理海藻肥稀释倍数依次为 800、1000、1200 倍 In C1−C3 treatments, the seaweed extracts were diluted by 800, 1000 and 1200 folds; T1~T5 处理海藻肥稀释倍数依次为 1200、1400、1600、1800、2000 倍 In T1−T5 treatments, the seaweed extracts were diluted by 1200, 1400, 1600, 1800 and 2000 folds; 数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 2  添加不同浓度海藻肥后水培芥蓝光合色素含量 (mg/g)

    Table 2.  Contents of photosynthetic pigments in leaves of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

    处理
    Treatment
    叶绿素a含量
    Chl. a content
    叶绿素b含量
    Chl. b content
    叶绿素a+b 含量
    Chl. a+b content
    类胡萝卜素
    Carotenoids
    T00.47 ± 0.01 c0.15 ± 0.006 c0.62 ± 0.02 c0.11 ± 0.004 c
    T10.67 ± 0.03 a0.21 ± 0.012 a0.89 ± 0.05 a 0.14 ± 0.005 ab
    T20.71 ± 0.01 a0.21 ± 0.003 a0.94 ± 0.01 a0.15 ± 0.002 a
    T30.57 ± 0.04 b0.18 ± 0.012 b0.76 ± 0.05 b0.13 ± 0.008 b
    T40.66 ± 0.02 a0.20 ± 0.006 b0.87 ± 0.03 a 0.14 ± 0.004 ab
    T50.70 ± 0.01 a0.22 ± 0.007 a0.92 ± 0.02 a0.15 ± 0.002 a
    注(Note):T0—无海藻肥对照 No seaweed addition control; T1~T5 处理海藻肥稀释倍数依次为 1200、1400、1600、1800、2000 倍 In T1−T5 treatments, the seaweed extracts were diluted by 1200, 1400, 1600, 1800 and 2000 folds; 数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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    表 3  添加海藻肥水培芥蓝矿质元素积累量 (mg/plant)

    Table 3.  Mineral element contents of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

    植株部位
    Plant part
    处理
    Treatment
    NPKCaMgS
    地上部 ShootT0236.08 ± 1.77 c14.16 ± 0.10 d245.41 ± 0.77 d157.53 ± 1.16 d25.34 ± 0.19 c61.03 ± 2.32 c
    T1225.57 ± 3.65 d16.24 ± 0.15 c261.64 ± 3.09 c159.52 ± 2.35 d25.50 ± 0.33 c66.87 ± 1.41 bc
    T2271.53 ± 1.91 a17.70 ± 0.05 ab301.29 ± 2.00 a191.94 ± 3.07 a29.44 ± 0.29 a78.37 ± 2.37 a
    T3264.49 ± 2.68 ab17.12 ± 0.22 b272.41 ± 1.09 b180.10 ± 4.29 b27.75 ± 0.34 b71.31 ± 0.68 ab
    T4257.07 ± 3.16 b17.13 ± 0.34 b272.81 ± 2.77 b174.68 ± 2.15 bc27.49 ± 0.22 b75.44 ± 4.21 a
    T5235.18 ± 2.75 c17.80 ± 0.16 a268.81 ± 1.71 b170.34 ± 1.68 c26.84 ± 0.49 b73.34 ± 3.07 ab
    根部 RootT034.58 ± 0.18 a6.21 ± 0.01 b17.07 ± 0.15 b72.03 ± 0.08 c7.81 ± 0.02 b10.70 ± 0.13 a
    T124.11 ± 0.08 f5.88 ± 0.02 e16.08 ± 0.07 c46.62 ± 0.15 e5.34 ± 0.02 f7.85 ± 0.08 d
    T233.03 ± 0.05 b6.15 ± 0.01 c14.84 ± 0.08 d63.91 ± 0.17 d6.67 ± 0.02 d9.89 ± 0.04 b
    T328.40 ± 0.05 d5.44 ± 0.02 f13.01 ± 0.04 e77.50 ± 0.10 b7.27 ± 0.02 c9.93 ± 0.10 b
    T431.66 ± 0.09 c6.92 ± 0.01 a19.97 ± 0.12 a82.21 ± 0.05 a8.11 ± 0.01 a10.80 ± 0.04 a
    T526.31 ± 0.21 e5.93 ± 0.03 d12.87 ± 0.05 e46.03 ± 0.08 f6.09 ± 0.03 e9.19 ± 0.09 c
    注(Note):T0—无海藻肥对照 No seaweed addition control; T1~T5 处理海藻肥稀释倍数依次为 1200、1400、1600、1800、2000 倍 In T1−T5 treatments, the seaweed extracts were diluted by 1200, 1400, 1600, 1800 and 2000 folds; 数据后不同小写字母表示处理间差异显著 Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-27
  • 网络出版日期:  2020-11-19

