新-肥料增效劑γ-PGA對(duì)盆栽小青菜鮮重和品質(zhì)的影響

肥料增效劑γ-聚谷氨酸對(duì)小青菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響基金工程：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金工程〔cx(10)226〕作者簡(jiǎn)介：許宗奇〔1987-〕，男，山東茌平人，碩士生，研究方向：生物化工；徐虹〔聯(lián)系人〕，教授，Email：xuh@許宗奇1基金工程：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金工程〔cx(10)226〕作者簡(jiǎn)介：許宗奇〔1987-〕，男，山東茌平人，碩士生，研究方向：生物化工；徐虹〔聯(lián)系人〕，教授，Email：xuh@(1.南京工業(yè)大學(xué)食品與輕工學(xué)院,江蘇南京210009；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇南京210014)摘要：試驗(yàn)研究了γ-聚谷氨酸〔γ-PGA〕肥料增效劑對(duì)盆栽小青菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。結(jié)果說明：施用不同量的γ-PGA肥料增效劑后，小青菜的葉綠素含量、地上部鮮重、硝酸鹽含量、維生素C〔Vc〕含量以及土壤銨態(tài)氮含量等指標(biāo)與對(duì)照相比產(chǎn)生了明顯差異。正常施肥下，施用50mg/kg的γ-PGA與對(duì)照相比可以顯著提高小青菜葉綠素、地下部鮮重，可使小青菜地上部鮮重最大增產(chǎn)幅度達(dá)8.8％，與對(duì)照相比差異顯著，同時(shí)還可以顯著提高土壤銨態(tài)氮含量，提高氮肥利用率10.6％，施用100mg/kg的γ-PGA與對(duì)照相比可以降低小青菜中的硝酸鹽含量44.8％、提高Vc含量18.1％，小青菜品質(zhì)最好；當(dāng)減15％氮肥時(shí)，20mg/kg的γ-PGA可提高氮肥利用率10.2-11.6％，說明γ-PGA在肥料缺乏時(shí)對(duì)小青菜的增產(chǎn)、增質(zhì)效果十清楚顯。關(guān)鍵詞：γ-聚谷氨酸；肥料增效劑；小青菜；品質(zhì)EffectsofPoly(γ-glutamicacid)ApplicationontheYieldandQualityofPottedGreengroceryXUZong-qi1,WANChuanbao1,XUXian-ju2,ZHANGDan1,XUHong1(1.CollegeofFoodScienceandLightIndustry,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China;2.InstituteofAgriculturalResourceandEnvironmentalSciences,JiangsuAcademyofAgriculturalSciences,Nanjing210014,China)Abstract:Effectofastrengthenedcompoundfertilizer〔SCF〕bypoly(γ-glutamicacid)ontheyieldandqualityofPottedGreengrocerywasstudied.Theresultsshowedthatthecontentsofchlorophyll,abovegroundfreshweight,nitratecontent,vitaminCcontentoftheGreengroceryandthecontentofammoniumnitrogenwithγ-PGAtreatmentproducedremarkabledifferencescomparedwiththecontrol.Undernormalfertilization,treatmentof50mg/kgγ-PGAledtosignificantincreasingofchlorophyll,undergroundfreshweightcomparedwithcontrol.Inparticular,theproductionofabovegroundfreshweightwasincreasedby8.8%.Italsocouldsignificantlyincreaseammoniumnitrogenandnitrogenuseefficiencywasimprovedby10