γ-聚谷氨酸對(duì)設(shè)施草莓的提質(zhì)增效作用

仝雅娜，張 宏，賈軼丹，李 政，楊麗芳，喬長(zhǎng)晟

(1.天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，天津 300192；2.南開大學(xué)，天津 300071；3.天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387；4.天津慧智百川生物工程有限公司，天津 300450）

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由L-谷氨酸和/或D-谷氨酸單體通過酰胺鍵聚合而成的一種多肽分子，通常是由500～5 000個(gè)左右的谷氨酸單體組成，相對(duì)分子質(zhì)量在100～1 000 kD之間。γ-PGA近年來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上發(fā)揮著重要的作用，具有超強(qiáng)的保水能力、提高植物抗逆境能力、促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育等功能，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng)，隨著發(fā)酵工藝的發(fā)展和原材料成本的降低，γ-PGA的成本大幅度降低，非常適合在農(nóng)業(yè)上使用。諸多研究表明，γ-PGA能有效緩解鹽脅迫下小白菜的生長(zhǎng)，促進(jìn)番茄穴盤苗、辣椒等蔬菜的生長(zhǎng)，桃樹的生長(zhǎng)發(fā)育、玉米化肥減量增效、生姜的生長(zhǎng)、根莖發(fā)育和有機(jī)物積累。此外，γ-PGA還能提高蚜蟲脅迫下辣椒葉片的SOD、POD和CAT活性，保障植株在逆境脅迫下仍能正常生長(zhǎng)發(fā)育。還有研究發(fā)現(xiàn)，施用適量的γ-PGA可以有效起到保墑和保溫的作用，可為冬菠菜的生長(zhǎng)提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，間接促進(jìn)了冬菠菜的產(chǎn)量。然而，目前γ-聚谷氨酸對(duì)草莓的最佳施用量及其影響機(jī)理尚不明確，有必要開展相關(guān)研究。

草莓(Duch.)屬于薔薇科(Rosaceae)薔薇亞科(Rosoideae)草莓屬()，為多年生草本植物，是一種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的小漿果，常被人們譽(yù)為“果中皇后”。我國(guó)野生草莓資源豐富，分布較廣。20世紀(jì)末期是草莓生產(chǎn)發(fā)展最快的時(shí)期，栽培面積迅速擴(kuò)大，產(chǎn)量迅速提高?，F(xiàn)階段，我國(guó)農(nóng)業(yè)資源的消耗明顯加劇，各個(gè)地方積極開展農(nóng)業(yè)“雙減”工作，本研究通過γ-PGA的使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)化肥、農(nóng)藥使用量的控制和降低，減少了水量的使用，同時(shí)實(shí)現(xiàn)草莓產(chǎn)量的增加及品質(zhì)的提高。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

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)行土壤栽培試驗(yàn)（土壤理化性質(zhì)：全氮2.931 g·kg，全磷1.927 g·kg，全鉀23.134 g·kg，pH值7.593，EC值1.412 ms·cm，有 機(jī) 質(zhì)42.78 g·kg，堿 解 氮151.333 mg·kg，有效磷63.16 mg·kg，速效鉀1 201.667 mg·kg），并進(jìn)行“雙減”、節(jié)水增效試驗(yàn)。供試溫室長(zhǎng)60 m，跨度7 m，面積420 m。試驗(yàn)壟距90 cm，壟臺(tái)高35 cm，上寬50 cm，下寬70 cm，長(zhǎng)7 m。

1.2 供試材料

供試草莓品種：‘津韻1號(hào)’，植株生長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)，果實(shí)圓錐形，鮮紅色，有光澤，畸形果少，果肉鮮紅，甜味略帶酸味，有香氣，品質(zhì)優(yōu)，耐鹽堿、耐儲(chǔ)運(yùn)、耐低溫，抗白粉病，豐產(chǎn)性能好。

