氯化钙溶液对植物工厂生菜品质及干烧心病情的影响_姜岳丛.pdf

北方园艺 （）：研究简报第一作者简介：姜岳丛（），男，硕士研究生，研究方向为蔬菜设施栽培。：责任作者：王丽萍（），女，博士，教授，现主要从事蔬菜设施栽培等研究工作。：基金项目：北京市农林科学院蔬菜研究中心改革与发展资助项目（）；北京市农林科学院青年科研基金资助项目（）。收稿日期：氯化钙溶液对植物工厂生菜品质及干烧心病情的影响姜 岳 丛，佟静，王 丽 萍（河北工程大学 园林与生态工程学院，河北 邯郸 ；北京农林科学院 蔬菜研究所，北京 ；农业农村部华北都市农业重点实验室，北京 ）摘要：以“绿雅”生菜为试材，采用叶面喷施氯化钙溶液的方法，设置（）、（）、（）、（）、（）个浓度的氯化钙溶液处理，研究了不同浓度下对生菜品质以及干烧心情况的影响，以期为改善植物工厂中生菜干烧心严重的情况，提高生菜的产量品质提供参考依据。结果表明：喷施氯化钙浓度为 时生菜的各项品质均相对 有较为明显的提升，其中蛋白质含量以及可溶性糖含量均为所有处理最高；氯化钙对改善生菜干烧心影响效果显著，且随浓度增加干烧心率逐渐降低，但产量以及部分品质在浓度超过 后出现下降。综合分析得出，氯化钙溶液喷施浓度为 时对生菜的品质提升最大且显著改善了植物工厂内生菜干烧心病情。关键词：叶面喷施；氯化钙；生菜；品质；干烧心中图分类号：文献标识码：文章编号：（）生菜（）为叶用莴苣一种，属菊科莴苣属一二年生草本植物，是植物工厂内重要的作物，植物工厂是设施栽培的高级阶段，通过智能计算机和电子传感系统对植物生长的温度、湿度、光照、浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，从而达成生菜栽培的优质生产，是未来农业的发展方向。但由于植物工厂的生长环境是生菜生长的最优环境，常发生生长速度过快从而根系吸收钙质元素跟不上生长速度而导致缺钙的情况。钙是植物生长的必要元素，其在土壤以及营养液中的含量并不少，但因钙只能由根尖吸收，并且多数以结合钙的形式存在，不能自由移动，新生的幼嫩心叶常发生钙相对不足的情况，所以干烧心病害常在幼嫩叶片上发生。国内外对钙元素在植株内的生理作用研究已经比较深入，钙元素作为植物细胞壁结构的构成元素 ，：（）；之一，与果胶结合成结合果胶钙，对细胞壁进行支持；在细胞膜上钙离子将磷脂分子结合起来维持细胞的完整性，促进钾离子的吸收，延缓细胞衰老；与草酸结合成草酸钙中和有机酸的毒害；而当细胞缺钙时会造成膜质的过氧化，丙二醛含量增加，加剧膜结构的破坏，细胞破裂，表现为叶片的枯焦变褐。植物工厂内生菜干烧心的诱发因素很多，但根本原因是钙离子不能运输到叶片导致细胞壁细胞膜结构功能的破坏。为了减轻植物工厂内生菜的干烧心病害，该试验采用叶面喷施氯化钙溶液的方式补充生菜体内尤其是幼嫩叶片的钙含量，并研究其在改善生菜元素缺失，调整生长，以及提高综合品质上的效果 。材料与方法 试验材料供试生菜品种为“绿雅”，播种于 年月日。选取饱满的种子，在植物工厂内将海绵块来回挤压浸湿，使其完全浸透放入塑料托盘，将种子放入 海 绵 块 中 心 圆 孔，置 于 暗 处 加 速催芽，后种子露白，将生菜苗置于栽培架育苗，育苗期间放置在白 灯光下，光周期为（光）（暗），营养液采用国家蔬菜工程技术研究中心研发的 营 养液（；值（）。育苗完成后，定 植于孔苗盘，于月 日定植。试验方法试验在北京市农林科学院蔬菜研究所（北纬 、东经 ）人工光型植物工厂水培系统中进行。