海藻肥提高水培芥蓝生长与品质及简化管理投入的显著效应

  • 基金项目: 国家重点研发计划项目(2017YFD0701504),广东重点研发计划项目(2019B020222003)。
  • 摘要:   【目的】  研究不同浓度海藻肥对水培芥蓝生长、营养品质及矿质元素含量等的影响,以期筛选出适合水培芥蓝高效生产的海藻肥浓度。  【方法】  以‘绿宝’芥蓝为试验材料,采用水培方式于华南农业大学设施园艺试验基地进行两次试验,试验所用的营养液配方均为1/2霍格兰营养液配方。首先进行了稀释浓度预备试验,设置添加稀释800倍 (C1)、1000倍 (C2)、1200倍 (C3) 海藻肥,每周添加一次,生长期为32天。在预备试验基础上,进一步加大了稀释倍数,且只在试验开始时添加一次海藻肥,生长期内不再更换营养液。添加海藻肥浓度分别为稀释1200倍 (T1)、1400倍 (T2)、1600倍 (T3)、1800倍 (T4)、2000倍 (T5)。调查分析了芥蓝的生长状况及营养品质 (可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸盐和维生素C含量)、抗氧化品质 (DPPH、FRAP、总多酚和总类黄酮含量)、硫苷含量及矿质元素等方面的变化情况。  【结果】  营养液中添加的海藻肥浓度影响着其对芥蓝生长的效果,预备试验的3个浓度处理均显著降低了芥蓝的株高,最终降低了芥蓝的地上部鲜重,稀释800倍和1000倍处理的副作用显著大于稀释1200倍。在主试验中,芥蓝生长和品质对海藻肥的浓度十分敏感,只有稀释倍数为1400倍和1600倍的海藻肥处理明显提高了芥蓝的叶片数和地上部鲜重,其他稀释倍数没有明显效果。海藻肥稀释1400倍时,可以显著提高芥蓝中总硫苷含量,增加芥蓝中FRAP值、多酚与类黄酮含量,增强芥蓝抗氧化能力,其他稀释倍数处理的效果均相对不显。  【结论】  水培芥蓝对营养液中添加的海藻肥的浓度十分敏感,过高会显著降低芥蓝的生长和生物量,过低对产量和品质的提高效果不显著。当供试海藻肥在营养液中的适宜稀释倍数为1400倍时,可以显著提高芥蓝的生长和生物量,增加叶片中的光合色素含量,提高营养品质,降低硝酸盐含量,提高植株的抗氧化力,而且在生长初期添加一次海藻肥后,整个生育期无需更换营养液,极大地简化了管理成本。

    English Abstract

    • 芥蓝作为中国特色蔬菜之一,是硫代葡萄糖苷及其降解产物、胡萝卜素、维生素和酚类等物质的良好膳食来源[1]。芥蓝的生长和品质取决于品种类型和环境因素。设施水培蔬菜生产通过控制营养液状态以及温、湿度等因素,为蔬菜的生长发育和品质形成提供最佳环境,从而实现蔬菜周年连续高效生产。海藻肥含有植物生长发育所需的大量和微量元素,含有丰富的生长素、细胞分裂素、甜菜碱等生长调节物质以及海藻所特有的海藻多糖、海藻多酚、高度不纯和脂肪酸等,能有效促进种子萌发,提高作物产量和品质,增强植物抗逆性[2]。农业生产中,施用海藻肥能够促进根的生长发育与矿物吸收,提高光合效率,促进植株生长,还能够影响土壤物理、化学及生物学性质,修复和改善土壤品质。此外,海藻提取物能够激活植物某些基因及代谢途径,促进植物产生防御性应激反应,抵抗环境胁迫及病虫害[3]。喷施海藻水提物后,大豆植株对氮、磷、钾、硫等营养物质吸收能力显著增强[4]。分别对番茄喷施、根施和同时喷施加根施马尾藻提取液,3种处理均能增加番茄的分支数量、根长、鲜重以及株高,显著提高番茄光合色素、蛋白质、酚类以及番茄红素的含量[5]。施用海藻提取物能够促进黄瓜、番茄种子萌发和幼苗生长[6],对油菜、西芹、甘蓝、胡萝卜等蔬菜具有显著的增产效果[7]。此外,海藻肥可以减少化肥用量,提高小油菜、紫油菜、生菜的产量和品质[8-10]

