《光照度与钾营养互作对水培白菜生长与品质的影响》-农学论文，农业论文-论文范文参考-科学狗论文网

标题

光照度与钾营养互作对水培白菜生长与品质的影响

范文

毕研飞魏斌唐政辉

摘要：为研究光照度与钾营养浓度互作对水培白菜植株生长与品质的影响，以白菜品种苏州青为材料，采用营养液水培的方法，设置3个不同光照度[100、150、200 μmol/（m2·s）]及4个不同钾营养浓度（1、2、3、4 mmol/L）的互作处理，测定双因素互作对白菜植株地上部鲜质量、叶片光合速率、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、维生素C含量、硝酸盐含量及硝酸还原酶活性的影响。结果表明，随着光照度和钾浓度的增加，植株地上部鲜质量、叶片光合速率、可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸盐含量及硝酸还原酶活性均呈现先增大后减小的趋势，维生素C含量不断增大。当光照度为150 μmol/（m2·s）和钾营养浓度为3 mmol/L时，植株生长与品质指标表现最好。本研究可为叶菜工厂化水培生产中光照和营养液的科学管理提供理论依据。

关键词：白菜;水培;光照度;钾浓度;产量;品质

中图分类号： S634.304 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2019）01-0116-04

白菜（Brassica campestris ssp. chinensis L.）属十字花科芸薹属，是我国重要的绿叶蔬菜，深受消费者喜爱。营养液水培由于能够最大限度地满足作物根系对水、肥、气等条件的要求，且不受地域土壤环境影响，已发展成为叶菜生产的一种重要途径[1-2]。在叶菜水培生产中，适当提高氮营养浓度可提高叶菜产量[3]。然而，近年来为了提高蔬菜产量，氮肥的施用量越来越高，造成叶菜硝酸盐含量显著上升，安全品质堪忧[4-5]。如何降低硝酸盐含量、提高叶菜类蔬菜品质成为目前研究的热点之一。

近年来科研工作者就如何通过农艺管理、基因型筛选、遗传育种和采后贮存等手段降低蔬菜硝酸盐含量开展了大量的研究工作。其中，农艺管理方面的研究主要涉及光照、温度、水分、营养浓度和微量元素等诸多因素[6-8]。研究表明，适当增加光照度（光量子通量密度，PPFD）与营养浓度、合理灌溉、增施微量元素（如钼、钴、锰、铁和硫）等措施有利于提高蔬菜产量及降低硝酸盐累积。但已有的研究主要是单因素分析，单因素试验需要人为将试验因素外的其他因素调节到同一水平，而实际生产中某一因素的改变往往会引起其他因素的变化[9-10]，如作物在弱光条件下对钾元素的吸收会明显减少，且钾素利用率与光照密切相关[11-12]。另外，关于水培条件下光照度与钾营养互作对白菜生长与品质的影响尚未见报道，因此有必要进行多因素的互作研究。

本研究通过水培试验，分析不同光照度与钾营养互作处理对白菜产量及品质的影响，以期探究营养液水培条件下白菜优质高效生产的适宜光照密度及钾素水平，为叶菜工厂化水培生产过程中的光照调控和营养液管理提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为江苏地区优良地方品种苏州青，种子由江苏省农业科学院蔬菜研究所提供。

1.2 試验方法

试验于2017年8—10月在江苏常熟国家农业科技园区试验基地进行。采用72孔穴盘育苗，基质成分为草炭与蛭石（V草炭 ∶ V蛭石=3 ∶ 1）。待幼苗长至4叶1心，将根部清水洗净后用海绵包裹基部定植于水培箱，然后移入植物工厂进行光照度与钾营养互作处理。处理光源为红蓝比为3 ∶ 1的LED复合光，红光主峰波长660 nm，蓝光主峰波长445 nm。设置100（P100）、150（P150）、200（P200）μmol/（m2·s）3个不同光照度以及在山崎配方营养液[13]的基础上设置1（K1）、2（K2）、3（K3）、4（K4） mmol/L 4个钾浓度，共计12个互作处理（P100-K1、P100-K2、P100-K3、P100-K4、P150-K1、P150-K2、P150-K3、P150-K4、P200-K1、P200-K2、P200-K3、P200-K4），每处理12株幼苗，3个重复。植物工厂日温设为（25±2） ℃，夜温为（15±2） ℃，移栽18 d后进行各指标的测定。

