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        苗參水培及營養(yǎng)液滅菌的研究進(jìn)展

        2022-11-19 05:21:13朱相潤劉越一莫紅旭曹路湯宥輯馮爽翟銘文王友鵬吳榮哲
        農(nóng)業(yè)與技術(shù) 2022年6期
        關(guān)鍵詞:水培營養(yǎng)液紫外線

        朱相潤 劉越一 莫紅旭 曹路 湯宥輯 馮爽 翟銘文 王友鵬 吳榮哲

        (延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院,吉林 延吉 133000)

        人參(Panax ginseng C.A.Meyer)為五加科草本植物,喜陰涼,3a開花結(jié)實(shí),1~5a的人參可食用,6a以上的人參根、莖干燥后可作為藥用[1]。人參具有保護(hù)肝臟、補(bǔ)元?dú)?、益腎助陽,補(bǔ)脾補(bǔ)血養(yǎng)血、益肺補(bǔ)氣生津,降血脂、安神益智等功效。據(jù)2019年國際市場的統(tǒng)計(jì),人參的年貿(mào)易量在6000~6500t,其中中國人參產(chǎn)量約占國際市場總產(chǎn)量的70%[2]。

        苗參(Ginseng Sprouts)是指一至四年生幼葉展開的人參。水培苗參生長周期短、植株內(nèi)活性物質(zhì)含量高,具備功能食品的潛力[3],成為人們生活中鮮食保健的佳品。但是,苗參在生長發(fā)育的過程中經(jīng)常會(huì)受到鐮刀菌等真菌侵染,使苗參的莖干枯萎蔫,參體腐爛。本文介紹了苗參水培及營養(yǎng)液的滅菌處理,為減輕苗參水培過程中病害的發(fā)生、擴(kuò)大苗參產(chǎn)業(yè)化提供參考依據(jù)。

        1 不同水培模式下苗參的栽培

        1.1 水培模式下苗參的栽培

        水培蔬菜具有產(chǎn)量高、生產(chǎn)周期短、質(zhì)量安全可控等諸多優(yōu)勢。研究表明,水培可提高番茄中的可溶性固形物、糖酸比,以及可溶性蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)[4]。相比于傳統(tǒng)栽培模式,水培生產(chǎn)出的蔬菜產(chǎn)量高,一般可提高0.5~4.0倍,經(jīng)濟(jì)效益提高1.0~2.5倍[5]。

        我國現(xiàn)階段的蔬菜水培主要有營養(yǎng)液膜技術(shù)、深液流法和浮板毛管技術(shù)等。將植株的大部分根系浸在營養(yǎng)液中,營養(yǎng)液的成分包括雜木液、氨基酸、葡萄糖等,采用水培種植技術(shù)生產(chǎn),莖、葉、根均可食用,有助于克服人參連作的障礙。水培時(shí)需要不斷地向營養(yǎng)液中通氧氣,增加營養(yǎng)液中的氧氣含量。研究表明,人參水培種植過程中,環(huán)境濕度控制在60%左右,溫度在22℃左右,培養(yǎng)30d左右,苗參植株即可長出莖葉[6]。

        1.2 氣霧培模式對苗參栽培的影響

        氣霧栽培設(shè)施主要由栽培系統(tǒng)和營養(yǎng)液供給系統(tǒng)2大部分構(gòu)成,目前較常見的栽培系統(tǒng)有3種,分別為A型栽培模式、苗床模式和立柱模式。供液系統(tǒng)主要包括水泵、管道、儲(chǔ)液池、噴霧裝置和控制器[7]。Song等[8]的研究中,苗參的氣霧培設(shè)施長1.1m、寬1.4m、高2.0m,且配備有一個(gè)98L的等離子體處理室,采用容量為28mL·min-1、噴灑壓力約為5kgf·cm-2的噴頭,間隔58min噴1次,每次噴2min,營養(yǎng)液溫度保持在20℃。噴施等離子體處理過的水后,立即從底部排出;等離子體處理過的水中的NO3-和NO2-與K+共同作用下,苗參莖的生物量提高了26.5%。