      在无土栽培营养液中添加有机营养成分也可以提高生菜[10-11]、番茄[12]品质。海藻肥作为优质的液体有机肥,其在无土栽培中的应用方法及效果研究,可以为优化营养液配方,提高水培蔬菜品质提供一条新的思路。

      • 试验以“绿宝”芥蓝 (Brassica alboglabra Bailey,购自广东省良种引进服务公司) 为材料。海藻肥由广州申晶雅农业科技有限公司提供:海藻酸 21 g/L,其他海藻活性功能物质80~130 g/L,海藻提取物3%。推荐在生产上采用的海藻肥浓度为稀释1000倍。

      • 试验于2018年6—12月在华南农业大学设施园艺试验基地进行。采用海绵块播种,于催芽室催芽3天后置于植物工厂LED灯下进行补光育苗,光强为300 μmol/(m2∙s)。苗长至三叶一心时移栽,定植于塑料大棚内的蓝色塑料盆 (60 cm × 40 cm × 15 cm),80%的植株长至“齐口花”时进行采收取样。

        预备试验:海藻肥添加浓度包括稀释800倍 (C1)、1000倍 (C2)、1200倍 (C3) 以及不添加海藻肥CK,共4个处理。基础营养液均采用1/2 Hoagland营养液配方,CK、C1、C2和C3初始营养液的电导率 (EC) 值分别为1.51、1.51、1.57和1.51 dS/m,移栽后一周起,每天检测营养液pH和EC值,各处理营养液EC值均相近,依次为1.35、1.38、1.39和1.42 dS/m。用硝酸调节pH在6.5左右,通气15 min/h,8天更换一次营养液。从幼苗定植到采收的时间为32天。每盆移栽10株作为一个重复,设置3个重复,完全随机排列。

        主要试验:在预备试验的基础上对海藻肥的浓度进行稀释和对营养液的供给方式进行优化,设置了以下的海藻肥处理:稀释1200倍 (T1)、稀释1400倍 (T2)、稀释1600倍 (T3)、稀释1800倍 (T4)、稀释2000倍 (T5) 及T0 (CK) 共6个处理。营养液配方与预备试验一致,均采用1/2 Hoagland营养液配方,T0、T1、T2、T3、T4和T5初始营养液的EC值分别1.47、1.51、1.49、1.46、1.47和1.44 dS/m,pH约为6.5。整个生长期间不更换营养液,生长中期每个栽培盆添加5 L水后,T0、T1、T2、T3、T4和T5的营养液的EC值分别为1.24、1.25、1.23、1.22、1.21和1.23 dS/m,其他条件与预备试验一致。从幼苗定植到采收的时间为33天。

      • 随机取出5株芥蓝,洗净擦干后测定植株茎粗 (在菜薹5~6节处用游标卡尺测量)、株高 (用直尺测量)、叶片数、全株鲜重、地上部鲜重、根系鲜重和全株干重、地上部干重、根系干重,鲜重用电子天平称量,干重先将植株放置于105℃杀青2 h,然后在75℃下烘干至恒重,最后用万分之一电子天平称重。

      • 每个生理指标3次重复,光合色素含量的测定采用丙酮乙醇混合法[13]。可溶性蛋白质的测定采用考马斯亮蓝法,可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法,硝酸盐含量的测定采用紫外分光光度法,Vc含量采用钼蓝比色法[14]。多酚含量的测定采用Folin-Cioealteu法[15],类黄酮含量的测定采用文献[16]中的方法,DPPH (1,1-二苯基-2-三硝基苯肼) 自由基清除率的测定参照Tadolini的方法[17]。FRAP (铁离子还原/抗氧化能力) 抗氧化能力的测定参照Benzie所述方法[18]。硫代葡萄糖苷的测定参照司雨等[19]方法用HPLC进行测定。

