葉面噴施鈣肥對生菜品質及干燒心的影響

摘要：鈣是影響生菜生長和品質的重要元素。為促進人工光植物工廠中生菜生長，降低生菜干燒心的發(fā)生率，本試驗以“意大利”生菜為試材，采用營養(yǎng)液培養(yǎng)法，設置4個氯化鈣濃度處理，分別為0（CK，清水對照）、0.5%（T1）、1.0%（T2）、1.5%（T3），研究葉面噴施不同濃度氯化鈣溶液對生菜品質以及干燒心的影響。結果表明，與對照（CK）相比，T2處理即噴施氯化鈣濃度為1%時更有利于生菜的生長、形態(tài)發(fā)育和各項品質指標的提升，其中維生素C、可溶性蛋白、葉綠素含量在所有處理中最高。噴施氯化鈣溶液推遲生菜干燒心的發(fā)病時間，降低干燒心的發(fā)生率以及嚴重程度，改善生菜干燒心效果顯著，但氯化鈣濃度達到1.5%時部分品質指標會出現(xiàn)下降。從隸屬函數(shù)法綜合評價結果看出，T2處理即氯化鈣濃度為1%時生菜品質提升幅度最大，且顯著緩解植物工廠內生菜干燒心的發(fā)病情況。

關鍵詞：生菜；氯化鈣；植物工廠：葉面噴施；干燒心

中圖分類號：S636.9 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2024） 08-0110-07

生菜（Lactuca sativaL．）是人工光植物工廠廣泛種植的一種代表性蔬菜。植物工廠內水培生菜不受季節(jié)限制，生長周期短、品質高且無連作障礙，清潔無污染，深受人們喜愛。然而植物工廠內水培生菜燒心率高，品質達不到人們預期，引起學者的廣泛關注。

近年來為了探究植物工廠內生菜干燒心的發(fā)病機制，降低其發(fā)病率，國內外學者在品種、營養(yǎng)液和環(huán)境因素（風速、濕度、和光）等方面進行過大量研究。相關研究表明，干燒心和生菜品質低的一個重要原因是新生組織對鈣有很高的需求，適宜的生長環(huán)境使得生長速度較快的生菜新生葉片中鈣離子得不到及時補充，從而引起由鈣缺乏而導致的生菜干燒心病的發(fā)生。

在植物生長必需的營養(yǎng)元素中，鈣的需求量僅次于氮、磷和鉀。鈣是細胞壁和胞間層的重要組成部分，能夠維護細胞膜的完整性，增強植株的抗逆性，對碳水化合物和蛋白質的合成過程以及植物體內生理活動的平衡等，都起著重要作用。植物工廠內由于植株生長環(huán)境都由機器設備精準控制，這加快了植株的生長速度，根系對鈣的吸收也相應增加。根尖是植物吸收鈣的主要部位，營養(yǎng)液中的游離鈣離子易與硫酸根離子、水溶性磷離子形成沉淀，降低鈣的有效性。新生葉片出現(xiàn)鈣缺乏，會導致細胞壁不能形成，影響細胞組織的分生，在癥狀上表現(xiàn)為幼嫩心葉變黃，葉片邊緣皺縮、褪綠，葉尖枯黃，引起細胞膜、細胞壁結構和功能的破壞，從而影響其外觀品質、口感和商品價值，阻礙植株的正常發(fā)育，降低植物工廠的經(jīng)濟效益。

植物工廠中引起生菜干燒心的原因有很多，但根本原因是鈣缺乏。為了降低植物工廠內生菜干燒心的發(fā)病率，本試驗采用葉面噴施不同濃度氯化鈣溶液方式補充生菜幼嫩心葉的鈣含量，分析其在促進生菜生長、提高產量和改善品質上的效果，以期為防止生菜干燒心的發(fā)生和提高生菜品質提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與育苗

供試品種選用“意大利”生菜，于2022年9月20日播種。在人工光植物工廠內將圓孔海綿放入盛水的塑料托盤中反復擠壓令其完全浸透，選取飽滿的種子置于海綿塊中心圓孔，將播好種的托盤放置在暗處經(jīng)過48 h加速催芽，種子“露白”后將其置于栽培架上育苗13 d。育苗期間光照由白光LED燈提供，光周期為14 h（光）/10 h（暗），光照強度為200 μmol·m-2·s-1。采用國家蔬菜工程技術研究中心研發(fā)的營養(yǎng)液（pH值6.0+0.5;EC值1.50+0.10 mS·cm-1）培養(yǎng)。育苗完成后，于10月5日定植于六孔苗盤中。

