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2019 年 12 月第 30 卷 第 6 期照明工程学报ZHAOMING GONGCHENG XUEBAODec. 2019Vol. 30 No. 6采收前补光对营养液断钾下生菜生长及品质的影响施玉峰 , 张梦展 , 方瑶瑶 , 张轶婷 , 刘厚诚 华南农业大学园艺学院 , 广东 广州 510642摘 要 以意大利耐抽薹生菜为试材 , 在塑料大棚水培条件下 , 研究了营养液处理 1/2 园试配方营养液 , 采前两周施用不含钾的 1/2 园试配方营养液 和采前补光时长处理 0 h、24 h、48 h、1week 组合对生菜生物量 、品质 、矿物质元素含量的影响 。结果表明 营养液断钾处理降低了生菜叶片中的钾含量 , 提高了钠 、钙 、镁含量 。随着补光时间的延长 , 生菜中钾 、钠 、钙 、镁含量呈下降趋势 , T48 处理的矿物质元素含量最少 。采前补光处理不同程度地提高了生菜中的可溶性糖 、可溶性蛋白 、VC、游离氨基酸含量 , 同时提高生菜的抗氧化能力 , 同时降低了硝酸盐含量 。营养液采前两周断钾配合采前 48 h 连续 LED 蓝光补光处理为低钾优质生菜生产的适宜方案 。关键词 生菜 ; 采收前补光 ; 营养液断钾中图分类号 S636. 2 文献标识码 A DOI 10. 3969j. issn. 1004-440X. 2019. 06. 029Effects of Pre-harvest Supplemental Light and Potassium-Free inNutrient Solution on Growth and Quality of LettuceSHI Yufeng, ZHANG Mengzhan, FANG Yaoyao, ZHANG Yiting, LIU Houcheng College of Horticulture, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, ChinaAbstract The effects of different nutrient solutions two-week application of potassium-free 1/2‘Enshi’ula nutrient solution and durations of pre-harvest supplemental light treatments 0 h, 24 h, 48 h,1week on the biomass, quality and mineral elements content of hydroponic lettuce were investigated in theplastic greenhouse. The results showed that the potassium content in the lettuce was reduced in potassium-free treatment, whereas the content of sodium, calcium and magnesium was increased. With the extensionof supplemental light duration, the content of those four elements was reduced, in which the 48 h treatmentwas the least. Pre-harvest supplemental light increased the content of soluble sugar, soluble protein, VCand free amino acid in lettuce, improved the antioxidant capacity and reduced the nitrate content of lettuce.Application of potassium-free nutrient solution two weeks combined with Pre-harvest supplemental light of 48hs continuous LED blue light supplementation was the optimum cultivation for low-potassium andhigh-quality lettuce.Key words lettuce; pre-harvest supplemental light; potassium-free in nutrient solution基金项目 大学生创新创业训练计划 批准号 201810564003 , 广东省自然科学基金 批准号 2018A030313623 , 广东省教育厅科技计划 批准号 2017KQNCX011通信作者 张轶婷 , E-mail yitingzhang scau. edu. cn引言近年来 , 随着人类社会经济的快速发展相伴而来的不良生活方式 , 慢性肾脏病患者人数逐年上升 ,已成为一个世界性的公共健康问题[ 1, 2]。