季延海，武占會，鐘啟文，于平彬，劉明池*

（1北京市農林科學院蔬菜研究中心，北京100097；2青海大學農林科學院，青海西寧810016；3農業(yè)部都市農業(yè)(北方)重點實驗室，北京100097）

不同濃度硫素對韭菜產量和品質的影響

季延海1,3，武占會1,3，鐘啟文2，于平彬1，劉明池1,3*

（1北京市農林科學院蔬菜研究中心，北京100097；2青海大學農林科學院，青海西寧810016；3農業(yè)部都市農業(yè)(北方)重點實驗室，北京100097）

【目的】硫是植物必需的營養(yǎng)元素之一，研究無土栽培營養(yǎng)液中不同濃度硫對韭菜生長和品質的影響，以期為確定合理的韭菜水培營養(yǎng)液配方提供依據?！痉椒ā吭囼灢捎盟喾椒?，以含硫2mmol/L的日本千葉農試蔥營養(yǎng)液(通用型)為基礎，以硫酸鈉作為硫源，設置了硫濃度分別為1、2、3、4、5mmol/L的5個處理(分別用S1、S2、S3、S4和S5表示)。鑒于相對低濃度的Na+對植物生長發(fā)育影響較小，本試驗結果忽略Na+的影響。在韭菜第二茬收獲時測定了生長、生理、產量、品質指標及含硫化合物的種類和濃度。【結果】適當增加硫素濃度，對韭菜生長有良好的促進作用。與S1處理相比，S2處理韭菜的株高、葉長、假莖粗、葉寬和葉片數分別增加了2.6%、4.5%、5.6%、10.8%、7.2%，韭菜單株鮮重和干重分別提高6.9%、10.1%。韭菜根系活力以S3處理最高，比S1處理顯著增加了25.7%，葉綠素a和葉綠素a+b與S2處理差異不顯著，但顯著高于S1處理19.0%、19.3%。韭菜Vc、可溶性糖和硝酸鹽含量均以S3處理最好，Vc含量顯著高于S1處理18.8%，硝酸鹽含量比S1處理顯著降低33.3%。可溶性蛋白含量以S5處理最高。在韭菜中共檢測出29種含硫揮發(fā)性化合物，主要是二硫化物和三硫化物，有少量的四硫化物，含硫化合物總含量以S2處理最高。韭菜產量以S3和S2處理最高，分別比S1處理顯著提高了3.6%、5.6%。【結論】在應用日本千葉農試蔥配方時，綜合考慮韭菜生長、品質、芳香物質等指標，營養(yǎng)液中硫濃度以2～3mmol/L為佳。

韭菜；硫素濃度；生長；品質；揮發(fā)性物質

硫是植物必需營養(yǎng)元素之一[1]，是目前公認的僅次于氮磷鉀對植物第四重要的元素。在作物的營養(yǎng)物質合成、代謝等方面發(fā)揮著重要的作用。植物體內含硫氨基酸中的硫占到總硫的90%以上，所以硫素營養(yǎng)水平對植物生理生化功能有很大影響。硫還在植物的葉綠素、酶等的合成過程中起著重要的作用[1–2]。植物吸收利用硫元素主要是通過根系主動吸收SO4

2–，并還原為有機硫化合物[3–4]。長期以來，在我國長期施用氮磷鉀肥的習慣，使得硫營養(yǎng)的合理施用未受重視。隨著作物產量的不斷提高，從土壤中帶走的硫越來越多，有機肥和含硫肥料的施用量卻在減少，導致了土壤嚴重缺硫[5]。