1.2 試驗設計

試驗在北京市農林科學院蔬菜研究所（116°29＇E，39°94＇N）的人工光植物工廠水培系統(tǒng)中進行。定植區(qū)光照條件同育苗期，采用國家蔬菜工程技術研究中心研發(fā)的營養(yǎng)液。室內溫度恒定為22℃，濕度80%，CO2濃度為1 800 μmol·mol-1，營養(yǎng)液溫度為20℃。設置4個氯化鈣濃度處理，分別為0（CK，清水對照）、0.5％（T1）、1.0％（T2）和1.5％（T3），每處理定植30棵。定植4d后葉面噴施氯化鈣溶液，之后每隔4d噴施一次，整個生長期共噴施4次。噴施量以葉片掛滿水滴但不掉落為準。10月5日第一次測定生長指標，之后每隔4d測定一次。10月25日采收，統(tǒng)一測定生菜品質指標。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 生長指標

每隔4d用直尺測量株高、葉長、葉寬和冠幅，觀察噴施鈣肥溶液對植株生長的影響，用天平稱取地上部、地下部鮮重，并分別統(tǒng)計各處理生菜的干燒心情況，因鈣肥處理對采收前植株無明顯不良影響，因此形態(tài)和生長指標分析只用最后一天（2022年10月25日）采收時的數(shù)據(jù)。生菜植株鮮樣稱取葉片和根系鮮重后放人烘箱中105℃殺青1h，然后再75℃烘干至恒重稱干重。每處理重復3次。

1.3.2 品質指標

維生素C含量測定采用2，6-二氯靛酚滴定法，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍染色法，硝酸鹽含量測定采用水楊酸法。

1.3.3 生理指標

生菜總酚含量測定采用紫外可見分光光度法（NY/T 1600-2008），黃酮含量測定采用紫外可見分光光度法，根系活力測定采用TTC法，葉綠素含量測定采用95%乙醇浸提法。

1.3.4 干燒心指標計算方法如下：

總干燒心株數(shù)：每個處理的干燒心病害總株數(shù)：

單株最多干燒心葉片數(shù)：每處理所有干燒心病株中單株干燒心葉片數(shù)最大值：

病株平均干燒心葉片數(shù)：處理總干燒心葉片數(shù)／處理干燒心病株數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 26.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與作圖。采用模糊隸屬函數(shù)法建立模型，對生菜葉片品質指標數(shù)據(jù)進行標準化處理，用得到的結果建立矩陣并結合各指標的權重系數(shù)得到各指標最終的隸屬函數(shù)值。權重系數(shù)根據(jù)生菜評價標準及相關文獻確定，見表1。

2 結果與分析

2.1 葉面噴施氯化鈣對生菜形態(tài)和生長的影響

由表2可以看出，T1處理株高最高，顯著高于CK，和其余處理差異不顯著。T2處理葉長、葉寬、葉片數(shù)高于其他處理，其中葉長差異不顯著，葉寬顯著高于CK和T3處理，冠幅顯著高于其他處理，比對照高出25.83％，葉片數(shù)顯著多于CK。綜合得出，噴施1%氯化鈣更有利于生菜的形態(tài)發(fā)育。

從表3中可以看出，生菜單株葉片鮮重、根系鮮重、葉片干重均隨著氯化鈣噴施濃度增加呈先增加后減少趨勢。T1處理單株葉片鮮重最大，為76.09 g，比CK顯著高出37.84%，之后隨濃度增加葉片鮮重逐漸降低，但仍高于CK，T2、T3比CK分別高出35.89%和10.56%。葉片干重和葉片鮮重的變化趨勢一致，T1處理葉片干重最大，為3.32 g，比CK高出26. 24%，T2、T3比CK分別高出25 .09%和6.08%。各處理單株根系鮮重、葉片干重、葉片干鮮比差異均不顯著。

2.2 葉面噴施氯化鈣對生菜品質的影響

從表4中可以看出，生菜維生素C和可溶性蛋白含量隨著氯化鈣噴施濃度的增加呈先增加后減少趨勢，且不同濃度各處理都顯著高于CK。T2處理維生素C含量最高，100 g生菜中含量為27.15mg，比CK、T1、T3分別高出39. 45%、27. 05%和16.47%?？扇苄缘鞍缀亢途S生素C的變化趨勢一致，也是T2處理含量最高，為6.11 mg·g-1，比CK、T1、T3分別高出57.07%、27. 82%和5.89%。不同濃度氯化鈣處理間可溶性糖含量沒有顯著差異。生菜硝態(tài)氮含量隨著氯化鈣濃度的增加而增加，T3處理含量最高，為4 635.98 mg·kg-1，比CK、T1、T2分別高出23.27%、8.38%和4.03%。

