石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒生長(zhǎng)發(fā)育及品質(zhì)的影響

李 鵬，莫艷君，姜 丹，顏 婷，陳致印，龔意輝*

（1 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；2 湘潭市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南湘潭 411134；3 湖南人文科技學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，湖南婁底 417000）

辣椒是喜溫作物，最適宜的溫度為25～30℃，在反季節(jié)栽培時(shí)，易受低溫的限制，影響辣椒的生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)品質(zhì)，導(dǎo)致辣椒產(chǎn)量下降。然而，傳統(tǒng)的增溫方式一般采用燃燒煤炭、燃燒汽油、電力加熱等，容易造成能源消耗高、安全性能低、污染環(huán)境等問(wèn)題，本研究選用綠色環(huán)保的石墨烯地膜，不僅可以提高棚內(nèi)溫度，為辣椒生長(zhǎng)發(fā)育提供適宜環(huán)境，而且能安全穩(wěn)定地發(fā)熱，不會(huì)對(duì)辣椒造成燒苗等現(xiàn)象，為提高辣椒產(chǎn)量與品質(zhì)提供了理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以“豐抗21 號(hào)”辣椒為試驗(yàn)材料，由湖南湘研種業(yè)有限公司生產(chǎn)提供。石墨烯是由湖南烯源新材料科技有限公司生產(chǎn)提供，規(guī)格為600mm×1000mm×20mm，單片功率為500 W，工作電壓220 V?；|(zhì)由山東魯青基質(zhì)生產(chǎn)提供。黑色地膜由山東億德塑業(yè)有限公司生產(chǎn)提供，規(guī)格為寬度為2.2m，厚度為0.04mm。漂浮育苗盤由湖南湘暉農(nóng)業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司生產(chǎn)提供，規(guī)格為120 穴。便攜式葉面積儀是由美國(guó)LI-COR 公司生產(chǎn)提供，型號(hào)為L(zhǎng)I-3100 AREA METER。測(cè)定果實(shí)品質(zhì)采用的試劑有：水楊酸—硫酸、NaOH、蒸餾水、蒽酮、草酸、2,6-二氯酚靛酚鈉、考馬斯亮藍(lán)G-250。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020 年8 月3 日－12 月10 日在湖南省湘潭市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所蔬菜種苗中心進(jìn)行。8 月3 日播種，采用漂浮育苗方式進(jìn)行育苗，每穴播1 粒辣椒種子，覆蓋一層薄基質(zhì)，放入水槽中。于9 月7 日進(jìn)行移栽（從移栽當(dāng)天起算試驗(yàn)第0d），將生長(zhǎng)健壯、長(zhǎng)勢(shì)良好無(wú)病蟲(chóng)害的辣椒苗移至大棚內(nèi)，大棚規(guī)格44m×8m，設(shè)2 個(gè)大棚，每個(gè)大棚設(shè)3 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)規(guī)格18m×2m。每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3 株長(zhǎng)勢(shì)良好的辣椒植株作為測(cè)試樣本，每隔15d 測(cè)量辣椒的株高、莖粗、葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)；每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取3 個(gè)沒(méi)有病蟲(chóng)害、長(zhǎng)勢(shì)好的辣椒果實(shí)作為測(cè)試樣本，在果實(shí)不同發(fā)育時(shí)期測(cè)量辣椒果實(shí)中的Vc、可溶性糖、可溶性蛋白、硝酸鹽的含量以及辣椒的橫徑、縱徑；在辣椒果實(shí)進(jìn)入成熟期后，采收成熟的果實(shí)測(cè)量辣椒的單果重、單株果實(shí)數(shù)及總產(chǎn)量，并計(jì)算出辣椒單株產(chǎn)量。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 辣椒生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定。①株高：根據(jù)高文瑞等[9]的研究方法，用直尺從根莖部到辣椒生長(zhǎng)點(diǎn)最高點(diǎn)。②莖粗：根據(jù)姜怡帆等[10]學(xué)者的研究方法，用游標(biāo)卡尺從根莖部往上1cm 處，統(tǒng)一測(cè)量此部位。③葉片數(shù)：根據(jù)倪世存等[11]的研究方法，至上而下地計(jì)數(shù)每株植株葉片寬度在2cm 以上的葉片。④葉面積：摘取每株葉片寬度在2cm 以上的葉片，每株葉片分別裝入密封袋，使用便攜式葉面積儀測(cè)量葉面積。⑤胚根數(shù)：根據(jù)鄭向陽(yáng)等[12]的研究方法，將辣椒植株從土壤中小心取出，用清水將辣椒的根部泥土清洗干凈，數(shù)辣椒植株的胚根數(shù)。⑥干鮮重：根據(jù)張婧等[13]的研究方法，將辣椒植株從土壤中小心取出，用清水將辣椒的根部泥土清洗干凈，用剪刀沿辣椒植株根莖部剪斷，分為地上地下部分，然后用電子天平分別稱取地上部分地下部分的鮮重。將辣椒植株的地上地下部分放入100℃WGZ 型精密鼓風(fēng)干燥箱中，烘干至恒重，然后用電子天平分別稱取地上部分、地下部分的干重。

