桑葉酵素液對水培小白菜生長及品質的影響

樊宇婷，李 陽，王吉慶，杜清潔，馮晨陽，肖懷娟，李娟起

（河南農業(yè)大學園藝學院 鄭州 450002）

隨著生活水平的提高，人們對于優(yōu)質、有機蔬菜的需求越來越多，生產者通過各種有效方法來提高蔬菜的產量和品質，比如利用植物酵素營養(yǎng)液。植物酵素營養(yǎng)液是將紅糖、植物材料（天然的植物組織或者經濟作物殘體，如葉片、花、果實等）與水按一定比例混合均勻后發(fā)酵而成的酵素制劑。喬一飛等以Hogland 營養(yǎng)液配方為基礎研究了不同濃度沼液對水培油菜產量及品質的影響，指出沼液能夠有效提高油菜的產量和品質。代明亮等指出，利用植物源營養(yǎng)液能有效提高雪青梨的葉面積、單果質量及可溶性固形物含量。陳小偉等研究指出，果蔬施用植物酵素營養(yǎng)液后，既能改善產品品質，也能降低果實中硝酸鹽和粗纖維的含量。

已有研究報道指出，南瓜屬植物的嫩枝、葎草、薄荷和孔雀草等都是很好的發(fā)酵原料，這些原料無毒、無害，利用這些原料制備的植物酵素營養(yǎng)液不僅安全穩(wěn)定、施用方便，還能抗病抗蟲、提高品質。?？浦参锷＃↙.）的葉子，占桑園年產干物質量的36%左右，其中含有豐富的營養(yǎng)物質及多種活性成分，有維生素、黃酮、多酚、類生物堿、萜類化合物、類固醇等，且蛋白質和氨基酸組成較平衡，具有降血糖、降血壓等多種作用。我國的桑葉資源很豐富，但應用范圍有限，傳統(tǒng)的除了用于養(yǎng)蠶外，有近一半的桑葉并未被充分利用，造成桑葉資源的極大浪費。隨著人們對桑葉研究的深入，目前桑葉已逐漸應用于各種畜禽、水產動物的養(yǎng)殖中，并表現(xiàn)出特殊的飼用價值，但在農業(yè)生產中，鮮見以桑葉為原料發(fā)酵制作有機營養(yǎng)液進行作物栽培的研究報道。筆者在前期研究的基礎上，采用營養(yǎng)液中添加不同稀釋倍數(shù)的桑葉酵素液水培小白菜，研究桑葉發(fā)酵液作為有機營養(yǎng)液對水培小白菜生長及其營養(yǎng)品質的影響，探索以桑葉為資源開發(fā)植物源有機營養(yǎng)液的可行性，以期為進一步提高桑葉的開發(fā)利用率提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試小白菜種子品種為速達996（早熟快菜，抗病性強，耐濕熱，豐產和穩(wěn)產性較好），購自鄭州五金農業(yè)技術開發(fā)有限公司。發(fā)酵及浸提所用材料為桑葉，所用水為蒸餾水。桑葉酵素液在河南農業(yè)大學園藝學院生理栽培實驗室制備，其制作方法為：∶∶=10∶3∶40 進行發(fā)酵物料配比，采用好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵相結合的方法制備，發(fā)酵桑葉長度2～3 cm，前期好氧發(fā)酵，每周攪拌1 次，發(fā)酵50 d EC 值、pH 值穩(wěn)定后取濾液進行厭氧發(fā)酵，整個發(fā)酵過程均在覆蓋黑白膜的暗環(huán)境中進行發(fā)酵，厭氧發(fā)酵250 d 至桑葉完全溶解后，將酵素液靜置0.5 h 后取出部分過濾液，將剩余發(fā)酵液經3層紗布過濾取出即完成桑葉酵素液的制備（表1）。

表1 桑葉酵素液的營養(yǎng)成分及理化性質

1.2 試驗地點及方法

田間試驗于2021 年5 月12 日至6 月15 日在河南農業(yè)大學第三生活區(qū)的塑料大棚內進行；發(fā)酵試驗和指標測試于2021 年7 月1 日至2022 年3月10 日在河南農業(yè)大學122 實驗室進行。采用完全隨機試驗方法，將桑葉酵素液進行稀釋，設置5個不同的處理：不添加桑葉酵素液作對照（CK），稀釋250 倍（T1）、稀釋500 倍（T2）、稀釋750 倍（T3）、稀釋1000 倍（T4）。