1.3 指标测定

利用Li-6400便携式光合仪测定功能叶片的光合速率，同时测定其叶绿素含量。用电子天平测量各处理的地上部鲜质量，按叶柄、叶片解样，分别测定叶片的可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C含量，叶柄与叶片的硝酸盐含量及硝酸还原酶活性。可溶性糖含量采用蒽酮法测定;可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定;维生素C含量采用比色法测定;硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定;参照李合生NRA离体测定法测定硝酸还原酶（nitrate reductase activity，NRA）活性[14]。

1.4 数据处理

采用Excel 2007软件对数据进行处理和绘图，采用SPSS 20.0作差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 光照度与钾营养互作对植株地上部鲜质量、叶片叶绿素含量和光合速率的影响

在钾营养浓度一定时，低光照度（P100）处理白菜生长受到明显抑制，随着光照度的增加，植株叶片变大。当光照度为P150时，白菜株型紧凑，叶片大且多，地上部鲜质量、叶片的叶绿素含量和光合速率显著大于低光照度（P100）处理，如 P150-K1 与P100-K1相比，地上部鲜质量、叶绿素含量和光合速率分别提高58.12%、31.25%、35.87%。当光照度超过P150时，上述指标随光照度增大而降低。

在光照度一定时，随钾营养浓度的增加，白菜地上部鲜质量、叶片的叶绿素含量和光合速率均呈现出先增大后减小的趋势。当钾浓度为K3时，不同光照度处理下的上述指标值均最高，且显著大于（P<0.05）低钾浓度（K1）处理，然而，P150光照度下低钾浓度（K1、K2）处理各指标值大于低光照度（P100）下K3钾营养浓度处理，说明在不同光照度处理下，钾肥对白菜生长的影响不同，两者具有明显的交互作用，且光照度对白菜生长的影响作用大于钾浓度（表1）。

2.2 光照度与钾营养互作对白菜营养品质的影响

如图1所示，随着光照度和钾营养浓度的增加，叶片的可溶性糖与可溶性蛋白质含量大体上呈现出先增大后减小的趋势。在P150-K3处理下，叶片可溶性糖与可溶性蛋白质含量最高，显著大于其他处理（P<0.05）。当光照度一定时，维生素C含量随钾浓度的增大而增加，且高浓度（K4）钾营养水平下的叶片维生素C含量显著大于低浓度（K1）处理，如光照度为P150时，前者与后者相比，维生素C含量提高49.13%。当钾营养浓度一定时，维生素C含量随光照度的增大呈现出先增加后减小的趋势，P150光照度处理时的维生素C含量最高，而且在P150光照度水平下，不同钾浓度处理均呈现出较高的维生素C含量，说明适宜的光照度能促进白菜叶片维生素C含量的增加。

2.3 光照度与钾营养互作对白菜硝酸盐含量及硝酸还原酶活性的影响

硝酸盐含量是蔬菜重要的安全品质指标之一。从图2可以看出，在光照度一定时，植株硝酸盐含量随钾营养浓度的升高呈现出先增大后减小的趋势;在钾营养浓度一定时，植株硝酸盐含量随光照度的增加而呈现出不断减小的趋势，且较高光照度水平下，钾营养浓度调控效率更高，两者表现出正向的互作效应。如P100光照度水平下，钾浓度K4与K2相比较，叶片内硝酸盐含量降低26.75%，而在P150光照度时，K4比K2降低49.52%。从图3可以看出，在光照度一定时，硝酸还原酶活性随钾营养浓度的升高呈现出先降低后升高的趋势;在钾营养浓度一定时，光照度对植株不同器官中硝酸还原酶活性的影响不同，叶柄中硝酸还原酶活性随光照度的增加而升高，而叶片中硝酸还原酶活性随光照度的增加而呈现出先升高后降低的趋势，且不同处理下叶片中硝酸还原酶活性均显著高于叶柄。