1.3.2 辣椒果實(shí)品質(zhì)的測(cè)定。①縱徑：根據(jù)姜怡帆等[10]的研究方法，用游標(biāo)卡尺測(cè)量辣椒果實(shí)果柄下1cm 處辣椒果實(shí)的寬度。②橫徑：根據(jù)姜怡帆等[10]的研究方法，用直尺從辣椒果實(shí)果柄處到果實(shí)尖端。③Vc 含量：根據(jù)華國(guó)偉[14]的研究方法，采用2，6-二氯酚靛酚鈉滴定法測(cè)定Vc 含量。將辣椒樣品清洗干凈，吸干水分，然后將稱取5g 辣椒果肉切碎放入研缽，加2%草酸5mL 研磨成漿，注入100mL 的容量瓶中，加2%的草酸溶液稀釋至刻度。取50mL 錐形瓶2 個(gè)，加入濾液10mL，用2,6-二氯酚靛酚溶液滴定至桃紅色15s 不褪為止。④可溶性蛋白含量：根據(jù)華國(guó)偉[14]的研究方法，采用考馬斯亮藍(lán)G-250 染色法測(cè)定可溶性蛋白含量。稱取0.5g 辣椒果肉放入研缽中加5 mL 蒸餾水研磨成漿，放入離心機(jī)中離心10min，吸取上清液放入25mL的容量瓶中，取0.1mL 樣品放入具塞刻度試管中，加考馬斯亮藍(lán)G-250 試劑5mL 混合均勻，靜置2min，在595nm 下比色。⑤可溶性糖含量：根據(jù)華國(guó)偉[14]的研究方法，采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖的含量。取0.5～1g 的辣椒樣品研磨成漿放入大試管中，加15mL的蒸餾水，在沸水浴中煮沸20min，然后冷卻，過(guò)濾到100mL 的容量瓶中，用蒸餾水洗滌殘?jiān)鼣?shù)次，定容至刻度。取1mL 樣品加入蒽酮試劑5mL，快速混勻，沸水浴中煮10min，后冷卻，在620nm 波長(zhǎng)下測(cè)定。⑥硝酸鹽含量：根據(jù)華國(guó)偉[14]的研究方法，采用水楊酸——硫酸比色法測(cè)定硝酸鹽的含量。取1g 辣椒果實(shí)研磨成漿放置離心管中，加20～30mL 的去離子水，封口放置沸水浴中30min，后冷卻。在離心機(jī)中離心5min，取0.1mL放置玻璃試管中加5%水楊酸-硫酸0.4 mL，混合均勻放在室溫下20min，再加9.5mL 的8%NaOH 溶液，冷卻后在410nm 下測(cè)定。

1.3.3 辣椒產(chǎn)量指標(biāo)測(cè)定。①單果重：將辣椒果實(shí)采收，并記錄辣椒果實(shí)的個(gè)數(shù)。②單株果實(shí)數(shù)：將辣椒果實(shí)用電子天平稱取每個(gè)單果的重量，記錄好單果重。③單株產(chǎn)量：據(jù)單株果實(shí)數(shù)和單果重計(jì)算出單株產(chǎn)量。單株產(chǎn)量=單果重×單株果實(shí)數(shù)；④總產(chǎn)量：將每個(gè)處理的辣椒進(jìn)行采收，用電子秤稱出每個(gè)處理的總產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010 軟件處理數(shù)據(jù)、繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

