新-肥料增效剂γ-PGA对盆栽小青菜鲜重和品质的影响

肥料增效剂γ-聚谷氨酸对小青菜产量和品质的影响基金工程：江苏省农业科技自主创新资金工程〔cx(10)226〕作者简介：许宗奇〔1987-〕，男，山东茌平人，硕士生，研究方向：生物化工；徐虹〔联系人〕，教授，Email：xuh@许宗奇1基金工程：江苏省农业科技自主创新资金工程〔cx(10)226〕作者简介：许宗奇〔1987-〕，男，山东茌平人，硕士生，研究方向：生物化工；徐虹〔联系人〕，教授，Email：xuh@(1.南京工业大学食品与轻工学院,江苏南京210009；2.江苏省农业科学院农业资源与环境研究所，江苏南京210014)摘要：试验研究了γ-聚谷氨酸〔γ-PGA〕肥料增效剂对盆栽小青菜产量和品质的影响。结果说明：施用不同量的γ-PGA肥料增效剂后，小青菜的叶绿素含量、地上部鲜重、硝酸盐含量、维生素C〔Vc〕含量以及土壤铵态氮含量等指标与对照相比产生了明显差异。正常施肥下，施用50mg/kg的γ-PGA与对照相比可以显著提高小青菜叶绿素、地下部鲜重，可使小青菜地上部鲜重最大增产幅度达8.8％，与对照相比差异显著，同时还可以显著提高土壤铵态氮含量，提高氮肥利用率10.6％，施用100mg/kg的γ-PGA与对照相比可以降低小青菜中的硝酸盐含量44.8％、提高Vc含量18.1％，小青菜品质最好；当减15％氮肥时，20mg/kg的γ-PGA可提高氮肥利用率10.2-11.6％，说明γ-PGA在肥料缺乏时对小青菜的增产、增质效果十清楚显。关键词：γ-聚谷氨酸；肥料增效剂；小青菜；品质EffectsofPoly(γ-glutamicacid)ApplicationontheYieldandQualityofPottedGreengroceryXUZong-qi1,WANChuanbao1,XUXian-ju2,ZHANGDan1,XUHong1(1.CollegeofFoodScienceandLightIndustry,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China;2.InstituteofAgriculturalResourceandEnvironmentalSciences,JiangsuAcademyofAgriculturalSciences,Nanjing210014,China)Abstract:Effectofastrengthenedcompoundfertilizer〔SCF〕bypoly(γ-glutamicacid)ontheyieldandqualityofPottedGreengrocerywasstudied.Theresultsshowedthatthecontentsofchlorophyll,abovegroundfreshweight,nitratecontent,vitaminCcontentoftheGreengroceryandthecontentofammoniumnitrogenwithγ-PGAtreatmentproducedremarkabledifferencescomparedwiththecontrol.Undernormalfertilization,treatmentof50mg/kgγ-PGAledtosignificantincreasingofchlorophyll,undergroundfreshweightcomparedwithcontrol.Inparticular,theproductionofabovegroundfreshweightwasincreasedby8.8%.Italsocouldsignificantlyincreaseammoniumnitrogenandnitrogenuseefficiencywasimprovedby10.6%.Thenitratecontentsignificantlydecreased44.8%andthecontentofVcsignificantlyincreased18.1%respectivelyduetothetreatmentof100mg/kgγ-PGA.Whenreducednitrogenfertilizerby15%,thetreatmentof20mg/kgγ-PGAcouldimprovethenitrogenuseefficiency10.2-11.6%.Itismoreobviouslythattheeffectofγ-PGAapplicationontheyieldandqualityofGreengrocerywhenlackoffertilizer.KEYWORDS：poly(γ-glutamicacid);FertilizerSynergist;Greengrocery;Qualityγ-聚谷氨酸〔poly(γ-glutamicacid)，简称γ-PGA〕是一种由微生物生物合成的聚氨基酸,它是谷氨酸单体以γ-羧基与α-氨基相缩合而成，具有水溶性高、吸附性强、生物相容性好、可食无害、对环境友好等优点。