不同浓度硫素对韭菜产量和品质的影响

不同浓度硫素对韭菜产量和品质的影响季延海1,3，武占会1,3，钟启文2，于平彬1，刘明池1,3*（1 北京市农林科学院蔬菜研究中心，北京 100097；2 青海大学农林科学院，青海西宁 810016；3 农业部都市农业 (北方) 重点实验室，北京 100097）摘要: 【目的】硫是植物必需的营养元素之一，研究无土栽培营养液中不同浓度硫对韭菜生长和品质的影响，以期为确定合理的韭菜水培营养液配方提供依据。 【方法】试验采用水培方法，以含硫2 mmol/L的日本千叶农试葱营养液 (通用型) 为基础，以硫酸钠作为硫源，设置了硫浓度分别为1、2、3、4、5 mmol/L的 5个处理(分别用S1、 S2、S3、S4和S5表示)。鉴于相对低浓度的Na+ 对植物生长发育影响较小，本试验结果忽略Na+的影响。在韭菜第二茬收获时测定了生长、生理、产量、品质指标及含硫化合物的种类和浓度。 【结果】适当增加硫素浓度，对韭菜生长有良好的促进作用。与S1处理相比，S2处理韭菜的株高、叶长、假茎粗、叶宽和叶片数分别增加了2.6%、4.5%、5.6%、10.8%、7.2%，韭菜单株鲜重和干重分别提高6.9%、10.1%。韭菜根系活力以S3处理最高，比S1处理显著增加了25.7%，叶绿素a和叶绿素a + b与S2处理差异不显著，但显著高于S1处理19.0%、19.3%。韭菜Vc、可溶性糖和硝酸盐含量均以S3处理最好，Vc含量显著高于S1处理18.8%，硝酸盐含量比S1处理显著降低33.3%。可溶性蛋白含量以S5处理最高。在韭菜中共检测出29种含硫挥发性化合物，主要是二硫化物和三硫化物，有少量的四硫化物，含硫化合物总含量以S2处理最高。韭菜产量以S3和S2处理最高，分别比S1处理显著提高了3.6%、5.6%。 【结论】在应用日本千叶农试葱配方时，综合考虑韭菜生长、品质、芳香物质等指标，营养液中硫浓度以 23 mmol/L 为佳。关键词: 韭菜；硫素浓度；生长；品质；挥发性物质Suitable sulfur concentrations in the nutrient solution used for Chinese chivesin hydroponic productionJI Yan-hai1,3, WU Zhan-hui1,3, ZHONG Qi-wen2, YU Ping-bin1, LIU Ming-chi1,3* 1 Vegetable Research Center of Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China;2 Academy of Agricultural and Forestry Sciences of Qinghai University, Xining 810016, China;3 Key Laboratory of Urban Agriculture (North), Ministry of Agriculture, Beijing 100097, China Abstract: 【Objectives】Sulphur supply affects the yield and quality of Chinese chives. Study of the suitablesulfur concentrations in nutrient solution will provide basis for the optimization of nutrient solution for thehydroponic production of Chinese chives. 【Methods】A Chinese chive hydroponic experiment was conductedusing the Japan Chiba farming vegetable nutrient solution as base solution. Five levels of sulphur concentrations(1, 2, 3, 4, 5 mmol/L, noted as S1, S2, S3, S4 and S5, respectively) were setup with sodium sulfate as S source.The growth, yield, quality and sulfur compounds of chive were measured. 【Results】Sulphur was foundeffective to stimulate the growth of chives. Compared with S1 treatment, the plant height, leaf length, stemdiameter, leaf width, leaf number, single plant fresh weight and dry weight of S2 treatment were significantlyincreased by 2.6%, 4.5%, 5.6%, 10.8%, 7.2%, 6.9% and 10.1%, respectively. The peak root activity index wasobtained in S3 treatment, which was 25.7% higher than the root activity index of S1 treatment, and the maximumchlorophyll a and chlorophyll a+b contents were obtained in S3 treatment, they were respectively 19.0% and植物营养与肥料学报 2017, 23(4): 11121119 doi: 10.11674/zwyf.16339Journal of Plant Nutrition and Fertilizer http:/www.plantnutrifert.org收稿日期： 20160822 接受日期： 20170220 基金项目：农业部公益性行业科研专项（201303133-2）；北京市农林科学院科技创新能力建设专项（KJCX20140408）资助。