富氫水處理對(duì)青菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

宋韻瓊 張 峻 張俊波 顧振西 陸文玉

（1上海市閔行區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)中心，上海 201199；2上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院，上海 200240；3上海市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，上海 201103）

作為一種具有還原性的惰性氣體，氫氣（H2）在自然界中無處不在。直到2007年，日本學(xué)者Ohsawa等[1]發(fā)現(xiàn)H2能選擇性地清除羥自由基和過氧化硝酸陰離子，顯示出較強(qiáng)的抗氧化效應(yīng)，而不影響其他活性氧的功能。這一報(bào)道的問世，立即引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，有關(guān)H2生物活性及其在多種疾病防治中的作用迅速成為研究熱點(diǎn)。綜合考慮H2的安全性以及成本，將H2溶于水得到的富氫水（hydrogen-rich water，HRW），是H2在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的最主要形式。國(guó)內(nèi)的研究小組率先將HRW應(yīng)用于農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育過程中，發(fā)現(xiàn)HRW處理既能提高植物抗逆性[2]，延長(zhǎng)農(nóng)產(chǎn)品保鮮期[3]，又能提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[4-5]。

青菜又名小白菜、不結(jié)球白菜，是十字花科蕓薹屬植物，是南方地區(qū)居民餐桌上不可或缺的綠色蔬菜。青菜具有根系淺、吸收能力弱、喜肥等特點(diǎn)，易導(dǎo)致青菜中硝酸鹽積累加重[6]。讓市民吃到安全、放心的蔬菜是蔬菜生產(chǎn)的關(guān)鍵。H2施用后，農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的提高可能與H2促進(jìn)植物光合作用[7]以及碳水化合物積累[8]有關(guān)。前期研究發(fā)現(xiàn)，施用HRW后，小蒼蘭葉片的長(zhǎng)度和寬度增加，花期提前，種球的鮮重和干重也顯著增加[9]，但是關(guān)于HRW施用對(duì)青菜生產(chǎn)的影響未見報(bào)道。由于分子量小、無色無味、H2處理后不會(huì)造成任何環(huán)境污染和食品安全隱患等特點(diǎn)，2014年，《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 氫氣》（GB 31633—2014）正式將H2列為食品添加劑。因此，將H2應(yīng)用于青菜生產(chǎn)上的研究，將為青菜無公害生產(chǎn)探索一條新途徑。

1 材料與方法

1.1 HRW的制備

采用電解水的方法[10]，用濟(jì)南浩偉儀器有限公司SHC-300型氫氣發(fā)生器制得體積比為99.99%的純凈氫氣，然后以150mL/min的速率將制得的氫氣通入清水中制成HRW溶液。制成后，立刻將HRW溶液小心而快速地稀釋于蒸餾水中，濃度梯度為1%、10%、25%、50%、100%。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2021年3—5月在上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院溫室內(nèi)進(jìn)行，供試青菜品種為華耘青1號(hào)青梗菜。種子采用常規(guī)方法處理后，以去離子水為對(duì)照，同時(shí)分別采用濃度（體積百分比）為1%、10%、25%、50%和100%的HRW浸泡青菜種子，2 h后撈出晾干，播種。種子播于裝有菜園土和泥炭混合基質(zhì)（體積比為1∶1）的穴盤中，待播種出苗20 d后，挑選長(zhǎng)勢(shì)最好的一組幼苗（10%HRW浸種組）和對(duì)照組移栽到高12 cm、直徑10 cm的塑料花盆中開展試驗(yàn)。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，分別為：去離子水對(duì)照（CK），即用去離子水浸泡種子，后期采用去離子水噴施植株；50%HRW噴施，即用去離子水浸泡種子，后期采用50%HRW噴施植株；10%HRW浸種，即用10%HRW浸泡種子，后期采用去離子水噴施；10%HRW浸種+50%HRW噴施，即用10%HRW浸泡種子，后期采用50%HRW噴施植株。試驗(yàn)采用完全區(qū)組設(shè)計(jì)。每盆栽植1株青菜，基質(zhì)為菜園土和泥炭體積比為1∶1的混合基質(zhì)。噴施組和浸種+噴施組每7～10 d噴1次50%HRW，用量500mL，共噴3次。