患有慢性肾脏疾病的人肾脏丧失排钾功能 , 高血钾症患者宜选择低钾饮食 , 每日钾摄入量应控制在 1 500 ~168 照明工程学报 2019 年 12 月2 000 mg[ 3, 4]。人体对钾的摄取主要来自于食物 , 尤其是蔬菜中含有大量的钾 , 肾脏病患者常通过减少蔬菜进食量来控制体内钾的积累 , 以致膳食摄入总量偏少 , 营养不良 , 并降低了膳食纤维的摄入量[ 5]。也有通过开水烫或沸水煮 , 导致钾以外的矿质元素及水溶性维生素也大量流失 , 不利于患者营养物质的全面摄入[ 5, 6]。因此 , 探究一种低钾蔬菜的栽培系统是非常有必要的 。日本是第一个进行低钾蔬菜研究的国家 , 对降低蔬菜钾含量的方法研究主要集中在营养液调控技术上 。营养液降钾对菠菜生长与生物量无影响 , 叶片中钾含量降低了 32 ~79[ 5]; 降钾对番茄单果重无影响 , 但降低了番茄的产量[ 7]。Zhang[ 8]报道营养液降钾降低了生菜的钾含量 , 同时降低了光合速率与硝酸盐含量 , 但提高了抗坏血酸与可溶性糖含量 。本课题组研究发现 , 采前两周营养液断钾处理 , 在不影响生菜生物量的同时还可降低叶片中钾的含量[ 9]。采收前短期连续光照具有促进生菜生长 、提高品质与抗性的的作用[ 10 -12]。但目前未见关于采收前补光结合营养液断钾对生菜钾含量和品质影响的报道 。本试验采用水培法 , 研究采收前补光对无钾营养液条件下生菜生长 、品质 、矿物质元素含量 , 尤其是钾含量的影响 , 选出水培低钾优质生菜的最佳处理 , 旨在为工厂化生产低钾优质生菜的技术提供的理论参考 。1 材料与方法1 试验材料 。供试材料为意大利耐抽薹生菜 Lactuca sativa L. “Yidali” 。营养液配方选用 1/2日本园试配方 。2 试验方法 。试验于 2018 年 10 月至 2019 年1 月在华南农业大学园艺学院温室内进行 。将试验所用的种子放入人工气候箱中进行催芽 , 待出芽率超过 80时 , 将其移植到海绵块中 , 并放入水培槽 长 80 cm 宽 55 cm 高 11 cm 中进行栽培 。当幼苗长至三叶一心时 , 选择健壮并且长势一致的幼苗定植到定植板中 , 然后将定植板放于水培槽上方 ,水培槽中加入营养液 , 并且利用充气泵进行供氧 。营养液设置了正常钾和断钾两个处理 断钾处理具体做法为在生菜采收前两周将营养液更换为不含钾的 1/2 日本园试配方营养液 , NO3 -由 NaNO3补充 ; 光处理设置了不补光 T0 、采前连续 24 h补光 T24 、采前连续 48 h 补光 T48 、采前 1周间断补光 Tweek, 补光周期为 12 h/12 h 4 个处理 。补光光源为 LED 蓝光 430 nm , 通过调整补光灯的密度和高度 , 使植株获取的光照强度为100 μmol·m-1·s-1。每个处理 3 次重复 , 每个重复 8 株 。3 指标测定 。生菜于定植后 30 d 后采收 , 测定其生长 、生物量 、品质 、矿物质元素 、抗氧化能力等指标 。地上部和地下部鲜重采用百分之一电子天平称量 , 干重采用千分之一电子天平测量 。光合色素含量采用比色法[ 13]测定 ; 抗坏血酸含量 VC采用钼蓝比色法[ 14]测定 ; 可溶性蛋白 、可溶性糖 、硝酸盐 、游离氨基酸含量参考李合生[ 15]的方法测定 ; 多酚含量采用 Folin-Cioealteu 法[ 16]测定 ; 类黄酮含量采用 Mashiba 法[ 17]测定 ; DPPH 自由基清除率采用 Tadolini 法[ 18]测 定 ; FRAP 值 采 用 Benzie法[ 19]测定 ; 钾 、钙 、钠 、镁矿质元素含量参考 土壤农业化学分析方法 [ 20]测定 。4 数据分析 。试验数据采用 SPSS 20. 0 软件进行统计分析 , 采用 Duncan 法进行数据差异显著性检验 。作图采用 Excel 2015 软件 。2 结果与分析2. 1 不同处理对生菜生物量的影响从表 1 可以看出 , 采前进行 LED 蓝光补光处理可以提高生菜地上部 、地下部的干鲜重和叶片数 。