      • 试验数据的统计分析采用SPSS 22.0,作图采用Origin 2019软件绘制。用Duncan 法进行多重比较,单因素方差 (One-Way ANOVA) 检验,P < 0.05 为差异显著。

      • 预备试验中添加的3个海藻肥浓度均抑制水培芥蓝的生长 (表1)。C1、C2处理芥蓝的株高和茎粗不仅显著低于CK,也显著低于C3。C3处理的株高显著低于CK,茎粗显著高于CK,叶片数、地上部鲜重与对照没有显著差异。表明营养液中供试海藻肥稀释1200倍时依然对芥蓝的生长有不利影响。因此,在主试验中加大了供试海藻肥的稀释倍数。

        表 1  营养液添加海藻肥对水培芥蓝生长的影响

        Table 1.  Effects of adding seaweed extract to nutrient solution on growth of hydroponic Chinese kale

        处理
        Treatment
        株高 (cm)
        Plant height
        茎粗 (mm)
        Stem diameter
        叶片数
        Leaf number
        鲜重Fresh weight (g/plant)干重Dry weight (g/plant)
        地上部Shoot地下部Root地上部Shoot地下部Root
        CK19.43 ± 0.14 a9.09 ± 0.04 b13.00 ± 0.00 a54.31 ± 5.70 a6.19 ± 1.05 a4.53 ± 0.36 a0.78 ± 0.17 a
        C114.90 ± 0.07 c8.26 ± 0.10 c11.00 ± 0.41 b32.26 ± 3.69 b4.49 ± 0.49 a2.97 ± 0.33 b0.58 ± 0.04 a
        C215.03 ± 0.06 c8.45 ± 0.11 c12.00 ± 0.00 a40.94 ± 3.74 b5.03 ± 0.55 a3.53 ± 0.28 ab0.59 ± 0.09 a
        C317.43 ± 0.14 b9.53 ± 0.12 a12.50 ± 0.50 a43.80 ± 1.82 ab4.97 ± 0.29 a3.91 ± 0.71 ab0.66 ± 0.07 a
        T022.21 ± 0.51 a12.84 ± 0.29 a12.00 ± 0.15 b67.96 ± 1.96 c9.94 ± 0.62 a5.94 ± 0.25 a0.83 ± 0.09 a
        T121.05 ± 0.89 a14.07 ± 0.36 a12.00 ± 0.39 b72.67 ± 5.29 abc8.70 ± 0.56 a5.83 ± 0.42 a1.01 ± 0.05 a
        T220.92 ± 1.17 a13.98 ± 0.28 a12.80 ± 0.29 a81.67 ± 3.31 ab7.77 ± 1.18 a6.59 ± 0.33 a0.97 ± 0.07 a
        T322.60 ± 1.27 a13.40 ± 0.62 a12.40 ± 0.16 ab84.19 ± 1.11 a8.83 ± 1.05 a6.76 ± 0.20 a1.04 ± 0.11 a
        T420.30 ± 1.06 a12.76 ± 0.39 a12.60 ± 0.16 ab74.57 ± 4.05 abc7.29 ± 1.00 a6.21 ± 0.46 a0.80 ± 0.13 a
        T522.40 ± 0.86 a12.95 ± 0.51 a12.20 ± 0.20 ab71.17 ± 4.61 bc9.89 ± 0.45 a5.77 ± 0.58 a1.03 ± 0.06 a
        注(Note):CK 和 T0—无海藻肥对照 No seaweed addition control; C1~C3 处理海藻肥稀释倍数依次为 800、1000、1200 倍 In C1−C3 treatments, the seaweed extracts were diluted by 800, 1000 and 1200 folds; T1~T5 处理海藻肥稀释倍数依次为 1200、1400、1600、1800、2000 倍 In T1−T5 treatments, the seaweed extracts were diluted by 1200, 1400, 1600, 1800 and 2000 folds; 数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).