2.3 葉面噴施氯化鈣對生菜根系活力及總酚、類黃酮含量的影響

2.3.1 對生菜根系活力的影響

從表5中可以看出，生菜根系活力隨著氯化鈣噴施濃度的增加呈先升高后降低趨勢，各處理根系活力均顯著高于CK。T2處理生菜根系活力最大，為442.55μg.g-1·h-1，比CK、T1、T3分別高出49. 68%、11.01％和17.93％。各處理根系活力表現(xiàn)為：T2＞T1＞T3＞CK。

2.3.2 對生菜總酚含量的影響

從表5中可以看出，生菜總酚含量隨著葉面噴施氯化鈣濃度的增加呈現(xiàn)先升高后降低趨勢，各處理葉內總酚含量均顯著高于CK。T2處理生菜總酚含量最高，為4.68 mg·g-1，比CK、T1、T3分別高出17.68％、10. 17％和8.14％。各處理總酚含量表現(xiàn)為：T2＞T1＞T3＞CK。

2.3.3 對生菜類黃酮含量的影響

從表5中可以看出，生菜類黃酮含量隨著葉面噴施氯化鈣溶液濃度的增加呈先升高后降低趨勢，各處理葉內類黃酮含量均顯著高于CK。T2處理類黃酮含量最高，為0.405 mg/g，比CK、T1、T3分別高出81.80%、7.05％和6.86％。各處理總酚含量表現(xiàn)為：T2＞T3＞TI＞CK。

2.4 葉面噴施氯化鈣對生菜葉綠素含量的影響

從表6中可以看出，生菜葉綠素a和總葉綠素含量隨著葉面噴施氯化鈣溶液濃度的增加呈先升高后降低趨勢，各處理葉綠素a和總葉綠素含量均顯著高于CK。T2處理生菜葉綠素a含量最高，為0. 48mg·g-1，比CK、T1、T3分別高出50.00％、23 .08％和6.67％。各處理葉綠素a含量表現(xiàn)為：T2＞T3＞T1＞CK。T2處理生菜總葉綠素含量最高，為0. 64 mg·g-1，比CK、T1、T3分別高出30.61%、16.36％和6.67％。生菜類胡蘿卜素含量T1、T2、T3處理間差異不顯著，但均顯著高于CK。

2.5 葉面噴施氯化鈣對生菜鈣離子含量的影響

由圖1可以看出，生菜葉鈣離子含量隨著葉面噴施氯化鈣溶液濃度的增加呈增加趨勢，各部位葉片鈣離子含量表現(xiàn)為外葉＞中葉＞內葉。T3處理內葉鈣離子含量最高，為35.30 pg·mL-1，比內葉CK、T1、T2分別高出44. 14%、13. 61%和8.01％。T3處理中葉鈣離子含量也最高，為82.66pg·mL-1，比中葉CK、T1、T2分別高出100.09％、48.16%和21. 51％。T3處理外葉鈣離子含量最高，為107.88 pg·mL-1，比外葉CK、T1、T2分別高出63.50％、18.56％和10. 16％。

2.6 葉面噴施氯化鈣對生菜干燒心的影響

從表7中可以看出，葉面噴施不同濃度氯化鈣溶液對生菜干燒心病情的影響有顯著差異，CK總干燒心株數(shù)為20株，占總株數(shù)的66.7%，單株最多干燒心葉片數(shù)為8片，病株平均干燒心葉片數(shù)為3.78片。隨著氯化鈣噴施濃度增加干燒心病情呈降低趨勢，與生菜鈣離子含量呈正相關。T2處理干燒心株數(shù)降為6株，繼續(xù)增大噴施濃度到1.5%時干燒心病情的緩解效果減弱。

由圖2可以看出，葉面噴施氯化鈣溶液對生菜干燒心病情有明顯的緩解作用，CK生菜第一次出現(xiàn)燒心病害是在10月15日，噴施氯化鈣處理推遲到10月20日。試驗記錄的最后一天即10月30日，CK、T1、T2、T3處理的干燒心株數(shù)分別為20、10、6株和6株，T2、T3總干燒心株數(shù)均比T1、CK分別下降70％和40％。

2.7 生菜干燒心和葉片鈣離子濃度的相關性分析

對內葉鈣離子濃度、中葉鈣離子濃度、外葉鈣離子濃度和干燒心株數(shù)4個參數(shù)進行相關性分析，結果（表8）顯示，生菜內葉鈣離子濃度、中葉鈣離子濃度、外葉鈣離子濃度與干燒心株數(shù)均呈極顯著負相關。

2.8 不同氯化鈣濃度處理生菜品質的綜合評價

表9為不同氯化鈣濃度處理品質指標的隸屬函數(shù)值以及最終排名結果。T2處理即氯化鈣濃度為1%時隸屬函數(shù)值最高，生菜品質最好，排名第一；T3處理即氯化鈣濃度為1.5%時、T1處理即氯化鈣濃度為0.5%時生菜品質較好，分別列第二位和第三位；CK生菜品質差。