在正常钾与断钾营养液条件下 , 生菜的地上部 、地下部的干鲜重 、叶片数均随着采前补光时间的延长而增加 , 营养液采前两周断钾配合采前一周补光处理下生菜的各项生长指标均最高 。在营养液断钾情况下 , T24 与 T48 处理的地上部鲜重差异不显著 ,而 T48 的干重显著高于 T24 与 T0。2. 2 不同处理对生菜光合色素含量的影响由表 2 可知 , 营养液断钾的情况下 , 生菜中的叶绿素 a、叶绿素 b 和总叶绿素含量提高 , 采前进行补光可以提高生菜中叶绿素与类胡萝卜素的含量 ,其中 T24、T48 与 Tweek 差异不显著 ; 而在正常供钾情况下 , 不同补光处理对生菜中的叶绿素 a、叶绿素 b 和总叶绿素含量无影响 , 而 T48 处理提高了类胡萝卜素含量 。第 30 卷第 6 期 施玉峰等 采收前补光对营养液断钾下生菜生长及品质的影响 169表 1 采收前补光对营养液断钾处理下的生菜生物量的影响Table 1 Effects of pre-harvest supplemental light on the biomass of lettuce in potassium-free nutrient solution处理鲜重 / g/株 干重 / g/株 地上部 地下部 地上部 地下部叶片数正常钾 T0 56. 60 ±1. 34c5. 23 ±0. 07c1. 82 ±0. 01c0. 28 ±0. 02b11. 33 ±0. 33bT24 59. 43 ±1. 07bc5. 50 ±0. 17c1. 89 ±0. 02c0. 30 ±0. 04b12. 33 ±0. 33bT48 61. 10 ±1. 40b6. 50 ±0. 17b2. 15 ±0. 03b0. 31 ±0. 02b12. 00 ±0. 33bTweek 72. 27 ±1. 39a7. 70 ±0. 32a3. 02 ±0. 08a0. 52 ±0. 01a13. 67 ±0. 58a断钾 T0 55. 60 ±0. 96c5. 57 ±0. 12c1. 79 ±0. 04c0. 29 ±0. 02b11. 67 ±0. 33bT24 57. 67 ±0. 70bc5. 57 ±0. 24c1. 89 ±0. 04c0. 31 ±0. 02b12. 33 ±0. 58bT48 60. 80 ±1. 06b6. 47 ±0. 17b2. 25 ±0. 06b0. 32 ±0. 03b12. 33 ±0. 33bTweek 81. 87 ±1. 53a9. 57 ±0. 38a3. 11 ±0. 09a0. 65 ±0. 02a14. 33 ±0. 88a注 同列不同小写字母表示差异达到显著水平 α 0. 05 , 表 2 同此说明 。表 2 采收前补光对营养液断钾处理下的生菜光合色素含量的影响Table 2 Effects of pre-harvest supplemental light on photosynthetic pigment content of lettuce in potassium-free nutrient solution处理 叶绿素 a/ mg/g 叶绿素 b/ mg/g 总叶绿素 / mg/g 类胡萝卜素 / mg/g正常钾 T0 0. 59 ±0. 03a0. 18 ±0. 01a0. 77 ±0. 04a0. 14 ±0. 01bT24 0. 58 ±0. 03a0. 16 ±0. 01a0. 74 ±0. 04a0. 17 ±0. 02abT48 0. 60 ±0. 02a0. 17 ±0. 01a0. 76 ±0. 04a0. 19 ±0. 02aTweek 0. 58 ±0. 03a0. 15 ±0. 03a0. 73 ±0. 11a0. 16 ±0. 02ab断钾 T0 0. 63 ±0. 04b0. 19 ±0. 02b0. 82 ±0. 10b0. 15 ±0. 01bT24 0. 78 ±0. 03ab0. 22 ±0. 00ab1. 00 ±0. 03ab0. 20 ±0. 00aT48 0. 76 ±0. 04ab0. 20 ±0. 02ab0. 96 ±0. 06ab0. 24 ±0. 01aTweek 0. 91 ±0. 01a0. 24 ±0. 01a1. 16 ±0. 01a0. 24 ±0. 02a2. 3 不同处理对生菜品质的影响由图 1 可知 , 采前补光处理均不同程度地提高了生菜中的可溶性糖 、可溶性蛋白 、VC、游离氨基酸含量 , 同时降低了硝酸盐含量 。随着补光时间的延长各指标含量呈上升的趋势 , 在 T48 处理达到最高值 图 1 。营养液断钾的情况下 , 生菜叶片中可溶性糖含量显著高于正常钾处理 , 采收前补光显著提高可溶性糖含量 , T48 显著高于其余补光处理 , T48 的可溶性糖含量比 T0 高出 1. 