2.1.1 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒株高的影響。由圖1 可知，隨著辣椒的生長(zhǎng)，辣椒株高總體呈逐漸上升的趨勢(shì)。在辣椒生長(zhǎng)期間，石墨烯地膜覆蓋的辣椒株高總體高于對(duì)照。移栽后90d 辣椒植株株高最高，石墨烯地膜的辣椒株高為91.02cm，對(duì)照的辣椒株高為82.44cm，比對(duì)照高10.4%，表明石墨烯地膜顯著促進(jìn)了辣椒植株的生長(zhǎng)。

圖1 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒株高的影響

2.1.2 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒莖粗的影響。由圖2 可知，隨著辣椒的生長(zhǎng)，各處理的辣椒莖粗呈逐漸增加的趨勢(shì)。在辣椒的生長(zhǎng)期間，石墨烯地膜地膜覆蓋的莖粗總體高于對(duì)照。移栽后90d 辣椒莖粗達(dá)到最大值，石墨烯地膜的辣椒莖粗為13.72mm，對(duì)照的辣椒莖粗為12.21mm 石墨烯地膜覆蓋的辣椒莖粗比對(duì)照高12.36%，表明石墨烯地膜促進(jìn)了辣椒植株的生長(zhǎng)。

圖2 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒莖粗的影響

2.1.3 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒葉片數(shù)的影響。由圖3 可知，隨著辣椒的生長(zhǎng)，各處理辣椒的葉片數(shù)均呈現(xiàn)先上升后有所下降的趨勢(shì)，由于葉片到了生長(zhǎng)后期會(huì)黃化、掉落，因此葉片數(shù)會(huì)呈現(xiàn)出有所下降的趨勢(shì)。在辣椒生長(zhǎng)時(shí)期，石墨烯地膜覆蓋的辣椒葉片數(shù)總體高于對(duì)照。移栽后60d 辣椒植株的葉片數(shù)最多，石墨烯地膜的辣椒葉片數(shù)為136 片，對(duì)照的辣椒葉片數(shù)為119 片，比對(duì)照高14.29%，表明石墨烯地膜促進(jìn)了辣椒植株的生長(zhǎng)。

圖3 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒葉片數(shù)的影響

2.1.4 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒葉面積的影響。由圖4 可知，隨著辣椒的生長(zhǎng)，辣椒葉面積總體呈先增加再降低的趨勢(shì)。由于葉片到了生長(zhǎng)后期會(huì)黃化、掉落，因此葉片數(shù)會(huì)呈現(xiàn)出有所下降的趨勢(shì)。在辣椒生長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，石墨烯地膜地膜的辣椒葉面積總體高于對(duì)照。移栽后60d 辣椒葉面積最大，石墨烯地膜的辣椒葉面積為1910mm2，對(duì)照的辣椒葉面積為1720mm2，比對(duì)照高11.05%。表明石墨烯地膜顯著促進(jìn)了辣椒植株的生長(zhǎng)。

圖4 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒葉面積的影響

2.1.5 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒胚根數(shù)的影響。由圖5 可知，隨著辣椒的生長(zhǎng)，各處理的辣椒胚根數(shù)呈逐漸增加的趨勢(shì)，在辣椒生長(zhǎng)期間，石墨烯地膜覆蓋的辣椒胚根數(shù)高于對(duì)照。移栽后90d 辣椒植株的胚根數(shù)最多，石墨烯地膜的辣椒胚根數(shù)為213 根，對(duì)照的辣椒胚根數(shù)高為192 根，比對(duì)照高10.94%，表明石墨烯地膜顯著促進(jìn)了辣椒植株的生長(zhǎng)。

圖5 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒胚根數(shù)的影響

2.1.6 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒干鮮重的影響。由圖6可知，隨著辣椒生長(zhǎng)，辣椒干鮮重總體呈逐漸上升的趨勢(shì)。在辣椒生長(zhǎng)發(fā)育期間，石墨烯地膜覆蓋的辣椒干鮮重總體高于對(duì)照。移栽后90d 辣椒植株干鮮重最大，在90d 時(shí)石墨烯地膜覆蓋地上干重為35.6g，對(duì)照地上部分干重為29.5g（圖6A）；石墨烯地膜覆蓋地下部分干重為2.7g，對(duì)照地下部分干重為1.1g（圖6B）；石墨烯地膜覆蓋地上部分鮮重為133.9g，對(duì)照地上部分鮮重為96.23g（圖6C）。在90d 時(shí)石墨烯地膜覆蓋地下部分鮮重為14.1g，對(duì)照地下部分鮮重為11.0g（圖6D）。表明石墨烯地膜提高了辣椒植株的生物積累量。