        在主试验中,5个营养液添加海藻肥浓度对水培芥蓝的株高以及茎粗无显著影响,T1对叶片数也没有显著影响,T2的叶片数显著高于T0,T3、T4、T5也增加了芥蓝植株叶片数,但与T0的差异未达显著水平 (表1)。T3处理下全株鲜重最大,较T0增加了18.12%,T1的全株鲜重较T0提高了16.08%,其余3个添加海藻肥的处理与T0无显著差异;T2和T3芥蓝地上部鲜重较T0分别提高了20.17%、23.88%。而添加较低浓度的海藻肥对芥蓝全株干重和地上部干重均无显著影响,说明供试海藻肥的稀释倍数为1400倍时,最有利于芥蓝的生长。

      • 叶片光合色素含量与植物光能吸收和转化相关,能够影响叶片光合产物的积累。营养液添加较低浓度海藻肥显著提高了水培芥蓝叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素和总叶绿素的含量 (表2)。与T0相比,海藻肥处理叶绿素a含量提高了21.17%~51.26%,叶绿素b提高了22.76%~47.91%,总叶绿素提高了21.55%~50.21%,类胡萝卜素提高21.63%~47.30%。5个海藻肥处理之间相比,T3处理的叶绿素和类胡萝卜素含量低于其他处理。说明营养液添加海藻肥均显著提高芥蓝叶片光合色素含量。

        表 2  添加不同浓度海藻肥后水培芥蓝光合色素含量 (mg/g)

        Table 2.  Contents of photosynthetic pigments in leaves of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

        处理
        Treatment
        叶绿素a含量
        Chl. a content
        叶绿素b含量
        Chl. b content
        叶绿素a+b 含量
        Chl. a+b content
        类胡萝卜素
        Carotenoids
        T00.47 ± 0.01 c0.15 ± 0.006 c0.62 ± 0.02 c0.11 ± 0.004 c
        T10.67 ± 0.03 a0.21 ± 0.012 a0.89 ± 0.05 a 0.14 ± 0.005 ab
        T20.71 ± 0.01 a0.21 ± 0.003 a0.94 ± 0.01 a0.15 ± 0.002 a
        T30.57 ± 0.04 b0.18 ± 0.012 b0.76 ± 0.05 b0.13 ± 0.008 b
        T40.66 ± 0.02 a0.20 ± 0.006 b0.87 ± 0.03 a 0.14 ± 0.004 ab
        T50.70 ± 0.01 a0.22 ± 0.007 a0.92 ± 0.02 a0.15 ± 0.002 a
        注(Note):T0—无海藻肥对照 No seaweed addition control; T1~T5 处理海藻肥稀释倍数依次为 1200、1400、1600、1800、2000 倍 In T1−T5 treatments, the seaweed extracts were diluted by 1200, 1400, 1600, 1800 and 2000 folds; 数据后不同小写字母表示处理间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 可溶性糖、可溶性蛋白,Vc和硝酸盐含量会影响蔬菜的口感及营养,均为衡量蔬菜品质的重要指标。如图1所示,在主试验中,所有添加较低浓度海藻肥处理均提高了可溶性蛋白的含量 (图1),在T1、T2、T3、T4、T5下可溶性蛋白含量分别提高了13.35%、31.35%、16.12%、25.67%、27.55%,其中以T2处理下可溶性蛋白含量最高。除T4处理显著降低了芥蓝可溶性糖含量,其他处理与T0无显著性差异 (图1-B)。T1下,芥蓝Vc含量最低,其次为T3和T4, 而在T5下Vc含量最高 (图1-C)。除T3以外, 添加海藻肥处理的硝酸盐含量与T0相比均降低,其中T2和T5处理下硝酸盐含量最低 (图1-D)。

        图  1  添加不同浓度海藻肥后水培芥蓝的营养品质

        Figure 1.  Nutritional quality of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