1.3 形態(tài)和生理指標(biāo)的測(cè)定

1.3.1 采收期形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定。在青菜采收期，測(cè)定株高、開展度、總?cè)~數(shù)、最大葉長(zhǎng)×葉寬、缺棵率等形態(tài)指標(biāo)。將青菜植株整株從花盆中拔出，洗凈根系上的泥土，并用吸水紙吸干后測(cè)定單株鮮重、地上部鮮重、地下部鮮重和單位葉鮮重等形態(tài)指標(biāo)，然后將單位鮮葉80℃烘至恒重，測(cè)量單位葉干重。干物質(zhì)含量（%）=單位葉干重/單位葉鮮重×100[11]。

1.3.2 生理指標(biāo)的測(cè)定。采收青菜測(cè)定形態(tài)指標(biāo)后，將樣品葉片用于測(cè)定生理指標(biāo)。硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測(cè)定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)顯色法測(cè)定；VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定；纖維素含量采用濃酸水解定糖法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

應(yīng)用SAS 9.1.2軟件，在P=0.05的水平上，采用Fisher′s最小顯著差異法（LSD）對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。文章中的圖表采用SigmaPlot10.0軟件繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 HRW處理對(duì)青菜形態(tài)指標(biāo)的影響

關(guān)于總?cè)~數(shù)的結(jié)果顯示，50%HRW噴施、10%HRW浸種和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理較CK提升幅度分別為2.5%、13.75%和18.75%。其中：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理平均葉片數(shù)最多，達(dá)到11.875片；10%HRW浸種處理次之，平均葉片數(shù)為11.375片。由圖1（a）可以看出，10%HRW浸種+50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理均較CK顯著提升了青菜采收期的總?cè)~數(shù)。

由圖2（b）可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施、10%HRW浸種處理最大葉長(zhǎng)×葉寬均較CK顯著增加，分別比CK增加了46.71%和32.16%，但是2個(gè)處理間差異不顯著；50%HRW噴施處理最大葉長(zhǎng)×葉寬稍低于CK，但與CK差異不顯著。

有關(guān)HRW對(duì)開展度的影響研究結(jié)果表明，50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理分別較CK增加了2.74%、13.94%和21.21%，10%HRW浸種+50%HRW噴施處理開展度最大（220.95mm）。由圖1（c）可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理開展度與CK差異顯著，兩組間差異性不顯著；50%HRW噴施處理開展度顯著低于10%HRW浸種+50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理，但與CK差異不顯著。

株高方面，50%HRW噴施、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理分別比CK增加12.1%、25.52%和37.25%，10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜株高最高，平均為135.08mm。由圖1（d）可以看出：10%HRW 浸種+50%HRW 噴施處理和10%HRW浸種處理株高均較CK顯著增加，且兩組間差異不顯著；50%HRW噴施處理較CK株高有所增加，但差異不顯著；10%HRW浸種處理株高稍高于50%HRW噴施處理，兩者差異不顯著。

2.2 HRW處理對(duì)青菜生物量的影響

由圖2（a）可以看出：10%HRW 浸種+50%HRW噴施處理單株鮮重最大，達(dá)到最大值，為10.389 g，顯著高于其他處理，較CK增加79.74%；10%HRW浸種處理次之，顯著高于50%HRW噴施處理和CK，較CK增加40.76%；50%HRW噴施處理單株鮮重與CK無顯著差異。由圖2（b）可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜地上部鮮重最大，為9.68 g，顯著高于其他處理，較CK增加72.23%；10%HRW浸種處理次之，顯著高于50%HRW噴施處理和CK，較CK增加37.22%；50%HRW噴施處理青菜地上部鮮重與CK無顯著差異。由圖2（c）可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜地下部鮮重最大，為0.711 g，顯著高于其他處理，較CK增加353.53%；10%HRW浸種處理次之，顯著高于50%HRW噴施處理和CK，較CK增加171.04%；50%HRW噴施處理青菜地上部鮮重與CK無顯著差異。綜上可知，不同處理青菜單株鮮重、地上部鮮重和地下部鮮重的變化趨勢(shì)一致。由圖2（d）可以看出，50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理間青菜葉片干物質(zhì)含量差異不明顯，但均顯著高于CK，分別較CK增加8.78%、7.81%和7.39%，以50%HRW噴施處理青菜葉片干物質(zhì)含量最高（8.57%）。