        2 光照對苗參栽培的影響

        苗參喜陰涼,忌強(qiáng)光,不同的光照強(qiáng)度都會(huì)對其生長發(fā)育造成影響。綠色葉片中的類胡蘿卜素可以保護(hù)葉綠體進(jìn)行光合作用,避免強(qiáng)光對葉綠體的傷害,在溫度低,光照弱的環(huán)境中,類胡蘿卜素的含量較高[9]。因此,當(dāng)光照過強(qiáng)時(shí),類胡蘿卜素可能會(huì)對苗參葉中的葉綠體起到一定的保護(hù)作用。馮春生等[10]研究表明,人參光飽和強(qiáng)度10~20klx,適宜的光照強(qiáng)度為6~20klx;參棚適宜透光率為25%,藍(lán)膜的光合效率高,研究人參光合作用的光補(bǔ)償點(diǎn)和光飽和點(diǎn)分別在5~20μE·(m2·s)-1和120~480μE·(m2·s)-1。二者測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差,可能是由于測量方法不同導(dǎo)致,根據(jù)其研究結(jié)果,可以更好地控制設(shè)施內(nèi)的光照環(huán)境。曹伍林等[10]的研究表明,在植物生長發(fā)育的環(huán)境中,當(dāng)光照強(qiáng)度過大時(shí),植物會(huì)使葉片通過卷曲,以減少葉片對光的吸收。以上結(jié)論說明苗參展葉后,葉片也會(huì)受到光照的影響,水培時(shí)應(yīng)控制光強(qiáng),避免苗參被日光灼傷,同時(shí),保證光照時(shí)間和光照強(qiáng)度使葉片可以正常光合作用。Kim等[11]的研究中發(fā)現(xiàn),不同光的組合對苗參的生長發(fā)育有直接影響,紅光(656nm)對苗參莖的生長及葉面積變化均有促進(jìn)作用,紅光能有效地提高苗參的生長特性和光合速率。藍(lán)光(451nm)對苗參總皂苷含量的提高有積極的作用,主要增強(qiáng)了皂苷Rb1、Rg1和Re,這也導(dǎo)致了苗參皂苷總含量的增加,藍(lán)光還誘導(dǎo)5-氨基丙酸增加,從而改善葉綠素合成,藍(lán)光照射下會(huì)減少苗參莖的長度。添加遠(yuǎn)紅光(740nm)對苗參的莖長沒有影響,但能使葉面積增大。在秋冬季節(jié),光周期縮短會(huì)影響苗參的生長,根據(jù)苗參的生長狀況,設(shè)置不同的紅藍(lán)光比例進(jìn)行合理的補(bǔ)光,控制補(bǔ)光時(shí)長,可以調(diào)節(jié)苗參根、莖、葉的生長;同時(shí)可以利用不同波長的光提高苗參的皂苷含量。李哲浩等[6]研究表明,苗參在水培過程中,會(huì)進(jìn)行2h·d-1的補(bǔ)光,補(bǔ)光會(huì)利用紅光和藍(lán)光2種LED燈進(jìn)行,紅光和藍(lán)光的比值為3∶1。紅光能促進(jìn)苗參鮮重和干重、株高和葉面積。以上證明了水培模式栽培苗參,可以利用設(shè)施隨時(shí)進(jìn)行補(bǔ)光,采收所需部位,彌補(bǔ)市場空缺。