硫素營養(yǎng)可以顯著改善作物品質和提高產量[6–10]。劉中良等[11]通過在Hoagland配方基礎上的營養(yǎng)液栽培試驗，發(fā)現大蒜鱗莖和蒜薹中大蒜素、可溶性糖、游離氨基酸和維生素含量均以添加2.25mmol/L硫的處理最高，且顯著高于不添加硫處理。蔥屬植物含有揮發(fā)性硫化物，具有特殊的氣味，是重要的活性物質[12–14]。Randle[15]認為揮發(fā)性物質形成前體的濃度和比率隨著硫營養(yǎng)的改變而變化。Freeman等[16]認為沙培大蒜加硫處理的硫營養(yǎng)和揮發(fā)性物質強度遠遠大于不加硫處理，可見硫素濃度對蔥屬植物的品質，尤其是風味物質有著重要的影響。

目前在洋蔥和大蒜上關于硫素對于大蒜素、辣味等品質影響已有較多的研究，表明硫素對其揮發(fā)性芳香物質具有重要意義。而韭菜(Allium tuberosum Rottl.ex Spr.)是典型的蔥屬植物，在我國蔬菜市場供應上有著重要意義。目前國內外關于韭菜芳香物質的研究結果表明，韭菜揮發(fā)物質成分主要是含硫化合物，特別是二硫化物和三硫化物含量較多。王彩芬等[17]研究表明，硫素可提高韭菜維生素C、可溶性蛋白的含量，并降低硝酸鹽含量，并且已有的研究表明，韭菜特征性芳香物質主要是含硫化合物，其中包括二硫化物、三硫化物以及一些硫醚類物質[18–22]，因此，在韭菜的生長過程中，硫元素對韭菜的品質有著重要的意義。

目前傳統(tǒng)土壤栽培韭菜由于受到韭蛆的危害，致使產品農藥殘留嚴重。為了解決該問題北京市農林科學院蔬菜研究中心自主研發(fā)了安心韭菜栽培系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過營養(yǎng)液水培的方式徹底解決了韭蛆的危害問題，實現了韭菜的安全生產。通過水培的方式能夠更好地調控硫素的濃度，確保研究結果的準確性。因此，本研究使用韭菜水培系統(tǒng)研究了不同濃度硫素對韭菜生長和生理特性、產量、品質及含硫揮發(fā)物質的影響，以確定營養(yǎng)液栽培中韭菜適宜的硫素濃度，為土壤栽培和水培韭菜品質調控技術提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗以‘791’韭菜為供試材料，采用營養(yǎng)液栽培的方式進行，于2012年4～9月在北京市農林科學院蔬菜研究中心連棟玻璃溫室內進行。營養(yǎng)液使用日本千葉農試蔥配方，硫水平為2mmol/L，微肥為通用配方。

試驗設5個硫濃度處理，即營養(yǎng)液中硫素濃度分別為1、2、3、4和5mmol/L。以硫酸鈉作為硫源，鑒于相對低濃度的Na+對植物生長發(fā)育影響較小，本試驗結果忽略Na+的影響。營養(yǎng)液用蒸餾水配制，配方為：Ca2+1.0mmol/L、K+6mmol/L、NO3–8mmol/L、NH4+4mmol/L、Mg2+1mmol/L、PO43–2mmol/L，pH控制在6.0±0.3，除硫含量不同外，其余均按常規(guī)管理。

每個處理設置3次重復，每重復為一個72孔無底穴盤。試驗中每個格盤每孔播種4粒，格盤是根據常規(guī)穴盤樣式，設計的無底網格狀盤，其規(guī)格與常規(guī)72孔穴盤一致，為54cm×28cm。試驗于2012年8月27日收獲第2茬并測定生長指標、生理指標、產量、品質和揮發(fā)性物質。

1.2 測定項目與方法

由于韭菜需要養(yǎng)根以保證后續(xù)多次的收獲，因此從播種到第一茬收獲周期較長，為保證指標測定的真實準確，所有指標均在第二茬測定。

生長指標測定韭菜植株的株高、假莖粗、葉長、葉寬、葉片數，測定時每重復測定5株；用電子天平測量單株鮮重和單株干重。測定時先測定鮮重，然后在105℃下殺青15分鐘，再于75℃烘干至恒重，然后測定干重，每個處理設置3次重復，每個重復測定3次，每次測定2株。

