γ-聚谷氨酸水凝膠對(duì)草莓生長(zhǎng)及果品影響初探

仝雅娜 李政 馬洪英 楊麗芳 喬長(zhǎng)晟 王艷婕 楊小玲

摘??? 要：為進(jìn)一步挖掘γ-PGA水凝膠在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力，以‘JY草莓為供試材料，以蛭石∶草炭∶珍珠巖=1∶1∶1配比基質(zhì)為培養(yǎng)介質(zhì)，設(shè)置5個(gè)不同的γ-PGA水凝膠施用處理，分別為0，9，18，27，36 mL·盆-1·次-1，研究日光溫室中不同γ-PGA水凝膠處理對(duì)草莓果實(shí)生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，隨著γ-PGA水凝膠濃度的增加，草莓生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)基本上呈先增加后降低的趨勢(shì)，其中株高、假莖粗、葉長(zhǎng)、葉面積、花序數(shù)、花序長(zhǎng)、平均單果質(zhì)量、平均單株產(chǎn)量及可溶性固形物、可溶性糖、維生素C含量等指標(biāo)均于18 mL·盆-1·次-1處理達(dá)到最大值，分別較對(duì)照增加了13.76%，19.98%，13.85%，22.95%，24.97%，30.56%，17.95%，19.29%，0.12百分點(diǎn)，0.2百分點(diǎn)，15.87%。綜上，合理施用γ-PGA水凝膠有助于促進(jìn)草莓產(chǎn)量和品質(zhì)的提升。

關(guān)鍵詞：草莓;γ-聚谷氨酸水凝膠;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類號(hào)：S606+.2;S668.4???????????? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?????????? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.06.001

Preliminary Investigation Effects of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel on Growth and Fruit Quality of Strawberry

TONG Yana1， LI Zheng2，MA Hongying1， YANG Lifang1， QIAO Changsheng3， WANG Yanjie1， YANG Xiaoling1

（1.Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China; 2.Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387， China; 3.Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457， China）

Abstract： To further tap the application potential of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel in agricultural production， 'JY' strawberry was used as the test material， taking vermiculite ∶ charcoal ∶ perlite =1∶1∶1 ratio matrix as the training medium， five different concentrations of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel were set， which included 0， 9， 18， 27， 36 mL per pot per times. The effects of the above five different treatments in the solar greenhouse on the growth， yield and quality of strawberry fruit were studied. The results showed that with the increase of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel concentration， strawberry growth， yield and quality index were basically represented a trend of increasing first and then decreasing， and the plant height， pseudostem diameter， leaf length， leaf width， leaf area， number of inflorescence， inflorescence length， average fruit quality， average yield per plant， and the content of soluble solid， soluble sugar， vitamin C reached the maximum at the treatment of 18 mL per pot per times. Compared with the control（0 mL per pot per times）， the above indices at the treatment of 18 mL per pot per times were increased by 13.76%， 19.98%，13.85%， 22.95%， 24.97%， 30.56%， 17.95%， 19.29%， 0.12 percentage points， 0.2 percentage points， 15.87%， respectively. Comprehensively， resonable application of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel could promote the improvement of strawberry yield and quality.

Key words：strawberry; γ-Polyglutamic Acid Hydrogel; yield; quality

γ-聚谷氨酸（ γ-Polyglutamic acid，γ-PGA） 水凝膠是 γ-聚谷氨酸經(jīng)交聯(lián)形成的一種具有三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的生物大分子材料[1]，具有良好的吸水和保水性能[2]，最高吸水倍率可達(dá)自身質(zhì)量的幾十甚至幾百倍，制備的產(chǎn)品中最高達(dá)5 000 倍，同時(shí)對(duì)人體和環(huán)境無(wú)毒害，具備可降解的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥[3]和組織工程[4]、環(huán)境[5]及紡織領(lǐng)域[6]。目前，水凝膠產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用，主要是在針對(duì)蔬菜、水果的保鮮[7-9]上有所突破，而在栽培生產(chǎn)上鮮見(jiàn)報(bào)道。近年來(lái)，隨著發(fā)酵技術(shù)的提高、優(yōu)質(zhì)菌株的應(yīng)用及發(fā)酵工藝條件的進(jìn)一步優(yōu)化，γ-PGA 水凝膠的生產(chǎn)更加高產(chǎn)高效，其價(jià)格逐漸下降，使用成本隨之降低，其在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用潛力將會(huì)進(jìn)一步得到挖掘，本研究針對(duì)γ-PGA 水凝膠保水性，初步探索其對(duì)草莓生長(zhǎng)及果實(shí)品質(zhì)指標(biāo)的影響，旨在為其在生產(chǎn)中的進(jìn)一步推廣應(yīng)用提供參考與借鑒。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020年9月—2021年5月，在天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院武清創(chuàng)新基地日光溫室內(nèi)進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，供試溫室長(zhǎng)60 m，跨度7 m，面積420 m2。

