不同營養(yǎng)液配方對水培紅菜薹產(chǎn)量與品質(zhì)的影響

戴希剛，張鵬程，劉科雄，曾長立

（江漢大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院；湖北省豆類（蔬菜）植物工程技術(shù)研究中心；湖北省漢江流域特色生物資源保護、開發(fā)與利用工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430056）

紅菜薹（Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.perpereaHort.）是我國南方秋冬季時令蔬菜，其口感脆嫩，味道鮮美，深受人們喜愛，主要分布于長江流域，以湖北武漢的洪山菜薹最為知名［1］。紅菜薹作為蔬菜,其營養(yǎng)價值非常豐富，富含鈣、磷、鐵、胡蘿卜素、維生素等成分，其維生素種類比大白菜、小白菜豐富［2］。19 世紀(jì)60年代，科學(xué)家開始用無土栽培作為研究植物營養(yǎng)和生理的一種手段，特別是德國科學(xué)家薩奇斯等人的研究工作，為無土栽培的理論發(fā)展和實踐應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)［3］。迄今為止，營養(yǎng)液水培技術(shù)在近10 多種蔬菜培養(yǎng)中取得了重大進展［4-7］，這項技術(shù)在蕓薹屬植物上也得到了不斷的改進和發(fā)展［8-10］，但是關(guān)于紅菜薹水培相關(guān)的研究鮮有報道。本文以紅菜薹為試驗材料，選取8 種營養(yǎng)液配方對其進行水培，通過觀察和測定紅菜薹形態(tài)、主薹和側(cè)薹的單薹重、葉長、葉寬，株高、可溶性蛋白質(zhì)含量、可溶糖含量、維生素C 含量、硝酸鹽含量、纖維素含量，篩選出紅菜薹水培適宜營養(yǎng)液配方，為家庭園藝以及紅菜薹水培技術(shù)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試紅菜薹品種為紅雜60，2015年8月20日種子播于營養(yǎng)缽中，待長至3 ～4 片真葉，挑選生長一致的植株洗凈根部泥土后，移到水培裝置中，電動水泵間歇式（30 min/次）循環(huán)供液。水培裝置為上下兩層PVC 箱，底部一層為儲液箱，上部一層為種植箱，植株定植在固定于箱蓋上的定植籃中，不同配方的水培營養(yǎng)液盛放于獨立的水培裝置中（圖1）。

圖1 紅菜薹箱式水培Fig.1 Box-type hydroponics of purple flowering stalk

1.2 試驗方法

1.2.1 營養(yǎng)液配方 試驗設(shè)置8 種營養(yǎng)液配方A、B、C、D、E、F、A1、A2（其中，A1 和A2 分別為A 配方濃度的0.5 倍和1.5 倍），以土壤培養(yǎng)為對照，pH 控制在6 ～7，每個處理3 次重復(fù)。供試營養(yǎng)液配方具體如下，A：日本園藝配方均衡營養(yǎng)液；B：黃瓜營養(yǎng)液配方（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)）；C：Hoagland 和Arnon 通用營養(yǎng)液配方；D：綠葉菜營養(yǎng)液配方（日本山崎）；E：萵苣營養(yǎng)液配方；F：芹菜營養(yǎng)液配方［11］。營養(yǎng)液成分見表1。

1.2.2 紅菜薹樣品采集與產(chǎn)量性狀測定 2015年11月15日到30日采集紅菜薹樣品，每處理取3 份樣品。用電子天平和刻度尺測量紅菜薹主薹單薹重、主薹長、主薹橫徑、側(cè)薹單薹重、側(cè)薹長、側(cè)薹橫徑、葉長、葉寬、株高，并記錄。

1.2.3 生理指標(biāo)測定方法 可溶性蛋白質(zhì)含量的測定采用考馬斯亮藍G250 染色法，可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法，維生素C 含量的測定采用2，6-二氯酚靛滴定法，硝酸鹽含量的測定采用水楊酸硝化法，纖維素含量的測定采用比色法。以上測定方法均參見文獻［12］的方法。