生理指標采用乙醇浸提比色法測定光合色素含量[23]；根系活力測定測定參照李合生等的方法[24]。

產量測定是以收獲時每個營養(yǎng)液栽培格盤韭菜的收獲量，公頃產量是根據收獲的一個營養(yǎng)液栽培格盤(面積為0.1512m2)內的韭菜產量(kg)換算得到，換算公式為：1hm2產量(kg)=(單個營養(yǎng)液栽培格盤收獲韭菜重量×667×15)/格盤面積。

品質指標測定：用2,6–二氯酚靛酚比色法測定維生素C[25]；用蒽酮比色法測定可溶性糖[26]；用考馬斯亮藍比色法測定可溶性蛋白[27]；樣品經60% H2SO4消化后以蒽酮比色法測定粗纖維[28]；用紫外分光光度法測定硝酸鹽[29]。韭菜揮發(fā)性物質含量使用頂空固相微萃取—氣質聯用(GCMS-SPME)法測定[30]。

試驗數據采用EXCEL2010進行統(tǒng)計和作圖，采用SPSS對數據進行統(tǒng)計分析，并按照Duncan多重比較法以P<0.05作為差異顯著水平進行多重比較。

表1 不同硫素濃度下韭菜生長指標Table 1 Effect of different sulfur concentrations on growth of Chinese chive

2 結果與分析

2.1 不同硫素濃度對韭菜生長指標的影響

從表1可以看出，韭菜植株生長指標隨硫素濃度的增加先上升后降低。各處理以2mmol/L硫濃度處理表現最好，株高、葉長、假莖粗、葉寬和葉片數分別比1mmol/L和3mmol/L硫濃度處理增加了2.6%和1.1%、4.5%和0.8%、5.6%和0.5%、10.8%和3.2%、7.2%和7.2%。

植物的干鮮重最直接地反映了植株的生長量，由圖1可以看出，單株鮮重和干重均以2mmol/L硫濃度處理最高，且與1mmol/L硫濃度差異顯著，單株鮮重和干重分別提高6.9%、10.1%。單株鮮重和干重均呈現出先增高后降低的趨勢。

2.2 不同硫素濃度對韭菜根系活力的影響

根系的生長情況和活力水平直接影響植物個體的生長情況、營養(yǎng)狀況和產量水平。由圖2可以看出，韭菜根系活力隨硫素濃度增加變化顯著。3mmol/L硫濃度處理根系活力最高，與其他處理差異顯著，比1mmol/L硫濃度處理增加了25.7%，2mmol/L硫濃度處理次之，且與其他處理差異顯著。硫素濃度逐漸升高后(>3mmol/L)，根系活力呈下降的趨勢。

2.3 不同硫素濃度對韭菜光合色素含量的影響

由表2可以看出，硫元素濃度可以增加光合色素的含量，但達到一定濃度后又呈現下降的趨勢。葉綠素a以3mmol/L硫濃度處理最高，與2mmol/L硫濃度處理差異不顯著但與其他處理差異顯著，其含量較1mmol/L硫濃度處理增加19.0%。葉綠素a+b含量也以3mmol/L硫濃度處理最高，與2 mmol/L硫濃度處理差異不顯著，而顯著高于其他處理。葉綠素b、類胡蘿卜素、葉綠素a/b各處理間差異不顯著。

圖1 不同硫素濃度下韭菜單株重量Fig. 1 Single fresh and dry biomass of Chinese chives under different sulfur levels

圖2 不同硫素濃度下韭菜根系活力比較Fig. 2 Effect of different levels of sulfur on root activity of Chinese chives