采用水培育苗的方式，營養(yǎng)液為改良的霍格蘭配方。15 d 后將幼苗分級，選大小一致的幼苗置于定植杯內，隨機定植到水培架上。水培系統(tǒng)：容積為50 L 的栽培箱，箱上覆蓋泡沫板（145 cm×60 cm×2 cm），泡沫板上打直徑為3 cm 的定植孔，間距為16 cm×18 cm，每個泡沫板打36 個定植孔；采用小龍駒ACO-003 A 型號46 W 增氧泵；采用德力西KG316T 型號的時控開關，控時精確度為1 min。整個生長期間供營養(yǎng)液，種子出芽前避光，出芽后每天07：00—19：00 進行光合作用，1 h 供氧15 min；20：00—06：00 時，分別于24：00、06：00 各供氧15 min；其余時間進行呼吸作用。定植20 d 時開始在晴天09：00—11：00 期間測光合數(shù)據(jù)，此后每5 d 測1次，共測3 次；各處理定植如圖2 所示，每個處理重復3 次，隨機區(qū)組排列，定植35 d 后每組隨機取樣6 株進行相關數(shù)據(jù)的采集。

1.3 測定指標及方法

每個處理隨機取出6 株小白菜，用卷尺測莖基部到小白菜植株生長點為株高，單位：cm。株幅用50 cm 的直尺測量以生長點為中心的葉片展開之間的最大距離，單位：cm。葉片數(shù)計量葉長小于5 cm的不計。用直尺測量最大根長。地上部、地下部干鮮質量測定：用分析天平測定地上部和地下部質量為鮮質量，105 ℃殺青15 min，85 ℃恒溫烘至恒質量后稱量為干質量。采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍染色法測定可溶性蛋白含量；采用2，6-D 滴定法測維生素C 含量；采用吸光度法測花青素、硝態(tài)氮含量；超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、過氧化物酶（POD）活性分別根據(jù)試劑盒（購買自北京索萊寶科技有限公司）的說明書進行測定；采用分光光度法測葉綠素和類胡蘿卜素含量；用LI-6400XT 便攜式光合儀測定葉片凈 光 合 速 率（，μ mol·m·s）、蒸 騰 速 率（，mmol·m·s）、氣孔導度（，mol·m·s）和胞間CO濃度（，μmol·mol）。采用凱氏定氮法測植株全氮含量，采用釩鉬酸銨比色法測全P 含量；用火焰原子吸收光譜法測植株Ca、Mg、Fe、Zn 和全K含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析均采用IBM SPSS Statistics 20.0 軟件進行方差分析，用Office 365 Excel 軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、作圖，并運用LSD 檢驗法對顯著性差異進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 添加桑葉酵素液對水培小白菜形態(tài)的影響

由表2 可以看出，水培小白菜的株高、株幅、葉面積、最大根長、根體積均隨著桑葉酵素液稀釋倍數(shù)的增加呈現(xiàn)出先增后減趨勢，其中T2 處理株高、株幅、葉面積均為最大且均顯著高于對照。水培小白菜的葉片數(shù)隨桑葉酵素液稀釋倍數(shù)的增加呈現(xiàn)遞增趨勢，且T3 和T4 葉片數(shù)均顯著高于CK，T1、T2 與CK 的差異未達顯著水平。與CK 相比，添加桑葉酵素營養(yǎng)液對小白菜根長和根體積均沒有顯著影響。由此表明，添加桑葉酵素液對水培小白菜地上部生長有一定的促進作用，且桑葉酵素液稀釋倍數(shù)為500 倍時對水培小白菜的地上部生長促進效果最好。

表2 添加桑葉酵素液對水培小白菜形態(tài)的影響

2.2 添加桑葉酵素液對水培小白菜干、鮮質量的影響

由表3 可以看出，水培小白菜的干、鮮質量隨桑葉酵素液稀釋倍數(shù)的增加呈現(xiàn)出先增后減趨勢。其中，T2 處理鮮、干質量均為最大，且全株鮮、干質量均顯著高于其他各處理，較CK 分別增加了9.17%、29.47%，且T1 處理地上部及全株鮮質量顯著低于CK，表明桑葉酵素液的濃度過大會限制水培小白菜的生長，桑葉酵素液稀釋倍數(shù)為500 倍時對水培小白菜的干、鮮質量的促進效果最好。