1.2 供試材料

供試草莓品種為‘JY，是天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)研究所育成的栽培品種草莓?！甁Y根系生長(zhǎng)和吸收能力強(qiáng)，休眠淺;植株長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，株態(tài)較直立;一、二級(jí)序平均單果質(zhì)量26 g，最大單果質(zhì)量60 g以上;果實(shí)圓錐形;果肉較細(xì)，甜酸適口，香氣濃郁，品質(zhì)優(yōu)，抗白粉病強(qiáng)。

供試γ-PGA水凝膠由天津工業(yè)大學(xué)紡織工學(xué)院提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 降解試驗(yàn) 將一定量的γ-PGA 水凝膠降解袋中，埋入植物根附近的土壤中，定期進(jìn)行凝膠質(zhì)量測(cè)量，得到凝膠的降解率。降解試驗(yàn)數(shù)據(jù)為合理設(shè)計(jì)栽培試驗(yàn)中施用時(shí)間提供依據(jù)。

1.3.2 試驗(yàn)方法 供試基質(zhì)為蛭石∶草炭∶珍珠巖=1∶1∶1（v/v），本試驗(yàn)栽培方式為盆栽式基質(zhì)栽培?；ㄅ枰?guī)格為21 cm×18 cm?；|(zhì)營(yíng)養(yǎng)液用山崎草莓營(yíng)養(yǎng)液[10]，配方詳見(jiàn)表 1。

草莓苗為3葉1心的匍匐莖苗，于2020年9月1定植。常規(guī)管理，蜜蜂授粉，試驗(yàn)過(guò)程中定期每周施用定量的山崎草莓營(yíng)養(yǎng)液，所有處理施肥量保持一致。

定植緩苗后15 d開(kāi)始使用γ-PGA水凝膠，每次與營(yíng)養(yǎng)液混合均勻后澆入盆中。施肥量300 mL·盆-1·周-1，通過(guò)γ-PGA水凝膠降解試驗(yàn)獲取整個(gè)生育期使用次數(shù)，試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，分別為0，9，18，27，36 mL·盆-1·次-1，分別記為CK、T1、T2、T3、T4，每個(gè)處理20盆，重復(fù)3次。生長(zhǎng)期其他管理按常規(guī)進(jìn)行。

1.4 測(cè)定方法

γ-PGA水凝膠降解率=（Wo-Wt）/Wo

式中，Wo為初始凝膠質(zhì)量;Wt為降解到某一時(shí)刻的凝膠質(zhì)量。

植株地上部指標(biāo)測(cè)定：分別在現(xiàn)蕾期、始花期、初果期、果實(shí)轉(zhuǎn)色期和盛果期各測(cè)定1次草莓植株的株高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬、花序數(shù)、花序長(zhǎng)等生長(zhǎng)指標(biāo)。每種模式選取30株進(jìn)行測(cè)量，設(shè)3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10株。

單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量測(cè)定：在采收期每個(gè)處理隨機(jī)選10株草莓，3次重復(fù)，進(jìn)行單果質(zhì)量和單株產(chǎn)量的測(cè)定，取其平均值。采收產(chǎn)量為3茬果的總數(shù)。

果實(shí)品質(zhì)測(cè)定：每組隨機(jī)取樣調(diào)查果實(shí)品質(zhì)，可溶性固形物含量用ATAGO PAL-BX/ACID4便攜式草莓糖酸一體機(jī)測(cè)定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[11]測(cè)定;可滴定酸含量采用酸堿滴定法[11]測(cè)定;維生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚比色法[11]測(cè)定。水分、干物質(zhì)采用《GB5009.3—2016》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與繪圖，用SPSS 25.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行差異顯著性分析（Duncan多重比較法）和Person相關(guān)性分析，顯著水平為P<0.05和P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ-PGA水凝膠降解率

γ-PGA水凝膠作為保水劑，具有一定的時(shí)效性，當(dāng)在基質(zhì)中保持一定的時(shí)間后，會(huì)完全降解。當(dāng)其包埋在土壤中，由圖1可知，γ-PGA水凝膠作為保水劑降解速度較快，其在第15天時(shí)全部降解。γ-PGA水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)降解后，γ-PGA大分子被釋放出來(lái)，會(huì)被植物根系吸收，根據(jù)不同作物，其作用可在30～60 d對(duì)營(yíng)養(yǎng)吸收的促進(jìn)作用達(dá)到最有效[12]，故在整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)每45 d施用1次。

2.2 γ-PGA水凝膠對(duì)草莓生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的影響

2.2.1 草莓長(zhǎng)勢(shì) 現(xiàn)蕾期、始花期、初果期、果實(shí)轉(zhuǎn)色期和盛果期分別對(duì)草莓株高、假莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬、葉面積、葉片數(shù)、花序數(shù)、花序長(zhǎng)、葉綠素相對(duì)含量等主要植株性狀進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果（表2）表明，T2處理植株長(zhǎng)勢(shì)最好，其株高、假莖粗、葉長(zhǎng)、葉面積、花序數(shù)、花序長(zhǎng)等指標(biāo)比對(duì)照分別高13.76%，19.98%，13.85%，22.95%，24.97%，30.56%，差異顯著; T1處理的葉寬最高且葉片數(shù)最多，較對(duì)照分別提高8.09%，3.45%;T3葉綠素相對(duì)含量最高，比對(duì)照顯著提高8.87%。