定植试验区光照采用 灯光，光周期（光）（暗），营养液采用国家蔬菜工程技术研究中心研发的营养液。植物工厂内温度恒定设定 为 ，相 对 湿 度 为 ，浓 度 为 。在定植后进行叶面喷施，之后每隔处理次，整个生长期进行次叶面氯化钙溶液喷施处理，设置包括对照在内的共个浓度处理，每个处理定植 棵，处理分别为（）、（）、（）、（）、（），喷施量以叶片挂满水珠但不掉落为准。每隔测量生长指标，以及记录生菜的干烧心情况，于月 日采收，统一测量生菜品质，进行差异分析。项目测定 生长指标测定每隔对生菜的生长指标进行测定。用直尺测定株高、叶长、叶宽，用天平称量叶片地下部鲜质量，分别统计各个处理的干烧心的情况。在 年月 日最后一次测量记录各项生长指标以及干烧心的情况，并对新鲜生菜植株取样放入 的烘箱中杀青，然后再置于 的烘箱中烘干至恒质量，用分析天平称量干质量，每处理次重复。品质指标测定维生素含量采用，二氯酚靛酚滴定法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝染色法测定，硝酸盐含量采用水杨酸法测定，方法均来自李合生 植物生理学实验原理与技术。生理指标测定总酚含量采用紫外可见分光光度法（）测定，黄酮含量采用紫外可见分光光度法 测定，根系活力采用 法 测定。干烧心指标测定干烧心率（）该处理的干烧心的叶片数该处理的总叶片数 。干烧心株数：统计每处理中有干烧心病害的生菜总株数。单株最大叶片干烧心数：每处理中所有干烧心病株中单株干烧心叶片数最大值。干烧心病株平均干烧心数处理中干烧心叶片数干烧心病株数。数据分析采用 软件对数据进行处理和分析。结果与分析 叶面喷施钙肥对生菜形态的影响由表可知，不同浓度处理下的叶片数无显著差异，而 叶 片 形 态 有 一 定 差 异，喷 施 浓 度 为 时，处理的株高、叶长、叶宽的值均高于其它处理；喷施浓度为 时，处理的冠幅显著高于第第期期 北方园艺表叶面喷施钙肥对生菜形态的影响 处理 株高 冠幅 叶长 叶宽 叶片数 片 注：不同字母代表不同处理间差异显著（，）。下同。：（，）除 以外的其它处理，而其它处理之间的差异性并不显著。综合来看，当喷施浓度为 时，最有利于生菜的形态发育。叶面喷施钙肥对生菜生长的影响由表可知，通过叶面喷施氯化钙的方式补钙对生菜的生长影响显著，叶片鲜质量及干质量随浓度的升高呈先上升后下降趋势，在处理浓度为 时的叶片鲜质量最大达到 ，比 高 ，而后随浓度升高叶片鲜质量开始降 低，但 仍 高 于 ，、分 别 高 于 、；根系鲜质量变化趋势同叶片鲜质量 一 样，在 处 理 浓 度 为 时 最 大，达 到 ，高于 ，之后根系鲜质量随浓度的升高而降低，在处理、时仍高于 、。表叶面喷施钙肥对生菜生长的影响 处理 叶片鲜质量 根系鲜质量 叶片干质量 叶片干鲜比 叶面喷施钙肥对生菜品质的影响由表可知，在对生菜进行不同浓度的氯化钙叶面喷施之后，生菜的品质，尤其是可溶性蛋白质随喷施氯化钙溶液浓度的增加呈先上升后下降明显的抛物线变化，且每处理均大于 ，在处理浓度 为 时 含 量 最 高 达 到 ，显著高于 。维生素 含量变化的趋势与可溶性蛋白质相似，均为先升后降，但维生素 在 喷 施 浓 度 为 时 达 到 最 高，为 （），显著高于 。在对植物工厂生菜喷施不同浓度氯化钙溶液后，生菜叶片中的硝态氮含量随喷施浓度的增加呈现出升高趋势，处理的硝态氮含量均显著高于，且 处理显著高于其它个浓度处理。