.6%.Thenitratecontentsignificantlydecreased44.8%andthecontentofVcsignificantlyincreased18.1%respectivelyduetothetreatmentof100mg/kgγ-PGA.Whenreducednitrogenfertilizerby15%,thetreatmentof20mg/kgγ-PGAcouldimprovethenitrogenuseefficiency10.2-11.6%.Itismoreobviouslythattheeffectofγ-PGAapplicationontheyieldandqualityofGreengrocerywhenlackoffertilizer.KEYWORDS：poly(γ-glutamicacid);FertilizerSynergist;Greengrocery;Qualityγ-聚谷氨酸〔poly(γ-glutamicacid)，簡(jiǎn)稱γ-PGA〕是一種由微生物生物合成的聚氨基酸,它是谷氨酸單體以γ-羧基與α-氨基相縮合而成，具有水溶性高、吸附性強(qiáng)、生物相容性好、可食無害、對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)?；讦?PGA的多種優(yōu)良特性，近年來，γ-PGA及其衍生物的研究引起了國(guó)內(nèi)外的關(guān)注，并在在醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)境保護(hù)、食品、化裝品等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景[1]。在農(nóng)業(yè)上，γ-PGA作為肥料增效劑，具有促進(jìn)農(nóng)作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收，節(jié)肥增效，增產(chǎn)提質(zhì)增強(qiáng)作物抗病能力等成效[2]，既可以進(jìn)一步增加作物的產(chǎn)量，還可以對(duì)肥料起到很好的緩釋作用，降低過量或施用化肥不當(dāng)?shù)仍斐傻沫h(huán)境污染，具有顯著的增產(chǎn)節(jié)肥效果。γ-PGA還具有多陰電性，能有效阻止化肥中SO42-、CO32-等離子與Ca2+、Mg2+等微量元素的結(jié)合，防止產(chǎn)生低溶解性鹽類與沉淀作用，使作物更能有效吸收土壤中微量元素，促進(jìn)作物根系的發(fā)育、加強(qiáng)抗病性。對(duì)于Pb2+、Cu2+等重金屬離子，γ-PGA有極佳的螯合效果，可作為重金屬吸收劑，防止作物吸收過多土壤中有毒重金屬[3]。此外，對(duì)酸、堿具有絕佳緩沖能力，可有效平衡土壤酸堿值，防止因長(zhǎng)期使用化學(xué)肥料造成的酸性土質(zhì)及土壤板結(jié)化[4]。γ-PGA屬純天然的生物制劑，進(jìn)入土壤中后，可自然分解，生成氨基酸，最終被作物吸收利用，不會(huì)造成對(duì)環(huán)境的二次污染[5-7]。γ-PGA的推廣應(yīng)用對(duì)于促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)開展，建設(shè)社會(huì)主義和諧新農(nóng)村具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。小青菜具有生長(zhǎng)快、生長(zhǎng)期短、根系弱等特點(diǎn)，因此需肥量較大(尤其是氮肥)。然而長(zhǎng)期大量施用氮肥，易造成氮肥利用率低、小青菜產(chǎn)量和品質(zhì)的下降等不良后果，這也給人類生存的環(huán)境和自身健康帶來了多方面的影響和危害[8-10]。因此提高肥料利用率，減少因大量施肥帶來的環(huán)境污染十分必要。本文通過比擬研究γ-PGA與肥料拌施對(duì)盆栽小青菜生物量和品質(zhì)的影響，探討其應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用方法，從而為上述問題的解決提供思路。1.材料與方法1.1供試土壤采自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院科研試驗(yàn)地，為潮土，其農(nóng)化性狀為pH〔水土比5:1〕6.27，有機(jī)質(zhì)1.37%，速效磷42.30mg/kg，速效鉀197.47mg/kg，堿解氮104.72mg/kg。