作者简介：季延海（1988），男，山东枣庄人，硕士，研究实习员，主要从事蔬菜栽培与生理研究。E-mail：jiyanhainercv.org* 通信作者 E-mail：liumingchinercv.org19.3% higher than those in S1 treatment (P 3 mmol/L)，根系活力呈下降的趋势。2.3 不同硫素浓度对韭菜光合色素含量的影响由表2可以看出，硫元素浓度可以增加光合色素的含量，但达到一定浓度后又呈现下降的趋势。叶绿素a以3 mmol/L 硫浓度处理最高，与2 mmol/L硫浓度处理差异不显著但与其他处理差异显著，其含量较1 mmol/L 硫浓度处理增加19.0%。叶绿素a+b含量也以3 mmol/L 硫浓度处理最高，与2mmol/L 硫浓度处理差异不显著，而显著高于其他处表 1 不同硫素浓度下韭菜生长指标Table 1 Effect of different sulfur concentrations on growth of Chinese chive硫素浓度 (S mmol/L)Sulfur concentration株高 (cm)Plant height叶长 (cm)Leaf length单株叶片数Leaf number per plant假茎粗 (mm)Stem width叶宽 (mm)Leaf width1 31.36 1.17 ab 24.07 1.05 b 3.73 0.46 ab 1.98 0.14 bc 3.51 0.39 c2 32.16 1.55 a 25.15 1.45 a 4.00 0.00 a 2.09 0.07 a 3.89 0.20 a3 31.81 1.56 ab 24.96 1.46 ab 3.73 0.46 ab 2.08 0.12 ab 3.77 0.24 ab4 31.13 1.27 ab 24.27 1.19 ab 3.67 0.49 ab 1.88 0.14 c 3.79 0.30 ab5 30.73 1.33 b 24.31 1.18 ab 3.40 0.51 b 1.98 0.17 bc 3.67 0.22 bc注（Note）：同列数据后不同小写字母表示差异显著 ( = 0.05) Values followed by different lowercase letters within the same columnindicate significant difference at 0.05 level.1114植 物 营 养 与 肥 料 学 报23 卷理。叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素a/b各处理间差异不显著。2.4 不同硫素浓度对韭菜品质的影响2.4.1 芳香成分相对含量 通过对韭菜挥发性芳香物质的分析，本试验共检测出含硫挥发物29种，主要是二硫化物和三硫化物，还有少量的四硫化物和烷酯类物质。含硫化合物是韭菜具有特征性芳香气味的主要原因。在5个处理中均检出的物质共17种，各处理中含硫物质相对百分含量总量以2 mmol/L 硫浓度处理最高，1 mmol/L 硫浓度处理最低。2.4.2 营养成分 从表4可以看出，韭菜Vc以3mmol/L 硫浓度处理最高，与2 mmol/L 硫浓度处理差异不显著，显著高于1 mmol/L 硫浓度处理18.8%。可溶性糖以3 mmol/L 硫浓度、5 mmol/L 硫浓度处理最高，3 mmol/L 硫浓度处理显著高于1 mmol/L 硫浓度处理17.5%。粗纤维含量除1 mmol/L 硫浓度处理，各处理差异均不显著。可溶性蛋白含量随硫浓度提高呈上升的趋势，以5 mmol/L 硫浓度处理最高，且与其他处理差异显著，5 mmol/L 硫浓度处理比1 mmol/L 硫浓度处理提高26.2%。2.4.3 硝酸盐含量 由图3可以看出，硫素浓度显著影响韭菜硝酸盐的含量。3 mmol/L 硫浓度处理下硝酸盐含量最低，与各处理差异显著，其次为4 mmol/L硫浓度处理，1 mmol/L 硫浓度处理硝酸盐含量显著高于其他处理，比3 mmol/L 硫浓度处理高出33.3%。当硫素浓度增加到4 mmol/L后硝酸盐含量又呈上升的趋势。2.5 不同浓度硫素对韭菜产量的影响由图4可以看出，韭菜产量随硫素浓度的增加，表现出先上升后下降的趋势。以3 mmol/L 硫浓度和2 mmol/L 硫浓度处理产量较高，但2 mmol/L 硫浓度与3 mmol/L 硫浓度处理间差异不显著，分别比1表 2 不同硫素浓度下韭菜光合色素含量 (mg/g, FW)Table 2 Contents of the photosynthetic pigment of Chinese chives under different levels of sulfur supply硫素浓度 (S mmol/L)Sulfur concentration叶绿素 aChlorophyll a叶绿素 bChlorophyll b类胡萝卜素Carotenoid叶绿素 a + bChlorophyll a + b叶绿素 a/bChlorophyll a/b1 0.6624 0.0290 b 0.2019 0.0217 a 0.1389 0.0121 a 0.8643 0.0312 c 3.3155 0.4269 a2 0.7409 0.0426 ab 0.2295 0.0206 a 0.1500 0.0130 a 0.9705 0.0401 ab 3.2539 0.4022 a3 0.7883 0.0783 a 0.2427 0.0245 a 0.1609 0.0208 a 1.0310 0.0982 a 3.2563 0.2319 a4 0.7010 0.0552 b 0.2300 0.0458 a 0.1427 0.0111 a 0.9310 0.0368 bc 3.1651 0.7809 a5 0.6966 0.0787 b 0.2060 0.0201 a 0.1424 0.0242 a 0.9027 0.0891 bc 3.3946 0.3956 a注（Note）：同列数据后不同小写字母表示差异显著 ( = 0.05) Values followed by different lowercase letters within the same columnindicate significant difference at 0.05 level.baab ab abba ab abab00.