富氫水對長季節(jié)基質(zhì)栽培彩椒抗逆性和品質(zhì)的影響

李湘妮，劉詩華，張 晶，王怡玫，伍倩慧，司 雨，單既亮

（佛山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，廣東 佛山 528000）

氫氣（Hydrogen，H2）是一種無色無味、分子量最小的雙原子氣體，主要存在于有機(jī)物質(zhì)和水中。近年來，越來越多的研究著重于H2在植物體內(nèi)的作用效應(yīng)和機(jī)理，為H2在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮重要作用奠定了理論基礎(chǔ)。GB 31633—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 氫氣》正式將H2列為食品添加劑，H2可以作為“綠色農(nóng)藥”調(diào)節(jié)植物的生長和發(fā)育，增強(qiáng)植物的抗逆能力，從而提高作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中以富氫水的方式外源添加H2具有廣闊的應(yīng)用前景。

彩椒又名七彩椒，原產(chǎn)于墨西哥等地，20世紀(jì)90年代中期自荷蘭、以色列等國家引入我國[1]，彩椒果實營養(yǎng)豐富，富含VC、β胡蘿卜素、糖類、纖維質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，果實顏色多樣，有紅、黃、橙、褐、白、紫等多種顏色，特別適合都市農(nóng)業(yè)、觀光農(nóng)業(yè)等園區(qū)種植，具有很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益[2]。

我國南方溫室彩椒長季節(jié)栽培的生育期一般在8月中旬至翌年5月底，其中4、5、8月和9月棚內(nèi)溫度都在35 ℃以上，高溫嚴(yán)重影響了彩椒前期營養(yǎng)生長和后期的產(chǎn)量及品質(zhì)。劉志強(qiáng)等[3]研究發(fā)現(xiàn)，H2作為一種氣體信號分子，可能參與植物對生物脅迫和非生物脅迫的調(diào)控過程，從而促進(jìn)植物的生長發(fā)育。但是，關(guān)于富氫水（Hydrogenrich water，HRW）對彩椒耐熱栽培生產(chǎn)的影響未見報道。本試驗將HRW應(yīng)用于彩椒長季節(jié)基質(zhì)栽培上，研究了在南方高溫條件下，HRW淋根處理對彩椒抗逆性和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為南方溫室彩椒長季節(jié)高效基質(zhì)栽培探索新的方法。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

選用安莎種子科技（北京）有限公司的彩椒品種“甘多爾”，該品種植株生長勢旺，坐果率高，特別早熟，成熟后果色鮮紅、肉厚、硬度強(qiáng)，是出口的專用品種。適合拱棚和日光溫室栽培。

1.2 試驗方法

1.2.1 富氫水制備

富氫水制備方法：采用水電解制氫法，制氫設(shè)備主要由電解槽和納米泵組成，首先將蒸餾水倒入電解槽，通過電流的作用，將水分子分解成為氫離子和氧離子，負(fù)氧離子在電場的作用下向陽極運(yùn)動，在陽極失去電子，形成氧氣排出；氫則以水合離子的形式通過離子膜，到達(dá)陰極并得到電子形成氫氣，再通過納米泵將氫氣破碎成粒徑大小在30 μm以下的氣泡溶解在水中，從而使空氣和水的接觸面積增加10 000倍，水體中的溶氫濃度也隨之增加，即可生成富氫水。制出的富氫水濃度約1 mg/L。

1.2.2 試驗設(shè)計

試驗于2021年在佛山市三水區(qū)佛山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所彩椒基質(zhì)栽培溫室進(jìn)行。設(shè)置HRW淋灌和自來水（CK）淋灌2個處理，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。秧苗于8月5日播種，8月25日定植，株距35 cm，行距70 cm，雙杈整枝。11月20日始收，翌年5月20日最后一次采收。彩椒定植后開始淋灌HRW，直至最后一次采收。具體方法：每隔3 d天淋根1次，每次500 mL/株，濃度為0.8～0.9 mg/L；對照為淋灌自來水，時間和用量同HRW處理。