圖6 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒干鮮重的影響

2.2 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒果實(shí)品質(zhì)的影響

2.2.1 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒橫徑、縱徑及果形指數(shù)的影響。由表1 可知，石墨烯地膜覆蓋栽培有利于增加辣椒果實(shí)的橫徑、縱徑和果形指數(shù)。石墨烯地膜的辣椒果實(shí)橫徑為85.54cm,與對(duì)照相比增加了15.0%。石墨烯地膜石墨烯地膜的辣椒果實(shí)縱徑為56.27cm，與對(duì)照相比增加了8.40%。石墨烯地膜的辣椒果實(shí)果形指數(shù)為4.32，與對(duì)照相比增加了4.10%。

表1 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒果實(shí)橫徑、縱徑及果形指數(shù)的影響

2.2.2 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒單果重量、單株數(shù)量及產(chǎn)量的影響。由表2 可知，石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒采收期單果重、果實(shí)數(shù)、單株產(chǎn)量以及單位面積產(chǎn)量具有促進(jìn)作用，與對(duì)照相比石墨烯地膜的單果重增加了4.25%，與對(duì)照相比石墨烯地膜的果實(shí)數(shù)增加了2.44%，與對(duì)照相比石墨烯地膜的單株產(chǎn)量增加了5.36%，與對(duì)照相比石墨烯地膜單位面積產(chǎn)量增加了8.09%。

表2 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒產(chǎn)量的影響

2.2.3 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒Vc 的影響。由圖7 可知，隨著辣椒果實(shí)的生長(zhǎng)，果實(shí)中Vc 含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，破色期為Vc 含量最高的時(shí)期，紅熟期Vc含量有所下降，但是下降不多。破色期石墨烯地膜Vc含量為136.14mg/kg，而對(duì)照的Vc含量為115.09mg/kg，比對(duì)照增加了18.29%。所以，石墨烯地膜能夠顯著促進(jìn)辣椒破色期、紅熟期果實(shí)中Vc 的含量的增加。

圖7 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒Vc 的影響

2.2.4 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒可溶性蛋白的影響。由圖8 可知，隨著果實(shí)的生長(zhǎng)，果實(shí)中可溶性蛋白含量呈先增加后降低的趨勢(shì)，破色期為可溶性蛋白含量最高的時(shí)期，紅熟期可溶性蛋白含量有所下降。破色期石墨烯地膜可溶性蛋白含量為46.62mg/kg，而對(duì)照的可溶性蛋白含量為38.42mg/kg，比對(duì)照高21.34%。所以，石墨烯地膜能夠促進(jìn)辣椒幼果期、破色期果實(shí)中可溶性蛋白的含量的增加。

圖8 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒可溶性蛋白的影響

2.2.5 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒可溶性糖的影響。由圖9可知，隨著果實(shí)的生長(zhǎng)果實(shí)中可溶性糖含量呈逐漸上升的趨勢(shì)，紅熟期為可溶性糖含量最高的時(shí)期。紅熟期石墨烯地膜可溶性糖含量為33.00mg/kg，而對(duì)照的可溶性蛋白含量為16.7mg/kg，比對(duì)照高97.60%，石墨烯地膜可以大幅度增加可溶性糖的含量。因此，石墨烯地膜能夠顯著促進(jìn)辣椒破色期、紅熟期果實(shí)中可溶性糖含量的增加。

圖9 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒可溶性糖的影響

2.2.6 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒硝酸鹽的影響。由圖10可知，隨著果實(shí)的生長(zhǎng)，果實(shí)中硝酸鹽含量呈先增加后下降的趨勢(shì)，破色期為硝酸鹽含量最高的時(shí)期，紅熟期硝酸鹽含量有所下降。破色期石墨烯地膜硝酸鹽含量為152.35mg/kg，而對(duì)照的可溶性蛋白含量為221.77mg/kg，比對(duì)照低了31.30%。因此，石墨烯地膜對(duì)降低辣椒果實(shí)中硝酸鹽的含量具有一定作用。