表叶面喷施钙肥对生菜品质的影响 处理 维生素含量 （）可溶性蛋白质含量 （）可溶性糖含量 硝态氮含量 （）北方园艺月月（上上）叶面喷施钙肥对生菜心叶钙离子含量的影响由图可知，在喷施任意浓度的氯化钙溶液之后生菜心叶的钙离子含量均有所提升，且随喷施氯化钙溶液浓度的升高，其含量也不断提高。生菜心叶的钙离子浓度为 ，而对生菜喷施浓度为 的氯化钙溶液之后生菜心叶的钙离子含量显著提升，相比 提升了 ，而当喷施的浓度高于 之后生菜的心叶钙离子含量虽然有所提升，但是提升幅度开始下降。注：不同字母代表不同处理间差异显著（，）。下同。：（，）图叶面喷施氯化钙对生菜心叶钙离子含量的影响 叶面喷施钙肥对生菜根活、总酚、类黄酮的影响 叶面喷施钙肥对生菜根系活力的影响由图可知，对叶面喷施氯化钙后生菜的根图叶面喷施氯化钙对生菜根系活力的影响 系活力均有不同程度的提升，其中浓度为 时生菜的根系活力提升最大，相较于 提升 ，其次是 、，分别提升 、，根系活力随喷施浓度的提升呈现先上升后下降的趋势。叶面喷施钙肥对生菜总酚以及类黄酮含量的影响从图可以看出，叶面喷施氯化钙溶液可以提高生菜的类黄酮以及总酚的含量。其中、处理组的总酚含量显著高于其它个处理，处理的总酚 含 量 最 高 为 ，高 出 ，处理的总酚含量高出 。经过氯化钙溶液处理的生菜类黄酮含量均显著高于，其 中 含 量 最 高 的 是 处 理，高 出 。图叶面喷施氯化钙对生菜总酚含量（左）及黄酮类含量（右）的影响 （）（）叶面喷施钙肥对生菜干烧心率的影响从表可以看出，在不同浓度处理下生菜的干烧心 病情 指 数 有显著差异，生 菜 得 病植株共 株，占比为 ，单株生菜干烧心第第期期 北方园艺表叶面喷施钙肥对生菜干烧心的影响 处理 总干烧心株数 干烧心株数占全部比例 最大单株干烧心叶片数 病株平均干烧心叶片数 叶片数最高为片，得病植株平均干烧心叶片数接近片，而随处理浓度的升高，生菜处理的各项病情指数均随之降低，与生菜叶片内钙离子浓度差异呈现正相关，喷施氯化钙浓度为 时，处理中生菜的得病植株数量降为株，相较于 处理下降 ，、分别较 下降了 、，随浓度升高其对病情的缓解效果在逐步的减弱。当处理浓度由 增加到 时生菜的最大单株干烧心叶片数无变化，而病株的平均干烧心叶片数仅降低 。从图可以看出，在喷施不同浓度的氯化钙溶液之后生菜的干烧心程度有很大的改善，清水处理下的生菜在月 日开始出现烧心病情，叶面喷施浓度为 的氯化钙溶液处理下，生菜的烧心病情发生时间推迟至月 日，浓度提升至 以上时干烧心的发病时间出现在月 日以后，可以看出浓度越大对干烧心的抑制效果越好。在月 日最后一次记录的生菜干烧心率可以看出，干烧心率为 ，烧心率分别为 、，相 较 于 依 次 下 降 、，效果极其显著。讨论与结论通过对生菜叶片喷施氯化钙溶液的方式进行追肥对生菜的生长、品质、以及干烧心的改善均有显著作用。研究发现对生菜喷施抗坏血酸可以有效提升生菜的抗坏血 酸 含量 以 及 钙离子 的含量，该研究中对生菜叶片喷施氯化钙溶液同样提升了生菜心叶的钙离子含量，且心叶的钙离子含量随氯化钙溶液喷施浓度的升高而升高。钙离子对生菜基础生理代谢的影响来影响生图不同时期叶面喷施钙肥对生菜干烧心率的影响 菜生长，钙离子参与多项生理活动中的信号传导，在硝酸还原酶的合成过程中起到重要作用，并且促进了无机氮的吸收 、叶绿素等的合成，该研究中喷施不同浓度的氯化钙溶液后生菜的形态出现差异发展，尤其生菜的叶片叶宽差异十分显著，处理的叶宽显著高于其它处理，同时该处理的叶片鲜质量也是各处理中最高的，这与前人研究一致。