1.2.3 營養(yǎng)液滴灌管理

營養(yǎng)液配方：按每噸營養(yǎng)母液含硝酸鈣70.8 kg，硝酸鉀60.6 kg，硫酸鎂36.9 kg，磷酸二氫鉀18 kg，Na2Fe-EDTA（Fe元素含量13%）6 000 g，硼酸429 g，硫酸錳319.5 g，硫酸鋅33 g，硫酸銅13.44 g，鉬酸銨3 g，將原材料配制成濃縮100倍的A、B兩種母液，分別儲存于A母液罐和B母液罐內(nèi)。其中A母液由鈣鹽、螯合鐵混合配制，B母液以其他大量元素和微肥混配而成。定植后，彩椒不同生育時期灌溉營養(yǎng)液EC值和pH值適宜范圍如下：營養(yǎng)生長期EC值1.8～2.0 mS/cm，pH值6.0左右；開花結(jié)果期EC值2.0～2.4 mS/cm，pH值6.5左右。營養(yǎng)液夏季每天淋灌3次，每天淋灌量約500 mL/株；冬季每天淋灌2次，每天淋灌量約300 mL/株。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產(chǎn)量及果實品質(zhì)測定

進(jìn)入盛收期（12月至翌年1月）后，每小區(qū)分別取果實20個，測量果實大小、肉厚、單果質(zhì)量等指標(biāo)。用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定果實可溶性蛋白含量，滴定法測定可滴定酸含量，NaOH滴定法測定總酚含量，分光光度法測定類胡蘿卜素含量，折光儀測定可溶性固形物和可溶性糖含量，2,6-二氯酚靛酚鈉滴定法測定VC含量，水楊酸消化比色法測定硝酸鹽含量，參考國標(biāo)GB/T 5009.10測定粗纖維含量。

采收結(jié)束時統(tǒng)計小區(qū)產(chǎn)量。

1.3.2 抗逆性測定

在4—5月份高溫期，分別采集植株功能葉片和根系檢測抗氧化物指標(biāo)。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法[4]測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑（NBT）還原法[5]測定，以抑制光化還原50%為1個酶活性單位；過氧化物酶（POD）活性參照Omran[6]的方法測定；過氧化氫酶（CAT）活性按Chance等[7]的方法測定；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性參照Nakano等[8]的方法測定；脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

應(yīng)用SAS 9.1.2軟件，采用Fisher's最小顯著差異法（LSD）對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 富氫水淋根處理對彩椒抗逆性的影響

MDA是脂質(zhì)過氧化的主要產(chǎn)物，其含量的高低反映了植物膜系統(tǒng)的受傷程度[9]。由表1可知，與CK相比，HRW處理的彩椒地上部分（葉片）和地下部分（根系）MDA含量分別降低了22.95%和12.76%，并與CK分別達(dá)到顯著差異。說明高溫條件下，HRW灌溉可以顯著減少彩椒植株細(xì)胞質(zhì)膜受損程度，維持細(xì)胞的穩(wěn)定性。

SOD是生物體內(nèi)普遍存在的抗氧化金屬酶，在酶促保護(hù)系統(tǒng)中，其與APX、POD、CAT等酶協(xié)同作用，防御活性氧或其他過氧化物自由基對細(xì)胞膜系統(tǒng)的傷害，處于核心地位[10]。從表1可知，與CK相比較，HRW處理的葉片SOD、CAT、POD、APX活性分別提高14.55%、20.86%、16.47%、8.34%，且差異均達(dá)顯著水平；根系中各抗氧化物酶活性的變化趨勢和葉片相同，HRW處理的SOD、POD、CAT和APX活性均高于CK，但除CAT極顯著高于CK外，其余酶活性均與CK差異不顯著，說明HRW可通過提高抗氧化酶活性清除植株體內(nèi)的活性氧（ROS），減輕高溫對彩椒植株細(xì)胞膜的傷害。

Pro是植物細(xì)胞內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量越高越有利于細(xì)胞持水和生物大分子的穩(wěn)定[11]。表1結(jié)果顯示，HRW處理的Pro含量較CK明顯升高，其中葉片中提高5.42%，根系中顯著提高21.37%?？梢娫诟邷孛{迫下，利用HRW淋灌根部可通過提高植株的滲透調(diào)節(jié)能力，增加彩椒植株的吸水量或減少失水量，進(jìn)而增強(qiáng)了耐高溫性。