1.2供試作物小青菜品種為七寶青，由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。1.3供試γ-PGA增效劑γ-PGA純品及γ-PGA精粉由南京軒凱生物科技提供，其中γ-PGA純品純度為99％以上，γ-PGA精粉有效物質(zhì)含量20％。1.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)共8個(gè)處理，其中處理1未施氮肥即為空白對(duì)照，處理2為試驗(yàn)對(duì)照〔表1〕。4次重復(fù)，共32盆，隨機(jī)排列。除空白不施氮肥，其他處理均施氮肥且總用氮量一致，所有處理均施用磷鉀肥，施純N、P2O5和K2O分別為每千克土150mg、100mg和150mg；氮肥選用普通尿素〔N46%〕，磷肥選用鈣鎂磷肥〔P2O5，15%〕，鉀肥選用硫酸鉀(K2O，50%)。表1盆栽小青菜方案設(shè)計(jì)Table1TestPlansforGreengrocery處理編號(hào)TreatmentNo.處理Treatmentγ-PGA添加量γ-PGAmg/kgsoil1N0(不施氮肥)02普通尿素，基施03普通尿素+γ-PGA純品低量，基施34普通尿素+γ-PGA純品中量，基施205普通尿素+γ-PGA純品中高量，基施506普通尿素+γ-PGA純品高量，基施1007減15％普通尿素+γ-PGA純品中量，基施208減15％普通尿素+γ-PGA精粉中量，基施201.5盆栽試驗(yàn)盆栽試驗(yàn)于2010年11月21日至2011年2月15日在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院的日光溫室內(nèi)進(jìn)行。每盆裝入過3mm篩的干土2.5kg，將稱好的土和肥料倒在1m×1m的塑料布上，充分混勻后，倒入盆中。2010年12月9日小青菜秧苗移栽，每盆移栽2株。每盆保持澆水量一致，每次澆水200ml。2011年2月15日收獲，并取樣分析測(cè)定。1.6分析工程及測(cè)定方法土壤理化性狀測(cè)定按常規(guī)分析方法進(jìn)行[11]；硝態(tài)氮測(cè)定采用雙波長(zhǎng)分光光度法；銨態(tài)氮測(cè)定采用2mol/LKCl浸提-靛酚藍(lán)比色法，定期測(cè)定植株的各種長(zhǎng)勢(shì)指標(biāo)，包括株高、葉綠素等。葉綠素含量用葉綠素儀〔CCM-200plus〕測(cè)定，植物全氮的測(cè)定采用半微量蒸餾法[11]；全磷的測(cè)定采用鉬銻抗吸光光度法[11]；全鉀的測(cè)定采用火焰光度計(jì)法[11]；葉綠素含量測(cè)定采用葉綠素儀；Vc含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[12]；硝酸鹽含量的測(cè)定采用光譜法。2.結(jié)果2.1γ-PGA對(duì)小青菜生長(zhǎng)狀況和產(chǎn)量的影響表2γ-PGA對(duì)盆栽小青菜生長(zhǎng)特性及產(chǎn)量的影響Table2Effectofγ-PGAonthegrowthcharacteristicsandyieldofGreengrocery處理編號(hào)No.株高cm葉綠素相對(duì)值chlorophyllrelativevalue地下部鮮重undergroundfreshweight地上部鮮重abovegroundfreshweightCCI較CK2±％g較CK2±％g較CK2±％1〔CK1〕7.6±0.4b22.6±2.5d-2.7±0.2-33.0±2.4-2〔CK2)11.3±0.949.1±5.1-3.2±0.4bc-52.4±2.9b-311.4±0.50.9±1.9bc3.73.2±0.2bc056.6±3.28.0412.0±1.52.0±1.5bc5.93.5±0.2b9.456.9±1.0a8.6512.2±1.59.3±3.420.84.6±0.343.857.0±1.58.8611.9±1.55.8±3.1abc13.64.4±0.5a37.555.9±1.0ab6.7711.6±1.55.6±4.5abc13.23.4±0.1b6.254.6±2.7ab4.2811.7±1.457.6±6.3ab17.33.5±0.5b9.456.8±2.0a8.4注：同一列相同小寫英文字母表示差異不顯著α=0.05，n=4，下同。正常施肥下γ-PGA對(duì)小青菜植株株高、葉綠素含量、地下部鮮重、地上部鮮重都有明顯的促進(jìn)作用〔表2〕。γ-PGA可以提高小青菜的株高，但沒有到達(dá)顯著性差異。