      • 总多酚和总类黄酮能够起到清除自由基的作用,与DPPH清除率和FRAP值均是评价蔬菜品质的重要指标。营养液添加低浓度海藻肥提高了水培芥蓝抗氧化物质含量和活性。DPPH清除率除T2下显著降低外,在其余处理下与T0无显著差异 (图2-A)。除T1处理外,添加海藻肥处理的FRAP值均显著高于T0且在T2处理下最高 (图2-B)。同样,所有添加海藻肥的处理芥蓝多酚含量均高于T0,T2处理芥蓝多酚含量最高 (图2-C),较T0提高了21.55%。芥蓝类黄酮含量在各海藻肥处理下均高于T0,T1、T2、T4和T5处理下的类黄酮含量分别比T0显著高20.94%、28.36%、33.95%、32.61% (图2-D)。由此表明,添加较低浓度的海藻肥可以提高水培芥蓝抗氧化物质含量和活性。

        图  2  添加不同浓度海藻肥后水培芥蓝的抗氧化活性和物质含量

        Figure 2.  Antioxidant component content and capacity of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

      • 硫苷及其降解产物异硫氰酸酯类物质在植物风味、植株防御、人类抗癌保健等方面都发挥着重要作用。本研究从芥蓝样品中一共检测到9种硫苷,其中包括5种脂肪族硫苷和4种吲哚族硫苷 (图3)。脂肪族硫苷包括2-羟基-3-丁烯基硫苷 (PRO)、4-甲基亚磺酰基丁基硫苷 (RAA)、2-丙烯基硫苷 (SIN)、3-丁烯基硫苷 (NAP) 和4-戊烯基硫苷 (GBN)。吲哚族硫苷包括4-羟基吲哚-3-甲基硫苷 (4OH)、吲哚-3-甲基硫苷 (GBC)、4-甲氧基吲哚-3-甲基硫苷 (4ME)、1-甲氧基吲哚-3-甲基硫苷 (NEO)。芥蓝总脂肪族硫苷含量显著高于总吲哚族硫苷含量,占总硫苷含量93%以上,其中以NAP含量最高,约为总硫苷含量的65%,其次为SIN,约为总硫苷含量的15%。T1、T2、T3、T4和T5处理下芥蓝总硫苷含量分别较T0提高了33.07%、58.07%、56.40%、66.14%、12.23%,总脂肪族硫苷分别较T0提高了31.92%、56.85%、59.08%、70.10%、12.86%。除T5处理外,T1、T2、T3和T4处理芥蓝总吲哚族硫苷均大于T0,分别较T0提高了30.48%、65.54%、14.20%、4.63%。添加较低浓度海藻肥时,各组分硫苷含量在不同稀释倍数的海藻肥下有不同程度提高。特别是T2处理,该处理下芥蓝8种硫苷PRO、RAA、SIN、NAP、GBN、GBC、4OH和NEO的硫苷含量分别较T0提高了26.12%、24.01%、35.35%、35.05%、127.89%、74.72%、9.35%、73.51%;芥蓝总硫苷、总脂肪族硫苷、总吲哚族硫苷含量分别较T0提高了58.07%、56.85%、65.54%,可见,营养液添加较低浓度海藻肥可以提高芥蓝硫苷含量,T2和T4处理对硫苷含量提升效果更明显。

        图  3  添加不同浓度海藻肥后水培芥蓝硫苷组分含量

        Figure 3.  Glucosinolates contents of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

      • 矿质元素能够调控植物源-库关系,与植物的生长发育与品质的形成密切相关。添加海藻肥对水培芥蓝矿质元素积累量存在差异 (表3)。本试验中,除了T1下的氮积累量较T0显著降低外,添加低浓度海藻肥有利于芥蓝地上部N、P、K、Ca、Mg、S积累,随海藻肥浓度下降各矿质元素的积累量呈现先增加后下降的趋势,在T2处理下各矿质元素的积累量较高。添加海藻肥对水培芥蓝根系矿质元素积累量的影响与对地上部积累量的影响不同。各浓度海藻肥处理下芥蓝根系N积累量均受抑制,而P、K、Ca、Mg、S积累量在T4处理下最大,在其余处理下较T0均明显降低。

        表 3  添加海藻肥水培芥蓝矿质元素积累量 (mg/plant)

        Table 3.  Mineral element contents of Chinese kale grown in nutrient solutions containing different concentrations of seaweed extract