供試γ-聚谷氨酸：由天津慧智百川生物工程有限公司提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

草莓苗為3葉1心的匍匐莖苗，于2020年9月1日定植。常規(guī)管理，蜜蜂授粉，試驗(yàn)過程中苗期、花期定期每周施用海法保力豐平衡肥（20-20-20+TE）、坐果期施用高鉀肥（16-8-32+TE），所有處理施肥量、水量參照表1。

表1 不同試驗(yàn)處理的小區(qū)方案

試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，分別記為CK、T1、T2、T3、T4，3壟為1個(gè)小區(qū)，每個(gè)處理1個(gè)小區(qū)，重復(fù)3次。生長(zhǎng)期其他管理按常規(guī)進(jìn)行。1周施1次肥，平均施肥量：70 g·小區(qū)·次，平均水量：0.125 m·小區(qū)·次，從10月初開始每1個(gè)半月隨施肥添加1次γ-PGA，整個(gè)生長(zhǎng)季使用4次。5個(gè)處理的小區(qū)方案為CK（70 g肥+0.125 m水、常規(guī)打藥）、T1（70 g肥+0.125 m常規(guī)水量、不打農(nóng)藥）、T2（70 g肥+0.125 m水、農(nóng)藥減量25%+3%的γ-PGA）、T3（59.5 g肥+0.125 m水+1.3 g γ-PGA、常規(guī)打藥）、T4（70 g肥+0.12 m水+2.2 g γ-PGA、常規(guī)打藥）。

1.4 測(cè)定方法

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、假莖粗、葉面積、葉片數(shù)、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測(cè)定；可滴定酸含量采用酸堿滴定法測(cè)定；維生素C含量采用2，6－二氯酚靛酚比色法測(cè)定。水分、干物質(zhì)采用GB5009.3—2016《食品中水分的測(cè)定》標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

病蟲害調(diào)查方法：蚜蟲調(diào)查方法。調(diào)查采取5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)定5株，共取樣25株，調(diào)查蟲口數(shù)量和危害情況，計(jì)算有蚜株率和單株蚜率。按照有蚜株率的分級(jí)指標(biāo)，確定危為害程度。

紅蜘蛛調(diào)查方法。各小區(qū)對(duì)角線五點(diǎn)定點(diǎn)取樣，每點(diǎn)定點(diǎn)調(diào)查5片復(fù)葉(正反面調(diào)查)，記錄草莓紅蜘蛛數(shù)量。

地老虎調(diào)查方法。調(diào)查選取不同處理的小區(qū)，以對(duì)角線5點(diǎn)取樣，每點(diǎn)范圍1m，調(diào)查草莓的總株數(shù)和被害株數(shù)，以及地老虎幼蟲數(shù)，統(tǒng)計(jì)蟲口密度和被害株率。

以被害株率作為危害程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)表示被害株率為0，1級(jí)表示被害株率<25%，2級(jí)表示被害株率25.1%~50%，3級(jí)表示被害株率50.1%~75%，4級(jí)表示被害株率>75%。

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），顯著水平為＜0.05和＜0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ-PGA對(duì)草莓生長(zhǎng)的影響

γ-PGA使用量不同植株生長(zhǎng)、根系吸收的情況也不同。由表2可知，T2的植株除葉片數(shù)低于對(duì)照，其他指標(biāo)均高于對(duì)照，株高、假莖粗、葉面積、花序數(shù)、花序長(zhǎng)分別高出對(duì)照4.89%，8.95%，4.40%，13.33%，15.69%。其他幾個(gè)處理大部分生長(zhǎng)指標(biāo)低于對(duì)照，除了T1假莖粗低于對(duì)照9.12%，T2、T3、T4高于對(duì)照8.95%，0.47%，1.42%。T3處理因減少肥料15%，株高、葉面積、花序數(shù)、花序長(zhǎng)略比其他處理差，但是假莖粗生長(zhǎng)未受太大影響，比對(duì)照和不打藥處理粗壯。

