施玉峰，張夢(mèng)展，方瑤瑤，張軼婷，劉厚誠(chéng)

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，廣東 廣州 510642)

引言

近年來(lái)，隨著人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展相伴而來(lái)的不良生活方式，慢性腎臟病患者人數(shù)逐年上升，已成為一個(gè)世界性的公共健康問(wèn)題[1,2]?；加新阅I臟疾病的人腎臟喪失排鉀功能，高血鉀癥患者宜選擇低鉀飲食，每日鉀攝入量應(yīng)控制在1 500～2 000 mg[3,4]。人體對(duì)鉀的攝取主要來(lái)自于食物，尤其是蔬菜中含有大量的鉀，腎臟病患者常通過(guò)減少蔬菜進(jìn)食量來(lái)控制體內(nèi)鉀的積累，以致膳食攝入總量偏少，營(yíng)養(yǎng)不良，并降低了膳食纖維的攝入量[5]。也有通過(guò)開(kāi)水燙或沸水煮，導(dǎo)致鉀以外的礦質(zhì)元素及水溶性維生素也大量流失，不利于患者營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的全面攝入[5,6]。因此，探究一種低鉀蔬菜的栽培系統(tǒng)是非常有必要的。

日本是第一個(gè)進(jìn)行低鉀蔬菜研究的國(guó)家，對(duì)降低蔬菜鉀含量的方法研究主要集中在營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控技術(shù)上。營(yíng)養(yǎng)液降鉀對(duì)菠菜生長(zhǎng)與生物量無(wú)影響，葉片中鉀含量降低了32%～79%[5]；降鉀對(duì)番茄單果重?zé)o影響，但降低了番茄的產(chǎn)量[7]。Zhang[8]報(bào)道營(yíng)養(yǎng)液降鉀降低了生菜的鉀含量，同時(shí)降低了光合速率與硝酸鹽含量，但提高了抗壞血酸與可溶性糖含量。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，采前兩周營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理，在不影響生菜生物量的同時(shí)還可降低葉片中鉀的含量[9]。采收前短期連續(xù)光照具有促進(jìn)生菜生長(zhǎng)、提高品質(zhì)與抗性的的作用[10-12]。但目前未見(jiàn)關(guān)于采收前補(bǔ)光結(jié)合營(yíng)養(yǎng)液斷鉀對(duì)生菜鉀含量和品質(zhì)影響的報(bào)道。本試驗(yàn)采用水培法，研究采收前補(bǔ)光對(duì)無(wú)鉀營(yíng)養(yǎng)液條件下生菜生長(zhǎng)、品質(zhì)、礦物質(zhì)元素含量，尤其是鉀含量的影響，選出水培低鉀優(yōu)質(zhì)生菜的最佳處理，旨在為工廠化生產(chǎn)低鉀優(yōu)質(zhì)生菜的技術(shù)提供的理論參考。

1 材料與方法

1)試驗(yàn)材料。供試材料為意大利耐抽薹生菜(Lactuca sativa L. “Yidali”)。營(yíng)養(yǎng)液配方選用1/2日本園試配方。

2)試驗(yàn)方法。試驗(yàn)于2018年10月至2019年1月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院溫室內(nèi)進(jìn)行。將試驗(yàn)所用的種子放入人工氣候箱中進(jìn)行催芽，待出芽率超過(guò)80%時(shí)，將其移植到海綿塊中，并放入水培槽(長(zhǎng)80 cm×寬55 cm×高11 cm)中進(jìn)行栽培。當(dāng)幼苗長(zhǎng)至三葉一心時(shí)，選擇健壯并且長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗定植到定植板中，然后將定植板放于水培槽上方，水培槽中加入營(yíng)養(yǎng)液，并且利用充氣泵進(jìn)行供氧。

營(yíng)養(yǎng)液設(shè)置了正常鉀和斷鉀兩個(gè)處理(斷鉀處理具體做法為在生菜采收前兩周將營(yíng)養(yǎng)液更換為不含鉀的1/2日本園試配方營(yíng)養(yǎng)液，NO3-由NaNO3補(bǔ)充)；光處理設(shè)置了不補(bǔ)光(T0)、采前連續(xù)24 h補(bǔ)光(T24)、采前連續(xù)48 h補(bǔ)光(T48)、采前1周間斷補(bǔ)光(Tweek，補(bǔ)光周期為12 h/12 h)4個(gè)處理。補(bǔ)光光源為L(zhǎng)ED藍(lán)光(430 nm)，通過(guò)調(diào)整補(bǔ)光燈的密度和高度，使植株獲取的光照強(qiáng)度為100 μmol·m-1·s-1。每個(gè)處理3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)8株。