表3 添加桑葉酵素液對水培小白菜干、鮮質量的影響

2.3 添加桑葉酵素液對水培小白菜葉片光合色素含量的影響

由表4 可以看出，水培小白菜葉片葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量隨著桑葉酵素液稀釋倍數(shù)的增加均呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢。與CK 相比，僅T4 處理葉綠素含量顯著降低，T3 處理類胡蘿卜素含量顯著升高，其他各處理各項指標均未達到顯著差異水平。結果表明，添加適量的桑葉酵素液對水培小白菜葉片的葉綠素a、葉綠素b、葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響不大，且當桑葉酵素液稀釋倍數(shù)為1000 倍時，會對水培小白菜葉片的葉綠素含量產生抑制效果。

表4 添加桑葉酵素液對水培小白菜光合色素含量的影響 （mg·g-1）

2.4 添加桑葉酵素液對水培小白菜葉片光合特性的影響

由圖1 可以看出，添加桑葉酵素液可促進水培小白菜的光合特性。定植20 d 時，與CK 相比，T1、T2 處理下水培小白菜的顯著增加，其他處理與CK 無顯著差異；定植25 d 時，與CK 相比，添加桑葉酵素液的各處理小白菜的顯著增加；定植30 d時，與CK 相比，T2 處理下水培小白菜的顯著增加，其他處理與CK 無顯著差異。定植20 d 時，與CK 相比，T1、T2 處理顯著升高，其他處理與CK差異不顯著；定植25 d 時，與CK 相比，T2、T3 處理顯著升高，其他處理與CK 差異不顯著；定植30 d時，與CK 相比，T2 處理顯著升高，其他處理與CK 差異不顯著。定植25 d 時，與CK 相比，僅T4處理小白菜的顯著降低；定植30 d 時，與CK 相比，僅T1 處理小白菜的顯著降低，定植20 d 時，各處理與CK 均無顯著差異。定植20 d 時，T1、T2、T4 處理均顯著高于CK；定植25 d 時，與CK 相比，添加桑葉酵素液各處理小白菜的均顯著升高；定植30 d 時，各處理小白菜的與CK 均無顯著差異。結果表明，添加適量的桑葉酵素液能顯著提高水培小白菜葉片的光合效率，定植20 d 時，T1、T2 的促進效果較好；定植25 d 時，T3 的促進效果最好；定植30 d 時，T2 的促進效果最好，凈光合速率、氣孔導度較CK 分別顯著提高了22.65%、37.84%。

圖1 添加桑葉酵素液對水培小白菜光合特性的影響

2.5 添加桑葉酵素液對水培小白菜營養(yǎng)品質的影響

由表5 可以看出，T2 處理可溶性糖含量最高，且顯著高于CK，較CK 增加62.59%；各處理的可溶性蛋白較CK 顯著增加；各處理的維生素C 含量與CK 差異不顯著；添加桑葉酵素液的各處理的硝態(tài)氮含量均顯著低于CK，表明添加桑葉酵素液能降低水培小白菜中的硝態(tài)氮含量；與CK 相比，T1、T2 能顯著增加小白菜的花青素含量（表5）。綜合來看，當添加稀釋倍數(shù)為500 倍的桑葉酵素液能最大程度提高水培小白菜的品質，同時降低其中硝態(tài)氮含量，具有最優(yōu)的提高品質的效果。

表5 添加桑葉酵素液對水培小白菜營養(yǎng)品質的影響

2.6 添加桑葉酵素液對水培小白菜礦質元素積累量的影響

植物中的礦質元素含量與其生長發(fā)育和品質的形成密切相關。由表6 可以看出，添加桑葉酵素液對水培小白菜礦質元素積累量具有一定影響。添加適宜濃度桑葉酵素液有利于水培小白菜地上部全磷、鐵、鋅含量積累。其中，T2 處理全磷、鐵、鋅含量較CK 分別顯著增加了88.65%、39.74%、28.23%；各處理全鉀、鎂含量較CK 均無顯著性差異；與CK 相比，T2、T3 處理全氮積累量顯著降低；除T2 處理外，其他各處理鈣含量均顯著低于CK。添加桑葉酵素液對水培小白菜根系中的礦質元素積累量也產生一定影響。各處理的全氮、鎂含量均與CK 無顯著性差異；T4 處理全磷含量顯著高于CK；各處理全鉀含量顯著增加，其中，T1 含量最高，較CK 增加了52.19%，T1 的鋅含量顯著增加38.30%；各處理鈣含量顯著降低。綜合來看，添加適宜濃度的桑葉酵素液有利于水培小白菜礦質元素的積累。