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 00.51.01.52.02.53.03.54.01 2 3 4 5GDry biomass(g)RGFresh biomass(g).3P# Sulfur concentration (mmol/L)RG Fresh biomassG Dry biomass图 1 不同硫素浓度下韭菜单株重量Fig. 1 Single fresh and dry biomass of Chinese chivesunder different sulfur levels注（Note）：柱上不同小写字母表示处理间差异显著 ( = 0.05)Different lowercase letters above the bars indicate significant differenceat 0.05 level.1 2 3 4 5.3P# Sulfur concentration (mmol/L)c bac c050100150200250i3+#kTTC mg/(gh), FWRootactivity图 2 不同硫素浓度下韭菜根系活力比较Fig. 2 Effect of different levels of sulfur on root activity ofChinese chives注（Note）：柱上不同小写字母表示处理间差异显著 ( = 0.05)Different lowercase letters above the bars indicate significant differenceat 0.05 level.4 期季延海，等：不同浓度硫素对韭菜产量和品质的影响1115 mmol/L 硫浓度处理提高了3.6%、5.6%。3 讨论与结论硫素作为蔬菜必需的营养元素之一，对蔬菜的生长发育起着重要的作用。本试验研究结果表明，适宜的硫素浓度可以促进韭菜的生长、提高韭菜的营养品质并增加产量。研究表明，硫素营养在植物光合作用中的作用主要表现在以下几方面：以硫脂方式组成叶绿体基粒片层；硫氧化蛋白半胱氨酸-SH在光合作用中传递电子；形成铁氧还蛋白的铁硫表 3 不同硫素浓度下韭菜挥发性物质含量 (%)Table 3 Contents of volatile matter of Chinese chives under different levels of sulfur supply含硫化合物Sulfur containing compound硫素浓度 Sulfur concentration (S mmol/L)1 2 3 4 5异丙基二硫 Disulfide, bis(1-methylethyl) 0.23 0.19 0.18 烯丙基甲基二硫醚 Disulfide, methyl 2-propenyl 16.10 9.30 8.54 8.40 17.92硫化丙烯 Propylene sulfide 2.04 1.31 0.90 1.43 3.22甲硫醇 Methanethiol 4.40 3.58 2.50 3.20 4.43甲基烯丙基三硫醚 Trisulfide, methyl 2-propenyl 0.06甲基烯丙基硫醚 Sulfide, allyl methyl 0.94 0.50 0.21 0.26 0.58甲基硫代乙酸烯丙酯 Methyl allylthioacetate 0.12 0.49 0.56 0.64 甲基丙烯基二硫醚 Disulfide, methyl 1-propenyl 17.47 17.54 17.05 甲基丙基二硫醚 Disulfide, methyl propyl 6.99 8.37 7.38 8.25 6.57二烯丙基四硫醚 Tetra sulfide, di-2-propenyl 3.00 3.25二烯丙基三硫醚 Trisulfide, di-2-propenyl 4.95 3.30 3.78 3.87 0.43二烯丙基硫醚 Diallyl sulfide 0.44 0.49 0.38 0.49 0.22二烯丙基二硫 Diallyl disulphide 9.91 9.62 9.27 10.79 19.38二甲基四硫醚 Tetrasulfide, dimethyl 0.78 0.32 0.19 0.33 0.14二甲基三硫 Dimethyl trisulfide 7.09 6.99 7.27 8.25 2.23二甲基二硫 Disulfide, dimethyl 5.95 7.39 8.78 6.10 13.72丙硫醇 1-Propanethiol 0.76 1.84 0.74 0.35 1.163-硫代5-己烯酸甲酯 Methyl allylthioacetate 0.40 0.37 0.20 0.35 0.173-甲硫基-(E)2-丙烯酸乙酯 Ethyl 3-(methylthio)-(E)-2-propenoate 0.04 3,5-二乙基-1,2,4-三硫杂环戊烷 3,5-diethyl-1,2,4-Trithiolane 0.39 0.17 0.06 0.08 3-(异丙基) 硫代丙炔 3-(1-methylethyl)thio- 1-Propyne 0.06 0.073-(甲硫基) 丙基硫代异氰酸酯 1-isothiocyanato-3-(methylthio)- propane 0.34 