表1 不同營養(yǎng)液配方Tab.1 Different nutrient solution formula /（mg·L-1）

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 和DPS 8.01 統(tǒng)計分析軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差分析，用Duncan 法進行處理間顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅菜薹產(chǎn)量性狀測定

不同營養(yǎng)液配方培養(yǎng)的紅菜薹產(chǎn)量性狀測定結(jié)果見表2。由表2 可見，營養(yǎng)液培養(yǎng)的紅菜薹主臺和側(cè)薹的單薹重、薹橫徑、薹長都要顯著低于土壤中培養(yǎng)的紅菜薹；營養(yǎng)液A、B 的紅菜薹主臺單薹重差異并不明顯，而營養(yǎng)液D 主臺單薹重明顯高于其他處理組，營養(yǎng)液E、F 主臺單薹重則明顯低于其他處理組，營養(yǎng)液配方A 的主臺單薹重要明顯高于A1、A2；不同營養(yǎng)液配方培養(yǎng)的臺橫徑差異十分明顯，其中營養(yǎng)液D 培養(yǎng)的主臺橫徑最大，C、D 營養(yǎng)液培養(yǎng)的主臺橫徑差異不明顯，但要顯著低于其他營養(yǎng)液配方；不同營養(yǎng)液配方培養(yǎng)的紅菜薹薹長差異顯著，其中營養(yǎng)液E 的主薹長最長，營養(yǎng)液B 的主薹長最短。營養(yǎng)液D 培養(yǎng)的紅菜薹側(cè)薹單薹重和薹橫徑要顯著高于其他營養(yǎng)液配方，配方營養(yǎng)液E 的主、側(cè)薹單薹重最低，側(cè)薹長最高；營養(yǎng)液A 栽培的紅菜薹薹橫徑和薹長顯著高于營養(yǎng)液配方A1、A2，其中營養(yǎng)液A2 培養(yǎng)的紅菜薹側(cè)臺抽薹非常少。營養(yǎng)液E 培養(yǎng)的紅菜薹葉長、葉寬和株高都顯著低于其他營養(yǎng)液配方。營養(yǎng)液D 培養(yǎng)的紅菜薹葉長、葉寬和株高都顯著高于其他營養(yǎng)液配方，但略低于土壤培養(yǎng)。

表2 不同營養(yǎng)液配方培養(yǎng)的紅菜薹產(chǎn)量性狀測定Tab.2 Determination of yield traits of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

2.2 不同營養(yǎng)液配方下紅菜薹生理指標(biāo)測定

2.2.1 維生素C 含量 不同營養(yǎng)液配方下紅菜薹維生素C 含量的測定結(jié)果見圖2。結(jié)果分析表明，A、B、C、D、E、F 6 種不同營養(yǎng)液配方水培的紅菜薹中維生素C 含量存在明顯差異，營養(yǎng)液配方D 培養(yǎng)的紅菜薹維生素C 含量顯著高于其他營養(yǎng)液配方，營養(yǎng)液配方E 培養(yǎng)的紅菜薹維生素C 含量要明顯低于其他其他營養(yǎng)液配方；營養(yǎng)液配方A、B、C、F 培養(yǎng)的紅菜薹維生素C 含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義。從營養(yǎng)液配方A、A1、A2 處理組的比較中可以看出，營養(yǎng)液配方A、A1 培養(yǎng)的紅菜薹的維生素C 含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而營養(yǎng)液配方A2 培養(yǎng)的紅菜薹維生素C 含量要顯著低于配方A、A1。說明營養(yǎng)液配方濃度過高會使得紅菜薹維生素C 的含量下降。營養(yǎng)液配方D 培養(yǎng)的紅菜薹維生素C 的含量比土壤中培養(yǎng)的紅菜薹少19.2%。

圖2 不同營養(yǎng)液配方水培紅菜薹維生素C 的含量Fig.2 Vitamin C content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