8 倍 ,比 Tweek 高 32。而在正常供钾下 , T48 与 T24、Tweek 差异不显著 图 1 a ; 由可溶性蛋白含量对比可知 , 在营养液断钾的情况下 , T48 处理生菜中的可溶性蛋白质含量最高 , 在正常供钾的情况下 , T48 与 Tweek 处理生菜中的可溶性蛋白含量显著高于其余处理 , 二者差异不显著 图 1 b ; 对于 VC 含量 , T48 与 Tweek 处理生菜中的 VC 含量显著高于其余处理 , 二者差异不显著 图 1 c ;由硝酸盐含量对比可知 , 在营养液断钾的情况下 ,T48 处理生菜中的硝酸盐含量最低 , 比 T0 降低了18 图 1 d ; 随着补光时间的延长生菜中游离氨基酸含量呈上升趋势 , 营养液断钾情况下 ,T48 与 Tweek 处理生菜中的游离氨基酸含量显著高于 T0 与 T24, 而在正常供钾情况下 , Tweek 处理显著高于其余处理 图 1 e 。2. 4 不同处理对生菜矿物质元素含量的影响从图 2 可以看出 , 营养液断钾处理降低了生菜叶片中的钾含量 , 提高了钠 、钙 、镁含量 。随着连续补光时间的延长 , 生菜中钾 、钠 、钙 、镁含量呈下降趋势 , T48 处理的矿物质元素含量最少 。在营养液正常供钾与断钾情况下 , 采收前连续补光大幅降低生菜叶片中的钾含量 图 2 a 。T48处理的钾含量显著低于 T0 与 T24 处理 。营养液正常170 照明工程学报 2019 年 12 月图 1 采收前补光对营养液断钾处理下的生菜品质的影响Fig. 1 Effects of pre-harvest supplemental light on the quality of lettuce in potassium-free nutrient solution供钾与断钾下 , T48 的钾含量比 T0 分别降低了 25与 39。表明 , 断钾补光 48 h 比正常供钾补光 48 h的钾含量降低幅度大 。营养液断钾处理显著提高了生菜中的钠含量 , 但不同补光处理降低了钠的含量 图 2 b , 其中 T24 与 T48 显著低于 T0 与 Tweek处理 , T48 比 T0 降低了 15。然而 , 在正常供钾下 ,不同补光处理未对生菜中的钠含量产生明显影响 ; 在正常供钾与断钾下 , T48 的钙含量比 T0 分别降低了33 与 17, 断钾的降幅低于正常供钾处理 图 2 c , 而在采前进行补光的情况下 , 营养液断钾处理可以提高生菜中的钙含量 ; 由镁含量对比可知 , 营养液断钾处理会使生菜中的镁含量增加 , 而采前进行补光处理会使生菜中的镁含量降低 。在正常供钾与断钾下 , T48 的镁含量比 T0 分别降低了 24 与20, 断钾的降幅低于正常供钾处理 图 2 d 。2. 5 不同处理对生菜抗氧化营养品质的影响由图 3 可知 , 在 2 个营养液处理下 , 各补光提高了生菜类黄酮含量 , 其中由高到低的顺序是 T48> Tweek > T24 > T0, T48 较 Tweek 高约 1. 5 倍 图3 a ; 与 T0 相比 , T48 与 Tweek 显著提高多酚含量 , 二者差异不显著 图 3 b 。采前补光处理有利于提高生菜中的 DPPH 和 FRAP 值 图 3 c ; 在营养液断钾的情况下 , 随着补光时间的延长 , FRAP 值呈显著上升趋势 , T48 处理生菜中的FRAP 值最高 图 3 d 。因此 , 采前 48 h 补光处理有利于生菜中 FRAP 的积累 。第 30 卷第 6 期 施玉峰等 采收前补光对营养液断钾下生菜生长及品质的影响 171图 2 采收前补光对营养液断钾处理下的生菜矿物质元素含量的影响Fig. 2 Effects of pre-harvest supplemental light on mineral elements content of lettuce in potassium-free nutrient solution图 3 采收前补光对营养液断钾处理下的生菜抗氧化能力的影响Fig. 3 Effects of pre-harvest supplemental light on antioxidant capacity of lettuce in potassium-free nutrient solution3 讨论与结论光环境调控蔬菜品质是一种绿色无污染的物理方法 , 在设施蔬菜生产中具有重要的应用前景[ 21]。本试验结果表明 , 采前补光可适当缓解因营养液断钾对生菜干鲜重与光合色素含量造成的影响 , 并且172 照明工程学报 2019 年 12 月随着补光时间在一定范围内的延长 , 生菜的地上部和地下部的干鲜重均显著增加 , 这与前人的研究结果一致[ 22]。