聚-γ-谷氨酸對黃瓜產(chǎn)量和果實品質(zhì)的影響

鄧桂湖，鄭雅頡，王可馨，曾 卓，姜 玲*

（1.武漢光華時代生物科技有限公司，湖北武漢 430040；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國重點實驗室/國家果樹脫毒種質(zhì)資源室內(nèi)保存中心/農(nóng)業(yè)部華中地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點實驗室，湖北武漢 430070）

黃瓜（Cucumis sativusL.）是葫蘆科黃瓜屬植物，種植持續(xù)時間較長，栽培范圍較廣，具有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，富含纖維素和多種礦物質(zhì)元素，深受消費者的喜愛[1]。在黃瓜生產(chǎn)中，普通肥料的利用率低，增加了農(nóng)民的生產(chǎn)成本，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而提高肥料的利用率，減少環(huán)境污染，是目前蔬菜生產(chǎn)的熱點問題[2]。因此，增加黃瓜產(chǎn)量、改善果實品質(zhì)、提高其抗病蟲害的能力是生產(chǎn)中亟待解決的問題。

聚-γ-谷氨酸（poly-γ-glutamic acid，γ-PGA）是一種新型的肥料增效劑，作為一種水溶性的可生物降解的生物高分子[3]，γ-PGA 及其衍生產(chǎn)品在醫(yī)藥、化工、環(huán)保和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域顯示出了十分廣闊的應(yīng)用前景[4-5]。研究表明，在農(nóng)業(yè)上，γ-PGA 單獨使用或?qū)⑵涮砑拥綇?fù)合肥中使用，具有節(jié)省肥料、增產(chǎn)增收、提高植物抗病能力、改善土壤的理化性質(zhì)等特點[6]，添加量少，使用成本低，促進植物生長效果明顯，越來越受到人們的重視。γ-PGA 是純天然的生物制劑，進入土壤后可自然分解，生成谷氨酸，最終被作物吸收利用，不會對環(huán)境造成二次污染。很多研究發(fā)現(xiàn)，γ-PGA 可作為肥料增效劑提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。如γ-PGA 處理可使小白菜增產(chǎn)20%以上，改善小白菜的品質(zhì)，顯著提高氮的累積量，降低地上部硝酸鹽的積累[8]；提高番茄葉片的葉綠素含量，促進番茄生長[9]；相比清水，PGA 處理后，葡萄果實縱徑增長了7.7%，可溶性蛋白含量增加了28.7%，維生素C 含量增幅達60%[10]；可見，γ-PGA 處理可以明顯改善大棚栽植柑橘的外觀品質(zhì)，使果實整齊一致，果形圓正，著色均勻，提升果實單果質(zhì)量、榨汁率和維生素C 含量[11]。

本試驗在復(fù)合肥基礎(chǔ)上加入γ-PGA，探討了γ-PGA對黃瓜生長狀況、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，旨在對γ-PGA 肥料增效劑在黃瓜種植中的應(yīng)用做出評價，探索黃瓜生產(chǎn)中健康、高效的技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

γ-PGA 由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物國家重點實驗室作為專利技術(shù)支撐，由武漢光華時代生物科技有限公司提供。試驗地設(shè)在武漢光華集團廠區(qū)內(nèi)，供試品種為‘華北’黃瓜。

1.2 肥料增效劑的準(zhǔn)備

功能復(fù)合營養(yǎng)液（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/L）購自武漢光華集團，取1 L 復(fù)合營養(yǎng)液加1 L 水稀釋后備用，記為H1 處理。

H1 水劑：取功能復(fù)合營養(yǎng)液1 L，加水1 L。

H2 水劑：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L），PGA 濃度為0。

H3 水劑：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L+3.5%的PGA 發(fā)酵液150 mL/L）。

H4 水劑：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L+3.5%的PGA 發(fā)酵液300 mL/L）。

1.3 試驗設(shè)計

2021 年5 月下旬至2021 年8 月上旬進行試驗。選擇耕地栽培條件一致，管理條件相同的試驗地進行4 個處理，每個處理種植50 株黃瓜苗做比較試驗。移栽時，黃瓜苗按行距50 cm，株距30 cm 定植，各處理在田間隨機排列。以清水為對照組。

處理1：黃瓜移栽時，施定根水，取H1 水劑150 mL，加15L 水稀釋，每株灌根300mL；在苗期取H1 水劑150mL，加15 L 水稀釋，每株灌根300 mL；在初蕾期取H1 水劑250 mL，加25 L 水稀釋，每株噴葉+灌根500 mL；在盛果期，取H1 水劑500 mL，加50 L 水稀釋，每株噴葉+灌根1 L。種植期和苗期各施1 次；花蕾期和盛果期，間隔10 d 施用一次，各施2 次。共施用6 次。