基于γ-PGA的多种优良特性，近年来，γ-PGA及其衍生物的研究引起了国内外的关注，并在在医药、农业、环境保护、食品、化装品等领域显示出广阔的应用前景[1]。在农业上，γ-PGA作为肥料增效剂，具有促进农作物对营养的吸收，节肥增效，增产提质增强作物抗病能力等成效[2]，既可以进一步增加作物的产量，还可以对肥料起到很好的缓释作用，降低过量或施用化肥不当等造成的环境污染，具有显著的增产节肥效果。γ-PGA还具有多阴电性，能有效阻止化肥中SO42-、CO32-等离子与Ca2+、Mg2+等微量元素的结合，防止产生低溶解性盐类与沉淀作用，使作物更能有效吸收土壤中微量元素，促进作物根系的发育、加强抗病性。对于Pb2+、Cu2+等重金属离子，γ-PGA有极佳的螯合效果，可作为重金属吸收剂，防止作物吸收过多土壤中有毒重金属[3]。此外，对酸、碱具有绝佳缓冲能力，可有效平衡土壤酸碱值，防止因长期使用化学肥料造成的酸性土质及土壤板结化[4]。γ-PGA属纯天然的生物制剂，进入土壤中后，可自然分解，生成氨基酸，最终被作物吸收利用，不会造成对环境的二次污染[5-7]。γ-PGA的推广应用对于促进我国农业的可持续开展，建设社会主义和谐新农村具有重要的现实意义。小青菜具有生长快、生长期短、根系弱等特点，因此需肥量较大(尤其是氮肥)。然而长期大量施用氮肥，易造成氮肥利用率低、小青菜产量和品质的下降等不良后果，这也给人类生存的环境和自身健康带来了多方面的影响和危害[8-10]。因此提高肥料利用率，减少因大量施肥带来的环境污染十分必要。本文通过比拟研究γ-PGA与肥料拌施对盆栽小青菜生物量和品质的影响，探讨其应用价值和应用方法，从而为上述问题的解决提供思路。1.材料与方法1.1供试土壤采自江苏省农业科学院科研试验地，为潮土，其农化性状为pH〔水土比5:1〕6.27，有机质1.37%，速效磷42.30mg/kg，速效钾197.47mg/kg，碱解氮104.72mg/kg。1.2供试作物小青菜品种为七宝青，由江苏省农业科学院提供。1.3供试γ-PGA增效剂γ-PGA纯品及γ-PGA精粉由南京轩凯生物科技提供，其中γ-PGA纯品纯度为99％以上，γ-PGA精粉有效物质含量20％。1.4试验设计试验设计共8个处理，其中处理1未施氮肥即为空白对照，处理2为试验对照〔表1〕。4次重复，共32盆，随机排列。除空白不施氮肥，其他处理均施氮肥且总用氮量一致，所有处理均施用磷钾肥，施纯N、P2O5和K2O分别为每千克土150mg、100mg和150mg；氮肥选用普通尿素〔N46%〕，磷肥选用钙镁磷肥〔P2O5，15%〕，钾肥选用硫酸钾(K2O，50%)。表1盆栽小青菜方案设计Table1TestPlansforGreengrocery处理编号TreatmentNo.处理Treatmentγ-PGA添加量γ-PGAmg/kgsoil1N0(不施氮肥)02普通尿素，基施03普通尿素+γ-PGA纯品低量，基施34普通尿素+γ-PGA纯品中量，基施205普通尿素+γ-PGA纯品中高量，基施506普通尿素+γ-PGA纯品高量，基施1007减15％普通尿素+γ-PGA纯品中量，基施208减15％普通尿素+γ-PGA精粉中量，基施201.5盆栽试验盆栽试验于2010年11月21日至2011年2月15日在江苏省农业科学院的日光温室内进行。每盆装入过3mm筛的干土2.5kg，将称好的土和肥料倒在1m×1m的塑料布上，充分混匀后，倒入盆中。2010年12月9日小青菜秧苗移栽，每盆移栽2株。每盆保持浇水量一致，每次浇水200ml。2011年2月15日收获，并取样分析测定。1.6分析工程及测定方法土壤理化性状测定按常规分析方法进行[11]；硝态氮测定采用双波长分光光度法；铵态氮测定采用2mol/LKCl浸提-靛酚蓝比色法，定期测定植株的各种长势指标，包括株高、叶绿素等。叶绿素含量用叶绿素仪〔CCM-200plus〕测定，植物全氮的测定采用半微量蒸馏法[11]；全磷的测定采用钼锑抗吸光光度法[11]；全钾的测定采用火焰光度计法[11]；叶绿素含量测定采用叶绿素仪；Vc含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[12]；硝酸盐含量的测定采用光谱法。