葉綠素是植物光合作用的必要條件，其含量在一定程度上影響植物的光合速率，并最終影響作物產(chǎn)量，中高量的γ-PGA處理，小青菜的葉綠素相對(duì)含量比CK2提高20.8％，到達(dá)了顯著性差異；γ-PGA能夠促進(jìn)小青菜根部的發(fā)育，使根增粗、增大，γ-PGA添加量越大，促進(jìn)作用越明顯，中高量、高量的γ-PGA處理，小青菜的地下部鮮重比CK2分別提高43.8％、37.5％，且到達(dá)了顯著性差異；γ-PGA可以顯著提高小青菜地上部鮮重，其中中高量的γ-PGA處理，小青菜地上部鮮重增幅最大，比CK2提高8.8％。當(dāng)減施15％氮肥時(shí)，中量γ-PGA純品、精粉處理，小青菜葉綠素含量、地上部鮮重都有顯著的提高，中量的γ-PGA與肥料拌施可使小青菜葉綠素含量較CK2提高13.2-17.3％，中量γ-PGA純品可使小青菜地上部鮮重較不減肥對(duì)照CK2提高4.2％，中量γ-PGA精粉可使小青菜地上部鮮重較不減肥對(duì)照CK2提高8.4％，這說明γ-PGA純品或精粉處理可以促進(jìn)小青菜的生長(zhǎng)，在肥料缺乏的時(shí)候γ-PGA對(duì)小青菜的增產(chǎn)效果尤為明顯。2.2γ-PGA對(duì)盆栽小青菜品質(zhì)的影響SHAPE〔a〕〔b〕圖1γ-PGA對(duì)小青菜品質(zhì)的影響(a)γ-PGA對(duì)小青菜硝酸鹽含量的影響(b)γ-PGA對(duì)小青菜Vc含量的影響Fig.1Effectsofγ-PGAonthequalityofGreengrocery蔬菜易富集硝酸鹽，目前，蔬菜硝酸鹽含量的上下已成為評(píng)價(jià)蔬菜衛(wèi)生平安品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要指標(biāo)，如何減少和控制蔬菜中硝酸鹽含量已成為社會(huì)普遍關(guān)注的問題。由圖1可知，正常施肥下，γ-PGA處理可以明顯降低小青菜硝酸鹽含量，且差異性顯著。Vc含量是衡量蔬菜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)，其含量上下決定蔬菜營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。γ-PGA與肥料拌施可以顯著增加Vc含量，提高了小青菜的品質(zhì)。γ-PGA處理可以顯著降低小青菜中的硝酸鹽含量，與小青菜Vc含量成正相關(guān)變化。中高量、高量的γ-PGA處理，小青菜硝酸鹽含量與CK2相比降低了44.8％，高量的γ-PGA處理時(shí)小青菜Vc含量與CK2相比提高了18.1％。當(dāng)減施15％氮肥情況下，小青菜硝酸鹽含量與CK2相比顯著降低，Vc含量明顯增加。2.3γ-PGA對(duì)氮肥利用率的影響表3γ-PGA對(duì)氮肥利用率的影響Table3Effectofγ-PGAonthenitrogenuseefficiency處理TreatmentNo.全氮TotalN〔g/kg〕氮吸收量Nabsorption〔mg/盆〕比CK1多吸收量MoreabsorbthanCK1〔mg〕氮肥利用率Nitrogenuseefficiency〔％〕較CK2氮肥利用率提高M(jìn)orenitrogenuseefficiencythanCK2〔％〕1〔CK1〕24.4±1.2e205.1±6.2e---2〔CK2〕39.4±1.341.1±8.1d136.036.3%-340.4±2.4bc356.1±7.7bc151.040.2%3.9%441.6±1.6abc367.6±12.4ab162.543.3%7.0%542.3±1.0ab381.1±2.176.046.9%10.6%643.4±1.371.6±10.166.544.4%8.1%732.1±2.1d353.2±7.1cd148.146.5%10.2%833.9±1.8d357.9±8.4bc152.847.9%11.6%肥料利用率是指施入的肥料被當(dāng)季作物吸收利用的百分率。根據(jù)各處理對(duì)氮吸收量和空白的差值，可以算出肥料利用率。由表3可知，γ-PGA可以明顯提高小青菜的氮含量和氮肥利用率，正常施肥下，與CK2相比，中高量的γ-PGA可提高氮肥利用率10.6％。減15％氮肥情況下，中量的γ-PGA可以提高氮肥利用率10.2-11.6％，這說明γ-PGA可以提高氮肥利用率，尤其在減肥的情況下提高效果更明顯。