表6 添加桑葉酵素液對水培小白菜礦質元素積累量的影響

2.7 添加桑葉酵素液對水培小白菜丙二醛（MDA）含量的影響

由圖2 可以看出，添加適量的桑葉酵素液有利于減少水培小白菜丙二醛（MDA）含量。T2 的MDA 含量顯著低于CK，較CK 減少了29.47%，其他處理與CK 差異不顯著。結果表明，當桑葉酵素液稀釋倍數(shù)為500 倍時對減少水培小白菜丙二醛（MDA）含量效果最為顯著。

圖2 添加桑葉酵素液對水培小白菜丙二醛含量的影響

2.8 添加桑葉酵素液對水培小白菜抗氧化酶活性的影響

由圖3 可以看出，添加適量的桑葉酵素液有利于提高水培小白菜超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性、過氧化物酶（POD）活性。T2 處理SOD、CAT活性顯著高于CK，分別較CK 增加了23.57%、69.60%，其他處理與CK 差異均不顯著。T2、T3、T4處理APX 酶活性均顯著高于CK、T1，而3 個處理間差異未達到顯著水平。與CK 相比，添加桑葉酵素液各處理均顯著增強小白菜葉片POD 的活性。結果表明，水培小白菜的營養(yǎng)液中添加適宜濃度的桑葉酵素液有利于提高水培小白菜SOD、CAT、APX、POD 的活性，且當桑葉酵素液稀釋倍數(shù)為500 倍時增強抗氧化酶活性的效果最為明顯。

圖3 添加桑葉酵素液對水培小白菜抗氧化酶系統(tǒng)的影響

2.9 水培小白菜形態(tài)的主成分分析

為了研究水培小白菜形態(tài)、品質、根系礦質元素及葉片酶的活性與各處理的關系，首先運用主成分分析方法（PCA）對小白菜形態(tài)各個指標和各處理的關系進行分析。由圖4 可以看出，各處理被主成分PC1 和PC2 明顯區(qū)分開，分別占據(jù)總變量的51.97%、17.04%。其中，第1 主成分PC1 主要受小白菜株高、株幅、最大根長、葉面積和干鮮質量的影響。第2 主成分PC2 主要受葉片數(shù)和根體積的影響。這表明添加適宜濃度的桑葉酵素液能顯著提高水培小白菜的株高、株幅、最大根長、葉面積、干鮮質量。

圖4 形態(tài)指標與不同處理之間的關系

2.10 水培小白菜品質的主成分分析

運用主成分分析對小白菜品質各個指標和各處理的關系進行分析。由圖5 可以看出，各處理被主成分PC1 和PC2 明顯區(qū)分開，分別占據(jù)總變量的34.31%、28.03%，其中，第1 主成分PC1 主要與可溶性糖、可溶性蛋白、硝態(tài)氮、花青素含量相關。第2主成分PC2 主要與維生素C、葉綠素a、葉綠素色素含量相關。這表明添加適宜濃度的桑葉酵素液能明顯提高水培小白菜的可溶性糖、可溶性蛋白、花青素含量，且能顯著降低其中的硝態(tài)氮含量。

圖5 品質指標與不同處理之間的關系

2.11 水培小白菜根系中礦質元素、葉片中酶的活性分析

運用主成分分析對小白菜根系中的礦質元素、葉片中酶的活性和各處理的關系進行分析。由圖6可以看出，大部分處理被主成分PC1 和PC2 明顯區(qū)分開，分別占據(jù)總變量的43.16%、27.49%，其中，第1 主成分PC1 主要受Ca、SOD、POD、CAT、MDA 的影響，第2 主成分PC2 主要受Zn 的影響。這表明添加適宜濃度的桑葉酵素液能明顯提高水培小白菜的SOD、POD、CAT 抗氧化酶活性。