2.结果2.1γ-PGA对小青菜生长状况和产量的影响表2γ-PGA对盆栽小青菜生长特性及产量的影响Table2Effectofγ-PGAonthegrowthcharacteristicsandyieldofGreengrocery处理编号No.株高cm叶绿素相对值chlorophyllrelativevalue地下部鲜重undergroundfreshweight地上部鲜重abovegroundfreshweightCCI较CK2±％g较CK2±％g较CK2±％1〔CK1〕7.6±0.4b22.6±2.5d-2.7±0.2-33.0±2.4-2〔CK2)11.3±0.949.1±5.1-3.2±0.4bc-52.4±2.9b-311.4±0.50.9±1.9bc3.73.2±0.2bc056.6±3.28.0412.0±1.52.0±1.5bc5.93.5±0.2b9.456.9±1.0a8.6512.2±1.59.3±3.420.84.6±0.343.857.0±1.58.8611.9±1.55.8±3.1abc13.64.4±0.5a37.555.9±1.0ab6.7711.6±1.55.6±4.5abc13.23.4±0.1b6.254.6±2.7ab4.2811.7±1.457.6±6.3ab17.33.5±0.5b9.456.8±2.0a8.4注：同一列相同小写英文字母表示差异不显著α=0.05，n=4，下同。正常施肥下γ-PGA对小青菜植株株高、叶绿素含量、地下部鲜重、地上部鲜重都有明显的促进作用〔表2〕。γ-PGA可以提高小青菜的株高，但没有到达显著性差异。叶绿素是植物光合作用的必要条件，其含量在一定程度上影响植物的光合速率，并最终影响作物产量，中高量的γ-PGA处理，小青菜的叶绿素相对含量比CK2提高20.8％，到达了显著性差异；γ-PGA能够促进小青菜根部的发育，使根增粗、增大，γ-PGA添加量越大，促进作用越明显，中高量、高量的γ-PGA处理，小青菜的地下部鲜重比CK2分别提高43.8％、37.5％，且到达了显著性差异；γ-PGA可以显著提高小青菜地上部鲜重，其中中高量的γ-PGA处理，小青菜地上部鲜重增幅最大，比CK2提高8.8％。当减施15％氮肥时，中量γ-PGA纯品、精粉处理，小青菜叶绿素含量、地上部鲜重都有显著的提高，中量的γ-PGA与肥料拌施可使小青菜叶绿素含量较CK2提高13.2-17.3％，中量γ-PGA纯品可使小青菜地上部鲜重较不减肥对照CK2提高4.2％，中量γ-PGA精粉可使小青菜地上部鲜重较不减肥对照CK2提高8.4％，这说明γ-PGA纯品或精粉处理可以促进小青菜的生长，在肥料缺乏的时候γ-PGA对小青菜的增产效果尤为明显。2.2γ-PGA对盆栽小青菜品质的影响SHAPE〔a〕〔b〕图1γ-PGA对小青菜品质的影响(a)γ-PGA对小青菜硝酸盐含量的影响(b)γ-PGA对小青菜Vc含量的影响Fig.1Effectsofγ-PGAonthequalityofGreengrocery蔬菜易富集硝酸盐，目前，蔬菜硝酸盐含量的上下已成为评价蔬菜卫生平安品质标准的一个重要指标，如何减少和控制蔬菜中硝酸盐含量已成为社会普遍关注的问题。由图1可知，正常施肥下，γ-PGA处理可以明显降低小青菜硝酸盐含量，且差异性显著。Vc含量是衡量蔬菜营养品质的重要指标，其含量上下决定蔬菜营养价值。γ-PGA与肥料拌施可以显著增加Vc含量，提高了小青菜的品质。γ-PGA处理可以显著降低小青菜中的硝酸盐含量，与小青菜Vc含量成正相关变化。中高量、高量的γ-PGA处理，小青菜硝酸盐含量与CK2相比降低了44.8％，高量的γ-PGA处理时小青菜Vc含量与CK2相比提高了18.1％。当减施15％氮肥情况下，小青菜硝酸盐含量与CK2相比显著降低，Vc含量明显增加。2.3γ-PGA对氮肥利用率的影响表3γ-PGA对氮肥利用率的影响Table3Effectofγ-PGAonthenitrogenuseefficiency处理TreatmentNo.全氮TotalN〔g/kg〕氮吸收量Nabsorption〔mg/盆〕比CK1多吸收量MoreabsorbthanCK1〔mg〕氮肥利用率Nitrogenuseefficiency〔％〕较CK2氮肥利用率提高MorenitrogenuseefficiencythanCK2〔％〕1〔CK1〕24.4±1.2e205.1±6.2e---2〔CK2〕39.4±1.341.1±8.1d136.036.3%-340.4±2.4bc356.1±7.7bc151.040.2%3.9%441.6±1.6abc367.6±12.4ab162.543.3%7.0%542.3±1.0ab381.1±2.176.046.9%10.6%643.4±1.371.6±10.166.544.4%8.1%732.1±2.1d353.2±7.1cd148.146.5%10.2%833.9±1.8d357.9±8.4bc152.847.9%11.6%肥料利用率是指施入的肥料被当季作物吸收利用的百分率。