3 討論與結論

鈣是植物生長發(fā)育必需的中量元素，除了作為第二信使參與植物對環(huán)境、激素信號的多種反應，同時在形成細胞壁和維持細胞膜、細胞壁結構及正常功能等方面也不可缺少。鈣離子促進植物無機氮的吸收和葉綠素的合成。本試驗中，葉面噴施不同濃度的氯化鈣溶液后生菜的形態(tài)出現(xiàn)差異，T2處理即氯化鈣濃度為1%時生菜葉長、葉寬、葉片數(shù)的值高于其他處理，且冠幅顯著高于其他處理：T1、T2處理葉片鮮重、根系鮮重、葉片干重高于其他處理，這與前人的研究結果一致。在人工光植物工廠內水培環(huán)境下，營養(yǎng)液提供給植物吸收的元素為離子狀態(tài)，其中鈣離子濃度不足或濃度過高都會影響植株的正常生長發(fā)育，導致細胞壞死。前人研究表明，低鈣環(huán)境下生菜和大白菜的燒心更為嚴重。外源鈣的噴施濃度過高可能會堵塞番茄植株葉片氣孔，影響氣孔導度，同時過多的鈣離子會使胞內鈣離子濃度過高，造成鹽脅迫影響植株生長發(fā)育。

本研究表明，噴施適當濃度的氯化鈣溶液可以提升生菜的營養(yǎng)品質，這在番茄、大白菜、水稻等作物上均有體現(xiàn)。維生素C是衡量生菜營養(yǎng)的重要指標之一，其參與抗壞血酸谷胱甘肽循環(huán)系統(tǒng)清除活性氧?？偡雍皖慄S酮等酚類物質是植物體內重要的次生代謝產物，能夠清除自由基，提高植物的抗氧化能力。噴施氯化鈣溶液后生菜的黃酮以及總酚類物質含量增加，清除了部分活性氧，使生菜維生素C含量升高：當溶液濃度升高達1.5%時，維生素C含量則下降，這可能與清除活性氧消耗有關。氯化鈣的施人，調節(jié)了營養(yǎng)液中的氮鈣比例，促進了根系對氮素的吸收與運轉。適當濃度的氯化鈣溶液能提升根系活力，促進可溶性蛋白合成，隨著溶液濃度增加其呈先升高后降低趨勢。適當濃度鈣元素的添加可以提高番茄、萵苣等作物的葉綠素含量。本研究中，生菜葉綠素含量隨著氯化鈣濃度的增加呈先升高后降低趨勢，這與上述前人研究結果一致。

植物工廠中適宜的生長環(huán)境使得生菜生長速度加快，根系如果不能滿足新生細胞壁形成對鈣離子的需求，就會導致細胞壞死，產生燒邊癥狀，同樣的癥狀也出現(xiàn)在大白菜和西瓜上。本試驗中，葉面噴施不同濃度的氯化鈣溶液后生菜新葉的鈣離子含量顯著增加，干燒心的發(fā)病率顯著降低，干燒心初次發(fā)病時間也明顯推遲。表明葉片鈣含量與干燒心的發(fā)生呈負相關。鈣在植物體內不易轉移和循環(huán)再利用，噴施氯化鈣后，內葉的鈣離子含量得到提升，說明根系為新生組織提供了更多的鈣離子，直接提升葉片的鈣離子含量，從而推遲干燒心的發(fā)病時間，降低干燒心的發(fā)生率以及嚴重程度。

綜上所述，在人工光植物工廠的水培生菜生產中，葉面噴施氯化鈣溶液可以提升生菜株高、葉長、葉寬、冠幅各形態(tài)指標和營養(yǎng)品質，同時有效緩解干燒心的發(fā)生程度，推遲其發(fā)生時間，提高生菜的外觀品質和商品價值，以噴施氯化鈣濃度為1%時效果最好，當溶液濃度達到1.5%時部分品質指標會下降。從隸屬函數(shù)法綜合評價結果也看出，T2處理對生菜品質的提升幅度最大，居第一位，因此葉面噴施1.0%氯化鈣溶液是有效緩解植物工廠內生菜干燒心的最好方法。

基金項目：北京市農林科學院青年科研基金項目（QNJJ202248）；北京市農林科學院科技創(chuàng)新能力建設專項（KJCX20210402）；北京市 農林科學院蔬菜研究中心改革與發(fā)展項目（KYCX202001 - 03．KYCX202306）：北京市種質創(chuàng)制和品種選育聯(lián)合攻關項目（G20220628003）；財政部和農業(yè)農村部：國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系項目（CARS-24-B -02）