3 讨论与结论

本研究果表明，光照度与钾营养浓度对白菜生长具有明

显的互作效应，植株地上部鲜质量、叶绿素含量和光合速率随光照度或钾营养浓度的增加均呈现出先增大后减小的趋势，且变化幅度受两者的共同影响，两者只有协调供应才能保证植株理想地生长，获得较高的产量，这与曾希柏等在莴笋[15]和关义新等在玉米[16]上的研究结果一致。在光照度与钾营养浓度两因素中，光照度是影响白菜生长的主效因子，如 P100-K3 与P100-K1处理相比，前者地上部鲜质量显著大于后者（P<0.05），比后者提高51.12%，然而，P150-K1处理的植株鲜质量大于P100-K3处理，说明光照度对白菜的增产作用大于钾营养浓度。

目前，关于光照度与钾营养浓度互作对作物品质的关系研究很少，且大多集中在光照度或钾营养浓度单个因子上。前人在生菜[17]、番茄[18]和黄瓜[19]等作物上的研究表明，适当钾营养浓度有利于提高可溶性糖和可溶性蛋白质的含量，但钾浓度过高则会使蔬菜产量和品质降低，这与本试验的结果相一致，叶片中可溶性糖与可溶性蛋白质含量随钾營养浓度的增加呈现出先增大后减小的趋势，在钾浓度K3时达到最大值，且显著大于高浓度（K4）处理（P<0.05）。原因可能是过高浓度的钾影响了植株体内各营养离子间的平衡，从而抑制植株的能量代谢和生物合成。

本研究还发现，适当的光照度与钾营养浓度可显著降低白菜硝酸盐含量。但各处理对叶柄中硝酸盐含量的影响比叶片明显要小，且叶柄硝酸盐含量要显著大于叶片，平均是叶片的1.63倍，由此可知，叶柄应该是植株硝酸盐的主要积累部位，在种植时，可根据实际生产情况，优先选择叶片比重大、硝酸盐含量低的品种。适当的光照度与钾营养浓度互作处理对植株硝酸盐含量的调控效率明显大于光照度或钾浓度单一因子调控。如P100-K3与P100-K2处理相比，叶片硝酸盐含量降低16.39%，P150-K2与P100-K2处理相比，叶片硝酸盐含量降低29.96%，而P150-K3与P100-K2处理相比，叶片硝酸盐含量降低51.97%。硝酸还原酶作为NO3-同化步骤中的第1个酶，也是硝酸盐代谢过程的限速酶，其活性对植株硝酸盐的积累影响很大。但是，硝酸还原酶（NRA）活性与硝酸盐浓度之间的关系至今还不明确。有研究认为，NRA是影响蔬菜中硝酸盐累积的主要内源因素，较高的NRA能够降解更多的硝酸盐，两者之间是负相关的[20-21];但也有研究认为，NRA作为一种底物诱导酶，作物体内高的硝酸盐底物浓度，NRA活性也会比较高，两者之间关系是正相关的[22]。本试验结果与前者研究相似，当植株叶柄或叶片内硝酸盐含量较高时，相应的NRA比较低，但硝酸盐的积累容易受外界光照、温度和施肥等因素的影响[23-24]，因此只以植株体内硝酸盐的浓度来衡量NRA是不充分的。

综合分析本试验中光照度与钾营养浓度对白菜叶片叶绿素含量、光合速率、地上部鲜质量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、维生素C含量、硝酸盐含量及硝酸还原酶活性的影响，初步认为在本试验条件下，光照度与钾营养浓度具有显著的交互作用，当光照度为P150和钾营养浓度为K3时，植株表现出最好的生长及品质指标，是白菜工厂化水培生产的适宜光照度与钾营养浓度。

参考文献：

[1]夏礼如，李岩，孟力力. 江苏设施蔬菜产业发展主要风险因子分析及应对措施[J]. 江苏农业科学，2017，45（18）：332-333.

[2]刘士哲. 水培蔬菜产业化前景及存在问题和解决途径[J]. 农业工程技术，2017，37（22）：39-45.