        植株部位
        Plant part
        处理
        Treatment
        NPKCaMgS
        地上部 ShootT0236.08 ± 1.77 c14.16 ± 0.10 d245.41 ± 0.77 d157.53 ± 1.16 d25.34 ± 0.19 c61.03 ± 2.32 c
        T1225.57 ± 3.65 d16.24 ± 0.15 c261.64 ± 3.09 c159.52 ± 2.35 d25.50 ± 0.33 c66.87 ± 1.41 bc
        T2271.53 ± 1.91 a17.70 ± 0.05 ab301.29 ± 2.00 a191.94 ± 3.07 a29.44 ± 0.29 a78.37 ± 2.37 a
        T3264.49 ± 2.68 ab17.12 ± 0.22 b272.41 ± 1.09 b180.10 ± 4.29 b27.75 ± 0.34 b71.31 ± 0.68 ab
        T4257.07 ± 3.16 b17.13 ± 0.34 b272.81 ± 2.77 b174.68 ± 2.15 bc27.49 ± 0.22 b75.44 ± 4.21 a
        T5235.18 ± 2.75 c17.80 ± 0.16 a268.81 ± 1.71 b170.34 ± 1.68 c26.84 ± 0.49 b73.34 ± 3.07 ab
        根部 RootT034.58 ± 0.18 a6.21 ± 0.01 b17.07 ± 0.15 b72.03 ± 0.08 c7.81 ± 0.02 b10.70 ± 0.13 a
        T124.11 ± 0.08 f5.88 ± 0.02 e16.08 ± 0.07 c46.62 ± 0.15 e5.34 ± 0.02 f7.85 ± 0.08 d
        T233.03 ± 0.05 b6.15 ± 0.01 c14.84 ± 0.08 d63.91 ± 0.17 d6.67 ± 0.02 d9.89 ± 0.04 b
        T328.40 ± 0.05 d5.44 ± 0.02 f13.01 ± 0.04 e77.50 ± 0.10 b7.27 ± 0.02 c9.93 ± 0.10 b
        T431.66 ± 0.09 c6.92 ± 0.01 a19.97 ± 0.12 a82.21 ± 0.05 a8.11 ± 0.01 a10.80 ± 0.04 a
        T526.31 ± 0.21 e5.93 ± 0.03 d12.87 ± 0.05 e46.03 ± 0.08 f6.09 ± 0.03 e9.19 ± 0.09 c
        注(Note):T0—无海藻肥对照 No seaweed addition control; T1~T5 处理海藻肥稀释倍数依次为 1200、1400、1600、1800、2000 倍 In T1−T5 treatments, the seaweed extracts were diluted by 1200, 1400, 1600, 1800 and 2000 folds; 数据后不同小写字母表示处理间差异显著 Values followed by different small letters indicate significant difference among treatments (P < 0.05).
      • 海藻肥作为天然植物生长调节剂,含有丰富的甜菜碱、褐藻胶、维生素等有机成分,能促进植物的生长,提高产量[20]。海藻肥对作物的影响取决于作物种类、品种和施用浓度,海藻肥中的某些有效物质在较低浓度下才发挥效用促进作物生长,过高浓度反而抑制植物生长[21]。本研究发现营养液添加较高浓度 (稀释800~1200倍) 海藻肥处理对芥蓝株高和生物量产生了抑制作用,而添加较低浓度 (稀释1200~2000倍) 海藻肥时水培芥蓝株高和茎粗无显著影响,但可以提高芥蓝地上部鲜重、干重及产量。添加较低浓度海藻肥处理下,芥蓝生物量随着海藻肥稀释倍数的增加呈现先提高后减小的趋势,T3产量最大但与T2无显著性差异 (表1)。在白三叶中喷施0、1.25、2.5、5和7.5 mL/L浓度海藻肥,其生物量呈现先增后减的趋势[22]。类似地用浓度为0、2.4、4.8、8.4 和9.6 g/L海藻肥灌溉高羊茅草,施肥效果随着海藻肥浓度提高,呈现由低到高再到低的变化,其干鲜重在浓度为4.8 g/L时达到最大值[23]。表明适宜浓度的海藻肥可以促进植物茎部的维管束细胞生长,并促进其对无机养分、水分和光合产物的运送来促进植物生长,但浓度过高会抑制植物对养分的吸收[24]。海藻肥含有丰富的甜菜碱,能提高植物叶绿素含量,促进植物光合作用,从而提高作物的产量[25]。本研究中,营养液添加低浓度海藻肥均能够增加水培芥蓝光合色素的含量,叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素的含量均显著提高,且T2处理下增幅最为显著 (表2)。矿质元素是植物生长的必需元素,在T2和T3处理下芥蓝生物量均增加显著,其地上部氮、磷、钾、钙、镁、硫等元素的积累量较T0均显著提高 (表3)。因此,适宜浓度的海藻肥能够促进植株对矿质元素的吸收,促进植株的生长。