表2 γ-PGA對(duì)草莓生長(zhǎng)的影響

由于T3、T4 2個(gè)處理分別減少了水和肥的使用量，土壤含水量在整個(gè)生長(zhǎng)季會(huì)有很大區(qū)別，所以針對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了根系的測(cè)量，由表3可知，除了T1各項(xiàng)指標(biāo)均低于其他處理，T2、T3、T4均高于對(duì)照。T2的根長(zhǎng)、根表面積、根體積、根尖數(shù)分別比對(duì)照高出6.54%，10.13%，18.13%，24.41%；T3分別比對(duì)照高出5.61%，6.93%，3.62%，31.50%；T4分別 比 對(duì)照高出11.81%，16.06%，6.52%，42.05%。由此可見，減少水分、添加γ-PGA后，根長(zhǎng)、根表面積、根尖數(shù)均增長(zhǎng)明顯，由于根平均直徑低于T2，故根體積也低于T2處理。

表3 γ-PGA對(duì)草莓根系的影響

2.2 γ-PGA對(duì)草莓產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

γ-PGA使用方法不同，對(duì)草莓的產(chǎn)量和品質(zhì)影響也不一致。其中平均單果質(zhì)量、平均產(chǎn)量、可溶性固形物、可溶性糖含量均高于對(duì)照。T2測(cè)定結(jié)果分別高出對(duì)照16.74%，10.76%，9.18%，12.00%；T3分別高于對(duì)照1.69%，8.42%，1.02%，6.00%；T4分別高出對(duì)照21.48%，12.02%，5.10%，10.00%。T2、T3、T4糖酸比分別比對(duì)照提高5.41%，6.00%，5.60%。其中，節(jié)水處理的產(chǎn)量最高。由此可見，使用γ-PGA可以增加肥力的吸收，同時(shí)適當(dāng)減少澆水量更有利于根系的吸收，促進(jìn)產(chǎn)量的增加。

表4 γ-PGA對(duì)草莓產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.3 病蟲害種類調(diào)查

草莓整個(gè)生育期容易發(fā)生的病蟲害種類很多。本研究開展過程中未出現(xiàn)病害，蟲害略有發(fā)生，發(fā)生的總體情況與不同時(shí)期蟲害的發(fā)生情況分別見表5。本研究發(fā)生蟲害種類3種，分別為蚜蟲、紅蜘蛛和地老虎，發(fā)生規(guī)律為：10—11月，地老虎的危害情況相對(duì)比較嚴(yán)重，在很大程度上危害了幼苗的成活率；4—5月，主要蟲害為蚜蟲、紅蜘蛛，危害植株和果實(shí)，使其失去商業(yè)品價(jià)值。

由表5可以看出，T1的蟲害發(fā)生較為嚴(yán)重，蚜蟲、紅蜘蛛和地老虎危害程度均達(dá)到2級(jí)，T2、T3、T4對(duì)照的蟲害程度次之，T2、T3、T4蟲害發(fā)生情況比較接近。調(diào)查過程中蟲害出現(xiàn)的時(shí)間順序依次是T1-CK-T4-T2-T3。其中T3處理蚜蟲和紅蜘蛛危為害株率均是最低，為6.0%，9.8%，分別低于對(duì)照14.0%，12.5%。其次是T2處理。由此可見，γ-GPA對(duì)農(nóng)藥的增效作用顯著，在減少25%用藥量的情況下可以達(dá)到抗蟲的效果。T2、T3、T4處理未發(fā)生地老虎這種蟲害。