表2 不同硫素濃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

2.4 不同硫素濃度對韭菜品質的影響

2.4.1 芳香成分相對含量通過對韭菜揮發(fā)性芳香物質的分析，本試驗共檢測出含硫揮發(fā)物29種，主要是二硫化物和三硫化物，還有少量的四硫化物和烷酯類物質。含硫化合物是韭菜具有特征性芳香氣味的主要原因。在5個處理中均檢出的物質共17種，各處理中含硫物質相對百分含量總量以2mmol/L硫濃度處理最高，1mmol/L硫濃度處理最低。

2.4.2 營養(yǎng)成分從表4可以看出，韭菜Vc以3 mmol/L硫濃度處理最高，與2mmol/L硫濃度處理差異不顯著，顯著高于1mmol/L硫濃度處理18.8%?？扇苄蕴且?mmol/L硫濃度、5mmol/L硫濃度處理最高，3mmol/L硫濃度處理顯著高于1mmol/L硫濃度處理17.5%。粗纖維含量除1mmol/L硫濃度處理，各處理差異均不顯著。可溶性蛋白含量隨硫濃度提高呈上升的趨勢，以5mmol/L硫濃度處理最高，且與其他處理差異顯著，5mmol/L硫濃度處理比1mmol/L硫濃度處理提高26.2%。

2.4.3 硝酸鹽含量由圖3可以看出，硫素濃度顯著影響韭菜硝酸鹽的含量。3mmol/L硫濃度處理下硝酸鹽含量最低，與各處理差異顯著，其次為4mmol/L硫濃度處理，1mmol/L硫濃度處理硝酸鹽含量顯著高于其他處理，比3mmol/L硫濃度處理高出33.3%。當硫素濃度增加到4mmol/L后硝酸鹽含量又呈上升的趨勢。

2.5 不同濃度硫素對韭菜產量的影響

由圖4可以看出，韭菜產量隨硫素濃度的增加，表現出先上升后下降的趨勢。以3mmol/L硫濃度和2mmol/L硫濃度處理產量較高，但2mmol/L硫濃度與3mmol/L硫濃度處理間差異不顯著，分別比1mmol/L硫濃度處理提高了3.6%、5.6%。

表3 不同硫素濃度下韭菜揮發(fā)性物質含量 (%)Table 3 Contents of volatile matter of Chinese chives under different levels of sulfur supply

3 討論與結論

硫素作為蔬菜必需的營養(yǎng)元素之一，對蔬菜的生長發(fā)育起著重要的作用。本試驗研究結果表明，適宜的硫素濃度可以促進韭菜的生長、提高韭菜的營養(yǎng)品質并增加產量。研究表明，硫素營養(yǎng)在植物光合作用中的作用主要表現在以下幾方面：以硫脂方式組成葉綠體基粒片層；硫氧化蛋白半胱氨酸-SH在光合作用中傳遞電子；形成鐵氧還蛋白的鐵硫中心，參與暗反應CO2的還原過程[31]。硫是鐵氧還蛋白的重要組分，在光合作用及氧化物如亞硝酸根的還原中起電子轉移作用[32]，硫素可以促進葉綠素尤其是葉綠素a含量的顯著升高，因此硫有助于植物光合能力的改善及有機物的合成[33–34]。本研究表明硫素濃度的增加，提高了葉綠素含量，特別是葉綠素a，本試驗中葉綠素a、b、類胡蘿卜素均在硫素濃度為3mmol/L時達到了最大值。

本研究中韭菜硝酸鹽含量隨著硫素濃度的增加而降低，可溶性蛋白含量呈上升趨勢，可能的原因是，硫為甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸等含硫氨基酸的重要組成成分，其中甲硫氨酸在許多生化反應中可作為甲基的供體[35]，是蛋白質合成的起始物。此外，硫素的增加，提高了硝酸還原酶活性，進而提高了蛋白質含量[36–37]。但硫素濃度超過一定限度時，韭菜營養(yǎng)品質等指標反而呈下降的趨勢，表明硫雖對韭菜生長有益，但實際生產中應適量使用。