        3 溫度對苗參栽培的影響

        溫度是植物生長調(diào)節(jié)最重要的因素之一,高溫導(dǎo)致植物細(xì)胞膜被破壞、光合作用受抑制,使細(xì)胞衰老、死亡。研究表明,溫度過高會(huì)使氣孔閉合,蒸騰作用不相適應(yīng),葉片中的葉綠素會(huì)最先受到破壞,出現(xiàn)組織焦枯變脆,葉片焦枯、脫落等病態(tài)[12]。溫度過高還會(huì)使苗參進(jìn)入休眠狀態(tài),休眠的苗參長時(shí)間浸泡在營養(yǎng)液中會(huì)使根部腐爛。在設(shè)施內(nèi),苗參的生長期最適宜的溫度為20~25℃,要穩(wěn)定在15℃以上。苗參葉片凈光合作用最適溫度為15~25℃。作為蔬菜類作物,苗參生長發(fā)育最適溫度與黃瓜接近,但略低于黃瓜,根據(jù)董洪霞等[13]的研究,黃瓜的生長適溫為25~28℃,低溫生長溫度為11℃左右,當(dāng)溫度低于10℃時(shí),黃瓜的生長發(fā)育將會(huì)停止。李哲浩等[6]研究表明,苗參在水培過程中,無菌室內(nèi)溫度控制在15~24℃,培養(yǎng)30d,苗參植株即可長出莖和葉。

        4 苗參栽培營養(yǎng)液的滅菌處理

        4.1 物理方法滅菌對營養(yǎng)液的影響

        根據(jù)王偉琳等[14]研究,采用紫外線照射滅菌的方法,通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)液的流速、流量,改變營養(yǎng)液透光率,通過紫外線充分的照射,可殺滅鐮刀菌(Fusarium)、疫霉菌(Phytophthora)等,滅菌率達(dá)到92%左右。加熱消毒機(jī)可使滅菌效果更加徹底。宋衛(wèi)堂等[15]研究中,利用電加熱爐,初始營養(yǎng)液(20℃左右)在加熱爐中被加熱至85℃后,進(jìn)入滯留罐,滯留3min,排入熱交換器高溫通道,在熱交換器中將余熱傳給低溫通道中的待處理營養(yǎng)液。利用加熱消毒機(jī)進(jìn)行番茄萎蔫病病菌、黃瓜枯萎病病菌、番茄細(xì)菌性青枯病病菌滅菌,滅菌率可以達(dá)到100%。

        利用沙粒、活性炭等材料制作成的過濾裝置,通過過濾、吸附的作用達(dá)到營養(yǎng)液濾菌的效果。研究表明,利用不同粒徑的砂層可濾除不同相對分子質(zhì)量的生物,使用混凝、粉末活性炭等過濾裝置可以對真菌、線蟲、部分有機(jī)物和部分鐮孢菌進(jìn)行過濾。

        4.2 化學(xué)方法滅菌對營養(yǎng)液的影響

        水培蔬菜時(shí),營養(yǎng)液中極易滋生綠藻。藻類會(huì)在營養(yǎng)液中大量的繁殖,會(huì)與苗參競爭營養(yǎng)液中的營養(yǎng)物質(zhì),并且會(huì)嚴(yán)重影響苗參的生長發(fā)育,如苗參生長減緩、產(chǎn)量和品質(zhì)下降等,采用0.5%的CuSO4溶液可抑制綠藻的生成和減少綠藻的發(fā)生。在營養(yǎng)液中添加氧化劑進(jìn)行滅菌,氧化劑可以與病菌迅速發(fā)生氧化還原反應(yīng),分解病菌。孫博等[16]研究發(fā)現(xiàn),利用二溴海因滅菌,其中的活性溴等有效成分會(huì)影響病原菌的活性,是常用含氯滅菌劑的40倍。二溴海因和次氯酸鈉的滅菌效果相似,對藻類的去除效果較好,但是滅菌率不及次氯酸鈉。以上采用的化學(xué)試劑,如二溴海因等,均在滅菌過程中反應(yīng)發(fā)生快,且不易在水中發(fā)生殘留,不會(huì)影響到苗參的正常生長。

        用于營養(yǎng)液滅菌的氧化劑主要是臭氧,過氧化氫價(jià)格低廉,作為替代物也用于營養(yǎng)液消毒。臭氧滅菌的效果主要和臭氧與病原菌接觸的時(shí)間以及臭氧的濃度有關(guān),具有殺菌性廣、殺菌速度快。但是,臭氧在水中的溶解率低且易分解,營養(yǎng)液中的病菌與臭氧接觸時(shí)間短,滅菌效率不高。李哲浩[6]研究表明,在每年的2—4月,苗參易感染蠶豆赤斑病,在無菌室內(nèi),日平均溫度控制在8~16℃,施用40%咪戊懸浮劑、10%嘧菌酯懸浮劑、75%百菌清可濕性粉劑均可對蠶豆赤斑病均有較好的防效,411項(xiàng)農(nóng)殘未檢出,可進(jìn)行推廣應(yīng)用以促進(jìn)人參產(chǎn)業(yè)的綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展。