2.3 HRW處理對(duì)青菜品質(zhì)的影響

由圖3可以看出，50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜纖維素含均顯著低于CK，分別較CK下降了21.52%、13.68%和20.13%，但三者間纖維素含量差異不顯著。

由圖4可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜可溶性糖含量最高，顯著高于CK，但是與50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理間差異不顯著，3個(gè)HRW處理青菜可溶性糖含量較CK增加了14.37%～16.81%。

關(guān)于可溶性蛋白含量的分析結(jié)果顯示，50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜葉片可溶性蛋白含量均顯著高于CK，分別較CK增加了66.65%、31.49%和67.70%。比較3個(gè)HRW處理發(fā)現(xiàn)，50%HRW噴施處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理可溶性蛋白含量差異不顯著，但均顯著高于10%HRW浸種處理（圖5）。

關(guān)于VC含量的分析結(jié)果顯示，50%HRW噴施處理青菜葉片VC含量最高，顯著高于其他處理；10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜葉片VC含量與CK差異不顯著（圖6）。三者青菜葉片VC含量分別較CK增加了28.67%、4.90%和3.07%。

關(guān)于硝酸鹽含量的分析結(jié)果顯示，3個(gè)HRW處理青菜葉片的硝酸鹽含量均較CK顯著降低，但三者間沒有顯著差異（圖7），50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜葉片的硝酸鹽含量分別較CK降低了15.88%、10.95%和11.63%。

3 結(jié)論與討論

近年來研究發(fā)現(xiàn)，H2作為一種重要的信號(hào)分子，參與了植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)和植物逆境的修復(fù)。富氫水可以通過提高芽苗菜的次生代謝產(chǎn)物和抗壞血酸含量來提高其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[12]；可以提高青菜耐受重金屬鎘污染能力，減少青菜中重金屬水平，提高青菜中抗氧化物質(zhì)水平[13]；可以通過調(diào)節(jié)抗氧化防御能力來延緩斑玉蕈貯藏過程中的腐爛[14]。本試驗(yàn)證明了不同的HRW處理對(duì)青菜的形態(tài)指標(biāo)、生物量和生理指標(biāo)都有一定的促進(jìn)效果，但是不同處理間效果存在差異。HRW處理對(duì)青菜形態(tài)指標(biāo)有顯著的促進(jìn)效果，類似于植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑的作用。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，與去離子水對(duì)照相比，無論是用10%HRW浸泡青菜種子并且用50%HRW噴施，還是僅用10%HRW浸泡青菜種子或僅用50%HRW噴施，對(duì)青菜總?cè)~數(shù)、最大葉長(zhǎng)×葉寬、開展度和株高均有一定程度的提高。此外，與去離子水對(duì)照相比，HRW處理后青菜纖維素和硝酸鹽含量均顯著降低，可溶性蛋白含量顯著提高；可溶性糖含量只有用10%HRW浸泡青菜種子并50%HRW噴施處理顯著提升；VC含量只有僅噴施50%HRW處理顯著提升。

在設(shè)施條件下，青菜生產(chǎn)不同于露地，灌溉等農(nóng)事操作不當(dāng)會(huì)引起病害，造成青菜死苗缺棵情況。在本試驗(yàn)中，3個(gè)HRW處理的青菜均沒有出現(xiàn)死苗缺棵現(xiàn)象，僅有去離子水對(duì)照出現(xiàn)缺棵現(xiàn)象（缺棵率為12.5%），說明HRW處理青菜比去離子水對(duì)照表現(xiàn)出一定的抗逆性。