表5 γ-PGA對(duì)草莓蟲害的影響

3 結(jié)論與討論

在草莓生育期中，在水肥管理、噴施農(nóng)藥過程中加入適量γ-PGA，能夠提高植株假莖粗，T2高出對(duì)照0.09個(gè)百分點(diǎn)，假莖粗的提高會(huì)間接提高果實(shí)產(chǎn)量，故T2、T3、T4產(chǎn)量分別增加10.76%，8.42%，12.02%，糖酸比分別比對(duì)照提高了5.41%，6.00%，5.60%。γ-PGA在改進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的同時(shí)，還能增強(qiáng)植株的抗病和抗蟲能力。減肥、減水2個(gè)處理沒有出現(xiàn)任何病蟲害，植株葉片鮮亮，不打藥或者沒有使用γ-PGA的處理，雖然管理精細(xì)，仍出現(xiàn)蚜蟲、紅蜘蛛和地老虎，且比較嚴(yán)重，T2、T3、T4 3個(gè)處理未發(fā)生地老虎蟲害，出現(xiàn)少量蚜蟲和紅蜘蛛，造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失。關(guān)于γ-PGA提高草莓的免疫能力并防止或者減輕了草莓病蟲害方面調(diào)查研究尚不全面，還有待今后進(jìn)一步深入挖掘。

本研究使用的γ-PGA具有良好的生物可降解性（降解后對(duì)土壤無(wú)污染性）和強(qiáng)的吸水性，在設(shè)施草莓栽培中展示出巨大潛力，既能實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)中節(jié)水、減肥、減藥的效果，又能實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增效的作用。γ-PGA帶有負(fù)電游離羧基，能有效阻止硫酸根、磷酸根等與鈣、鎂元素的結(jié)合，減少低溶解性鹽類的產(chǎn)生。本研究發(fā)現(xiàn)，γ-PGA可以促進(jìn)植物根系的生長(zhǎng)，通過刺激根毛和新根的生長(zhǎng)，更有效地提高草莓地下部分吸收養(yǎng)分的能力，提高了草莓的產(chǎn)量和品質(zhì)。由于藥劑中添加γ-PGA后，可以延長(zhǎng)藥物在草莓植株表面上的停留時(shí)間，故而提高了殺蟲效果，增加了藥效。若將γ-PGA與栽培土按一定比例混合，這樣可以達(dá)到減少灌溉次數(shù)和降低費(fèi)用的效果。

γ-PGA不僅對(duì)草莓起到提質(zhì)增效的作用，對(duì)玉米、番茄、葉菜類作物同樣作用顯著，在作物生長(zhǎng)過程中使用γ-PGA，既能提高肥料的利用率，降低了生產(chǎn)成本，又能提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。γ-PGA對(duì)土壤pH值的調(diào)節(jié)具有一定的緩沖作用，可以有效地平衡土壤pH值，避免長(zhǎng)期使用化肥引起的土壤酸化和板結(jié)。當(dāng)γ-PGA應(yīng)用于土壤酸化的蘋果園時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)土壤pH值顯著提高，減輕了酸化引起的果樹病害程度，提高了蘋果的品質(zhì)。在干旱、澇漬、低溫等不利條件下，γ-PGA能有效保證養(yǎng)分和水分的正常吸收。緩沖干旱、澇漬、寒冷等逆境對(duì)植物根系的損害。干旱脅迫下，γ-PGA可以通過參與水稻幼苗的滲透調(diào)節(jié)提高其抗旱性。水稻栽培中，γ-PGA的應(yīng)用可提高水稻低溫傳導(dǎo)轉(zhuǎn)錄通路的表達(dá)，提高水稻的耐寒性。鹽脅迫下，γ-PGA不僅可以降低鈣鎂離子的利用率，還可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，提高植物的耐鹽性。綠豆種子萌發(fā)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在種子萌發(fā)過程中，脂質(zhì)過氧化會(huì)降低種子的活力，影響其萌發(fā)狀態(tài)，采用γ-PGA浸種，可以消除活性氧引起的過氧化損傷，增加過氧化物酶的活性，提高萌發(fā)活力。同時(shí)根據(jù)土壤中施用適量的γ-PGA產(chǎn)生的保墑和保溫的作用，發(fā)現(xiàn)γ-PGA可以縮小土壤的晝夜溫差變化，達(dá)到改良劣質(zhì)土壤，可為越冬茬作物的生長(zhǎng)提供良好的生長(zhǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物增產(chǎn)豐收的目的。綜上，γ-聚谷氨酸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上使用甚廣，可深入挖掘其功效。