      • 海藻肥能提高蔬菜产量和改善蔬菜品质。根施海藻提取物使辣椒和番茄果实的可溶性糖含量分别提高4.1%和26.7%[7]。叶面喷施稀释700~1100倍海藻肥时,紫甘薯可溶性糖含量较CK分别提高1.96%~19.57%,随着海藻肥稀释倍数的增加,紫甘薯可溶性糖含量逐渐减少[26];喷施稀释500倍海藻液肥可提高黄瓜叶片可溶性蛋白含量[27]。表明海藻肥能够促进作物的初级代谢,其中含有的生理活性物质可参与植物体内有机和无机物的运输,促进植物对营养物质的吸收,利于提高作物品质[28]。本研究中,添加较低浓度海藻肥处理下芥蓝的可溶性蛋白明显提高,随着稀释倍数的上升芥蓝中硝酸盐的含量呈下降趋势 (图1)。营养液中添加较低浓度海藻肥利于硝酸盐含量的降低,可能是海藻肥中的有机成分能降解芥蓝硝酸盐成分。因此,生长期间只添加一次较低浓度海藻肥可以促进水培芥蓝的生长,提高芥蓝品质。

      • 海藻提取液能够提高植物内源性抗氧化活性,提高非酶促抗氧化剂 (α-生育酚、抗坏血酸和β-胡萝卜素) 含量[29]。草莓果实经过稀释1500、2000、2500倍海藻肥喷施处理后,总酚含量均提高,且在稀释2000倍时含量最高;而类黄酮含量在低浓度 (2000~2500倍) 处理下也显著提高,在2500倍处理下达到最大值,较对照提高了30.56%[30]。添加1 g/L海藻提取物显著提高了基质培菠菜叶片黄酮类化合物的含量 (为CK的1.5倍) 和DPPH自由基清除率 (增加1.21倍)[31]。本研究中,在营养液中添加海藻肥均能提高芥蓝FRAP值、多酚和类黄酮含量 (图2)。芥蓝FRAP值的提高可能是因为芥蓝多酚和类黄酮含量的提高,而多酚含量的增加可能是由于海藻肥促进了植物对必需营养元素的吸收和体内活性物质活性提高的结果[32-33]

      • 硫苷及其降解产物异硫氰酸酯类物质在作物风味、植株防御、人类抗癌保健等方面都发挥着重要作用[34]。硫苷的合成代谢受诸多的外界环境条件影响,如外源信号物质、温度、光照、机械伤害、昆虫取食等[35]。硫苷在植物体内的合成伴随着硫的还原同化,硫苷的合成与硫的还原和同化途径 (初生硫代谢途径) 间有着密切的联系,硫还原同化途径产物Cys和GSH是硫苷合成过程中的还原硫供体,而芥蓝中初生硫代谢能够为硫苷的合成与积累提供原料[36],增施硫肥能够显著提高植物体内的硫苷含量[37]。本研究中营养液添加不同浓度的海藻肥提高了芥蓝地上部硫含量,从而促进了硫苷在芥蓝中的合成与积累 (图3)。

      • 营养液中添加浓度适宜的海藻肥可显著增加芥蓝的叶片数,进而提高芥蓝的产量。添加适宜浓度的海藻肥还可以提高芥蓝FRAP值、多酚、类黄酮、可溶蛋白和硫苷的含量,增强了芥蓝抗氧化能力,降低硝酸盐含量,提高了芥蓝的品质。海藻肥浓度过高会抑制地上部矿质元素的积累,低浓度海藻肥可促进芥蓝地上部矿质元素的积累。此外,添加适宜浓度的海藻肥后,芥蓝生长周期内无需更换营养液依然可以获得显著的增产提质效果。综合产量和品质指标,使用供试海藻肥的最佳稀释倍数为1400倍。

    参考文献 (37)
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