2.2.2 γ-PGA水凝膠對(duì)草莓產(chǎn)量的影響 由表3可知，隨著營(yíng)養(yǎng)液中γ-PGA水凝膠濃度的增加，草莓果實(shí)的平均單果質(zhì)量、平均單株產(chǎn)量、公頃產(chǎn)量出現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，均于T2處理達(dá)到最大值，然后依次是T3、T1、CK、T4，其中T2、T3與CK、T1和T4的平均單果質(zhì)量差異顯著，T2與CK和T4平均單株產(chǎn)量和公頃產(chǎn)量差異顯著，T3與T4平均單株產(chǎn)量和公頃產(chǎn)量差異顯著。由此可見(jiàn)，γ-PGA水凝膠的合理應(yīng)用有助于草莓增產(chǎn)。其中T2處理草莓的平均單果質(zhì)量和平均單株產(chǎn)量（或公頃產(chǎn)量）分別比對(duì)照高出17.95%，19.29%，增產(chǎn)效果最好。

2.2.3 γ-PGA水凝膠對(duì)草莓果實(shí)品質(zhì)的影響? 由表4可知，隨著營(yíng)養(yǎng)液中γ-PGA水凝膠含量的增加，草莓果實(shí)的可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖、維生素C含量均呈先升高后降低的趨勢(shì)，且均于T2處理達(dá)到最大值，其中可溶性固形物、可滴定酸和可溶性糖含量分別較對(duì)照提高了0.12，0.24，0.2個(gè)百分點(diǎn)，其中可滴定酸和可溶性糖含量差異顯著，維生素C含量較對(duì)照提高了15.87%，差異顯著;果實(shí)含水量遞增而干物質(zhì)量降低，但差異均未達(dá)顯著水平。

2.3 γ-PGA水凝膠與產(chǎn)量及品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析

在果實(shí)發(fā)育過(guò)程中，γ-PGA 水凝膠的使用量與草莓的產(chǎn)量、品質(zhì)相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果（表5）表明，γ-PGA 水凝膠的使用量與葉綠素相對(duì)含量及可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖、維生素 C含量和果實(shí)含水量正相關(guān)，其中與葉綠素相對(duì)含量、果實(shí)含水量顯著正相關(guān)，與可滴定酸含量極顯著正相關(guān)，其他指標(biāo)相關(guān)關(guān)系不顯著;γ-PGA 水凝膠的使用量與果實(shí)干物質(zhì)含量顯著負(fù)相關(guān)，與和單株產(chǎn)量負(fù)相關(guān)但未達(dá)顯著水平。

3 結(jié)論與討論

γ-PGA水凝膠自身攜帶的羧基和酰胺基還是親水基團(tuán)，能夠吸附水分，添加γ-PGA水凝膠能提高基質(zhì)吸水和保水能力[13-14]。本試驗(yàn)中，在草莓的生育期中，適時(shí)加入一定量的γ-PGA水凝膠能夠提高假莖粗19.98%（T2），假莖粗的提高會(huì)間接提高果實(shí)產(chǎn)量，故T2 產(chǎn)量增加了19.29%，其他生長(zhǎng)指標(biāo)也能有所提高，且該處理草莓可滴定酸含量、可溶性糖含量、維生素C含量高于對(duì)照0.12，0.24，0.2個(gè)百分點(diǎn)。綜上，適量使用γ-PGA水凝膠有助于草莓生長(zhǎng)水平、產(chǎn)量和果品質(zhì)的提升，其中以18 mL·盆-1·次-1的添加量效果最佳。

本試驗(yàn)中，草莓的產(chǎn)量和品質(zhì)指標(biāo)基本上均隨γ-PGA水凝膠使用量的增加呈先增后減的趨勢(shì)，這可能是因?yàn)棣?PGA水凝膠具有生物降解性，γ-PGA能夠?yàn)槲⑸锾峁┨荚春偷?，影響基質(zhì)微生物活性及其功能發(fā)揮，但有關(guān)土壤微生物量和微生物多樣性的研究尚有待于進(jìn)一步深入挖掘。

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收稿日期：2021-05-06

基金項(xiàng)目：天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目（20ZYCGSN00120）;天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目（20YFZCSN00130）;天津市蔬菜現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

作者簡(jiǎn)介：仝雅娜（1981—），女，天津人，助理研究員，博士，主要從事栽培生理生態(tài)和生化方面研究。

通訊作者簡(jiǎn)介：楊小玲（1968—），女，福建三明人，研究員，博士，主要從事果蔬栽培生理與調(diào)控技術(shù)方面研究。