钙离子不足或浓度过高均会抑制植株的正常生长，钙是细胞壁细胞膜的重要构成元素，钙离子吸收不足时，细胞的信号传递以及叶绿素的合成均会受阻，从而抑制了其生长；而喷施浓度过高时则可能会堵塞气孔，影响叶片呼吸，并且过高的钙离子浓度会产生盐胁迫从而降低叶片的质量。适当浓度的氯化钙溶液喷施可以提升生菜的营养品质，这在番茄、白菜、甜叶菊以及水稻等作物上均有体现 。维生素 是重要的营养衡量指标之一，在生菜内含量丰富，同时与黄酮和酚类物质一同参与抗坏血酸谷胱甘肽（）循环系统清除活性氧（，北方园艺月月（上上），在喷施氯化钙溶液后生菜的黄酮以及总酚类物质含量增高，消除部分活性氧，从而提升了生菜维生素 的含量，而随浓度继续升高，活性氧含量可能持续升高导致了维生素 含量的降低；而随浓度的升高，硝酸盐含量同样呈现出升高的趋势。生菜对 吸收利用较差，需要通过硝化作用转化为 才能更好的利用吸收，是一类容易积累硝酸盐的作物，在浓度为 时硝态氮含量达到最高（表），这与钙肥施入调节了营养液钙、氮比例，提高了根系活力，促进根系对氮素的吸收有关，。同时根系对氮元素的吸收促进了蛋白质的合成。生菜干烧心的一大原因是植物生长快速的条件下生菜根系无法从营养液中吸取到足够的钙离子供应植株叶片的生长所需，相同的病状还有番茄的脐腐病（）、西瓜裂果 以及苹果的苦痘病等，钙离子不仅在植物的信息传递上有重要作用，同时钙离子可以同果胶酸结合形成果胶酸钙固定在新生组织的细胞壁中提供支持能力，也是细胞膜进行选择性吸收的重要条件，可以维持细胞内外阴阳离子的平衡，当钙离子不足时细胞原生质膜的稳定性降低，透性增加，致使低分子量有机化合物和无机离子外渗增多。严重缺钙时，原生质膜结构彻底解体，丧失对离子吸收的选择性，随后细胞壁和中胶层变软解体，降低对细菌真菌等的抵抗力，表现为生菜的干烧心病害，严重情况下导致了叶片的腐烂。而氯化钙溶液的叶面喷施是一种直接的补钙方式，直接提升了生菜叶片的钙离子含量，从而缓解了干烧心的发生率以及严重程度。该研究在过程中相较于前人试验关注了总酚类以及黄酮类等可以清除植物体内自由基的抗氧化活性物质，发现在对生菜叶片喷施氯化钙溶液之后，生菜的抗氧化活性物质均有显著提高，而干烧心对生菜生理破坏体现在细胞壁破坏之后自由基基团大量增加而膜质过氧化，细胞膜通透性发生变化，电解质渗漏，相对电导率升高，有毒中间产物丙二醛（）积累并对植株造成损害。喷施氯化钙后抗氧化活性物质的增加让干烧心对生菜生理的破坏减弱，表现为对干烧心病害的抑制。叶面喷施氯化钙溶液作为一种预防植物工厂干烧心病害的栽培方法，具有高效低成本的特点，有效降低了植物工厂内生菜的干烧心病情，且随浓度的升高对干烧心的抑制效果也更好，但是浓度超过 后，生菜的生长以及品质都会不同程度的下降，综上所述，叶面喷施氯化钙溶液是一种有效抑制植物工厂内生菜干烧心的栽培方法，最佳浓度为 。参考文献徐强，闫晓煜生菜的无土栽培技术与管理现代农业科学，（）：齐红伟，周俊国，姜立娜生菜植物工厂栽培技术长江蔬菜，（）：李芮植物工厂富硒生菜活菜销售技术研究银川：宁夏大学，缪颖，伍炳华，曾广文，等 缺钙诱发大白菜干烧心与细胞壁结构组 分 变 化 的 关 系 植 物 生 理 学 报，（）：，付嵘，孟小暇，柴胜丰 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