        4.3 復(fù)合方法滅菌對營養(yǎng)液的影響

        單一消毒工藝存在各自的缺點(diǎn),采用2種及2種以上的消毒劑或消毒方法以便加速和強(qiáng)化消毒效果。采用復(fù)合方法滅菌可以同時(shí)利用物理、化學(xué)等方法進(jìn)行營養(yǎng)液滅菌。如,利用物理方法濾除營養(yǎng)液中的雜質(zhì),增加紫外線燈的透射率,使紫外線直接作用到病菌上,進(jìn)行滅菌;還可以利用臭氧與病菌發(fā)生的氧化反應(yīng)進(jìn)行滅菌,提升滅菌效果。王冬華等[17]研究表明,利用沙濾滅菌法加紫外線燈滅菌法滅菌,沙濾滅菌法的過濾效率主要與濾膜和細(xì)菌濃度有關(guān),隨著營養(yǎng)液過濾次數(shù)的增加,過濾效率也增加,過濾后的營養(yǎng)液透光度增加,配合紫外線照射,可以徹底過濾掉腐霉屬真菌和疫霉屬卵菌,還可消除部分線蟲及鐮刀菌。在使用營養(yǎng)液前,需要進(jìn)行營養(yǎng)液過濾,除去因長期放置而產(chǎn)生的藻類。配合紫外線照射,使?fàn)I養(yǎng)液中的細(xì)菌、真菌失活,避免污染苗參植株。

        宋衛(wèi)堂等[18]研究表明,利用進(jìn)氣量35L·min-1,臭氧產(chǎn)量10g·h-1的臭氧發(fā)生器,配合輻照度為18.3MW·cm-2的紫外線燈組合滅菌,消毒4~6h,可有效抑制細(xì)菌、真菌、放線菌,滅菌率可達(dá)89.9%。利用微納米氣泡發(fā)生技術(shù)可提高臭氧在水中的溶解率,延長臭氧在水中的存留時(shí)間,提高利用率;調(diào)節(jié)臭氧濃度為1mg·L-1左右(濃度范圍1~8mg·L-1)并通過紫外線光照射可對營養(yǎng)液發(fā)揮協(xié)同滅菌作用,消毒后采用空壓機(jī)對殘留臭氧進(jìn)行吹脫處理,使?fàn)I養(yǎng)液中的臭氧濃度迅速下降到0.1mg·L-1,減少或避免對植物根系產(chǎn)生危害。在水培一段時(shí)間后,營養(yǎng)液中殘留的病菌、苗參根部攜帶的病菌會(huì)因營養(yǎng)液中養(yǎng)分的充足迅速繁殖,這一研究表明,在水培過程中,通過使用多種滅菌方法,可以最大程度降低病害的發(fā)生,不斷進(jìn)行營養(yǎng)液滅菌,同時(shí)也可以控制病菌的侵染速度。

        5 展望

        苗參中含有豐富的活性物質(zhì),全株均可鮮食。水培模式可以縮短苗參的生長周期、提高苗參的產(chǎn)量、實(shí)現(xiàn)周年供應(yīng)。目前使用營養(yǎng)液滅菌的效果尚處于廣泛應(yīng)用苗參初期階段,雖有一定的滅菌效果,但尚未到達(dá)預(yù)期。隨著水培技術(shù)及滅菌方法的完善,利用物理、化學(xué)、生物抑制劑等方法,會(huì)進(jìn)一步提升營養(yǎng)液滅菌的效果。未來,會(huì)探索出更加有效的復(fù)合型滅菌方法,從而建立科學(xué)、全面、安全的水培模式。

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