降低营养液中钾浓度能在生菜产量和品质受影响较小的情况下 , 使植株钾含量减少 54 ~61, 将生菜的钾含量降低到 2. 74g/100g[ 23]。每100g 食物中含钾量超过 300 mg 为富钾食物[ 24, 25]。在本试验中 , 营养液采前两周断钾处理后 , 生菜钾含量降低了 43, 换算成鲜重 , 断钾 T0 处理的生菜钾含量为 240 mg/100g。因此 , 在本试验条件下 ,仅通过降钾即可将生菜的钾含量降到富钾临界值以下 。本试验中 , 营养液断钾处理降低了生菜叶片中的钾含量 , 但提高了钠 、钙 、镁含量 图 2 b ,这与前人研究一致[ 5, 7], 在离子的拮抗作用下 , 营养液中钾离子的减少 , 必然会增加钠 、镁 、钙离子的吸收 。限盐已作为高血压治疗的一部分 , 2007ESH/ESC 高血压指南就提出高血压人群的限盐标准为 100 mmol Na/d 约 6 g NaCl/d[ 26]。本试验中 ,生菜的钠含量换算成鲜重的含量是 69 mg/100g, 按一天 500g 鲜食生菜的摄入量计算 , 本试验结果中钠的量远远低于限盐标准 。有研究表明 , 水培生菜对 K吸收量在荧光灯全光谱下达到最大 , 而在 LED 红 、蓝单一或组合光谱下吸收能力降低[ 27]。延长 LED 光照时间能显著促进生菜对 K的吸收[ 28]。本试验结果表明 , 在营养液正常供钾或营养液断钾的情况下 , 采收前连续补光大幅降低生菜叶片中的钾含量 , 其中采前连续48 h 补光的生菜钾含量最低 , 采前 48 h 进行 LED蓝光连续补光和营养液采前两周断钾处理均可将生菜中钾含量降低 66 图 2 a 。光照环境的变化通常会引起一些植物激素含量的变化 , 从而调节钾转运蛋白的表达 , 影响植物对钾的吸收和累积[ 29, 30]。断钾补光 48 h 后 , 钾含量降低了 39,而正常供钾补光 48 h 的钾含量降低 25 图 2 a , 说明营养液断钾与补光有相互促进作用 。光照度与钾营养浓度对水培白菜生长具有显著的交互作用[ 31], 两者只有协调供应才能保证较高的产量 ,适当的光照度与钾营养浓度有利于提高可溶性糖和可溶性蛋白含量 , 降低硝酸盐含量 。可溶性糖 、可溶性蛋白 、VC、游离氨基酸 、硝酸盐含量等是评价生菜品质的重要指标[ 32]。钾是蔬菜品质元素 , 充足的钾是保证良好品质的条件之一[ 33]。本试验结果显示 , 营养液断钾不同程度地提高了生菜可溶性糖 、可溶性蛋白 、VC 含量 图 1 。这与 Ogawa 等[ 34]的研究结果一致 , 在营养液降钾 ,生菜中可溶性糖与 VC 含量提高可能是作为渗透调节物质来补偿体内钾含量的降低 。本课题组研究发现 , 采前两周营养液断钾处理 , 在不影响生菜生物量的同时还可降低叶片中钾的含量[ 9]。采收前 72 h连续光照可以使水培生菜中硝酸盐含量大幅降低[ 10], 而可溶性糖和抗坏血酸含量持续快速升高 。本试验中 , 采前补光处理均不同程度地提高了生菜中的可溶性糖 、可溶性蛋白 、VC、游离氨基酸 , 同时降低了硝酸盐含量 。随着补光时间的延长各指标含量呈上升的趋势 , 在 T48 处 理 达 到 最 高 值 图 1 , 导致这种结果的原因可能在于光对相关代谢酶活性的协同促进作用 , 使得可溶性糖和抗坏血酸含量持续累积 , 而植物内的硝酸盐不断被同化 ,从而降低了其硝酸盐含量[ 10]。蔬菜的抗氧化营养品质可以由抗氧化物质 酚类 、类黄酮等 含量及抗氧化活性 如 FRAP 值 、DPPH 自由基清除率 进行表征[ 35]。本研究发现 ,采前补光影响了生菜的抗氧化物质含量与抗氧化活性 , T48 处理的类黄酮含量最高 图 3 a ; T48 与Tweek 处理多酚含量最高 ; FRAP 方法测定结果显示T48 与 Tweek 处理抗氧化能力最高 图 3 d , 这与类黄酮含量与多酚含量变化一致 图 3 b 。本研究表明 , 采前补光可适当缓解因营养液断钾对生菜干鲜重与光合色素含量造成的影响 , 显著降低生菜中的钾含量 , 有利于生菜可溶性糖 、可溶性蛋白 、VC、游离氨基酸的积累与硝酸盐含量的降低 , 同时提高生菜的抗氧化营养品质 , 增强了对环境的抗逆性 , T48 为低钾生菜最佳的补光方案 。参 考 文 献[ 1] 杨功焕 , 孔灵芝 , 赵文华 , 等 . 中国慢性病的挑战与应对 [ J] . 世界临床医学 柳叶刀中文版 , 2008, 6 1056-1065.[ 2 ] Levey AS, Eckardt KU, TsukainotoY, et al. 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