3)指標(biāo)測(cè)定。生菜于定植后30 d后采收，測(cè)定其生長(zhǎng)、生物量、品質(zhì)、礦物質(zhì)元素、抗氧化能力等指標(biāo)。地上部和地下部鮮重采用百分之一電子天平稱量，干重采用千分之一電子天平測(cè)量。光合色素含量采用比色法[13]測(cè)定；抗壞血酸含量(VC)采用鉬藍(lán)比色法[14]測(cè)定；可溶性蛋白、可溶性糖、硝酸鹽、游離氨基酸含量參考李合生[15]的方法測(cè)定；多酚含量采用Folin-Cioealteu法[16]測(cè)定；類黃酮含量采用Mashiba法[17]測(cè)定；DPPH自由基清除率采用Tadolini法[18]測(cè)定；FRAP值采用Benzie法[19]測(cè)定；鉀、鈣、鈉、鎂礦質(zhì)元素含量參考《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[20]測(cè)定。

4)數(shù)據(jù)分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan法進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗(yàn)。作圖采用Excel 2015軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)生菜生物量的影響

從表1可以看出，采前進(jìn)行LED藍(lán)光補(bǔ)光處理可以提高生菜地上部、地下部的干鮮重和葉片數(shù)。在正常鉀與斷鉀營(yíng)養(yǎng)液條件下，生菜的地上部、地下部的干鮮重、葉片數(shù)均隨著采前補(bǔ)光時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，營(yíng)養(yǎng)液采前兩周斷鉀配合采前一周補(bǔ)光處理下生菜的各項(xiàng)生長(zhǎng)指標(biāo)均最高。在營(yíng)養(yǎng)液斷鉀情況下，T24與T48處理的地上部鮮重差異不顯著，而T48的干重顯著高于T24與T0。

2.2 不同處理對(duì)生菜光合色素含量的影響

由表2可知，營(yíng)養(yǎng)液斷鉀的情況下，生菜中的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量提高，采前進(jìn)行補(bǔ)光可以提高生菜中葉綠素與類胡蘿卜素的含量，其中T24、T48與Tweek差異不顯著；而在正常供鉀情況下，不同補(bǔ)光處理對(duì)生菜中的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量無(wú)影響，而T48處理提高了類胡蘿卜素含量。

表1 采收前補(bǔ)光對(duì)營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理下的生菜生物量的影響

注：同列不同小寫字母表示差異達(dá)到顯著水平(α=0.05)，表2同此說(shuō)明。

表2 采收前補(bǔ)光對(duì)營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理下的生菜光合色素含量的影響

2.3 不同處理對(duì)生菜品質(zhì)的影響

由圖1可知，采前補(bǔ)光處理均不同程度地提高了生菜中的可溶性糖、可溶性蛋白、VC、游離氨基酸含量，同時(shí)降低了硝酸鹽含量。隨著補(bǔ)光時(shí)間的延長(zhǎng)各指標(biāo)含量呈上升的趨勢(shì)，在T48處理達(dá)到最高值(圖1)。營(yíng)養(yǎng)液斷鉀的情況下，生菜葉片中可溶性糖含量顯著高于正常鉀處理，采收前補(bǔ)光顯著提高可溶性糖含量，T48顯著高于其余補(bǔ)光處理，T48的可溶性糖含量比T0高出1.8倍，比Tweek高32%。而在正常供鉀下，T48與T24、Tweek差異不顯著(圖1(a))；由可溶性蛋白含量對(duì)比可知，在營(yíng)養(yǎng)液斷鉀的情況下，T48處理生菜中的可溶性蛋白質(zhì)含量最高，在正常供鉀的情況下，T48與Tweek處理生菜中的可溶性蛋白含量顯著高于其余處理，二者差異不顯著(圖1(b))；對(duì)于VC含量，T48與Tweek處理生菜中的VC含量顯著高于其余處理，二者差異不顯著(圖1(c))；由硝酸鹽含量對(duì)比可知，在營(yíng)養(yǎng)液斷鉀的情況下，T48處理生菜中的硝酸鹽含量最低，比T0降低了18%(圖1(d));隨著補(bǔ)光時(shí)間的延長(zhǎng)生菜中游離氨基酸含量呈上升趨勢(shì)，營(yíng)養(yǎng)液斷鉀情況下，T48與Tweek處理生菜中的游離氨基酸含量顯著高于T0與T24，而在正常供鉀情況下，Tweek處理顯著高于其余處理(圖1(e))。

圖1 采收前補(bǔ)光對(duì)營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理下的生菜品質(zhì)的影響Fig.1 Effects of pre-harvest supplemental light on the quality of lettuce in potassium-free nutrient solution

圖2 采收前補(bǔ)光對(duì)營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理下的生菜礦物質(zhì)元素含量的影響Fig.2 Effects of pre-harvest supplemental light on mineral elements content of lettuce in potassium-free nutrient solution