處理2 將H1 水劑更換為H2 水劑，其他操作相同。

處理3 將H1 水劑更換為H3 水劑，其他操作相同。

處理4 將H1 水劑更換為H4 水劑，其他操作相同。

1.4 儀器與設(shè)備

電子天平，杭州萬特衡器有限公司；色彩色差計（Color meter ZE6000）、果實硬度儀（GY-3），均為杭州托普儀器有限公司生產(chǎn)；SPAD 儀，浙江拓普公司。

1.5 測定指標(biāo)及方法

黃瓜果實的單果質(zhì)量、縱徑、橫徑參考劉漢蘭等[12]的方法測定。果實硬度用果實硬度儀測定。測定產(chǎn)量時，處理和對照分別統(tǒng)計30 株，采摘從6 月15 日開始到8 月16 日結(jié)束。采摘的黃瓜現(xiàn)場稱量質(zhì)量，根據(jù)不同批次的數(shù)據(jù)，計算單位面積的產(chǎn)量。

每個處理選用30 株黃瓜做比較試驗，并隨機取樣送至華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)院進行品質(zhì)分析，果實分析時，每個處理隨機取6 個生物學(xué)重復(fù)。

黃瓜果實表皮的色澤參數(shù)使用色彩色差計測定[13]。評判標(biāo)準(zhǔn)為：L為亮度變量，L值越大亮度越高，果實表皮越光滑；a為紅綠色值，最大值為199.9，正值偏紅、負值偏綠；b為黃藍色值，最大值為199.9，正值偏黃、負值偏藍。

VC 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定[11]。SPAD 值是葉片在兩種波長光學(xué)濃度差方式650、940 nm 來確定葉片當(dāng)前葉綠素的相對數(shù)量（兩種波長范圍內(nèi)的透光系數(shù)來確定葉片當(dāng)前葉綠素的相對數(shù)量）[14]，本試驗采用SPAD 儀測定。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析使用SPSS 24.0 和Excel 2016 軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 γ-PGA 對黃瓜果實外觀品質(zhì)的影響

果實外形是果實最為直觀的品質(zhì)，對消費趨勢和經(jīng)濟效益有相當(dāng)重要的影響。圖1 顯示了進行γ-PGA 試驗后的黃瓜果實特征。由圖知，對照組果實短小，形狀不規(guī)則，處理3 和處理4 的果實較對照有顯著增長，果實的均一性也明顯更好。

圖1 不同處理黃瓜的照片F(xiàn)ig.1 Fruit photos of cucumber with different treatments

由表1 可知，黃瓜果實在4 種配方處理后，果實縱徑均大于對照，處理3 和處理4 較對照分別提升29.4%和32.9%，差異達到顯著水平，而處理1、2 和處理3 的果實橫徑有所降低，且差異達到極顯著，處理4 的果實橫徑與對照相比降低不明顯?？梢?，處理3 和處理4 的黃瓜果實相較于對照組表現(xiàn)出長度增加、果形整齊一致的特點。

表1 γ-PGA 對黃瓜果實外觀和VC 的影響Table 1 Effects of poly-γ-glutamic acid on fruit appearance quality and VC content of cucumber

果實硬度與耐貯運能力和貨價壽命密切相關(guān)。由表1 可知，處理3 和處理4 黃瓜果實表現(xiàn)為硬度增加。其中處理3 的硬度達到最大，為18.4 N/cm2，但差異不顯著。處理1 和處理2 的果實表現(xiàn)出硬度下降。

維生素C 是人體不可或缺的營養(yǎng)物質(zhì)，黃瓜果實的VC 含量直接影響其內(nèi)在品質(zhì)。表1 顯示，黃瓜用γ-PGA處理后，果實中的VC 含量均有不同程度的增加，分別提高了104.9%、55.3%、215.9%、74.2%，其中處理3 果實VC含量增加最為明顯。黃瓜中的葉綠素主要起提高光合作用效率的作用，為作物產(chǎn)量打好物質(zhì)基礎(chǔ)，提供營養(yǎng)保障。試驗結(jié)果表明，經(jīng)過4 種γ-PGA 配方處理后的黃瓜葉綠素分別比對照提高1.9%、7.6%、10.4%、8.4%。處理3葉綠素增量最大，但差異不顯著。

2.2 γ-PGA 對果實色澤的影響

黃瓜在PGA 配方處理后的色澤變化結(jié)果如表2 所示，各處理組果實a值均為負，b值均為正，說明果實均呈現(xiàn)黃綠色。處理組相比于對照組亮度提高，其中，處理3、4 與對照相比，差異達到極顯著水平（P＜0.01）。處理3和處理4 果實的a值與對照和處理1 相比，也表現(xiàn)出極顯著差異（P＜0.01），且黃瓜果實的綠色相較于對照組稍淺。而b值在所有樣品間的差異不顯著。

表2 γ-PGA 處理后果實色澤的比較Table 2 Comparison of fruit color after poly-γ-glutamic acid treatment