2.4γ-PGA對(duì)小青菜收獲后土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的影響SHAPE〔a〕〔b〕圖2γ-PGA對(duì)小青菜收獲后土壤銨態(tài)氮、硝態(tài)氮的影響(a)γ-PGA對(duì)小青菜收獲后土壤銨態(tài)氮的影響(b)γ-PGA對(duì)小青菜收獲后土壤硝態(tài)氮的影響Fig.2Effectsofγ-PGAapplicationontheammoniumandnitrateofsoil有研究認(rèn)為[13]，氮肥施入土壤后，其轉(zhuǎn)化與運(yùn)移是十分復(fù)雜的物理－化學(xué)－生物學(xué)的過程。由圖2可知，正常施氮下，γ-PGA可以明顯提高土壤中銨態(tài)氮的含量，土壤銨態(tài)氮的含量與γ-PGA基施量成正相關(guān)變化，且中量、中高量以及高量的γ-PGA基施都能使土壤銨態(tài)氮含量較CK2差異顯著。這可能是因?yàn)殇@態(tài)氮帶正電荷，容易被陰離子膠體土壤所吸附，而γ-PGA是一種陰離子氨基酸聚合體，銨態(tài)氮被γ-PGA吸附所致。所有處理的土壤中硝態(tài)氮含量都較低，處理組比對(duì)照組硝態(tài)氮含量低有可能是γ-PGA促進(jìn)了小青菜根系的生長(zhǎng)，被小青菜吸收的硝態(tài)氮也就增加。當(dāng)減施15％氮肥情況下，γ-PGA精粉處理土壤中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮含量比等量γ-PGA純品處理的高，可能是因?yàn)棣?PGA精粉是由γ-PGA發(fā)酵液直接烘干粉碎而成，其中含有少量的氮所致。3.討論3.1γ-PGA作為一種綠色生物大分子，是一種極具潛力的生物環(huán)保型肥料增效劑[14]。γ-PGA對(duì)小青菜植株株高、葉綠素含量、地下部鮮重、地上部鮮重都有明顯的促進(jìn)作用，與CK2相比，中高量的γ-PGA處理，小青菜的葉綠素含量提高了20.8％，地上部鮮重增幅可達(dá)8.8％，差異顯著。γ-PGA可以促進(jìn)小青菜的生長(zhǎng)，降低小青菜中的硝酸鹽含量，增加Vc含量[15]，提高作物品質(zhì)，這與本研究結(jié)果一致，在肥料缺乏的時(shí)候γ-PGA對(duì)小青菜的產(chǎn)量和質(zhì)量提高效果十清楚顯。3.2γ-PGA高量處理的土壤中銨態(tài)氮含量均顯著高于空白及普通氮肥處理，這可能是因?yàn)殇@態(tài)氮帶正電荷，容易被陰離子膠體土壤所吸附，而γ-PGA是一種陰離子氨基酸聚合體，銨態(tài)氮被γ-PGA吸附所致。γ-PGA可以提高氮肥利用率，其中γ-PGA中高量處理可提高氮肥利用率10.5％，減施15％氮肥時(shí)，中量γ-PGA處理氮肥利用率與不減肥對(duì)照CK2相比提高了11.6％，提高效果顯著。因此，化肥中添加γ-PGA肥料增效劑不僅可以提高作物產(chǎn)量和作物品質(zhì)，還可以提高肥料利用率，減少肥料用量，減少因過量使用化肥帶來的環(huán)境污染。3.3γ-PGA作為肥料增效劑施用能促進(jìn)植物葉綠素、地上部鮮重、地下部鮮重的增長(zhǎng)，增產(chǎn)效果顯著，但其對(duì)土壤養(yǎng)分變化、小青菜增產(chǎn)及提高小青菜品質(zhì)的作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)：[1]ShihIL,VanYT.Theproductionofpoly(γ-glutamicacid)frommicroorganismanditsvariousapplications[J].BioresourceTechnology,2001,79:207-225.[2]王建平,王曉麗,王昌軍,等.聚γ-谷氨酸對(duì)煙草種子萌發(fā)及苗期生長(zhǎng)的影響[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,26(3):340-343.[3]R.J.C.Mclean,D.Beauchemin,L.ClaphamandT.J.Beveridge.Metal-BindingCharacteristicsoftheGamma-GlutamylCapsularPolymerofBacilluslicheniformisATCC9945[J].AppliedandEnvironmentMicrobiology:1990,56:3671.[4]DoranJW,ZeissMR.Soilhealthandsustainability:Managingthebioticcomponentofsoilquality[J].AppliedSoil