圖3 采收前補(bǔ)光對(duì)營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理下的生菜抗氧化能力的影響Fig.3 Effects of pre-harvest supplemental light on antioxidant capacity of lettuce in potassium-free nutrient solution

2.4 不同處理對(duì)生菜礦物質(zhì)元素含量的影響

從圖2可以看出，營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理降低了生菜葉片中的鉀含量，提高了鈉、鈣、鎂含量。隨著連續(xù)補(bǔ)光時(shí)間的延長(zhǎng)，生菜中鉀、鈉、鈣、鎂含量呈下降趨勢(shì)，T48處理的礦物質(zhì)元素含量最少。

在營(yíng)養(yǎng)液正常供鉀與斷鉀情況下，采收前連續(xù)補(bǔ)光大幅降低生菜葉片中的鉀含量(圖2(a))。T48處理的鉀含量顯著低于T0與T24處理。營(yíng)養(yǎng)液正常供鉀與斷鉀下，T48的鉀含量比T0分別降低了25%與39%。表明，斷鉀補(bǔ)光48 h比正常供鉀補(bǔ)光48 h的鉀含量降低幅度大。營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理顯著提高了生菜中的鈉含量，但不同補(bǔ)光處理降低了鈉的含量(圖2(b))，其中T24與T48顯著低于T0與Tweek處理，T48比T0降低了15%。然而，在正常供鉀下，不同補(bǔ)光處理未對(duì)生菜中的鈉含量產(chǎn)生明顯影響；在正常供鉀與斷鉀下，T48的鈣含量比T0分別降低了33%與17%，斷鉀的降幅低于正常供鉀處理(圖2(c))，而在采前進(jìn)行補(bǔ)光的情況下，營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理可以提高生菜中的鈣含量；由鎂含量對(duì)比可知，營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理會(huì)使生菜中的鎂含量增加，而采前進(jìn)行補(bǔ)光處理會(huì)使生菜中的鎂含量降低。在正常供鉀與斷鉀下，T48的鎂含量比T0分別降低了24%與20%，斷鉀的降幅低于正常供鉀處理(圖2(d))。

2.5 不同處理對(duì)生菜抗氧化營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

由圖3可知，在2個(gè)營(yíng)養(yǎng)液處理下，各補(bǔ)光提高了生菜類黃酮含量，其中由高到低的順序是T48>Tweek>T24>T0，T48較Tweek高約1.5倍(圖3(a))；與T0相比，T48與Tweek顯著提高多酚含量，二者差異不顯著(圖3(b))。采前補(bǔ)光處理有利于提高生菜中的DPPH和FRAP值(圖3(c))；在營(yíng)養(yǎng)液斷鉀的情況下，隨著補(bǔ)光時(shí)間的延長(zhǎng)，F(xiàn)RAP值呈顯著上升趨勢(shì)，T48處理生菜中的FRAP值最高(圖3(d))。因此，采前48 h補(bǔ)光處理有利于生菜中FRAP的積累。

3 討論與結(jié)論

光環(huán)境調(diào)控蔬菜品質(zhì)是一種綠色無(wú)污染的物理方法，在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用前景[21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，采前補(bǔ)光可適當(dāng)緩解因營(yíng)養(yǎng)液斷鉀對(duì)生菜干鮮重與光合色素含量造成的影響，并且隨著補(bǔ)光時(shí)間在一定范圍內(nèi)的延長(zhǎng)，生菜的地上部和地下部的干鮮重均顯著增加，這與前人的研究結(jié)果一致[22]。降低營(yíng)養(yǎng)液中鉀濃度能在生菜產(chǎn)量和品質(zhì)受影響較小的情況下，使植株鉀含量減少54%～61%，將生菜的鉀含量降低到2.74g/100g[23]。每100g食物中含鉀量超過(guò)300 mg為富鉀食物[24,25]。在本試驗(yàn)中，營(yíng)養(yǎng)液采前兩周斷鉀處理后，生菜鉀含量降低了43%，換算成鮮重，斷鉀T0處理的生菜鉀含量為240 mg/100g。因此，在本試驗(yàn)條件下，僅通過(guò)降鉀即可將生菜的鉀含量降到富鉀臨界值以下。本試驗(yàn)中，營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理降低了生菜葉片中的鉀含量，但提高了鈉、鈣、鎂含量(圖2(b))，這與前人研究一致[5,7]，在離子的拮抗作用下，營(yíng)養(yǎng)液中鉀離子的減少，必然會(huì)增加鈉、鎂、鈣離子的吸收。限鹽已作為高血壓治療的一部分，2007 ESH/ESC高血壓指南就提出高血壓人群的限鹽標(biāo)準(zhǔn)為100 mmol Na/d(約6 g NaCl/d)[26]。本試驗(yàn)中，生菜的鈉含量換算成鮮重的含量是69 mg/100g，按一天500g鮮食生菜的攝入量計(jì)算，本試驗(yàn)結(jié)果中鈉的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于限鹽標(biāo)準(zhǔn)。