用10%HRW浸泡青菜種子并用50%HRW噴施和僅用10%HRW浸泡青菜種子2個(gè)處理均顯著增加了青菜生物量，且既浸泡種子又噴施處理的效果最好。這說明HRW的不同處理對(duì)青菜生長(zhǎng)或產(chǎn)量的效應(yīng)因處理方式不同而異，同時(shí)受到HRW用量的影響。在青菜形態(tài)學(xué)指標(biāo)中我們也看到類似的結(jié)果。將HRW浸泡種子與噴施配合使用，對(duì)青菜的增產(chǎn)效果最明顯；如果條件有限，僅用10%HRW浸泡青菜種子，也可以達(dá)到相對(duì)較好的效果。

青菜葉片部分的硝酸鹽含量是衡量青菜質(zhì)量情況的一個(gè)重要指標(biāo)，葉片內(nèi)積累過量的硝酸鹽會(huì)對(duì)人體健康存在潛在危害。本試驗(yàn)中3個(gè)HRW處理相對(duì)于去離子水對(duì)照均顯著降低了葉片中硝酸鹽的含量。有研究表明，蔬菜中硝酸鹽的含量通常與土壤中氮含量有關(guān)[15]。通過查閱相關(guān)資料，推測(cè)HRW的作用主要體現(xiàn)在信號(hào)調(diào)控上，抑制青菜吸收并合成硝酸鹽。這也比較符合之前關(guān)于HRW機(jī)理的研究，HRW具有信號(hào)傳導(dǎo)作用。

VC是衡量蔬菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。與去離子水對(duì)照相比，不同處理組合中，僅噴施50%HRW處理顯著提高了青菜VC含量，僅用10%HRW浸泡種子處理對(duì)VC含量不產(chǎn)生顯著性影響，而10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜VC含量也沒有顯著增加。推測(cè)可能高劑量的HRW抑制青菜體內(nèi)VC代謝，只有合適劑量的HRW使用才會(huì)促進(jìn)青菜體內(nèi)VC的合成；抑或由試驗(yàn)中存在的誤差導(dǎo)致的，需要進(jìn)一步探究。

3個(gè)HRW的處理中，只有用10%HRW浸泡青菜種子并用50%HRW噴施能顯著提高青菜可溶性糖的含量，這可能與較高劑量的HRW可以促進(jìn)葉片內(nèi)VC代謝或促進(jìn)光合作用有關(guān)。

可溶性蛋白和纖維素含量也是青菜品質(zhì)及膳食營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)。其中，可溶性蛋白含量是衡量青菜品質(zhì)不可或缺的一項(xiàng)指標(biāo)，3個(gè)HRW處理組均顯著提升了葉片的可溶性蛋白含量，且10%HRW浸種+50%HRW噴施處理效果最好，表現(xiàn)出HRW處理對(duì)可溶性蛋白指標(biāo)存在疊加效應(yīng)。高含量的纖維素雖然可以提升青菜的品質(zhì)，但也在一定程度上影響食用口感。在市場(chǎng)上消費(fèi)者通常優(yōu)先選擇口感佳的青菜購(gòu)買，3個(gè)HRW處理青菜的纖維素含量均有顯著降低，而纖維素含量的顯著降低可提升青菜食用口感。

綜合考慮青菜的形態(tài)指標(biāo)、生物量指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)，在條件允許的情況下，推薦選擇用10%HRW浸泡青菜種子并噴施50%HRW處理，效果最佳；如果受限制于具體實(shí)施條件，可以選擇僅用10%HRW浸泡青菜種子，也可取得一定的提升效果。注意這樣的推薦方法僅適用于青菜，對(duì)于其他品類蔬菜HRW的用法、用量可能會(huì)存在差別，還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。