2.2.2 可溶性蛋白質(zhì)含量 可溶性蛋白質(zhì)含量是蔬菜營養(yǎng)價值指標(biāo)中重要的組成部分，其中蔬菜的蛋白質(zhì)含量多數(shù)與所生長的環(huán)境中的含氮量有關(guān)。由圖3 可以看出，各處理組間紅菜薹的可溶性蛋白質(zhì)含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義。其中營養(yǎng)液配方D 培養(yǎng)的紅菜薹可溶性蛋白質(zhì)含量最高，營養(yǎng)液配方A、B、C 之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但低于營養(yǎng)液配方D；營養(yǎng)液配方E、F 培養(yǎng)的紅菜薹的可溶性蛋白質(zhì)含量最低，而兩者之間差異無統(tǒng)計學(xué)意義。從營養(yǎng)液配方A、A1、A2 的比較中可以明顯看出營養(yǎng)液濃度的增加或降低都會使得培養(yǎng)的紅菜薹中可溶性蛋白質(zhì)含量顯著性下降。營養(yǎng)液配方D 培養(yǎng)的紅菜薹可溶性蛋白質(zhì)含量比土壤中培養(yǎng)的紅菜薹少13.8%。

圖3 不同營養(yǎng)液配方水培紅菜薹可溶性蛋白質(zhì)的含量Fig.3 Soluble protein content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

2.2.3 紅菜薹可溶性糖含量 紅菜薹的可溶性糖含量直接影響到感官檢驗的甜度以及綜合口感，紅菜薹中可溶性糖含量也反映紅菜薹的營養(yǎng)價值。由圖4 可以看出，不同營養(yǎng)液配方培養(yǎng)的紅菜薹可溶性糖含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義，營養(yǎng)液配方A、B、D 培養(yǎng)的紅菜薹可溶性糖含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但要明顯高于營養(yǎng)液C、F，營養(yǎng)液C、F 之間差異并不明顯。營養(yǎng)液E、F 培養(yǎng)的紅菜薹可溶性糖的含量要顯著低于其他處理組。從營養(yǎng)液配方A、A1、A2 的比較中可以明顯看出營養(yǎng)液A 濃度的降低使得紅菜薹的可溶性糖含量顯著下降，降幅達到28.5%，營養(yǎng)液A 濃度的升高使得紅菜薹的可溶性糖含量提高13.3%，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

圖4 不同營養(yǎng)液配方水培紅菜薹可溶性糖的含量Fig.4 Soluble sugar content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

2.2.4 紅菜薹纖維素含量 由圖5 可以看出，土壤、營養(yǎng)液配方A、C、D、E、F 培養(yǎng)的紅菜薹中纖維素含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而營養(yǎng)液C 培養(yǎng)的紅菜薹纖維素含量要顯著高于其他處理組。營養(yǎng)液配方A、A1、A2 培養(yǎng)的紅菜薹纖維素含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，表明培養(yǎng)液A 的濃度改變并不會影響紅菜薹纖維素含量。

2.2.5 紅菜薹硝酸鹽含量 由圖6 可知，營養(yǎng)液配方E 培養(yǎng)的紅菜薹硝酸鹽含量顯著高于其他處理組，營養(yǎng)液配方C、D、F 培養(yǎng)的紅菜薹的硝酸鹽含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義。營養(yǎng)液配方A、B 培養(yǎng)的紅菜薹硝酸鹽的含量差異無統(tǒng)計學(xué)意義，但顯著高于營養(yǎng)液配方C、D、F，低于營養(yǎng)液配方E 培養(yǎng)的紅菜薹硝酸鹽含量。營養(yǎng)液配方A2 培養(yǎng)的紅菜薹硝酸鹽含量比營養(yǎng)液配方A 高66.4%，營養(yǎng)液配方A1 的要比營養(yǎng)液配方A 低23.6%，表明營養(yǎng)液配方濃度對紅菜薹中硝酸鹽含量存在明顯的影響。

圖5 不同營養(yǎng)液配方水培紅菜薹纖維素的含量Fig.5 Cellulose content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

圖6 不同營養(yǎng)液配方水培紅菜薹硝酸鹽的含量Fig.6 Nitrate content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