有研究表明，水培生菜對(duì)K+吸收量在熒光燈全光譜下達(dá)到最大，而在LED紅、藍(lán)單一或組合光譜下吸收能力降低[27]。延長(zhǎng)LED光照時(shí)間能顯著促進(jìn)生菜對(duì)K+的吸收[28]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，在營(yíng)養(yǎng)液正常供鉀或營(yíng)養(yǎng)液斷鉀的情況下，采收前連續(xù)補(bǔ)光大幅降低生菜葉片中的鉀含量，其中采前連續(xù)48 h補(bǔ)光的生菜鉀含量最低，采前48 h進(jìn)行LED藍(lán)光連續(xù)補(bǔ)光和營(yíng)養(yǎng)液采前兩周斷鉀處理均可將生菜中鉀含量降低66%(圖2(a))。光照環(huán)境的變化通常會(huì)引起一些植物激素含量的變化，從而調(diào)節(jié)鉀轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，影響植物對(duì)鉀的吸收和累積[29,30]。斷鉀補(bǔ)光48 h后，鉀含量降低了39%，而正常供鉀補(bǔ)光48 h的鉀含量降低25%(圖2(a))，說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)液斷鉀與補(bǔ)光有相互促進(jìn)作用。光照度與鉀營(yíng)養(yǎng)濃度對(duì)水培白菜生長(zhǎng)具有顯著的交互作用[31]，兩者只有協(xié)調(diào)供應(yīng)才能保證較高的產(chǎn)量，適當(dāng)?shù)墓庹斩扰c鉀營(yíng)養(yǎng)濃度有利于提高可溶性糖和可溶性蛋白含量，降低硝酸鹽含量。

可溶性糖、可溶性蛋白、VC、游離氨基酸、硝酸鹽含量等是評(píng)價(jià)生菜品質(zhì)的重要指標(biāo)[32]。鉀是蔬菜品質(zhì)元素，充足的鉀是保證良好品質(zhì)的條件之一[33]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，營(yíng)養(yǎng)液斷鉀不同程度地提高了生菜可溶性糖、可溶性蛋白、VC含量(圖1)。這與Ogawa等[34]的研究結(jié)果一致，在營(yíng)養(yǎng)液降鉀，生菜中可溶性糖與VC含量提高可能是作為滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)補(bǔ)償體內(nèi)鉀含量的降低。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，采前兩周營(yíng)養(yǎng)液斷鉀處理，在不影響生菜生物量的同時(shí)還可降低葉片中鉀的含量[9]。采收前72 h連續(xù)光照可以使水培生菜中硝酸鹽含量大幅降低[10]，而可溶性糖和抗壞血酸含量持續(xù)快速升高。本試驗(yàn)中，采前補(bǔ)光處理均不同程度地提高了生菜中的可溶性糖、可溶性蛋白、VC、游離氨基酸，同時(shí)降低了硝酸鹽含量。隨著補(bǔ)光時(shí)間的延長(zhǎng)各指標(biāo)含量呈上升的趨勢(shì)，在T48處理達(dá)到最高值(圖1)，導(dǎo)致這種結(jié)果的原因可能在于光對(duì)相關(guān)代謝酶活性的協(xié)同促進(jìn)作用，使得可溶性糖和抗壞血酸含量持續(xù)累積，而植物內(nèi)的硝酸鹽不斷被同化，從而降低了其硝酸鹽含量[10]。

蔬菜的抗氧化營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)可以由抗氧化物質(zhì)(酚類、類黃酮等)含量及抗氧化活性(如FRAP值、DPPH自由基清除率)進(jìn)行表征[35]。本研究發(fā)現(xiàn)，采前補(bǔ)光影響了生菜的抗氧化物質(zhì)含量與抗氧化活性，T48處理的類黃酮含量最高(圖3(a))；T48與Tweek處理多酚含量最高；FRAP方法測(cè)定結(jié)果顯示T48與Tweek處理抗氧化能力最高(圖3(d))，這與類黃酮含量與多酚含量變化一致(圖3(b))。

本研究表明，采前補(bǔ)光可適當(dāng)緩解因營(yíng)養(yǎng)液斷鉀對(duì)生菜干鮮重與光合色素含量造成的影響，顯著降低生菜中的鉀含量，有利于生菜可溶性糖、可溶性蛋白、VC、游離氨基酸的積累與硝酸鹽含量的降低，同時(shí)提高生菜的抗氧化營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，增強(qiáng)了對(duì)環(huán)境的抗逆性，T48為低鉀生菜最佳的補(bǔ)光方案。