1.65 0.55 1.68 0.162,2-双 (甲硫基) 丙烷 2,2-Bis(methylthio)propane 2.18 1.09 0.61 0.64 0.671,3-丙二硫醇 1,3-Propanedithiol 0.241,2-二硫戊烷 1,2-Dithiolane 0.64 1.32 1.36 1.44 0.431,2-丙二硫醇 1,2-Propanedithiol 0.23 1,1-双甲硫基乙烷 1,1-bis(methylthio)- ethane 0.13 0.04 (Z)-1-(甲硫基)-丙烯 Z-1-Methylthio-1-propene 0.49 0.60 0.55 0.63 0.15(E)-1-(甲硫醇)-丙烯 E-1-Methylthio-1-propene 0.62 0.84 0.79 0.18总含量 Total 68.66 77.28 71.79 75.30 75.38注（Note）：“ ”表示该处理此物质未检测出 Mean lower than detect limit.1116植 物 营 养 与 肥 料 学 报23 卷中心，参与暗反应CO2的还原过程31。硫是铁氧还蛋白的重要组分，在光合作用及氧化物如亚硝酸根的还原中起电子转移作用32，硫素可以促进叶绿素尤其是叶绿素a含量的显著升高，因此硫有助于植物光合能力的改善及有机物的合成3334。本研究表明硫素浓度的增加，提高了叶绿素含量，特别是叶绿素a，本试验中叶绿素a、b、类胡萝卜素均在硫素浓度为3 mmol/L时达到了最大值。本研究中韭菜硝酸盐含量随着硫素浓度的增加而降低，可溶性蛋白含量呈上升趋势，可能的原因是，硫为甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸等含硫氨基酸的重要组成成分，其中甲硫氨酸在许多生化反应中可作为甲基的供体35，是蛋白质合成的起始物。此外，硫素的增加，提高了硝酸还原酶活性，进而提高了蛋白质含量3637。但硫素浓度超过一定限度时，韭菜营养品质等指标反而呈下降的趋势，表明硫虽对韭菜生长有益，但实际生产中应适量使用。韭菜挥发性物质主要是二硫化物、三硫化物，主要存在于韭菜挥发油中，是韭菜具有特征性芳香气味的主要原因38。药理分析还证实，韭菜所含有的挥发性硫化物不仅使韭菜具有特殊香味，而且对于治疗高血压及冠心病也有一定的疗效。虽然国内外对韭菜的香味来源已有一些报道，但是在结果上存在分歧。本试验通过使用顶空固相微萃取-气质联用的方法，共检测出多种有效含硫物质，主要是二硫化物、三硫化物，并且挥发性硫化物的种类和含量随着硫素浓度的增加表现出先增加后下降的趋势，以2 mmol/L处理下检测出物质的相对百分含量最大。结合硫对韭菜生长特性、品质效应和芳香物质的分析结果发现，在韭菜的无土优质栽培生产中，应当加强硫在韭菜生产中的应用。在本试验条件下，以营养液硫浓度为23 mmol/L的效应为佳。表 4 不同硫素浓度下韭菜营养成分比较Table 4 Effect of different levels of sulfur on quality of Chinese chive硫素浓度 (S mmol/L)Sulfur concentrationVc(mg/kg)可溶性糖 (%)Soluble sugar粗纤维 (%)Cellulose可溶性蛋白 (%)Soluble protein1 196.2 0.76 b 1.20 0.06 b 1.13 0.07 b 2.56 0.06 d2 222.4 1.40 a 1.20 0.06 b 1.22 0.08 ab 2.81 0.05 c3 233.0 0.91 a 1.41 0.05 a 1.24 0.25 ab 3.05 0.05 b4 205.2 0.74 ab 1.26 0.07 b 1.19 0.06 ab 3.12 0.08 b5 203.0 2.45 ab 1.41 0.14 a 1.38 0.19 a 3.23 0.12 a注（Note）：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著 ( = 0.05) Values followed by different lowercase letters within the samecolumn indicate significant difference at 0.05 level.1 2 3 4 5.3P# Sulfur concentration (mmol/L)abdc bc0500100015002000250030003500.G- GContent of Nitrate (mg/)图 3 不同硫素浓度下韭菜硝酸盐含量比较Fig. 3 Effect of different levels of sulfur on nitrate contentof Chinese chives注（Note）：柱上不同小写字母表示处理间差异显著 ( = 0.05)Different lowercase letters above the bars indicate significant differenceat 0.05 level.1 2 3 4 5.3P# Sulfur concentration (mmol/L)b a a b b0500010000150002000025000GYield (kg/hm2 ) 图 4 不同硫素浓度下的韭菜产量Fig. 4 Yield of Chinese chives under different levels ofsulfur supply注（Note）：柱上不同小写字母表示处理间差异显著 ( = 0.05)Different lowercase letters above the bars indicate significant differenceat 0.05 level.4 期季延海，等：不同浓度硫素对韭菜产量和品质的影响1117 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