3 討論

營養(yǎng)液是將含有植物生長發(fā)育所必需的各種營養(yǎng)元素和某些微量元素的化合物，按一定比例溶于水所配制而成的溶液，營養(yǎng)液有利于延長養(yǎng)分的有效性。營養(yǎng)液配方的選擇和優(yōu)化是無土栽培系統(tǒng)生產(chǎn)高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)蔬菜的重要保障［13-14］。水培生產(chǎn)的成功與否，很大程度上取決于營養(yǎng)液配方和其濃度是否合適、營養(yǎng)液管理是否能滿足植物各個不同生長階段的需求［15］。本研究表明不同營養(yǎng)液配方和營養(yǎng)液濃度對紅菜薹水培產(chǎn)生重大影響，使紅菜薹生長狀況、產(chǎn)量和品質(zhì)出現(xiàn)顯著差異。劉弘等［16］研究了不同營養(yǎng)液配方及其濃度對椒草的影響，發(fā)現(xiàn)Hoagland 營養(yǎng)液配方對椒草的綜合效果最好。董曙光等［17］研究了不同營養(yǎng)液配方對水培高羊茅生長的影響，發(fā)現(xiàn)在5 種營養(yǎng)液配方中，Hoagland 營養(yǎng)液培養(yǎng)的高羊茅各項指標(biāo)最好，是高羊茅水培的適宜營養(yǎng)液配方，Steiner 配方培養(yǎng)的高羊茅各項指標(biāo)最差。KILINC 等［18］比較了水培條件下5 個配方對無花果生長的影響，以Hewitt 和Hoagland 營養(yǎng)液配方適宜。這說明，不同植物由于各自對營養(yǎng)的需求不同，其適宜水培營養(yǎng)液也存在很大差異。通過對不同配方營養(yǎng)液下水培紅菜薹產(chǎn)量性狀和品質(zhì)指標(biāo)的觀察和測定，初步確定了適宜紅菜薹水培的營養(yǎng)液配方，即營養(yǎng)液D——綠葉菜營養(yǎng)液配方（日本山崎）。

硝酸鹽對人體的危害是眾所周知的，過量的硝酸鹽在人體中可以被還原成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽可以導(dǎo)致高鐵血紅蛋白癥，又可以進一步轉(zhuǎn)換成強致癌物——亞硝胺，誘發(fā)癌癥。別之龍等［19］和張棟等［20］的研究表明營養(yǎng)液中氮濃度越高，水培生菜中硝酸鹽含量越高，這與本試驗結(jié)果相一致。與此同時，李國英等［21］關(guān)于影響紅菜薹產(chǎn)量和品質(zhì)因素的研究表明：以銨態(tài)氮為氮源時，紅菜薹中的硝酸鹽含量明顯高于以硝態(tài)氮為氮源時的含量，本研究也得出了相似的結(jié)論。本試驗結(jié)果顯示，紅菜薹中硝酸鹽含量以E 配方和A2 配方較高，雖未超過我國規(guī)定的無公害蔬菜中葉菜類硝酸鹽含量3 000 mg/kg的限量標(biāo)準(zhǔn)（GB18406.1-2001），但接近或超過了沈明珠等［22］建議的二級衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（≤785 mg/kg），達到生食不宜的中等污染程度?？扇苄蕴羌仁歉叩戎参锏闹饕夂袭a(chǎn)物，又是碳水化合物代謝和暫時貯藏的主要形式，在植物碳代謝中占有重要位置。SCHEIBLE 等［23］的研究也表明：硝酸鹽不需進一步代謝便可在進入植物體內(nèi)后作為信號而調(diào)節(jié)碳水化合物代謝進程，如三羧酸循環(huán)和淀粉代謝，以產(chǎn)生更多的可溶性糖。本研究數(shù)據(jù)顯示，水培紅菜薹的硝酸鹽含量與可溶性糖含量相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)隨著水培時間延長，溶解氧濃度低，根系耗氧快，常導(dǎo)致作物缺氧爛根現(xiàn)象的發(fā)生，此種現(xiàn)象在丁文雅等［24］關(guān)于不同營養(yǎng)液配方對霧培生菜生物量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響的研究中也有出現(xiàn)。