2.3 γ-PGA 對黃瓜產(chǎn)量的影響

由表3 可知，4 種γ-PGA 配方處理的黃瓜單位面積產(chǎn)量均高于對照，各處理組相較于對照組的增幅分別為11.4%、16.8%、53.2%、47.1%，從處理3 和處理4 結(jié)果可以看出，產(chǎn)量隨著γ-PGA 處理的濃度增加而增加，由此證實，PGA 處理對黃瓜有明顯的增產(chǎn)效果。

表3 γ-PGA 對黃瓜產(chǎn)量的影響Table 3 Effect of poly-γ-glutamic acid on cucumber yield

4 種處理后的單株掛果數(shù)與對照組相比均有增加，且均達到差異極顯著水平（P＜0.01）。但處理1、2 和處理4 處理后的黃瓜單果質(zhì)量有所下降，而處理3 的單果質(zhì)量相比于對照組有所增加，綜合效果是單株掛果數(shù)增加，果實適當(dāng)?shù)販p小，但果實的均一性更好。

3 討論

黃瓜是種植面積位于全球前十、中國前五的蔬菜，市場需求量大[15]，在全世界都有著重要地位。本研究表明，γ-PGA 通過促進黃瓜對肥料的吸收進而對黃瓜果實的部分生理指標(biāo)有一定的積極作用，可以在一定程度上提高黃瓜產(chǎn)量，改善黃瓜外觀品質(zhì)，提高黃瓜VC 含量和葉綠素含量等指標(biāo)，是調(diào)節(jié)黃瓜生產(chǎn)和品質(zhì)的有效的手段，開辟了PGA 在黃瓜上應(yīng)用的新領(lǐng)域。為此，推薦黃瓜生產(chǎn)上使用濃度處理3（復(fù)合肥配施150 mL/L、3.5%的PGA發(fā)酵液）進行灌根處理，它對于黃瓜生產(chǎn)具有良好的效果。

在產(chǎn)量方面，γ-PGA 能促進黃瓜的壯苗增產(chǎn)。經(jīng)過γ-PGA 處理，黃瓜藤蔓數(shù)和開花數(shù)增加，連續(xù)結(jié)果能力增強，這與γ-PGA 在辣椒上的作用效果一致[16]。從單位面積產(chǎn)量方面看，γ-PGA 處理對黃瓜有明顯的增產(chǎn)效果，且增產(chǎn)效果與γ-PGA 濃度呈正相關(guān)，處理4 增產(chǎn)最多，為47.1%。根據(jù)γ-PGA 處理后的黃瓜單果質(zhì)量有所下降，推測決定單位面積產(chǎn)量的主要因素是掛果數(shù)和連續(xù)結(jié)果能力，而單果質(zhì)量與果實外形有關(guān)，為次要因素。

外觀品質(zhì)方面，果皮翠綠、新鮮飽滿的黃瓜更能吸引消費者，處理后的果實由橢圓形趨向長圓形，直徑變窄，長度變長，著色漂亮，硬度變大，耐貯性增強，這些因素都直接影響其經(jīng)濟效益。黃瓜果實的硬度在處理3 條件下達到最大，為18.4 N/cm2，與γ-PGA 在草莓上的應(yīng)用效果一致[17]，但處理1 與處理2 也表現(xiàn)出硬度下降的現(xiàn)象，在后續(xù)實驗中，可以在肥料中補充鈣元素，以期增加黃瓜果實硬度，進一步觀察PGA 是否可以改善黃瓜對肥料中鈣的吸收效果。

內(nèi)在品質(zhì)方面，黃瓜用γ-PGA 處理后，果實中的VC含量均有所增加，這與γ-PGA 在葡萄上的作用效果一致[9]。黃瓜中的葉綠素主要作用表現(xiàn)為壯根增綠，提高有效分蘗數(shù)量和質(zhì)量，為產(chǎn)量打好基礎(chǔ)，提供營養(yǎng)保障，經(jīng)過γ-PGA 處理后的黃瓜葉綠素含量提高，可以促進黃瓜營養(yǎng)生長，增強黃瓜的抗病能力，促進其生長發(fā)育，提高光合作用，增強物質(zhì)積累。

同時，γ-PGA 以其綠色環(huán)保的特點，對提高肥料的利用率、維護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要的意義[18-19]。γ-PGA 在黃瓜以及其它農(nóng)作物種植生產(chǎn)方面仍有較大的研究空間，如γ-PGA 促進作物生長的作用機制，γ-PGA 各濃度對黃瓜品質(zhì)的影響，通過感官評價評測γ-PGA 處理黃瓜的品質(zhì)，γ-PGA 對植物抗性的影響，γ-PGA 與節(jié)水節(jié)肥栽培的關(guān)系等，還有待之后的試驗設(shè)計做進一步的探索。