韭菜揮發(fā)性物質主要是二硫化物、三硫化物，主要存在于韭菜揮發(fā)油中，是韭菜具有特征性芳香氣味的主要原因[38]。藥理分析還證實，韭菜所含有的揮發(fā)性硫化物不僅使韭菜具有特殊香味，而且對于治療高血壓及冠心病也有一定的療效。雖然國內外對韭菜的香味來源已有一些報道，但是在結果上存在分歧。本試驗通過使用頂空固相微萃取-氣質聯用的方法，共檢測出多種有效含硫物質，主要是二硫化物、三硫化物，并且揮發(fā)性硫化物的種類和含量隨著硫素濃度的增加表現出先增加后下降的趨勢，以2mmol/L處理下檢測出物質的相對百分含量最大。

結合硫對韭菜生長特性、品質效應和芳香物質的分析結果發(fā)現，在韭菜的無土優(yōu)質栽培生產中，應當加強硫在韭菜生產中的應用。在本試驗條件下，以營養(yǎng)液硫濃度為2～3mmol/L的效應為佳。

表4 不同硫素濃度下韭菜營養(yǎng)成分比較Table 4 Effect of different levels of sulfur on quality of Chinese chive

圖3 不同硫素濃度下韭菜硝酸鹽含量比較Fig. 3 Effect of different levels of sulfur on nitrate content of Chinese chives

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Suitable sulfur concentrations in the nutrient solution used for Chinese chives in hydroponic production

JI 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]

【Objectives】Sulphur supply affects the yield and quality of Chinese chives.Study of the suitable sulfur concentrations in nutrient solution will provide basis for the optimization of nutrient solution for the hydroponic production of Chinese chives.【Methods】A Chinese chive hydroponic experiment was conducted using the Japan Chiba farming vegetable nutrient solution as base solution.Five levels of sulphur concentrations (1,2,3,4,5mmol/L,noted as S1,S2,S3,S4and S5,respectively)were setup with sodium sulfate as Ssource. The growth,yield,quality and sulfur compounds of chive were measured.【Results】Sulphur was found effective to stimulate the growth of chives.Compared with S1treatment,the plant height,leaf length,stem diameter,leaf width,leaf number,single plant fresh weight and dry weight of S2treatment were significantly increased by2.6%,4.5%,5.6%,10.8%,7.2%,6.9%and10.1%,respectively.The peak root activity index was obtained in S3treatment,which was25.7%higher than the root activity index of S1treatment,and the maximum chlorophyll aand chlorophyll a+b contents were obtained in S3treatment,they were respectively19.0%and19.3%higher than those in S1treatment(P<0.05).The content of Vc,soluble sugar and nitrate in Chinese chives were detected with the best quality in S3treatment,with18.8%more of Vc and33.3%less of nitrate compounds than the S1treatment(P<0.05).The maximum soluble proteins were detected in Chinese chive of S5treatment. 29sulfur-containing volatiles were identified in the chives,majority were shown as disulfide and trisulfide with small amount of tetra sulfide.The maximum total content of sulfur-containing volatiles was detected in the Chinese chive of S2treatment.The highest yields were in the chive of S2and S3treatments,they were all significantly higher than that of S1(3.6%and5.6%higher,respectively).【Conclusions】Comprehensively considering the effect of growth,yield,quality and sulfur-containing volatiles,the optimum concentration of sulfur in Japan Chiba farming vegetable nutrient solution for Chinese chive is2–3mmol/L.

Chinese chive;sulfur concentration;growth;quality;sulfur-containing volatiles

2016–08–22接受日期：2017–02–20

農業(yè)部公益性行業(yè)科研專項（201303133-2）；北京市農林科學院科技創(chuàng)新能力建設專項（KJCX20140408）資助。

季延海（1988—），男，山東棗莊人，碩士，研究實習員，主要從事蔬菜栽培與生理研究。E-mail：jiyanhai@nercv.org *通信作者E-mail：liumingchi@nercv.org