[3]刘舒娅，于锡宏，蒋欣梅，等. 尿素不同施用量对菠菜硝酸盐积累及产量的影响[J]. 江苏农业科学，2015，43（1）：180-181.

[4]都韶婷，金崇伟，章永松. 蔬菜硝酸盐积累现状及其调控措施研究进展[J]. 中国农业科学，2010，43（17）：3580-3589.

[5]王朝辉，田霄鸿，李生秀. 叶类蔬菜的硝态氮累积及成因研究[J]. 生态学报，2001，21（7）：1136-1141.

[6]熊国华，林咸永，章永松，等. 环境因素对蔬菜累积硝酸盐影响的研究进展[J]. 土壤通报，2004，35（3）：362-365.

[7]杨晓英，杨劲松. 氮素供应水平对小白菜生长和硝酸盐积累的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2007，13（1）：160-163.

[8]王朝辉，田宵鸿，李生秀，等. 土壤水分对蔬菜硝态氮积累的影响[J]. 西北农业大学学报，1997，25（6）：15-20.

[9]陳洁，徐海，单奇伟，等. 光照度、施肥量及品种互作对不结球白菜硝酸盐含量和产量的影响[J]. 江苏农业学报，2009，25（4）：861-864.

[10]张国芹，牟建梅，何玲莉，等. 氮硅配施对不结球白菜养分吸收及产量和品质的影响[J]. 江苏农业学报，2016，32（5）：1128-1133.

[11]刘峰，聂荣邦. 作物钾营养研究进展[J]. 作物研究，2004（增刊1）：358-361.

[12]黄丽芬，张蓉，余俊，等. 弱光下氮素配施对杂交水稻氮磷钾吸收分配的效应研究[J]. 核农学报，2014，28（12）：2261-2268.

[13]郭世荣. 无土栽培学[M]. 北京：中国农业出版社，2011.

[14]李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[15]曾希柏，青长乐，谢德体，等. 作物生长中光照和氮肥施用量的相互关系研究[J]. 土壤学报，2000，37（3）：380-387.

[16]关义新，林葆，凌碧莹. 光、氮及其互作对玉米幼苗叶片光合和碳、氮代谢的影响[J]. 作物学报，2000，26（6）：806-812.

[17]郎文培，艾绍英，王朝辉，等. 钾肥种类及用量对生菜生长和品质效应的影响研究[J]. 农业环境科学学报，2008，27（5）：1946-1950.

[18]张涛，闵炬，施卫明，等. 不同磷钾肥配比对大棚蔬菜养分吸收、产量及品质的影响[J]. 江苏农业学报，2008，24（5）：668-673.

[19]徐刚，彭天沁，高文瑞，等. 不同基质含水量和钾肥施用量对黄瓜生长及光合作用的影响[J]. 江苏农业学报，2014，30（5）：1109-1114.

[20]Wang Z H，Li S X. Effects of nitrogen and phosphorus fertilization on plant growth and nitrate accumulation in vegetables[J]. Journal of Plant Nutrition，2004，27（3）：539-556.

[21]郭大勇，谢建磊，朱仕贵，等. 叶面喷施锌肥对生菜各器官中硝酸盐含量和硝酸还原酶活性的影响[J]. 西北农业学报，2008，17（5）：302-305.

[22]王利群，王文兵，吴守一，等. 蔬菜硝酸盐含量与硝酸还原酶活性的研究[J]. 食品科学，2003，24（12）：37-40.

[23]李文娆，李建设. 蔬菜中硝酸盐含量、累积机制及施肥对其影响的研究综述[J]. 宁夏农学院学报，2003，24（2）：68-71.

[24]郭丽娜，刘秀珍，赵兴杰. 施肥及环境因素对蔬菜硝酸盐积累影响的研究进展[J]. 山西农业大学学报（自然科学版），2005，25（4）：416-419.吕梅，纪文娟，王润贤，等. 配方施肥对乌牛早茶苗营养生长及茶叶品质的影响[J]. 江苏农业科学，2019，47（1）：120-126.

随便看

科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。