圖6 根系礦質元素、葉片酶的活性指標與不同處理之間的關系

3 討論與結論

3.1 添加桑葉酵素液對水培小白菜生長的影響

桑葉酵素中含有豐富的維生素、有機養(yǎng)分、天然植物激素、礦物質、營養(yǎng)元素及多種活性成分，可有效促進蔬菜作物的營養(yǎng)生長。已有大量研究表明，葉面噴施或根系施用植物源酵素營養(yǎng)液能有效促進植物生長、提高作物產量、增強抗逆性等，但需要依賴適宜的濃度才能發(fā)揮作用。本試驗中，添加500 倍桑葉酵素液顯著提高了水培小白菜的株高、株幅、葉面積、地上部干鮮質量、地下部干質量和全株干鮮質量。這與覃葉欣將植物酵素施用在西瓜上，幼苗株高、莖粗、根長、干質量等均顯著增加，有效促進西瓜幼苗的生長的研究結果一致。葉綠素是植物吸收光能的主要物質，影響光合作用。施用植物酵素可以有效提高植物葉片中的葉綠素含量，增強植株光合作用和植株長勢。本試驗中，添加適宜濃度的桑葉酵素顯著增強了水培小白菜葉片中的光合作用，提高了葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率，增強了光合能力；此外葉綠素a、葉綠素b、葉綠素色素含量均未顯著提高，可能在定植35 d 后，小白菜達到收獲的大小，葉綠素等色素慢慢開始分解，沒有表現(xiàn)出絕對的優(yōu)勢。礦質元素是動物、植物和微生物等生命有機體中的重要組成物質，在生命活動中起著重要的作用。其中，氮素是蛋白質和核酸的組成成分，也是植物激素（如生長素和細胞分裂素）和維生素的基本構成組分。磷參與植物中蛋白質合成、細胞分裂等過程，可促進根系對氮素的吸收，從而促進根系生長。鉀主要參與調控果實的營養(yǎng)水平。鐵、鈣、鎂、鋅等礦質營養(yǎng)元素參與植物的光合作用和呼吸作用的電子傳遞、葉綠體合成等許多重要生理過程，是植物生長必不可少的微量元素。本試驗中添加適宜濃度的桑葉酵素液可有效提高水培小白菜中的全磷、全鉀、鐵、鋅含量，這與龐敏暉等施用蔬菜廢棄物發(fā)酵液能顯著提高‘四季快菜’的氮、磷、鉀養(yǎng)分含量結果一致。本試驗中施用酵素液后不利于水培小白菜的鈣含量吸收，這可能是因為酵素液中某種養(yǎng)分離子濃度偏高，與鈣離子反應，從而鈣吸收受到抑制，含量降低。

3.2 添加桑葉酵素液對水培小白菜營養(yǎng)品質的影響

已有研究表明，人類膳食中90%以上的維生素C來自蔬菜和水果，可見維生素C 是評價蔬菜營養(yǎng)品質的重要指標之一。硝酸鹽是評價蔬菜安全品質很重要的指標，它本身并無害，但在人體內會轉化成亞硝酸鹽，亞硝酸鹽危害人體健康，而人體中攝入的硝酸鹽有81.2%來自蔬菜，所以蔬菜的硝酸鹽含量越來越受到關注。此外，蛋白質、可溶性糖含量也是評價蔬菜品質很重要的指標。施用植物酵素會提升蔬菜內的維生素C、蛋白質、可溶性糖等的含量，使蔬菜內物質積累增多，果實生長飽滿，數(shù)量增多，品質優(yōu)良。有研究指出，果蔬施用植物酵素營養(yǎng)后，可在改善品質的同時降低果實中硝酸的含量。在本試驗中，與CK 相比，所有在營養(yǎng)液中添加桑葉酵素液的處理均增加了可溶性糖、可溶性蛋白含量，同時均降低了小白菜的硝酸鹽含量，可能是因為桑葉酵素中的有機成分能降解小白菜硝酸鹽成分。

3.3 添加桑葉酵素液對水培小白菜丙二醛（MDA）含量和抗氧化酶活性的影響

MDA 是膜脂過氧化的最終產物，是評價膜系統(tǒng)是否受損傷的重要指標。在本試驗中，葉片中MDA 含量隨著稀釋倍數(shù)的增加呈現(xiàn)先降低再升高趨勢，桑葉酵素液處理小白菜丙二醛含量均低于CK，T2 處理最低，且與CK 差異顯著。吳曉艷等在研究營養(yǎng)液濃度對鴨兒芹幼苗丙二醛含量影響時指出，營養(yǎng)液濃度對鴨兒芹幼苗具有雙重作用，低濃度和過高濃度都會導致膜脂過氧化，從而造成丙二醛的積累，這均與本試驗研究結果一致。葉面噴施營養(yǎng)液能顯著促進蘋果葉片活性氧、木質素、和交聯(lián)蛋白的沉積，提高樹體SOD、CAT 和POD 活性。在本試驗中，稀釋倍數(shù)為500 倍（T2）的桑葉酵素液可有效提高小白菜中SOD、CAT、APX 和POD 活性，表明適宜濃度的桑葉酵素液對小白菜的抗氧化酶活性有促進作用。

營養(yǎng)液中添加適量的桑葉酵素液可顯著提高水培小白菜的形態(tài)、品質、光合性能、礦質元素含量及抗氧化酶活性，促進生長、增強葉片抗氧化能力。綜合形態(tài)、品質等指標，營養(yǎng)液中添加桑葉酵素液500 倍為最適宜濃度。