圖10 石墨烯地膜覆蓋對(duì)辣椒硝酸鹽的影響

3 討論

石墨烯地膜作為一種新型的升溫材料，不僅能夠促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，增加產(chǎn)量，還能提高果實(shí)品質(zhì)。劉澤慧等[15]研究發(fā)現(xiàn)，25mg/L 的石墨烯溶液能促進(jìn)蠶豆的生長(zhǎng)發(fā)育。胡曉飛等[16]研究表明，隨石墨烯濃度的增加，樹(shù)莓的株高、根系等呈先增加后減小的趨勢(shì)。吳金海等[17]研究發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯處理能促進(jìn)油菜種子的萌發(fā)，并對(duì)甘藍(lán)型油菜幼苗的生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的影響。本研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯地膜覆蓋能夠促進(jìn)辣椒植株的生長(zhǎng)，與劉澤慧等[15]學(xué)者研究結(jié)果相同。

對(duì)于石墨烯在作物產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)上的研究相對(duì)較少，大多數(shù)學(xué)者研究的是石墨烯對(duì)于作物苗期的影響，地膜覆蓋對(duì)提高辣椒產(chǎn)量具有一定作用。許洋等[18]研究發(fā)現(xiàn)，黑色地膜覆蓋對(duì)辣椒產(chǎn)量的提高是最大的，為1569 kg/hm2，白色地膜覆蓋對(duì)辣椒的產(chǎn)量影響是最低的。姜成等[19]研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥和地膜覆蓋能夠提高辣椒的產(chǎn)量，促進(jìn)果實(shí)的增寬和增長(zhǎng)。陳亮等[20]研究發(fā)現(xiàn)，雙層地膜覆蓋能夠促進(jìn)辣椒的生長(zhǎng)，增加其產(chǎn)量。不同的地膜覆蓋于不同的覆蓋方式對(duì)辣椒的產(chǎn)量的影響是不同的。本研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯地膜覆蓋能提高辣椒單果重、單株果實(shí)數(shù)及總產(chǎn)量。

羅莎等[2]研究發(fā)現(xiàn)，可降解地膜和普通地膜與不覆蓋地膜相比，辣椒果實(shí)的可溶性糖、可溶性蛋白都有一定的提高，對(duì)硝酸鹽的含量有所下降。王斌等[21]研究發(fā)現(xiàn)，黑色地膜對(duì)于馬鈴薯果實(shí)品質(zhì)各項(xiàng)指標(biāo)都有顯著的提高。陳和杰等[22]研究發(fā)現(xiàn)，黑色地膜覆蓋能提高西瓜果實(shí)可溶性糖、Vc、番茄紅素和可溶性固形物含量。本研究表明，石墨烯地膜覆蓋能提高辣椒果實(shí)中可溶性糖、可溶性蛋白、Vc含量，降低硝酸鹽的含量，與羅莎等[2]學(xué)者的研究結(jié)果一致。石墨烯具有安全性高、綠色環(huán)保、風(fēng)險(xiǎn)小、電熱轉(zhuǎn)換效率高且發(fā)熱穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，符合我國(guó)大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)要求，可為企業(yè)帶來(lái)顯著的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益，因此，應(yīng)加強(qiáng)石墨烯地膜在蔬菜栽培中的推廣和應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

石墨烯地膜覆蓋提高了辣椒的株高、莖粗、葉片數(shù)、葉面積、胚根數(shù)、干鮮重等，促進(jìn)了辣椒的生長(zhǎng)。石墨烯地膜覆蓋增加了辣椒的單果重量和單株果實(shí)的數(shù)量，進(jìn)而提高辣椒8.09%的產(chǎn)量。石墨烯地膜覆蓋提高了辣椒果實(shí)中Vc、可溶性蛋白、可溶性糖等含量，在一定程度上提高了辣椒的品質(zhì)。本研究為進(jìn)一步推廣石墨烯地膜覆蓋在蔬菜栽培中的應(yīng)用打下了良好基礎(chǔ)。