表1 不同水處理對彩椒抗逆性的影響

2.2 富氫水淋根處理對彩椒產(chǎn)量及其相關(guān)性狀的影響

由表2可以看出，HRW處理的彩椒果實縱徑、肉厚和單果質(zhì)量均優(yōu)于CK，分別較CK增加2.37%、21.18%和2.24%，其中果實肉厚與CK間差異顯著；667 m2產(chǎn)量提高了17.73%，但與CK間差異不顯著。說明富氫水淋灌根部，可有效緩解高溫脅迫危害，明顯促進(jìn)彩椒生長，提高產(chǎn)量。

表2 不同水處理對彩椒產(chǎn)量及相關(guān)性狀的影響

2.3 富氫水淋根處理對彩椒品質(zhì)的影響

由表3可以看出，與CK相比，高溫脅迫下HRW處理的彩椒果實可溶性固形物、可溶性蛋白質(zhì)、總酚、可滴定酸和VC含量均顯著增加，分別提高了5.46%、7.85%、10.61%、7.14%和43.52%，其中果實總酚和VC含量表現(xiàn)為極顯著增加；可溶性糖、粗纖維、類胡蘿卜素含量也有所升高，但與CK差異不顯著。硝酸鹽含量顯著下降了7.37%，說明在高溫條件下淋灌富氫水，可明顯提高彩椒果實品質(zhì)。

表3 不同水處理對彩椒品質(zhì)的影響

3 討論與結(jié)論

高溫脅迫會導(dǎo)致植物細(xì)胞脂質(zhì)過氧化及氧化損傷，從而使MDA含量迅速積累，增加電導(dǎo)率[12]，植物體內(nèi)MDA含量的多少直接反映膜系統(tǒng)受損傷程度。本研究中，在高溫條件下與CK相比，HRW處理的彩椒MDA含量較小，葉片和根部的受傷程度明顯減輕?？梢?，HRW處理可減輕高溫引起的膜脂過氧化傷害，這對提高彩椒的耐熱性具有重要意義。

植物受到非生物脅迫時，體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)會發(fā)生明顯變化[13]。本研究中，高溫脅迫下彩椒植株的SOD、POD、APX、CAT活性明顯升高，可能是出于保護(hù)性應(yīng)激反應(yīng)，保護(hù)酶活性迅速上升，這一結(jié)果與牧草在高溫逆境[14]和小麥在高溫干旱脅迫[15]下的POD和CAT活性變化趨勢相同。逆境條件下，彩椒植株細(xì)胞會積累一些有機(jī)分子，如脯氨酸，以保持高滲透壓，并確保其仍能從土壤中吸收水分，以提高耐熱性[16]。

植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量可以反映其本身的抗逆能力，Pro作為氮源、蛋白質(zhì)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)保護(hù)劑，可以防止植物水分散失和提高原生質(zhì)膠體的穩(wěn)定性，當(dāng)植物在遭受脅迫時會提高Pro的積累量來減緩自身所受到的危害，增強(qiáng)植株的抗逆性[17]。本研究中，在高溫條件下HRW處理彩椒葉片和根部的Pro含量也均有所升高，其中根系的Pro含量顯著大于CK，表明高溫下富氫水能通過增加彩椒片和根部的Pro含量提高其滲透調(diào)節(jié)能力，從而減輕高溫傷害，這是其耐熱性增強(qiáng)的重要原因之一[18]。

本研究發(fā)現(xiàn)，富氫水能通過提高抗氧化系統(tǒng)活性及滲透調(diào)節(jié)能力來增強(qiáng)彩椒的耐熱性，維持其正常生長，從而提高其產(chǎn)量和品質(zhì)。本試驗對彩椒高溫脅迫的表型及相關(guān)生理指標(biāo)進(jìn)行了檢測分析，為后續(xù)開展彩椒長季節(jié)周年高效栽培提供了技術(shù)支持。