根据各处理对氮吸收量和空白的差值，可以算出肥料利用率。由表3可知，γ-PGA可以明显提高小青菜的氮含量和氮肥利用率，正常施肥下，与CK2相比，中高量的γ-PGA可提高氮肥利用率10.6％。减15％氮肥情况下，中量的γ-PGA可以提高氮肥利用率10.2-11.6％，这说明γ-PGA可以提高氮肥利用率，尤其在减肥的情况下提高效果更明显。2.4γ-PGA对小青菜收获后土壤铵态氮和硝态氮的影响SHAPE〔a〕〔b〕图2γ-PGA对小青菜收获后土壤铵态氮、硝态氮的影响(a)γ-PGA对小青菜收获后土壤铵态氮的影响(b)γ-PGA对小青菜收获后土壤硝态氮的影响Fig.2Effectsofγ-PGAapplicationontheammoniumandnitrateofsoil有研究认为[13]，氮肥施入土壤后，其转化与运移是十分复杂的物理－化学－生物学的过程。由图2可知，正常施氮下，γ-PGA可以明显提高土壤中铵态氮的含量，土壤铵态氮的含量与γ-PGA基施量成正相关变化，且中量、中高量以及高量的γ-PGA基施都能使土壤铵态氮含量较CK2差异显著。这可能是因为铵态氮带正电荷，容易被阴离子胶体土壤所吸附，而γ-PGA是一种阴离子氨基酸聚合体，铵态氮被γ-PGA吸附所致。所有处理的土壤中硝态氮含量都较低，处理组比对照组硝态氮含量低有可能是γ-PGA促进了小青菜根系的生长，被小青菜吸收的硝态氮也就增加。当减施15％氮肥情况下，γ-PGA精粉处理土壤中铵态氮、硝态氮含量比等量γ-PGA纯品处理的高，可能是因为γ-PGA精粉是由γ-PGA发酵液直接烘干粉碎而成，其中含有少量的氮所致。3.讨论3.1γ-PGA作为一种绿色生物大分子，是一种极具潜力的生物环保型肥料增效剂[14]。γ-PGA对小青菜植株株高、叶绿素含量、地下部鲜重、地上部鲜重都有明显的促进作用，与CK2相比，中高量的γ-PGA处理，小青菜的叶绿素含量提高了20.8％，地上部鲜重增幅可达8.8％，差异显著。γ-PGA可以促进小青菜的生长，降低小青菜中的硝酸盐含量，增加Vc含量[15]，提高作物品质，这与本研究结果一致，在肥料缺乏的时候γ-PGA对小青菜的产量和质量提高效果十清楚显。3.2γ-PGA高量处理的土壤中铵态氮含量均显著高于空白及普通氮肥处理，这可能是因为铵态氮带正电荷，容易被阴离子胶体土壤所吸附，而γ-PGA是一种阴离子氨基酸聚合体，铵态氮被γ-PGA吸附所致。γ-PGA可以提高氮肥利用率，其中γ-PGA中高量处理可提高氮肥利用率10.5％，减施15％氮肥时，中量γ-PGA处理氮肥利用率与不减肥对照CK2相比提高了11.6％，提高效果显著。因此，化肥中添加γ-PGA肥料增效剂不仅可以提高作物产量和作物品质，还可以提高肥料利用率，减少肥料用量，减少因过量使用化肥带来的环境污染。3.3γ-PGA作为肥料增效剂施用能促进植物叶绿素、地上部鲜重、地下部鲜重的增长，增产效果显著，但其对土壤养分变化、小青菜增产及提高小青菜品质的作用机理有待进一步研究。参考文献：[1]ShihIL,VanYT.Theproductionofpoly(γ-glutamicacid)frommicroorganismanditsvariousapplications[J].BioresourceTechnology,2001,79:207-225.[2]王建平,王晓丽,王昌军,等.聚γ-谷氨酸对烟草种子萌发及苗期生长的影响[J].华中农业大学学报,2007,26(3):340-343.[3]R.J.C.Mclean,D.Beauchemin,L.ClaphamandT.J.Beveridge.Metal-BindingCharacteristicsoftheGamma-GlutamylCapsularPolymerofBacilluslicheniformisATCC9945[J].AppliedandEnvironmentMicrobiology:1990,56:3671.[4]DoranJW,ZeissMR.Soilhealthandsustainability:Managingthebioticcomponentofsoilquality[J].AppliedSoil