鹿茸細胞培養(yǎng)液對水培葉菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響＊

李永恩，羅健，伏廣農(nóng)，劉士哲（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州 510000）

鹿茸是脊索動物門哺乳綱鹿科的梅花鹿或馬鹿的雄鹿未骨化密生帶茸毛的幼角，是中國名貴藥材之一。其化學(xué)成分較復(fù)雜，主要有氨基酸、脂肪酸、蛋白質(zhì)、維生素及其他無機元素等[1]。氨基酸包括色氨酸、賴氨酸、谷氨酸等約19 種以上[2]。脂肪酸類化合物包括：豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸等10 種[3]。無機元素包括常量元素Ca、Na、K、P、Mg 和微量元素Fe、Zn、Cu、Cr、Sr、Ni、Mo、Co、Mn、V、Sn[4]。另外，因為鹿茸是一種特殊的骨組織，其上沒有肌肉附著，而是由一層豎毛的表皮層覆蓋。每年在鹿茸的生長期（90～120 天），骨軸的延伸很快，可達1～2 cm/ 天，為便于覆蓋新增長的骨質(zhì)，相應(yīng)表皮層也要增生，且每年鹿茸都進行周期性替換[5]。因此人們推測鹿茸中可能存在某種活性物質(zhì)，控制并刺激鹿茸的生長。這種活性物質(zhì)主要由氨基酸、生物酶、神經(jīng)生長因子、表皮生長因子、胰島素樣生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子組成。前人分別對鹿茸蛋白多肽、鹿茸多糖、鹿茸生長因子的藥理作用進行了研究，證實了這類活性營養(yǎng)物質(zhì)的藥用價值[6-10]。研究者也證明了鹿茸的醫(yī)學(xué)價值，可作為人體的健康補品食用[11-13]。這類活性物質(zhì)及無機元素不僅對人體有益，而且有利于蔬菜的生長，如亮氨酸和甘氨酸可提高幼水稻苗的干重[14]。色氨酸是植物生長素的前體物質(zhì)，可起到類激素作用[15]。同時也使棉花各項生長指標顯著提高[16]。同時若這些活性物質(zhì)能被蔬菜吸收并利用，還可作為功能性蔬菜供人們食用。藥材應(yīng)用于種植上的相關(guān)研究主要集中于藥渣制備成有機肥[17]及基質(zhì)[18]，可看出藥渣應(yīng)用于蔬菜種植上的潛力，本文首次將鹿茸應(yīng)用于蔬菜種植上，加入形式選擇鹿茸細胞培養(yǎng)液，初步探究其對葉菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，為藥材在蔬菜種植上的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

材料和方法

試驗材料

供試植物：油麥菜（Lactuca sativavar.longifoliaf.Lam），品種為‘蘇仔’；生菜（Lactuca sativaL.），品種為‘至尊寶’，菊科萵苣屬；芥菜（Brassica junceaL.），品種為‘客家芥’；上海青（Brassica chinensisL.），品種為‘華櫻’，十字花科蕓苔屬。幼苗均由廣州綠垠農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司提供。

供試鹿茸細胞培養(yǎng)液由韓國CELLOGIN 有限公司提供，零售價為200 元/L，其理化性質(zhì)：pH 為7.74、NO3

-含量12.92 mg/L、NH4+含量50.68 mg/L、P2O5含量35.81 mg/L、K2O含量98.07mg/L、Ca含量117.05mg/L、Mg含量31.97 mg/L、游離氨基酸總量312.73 mg/L。

供試營養(yǎng)液：以華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜B 配方[19]和通用微量元素配方為基礎(chǔ)。試驗中營養(yǎng)液化合物原料均來自化學(xué)肥料，供試水源為自來水。

試驗裝置：藍色塑料箱（385 mm×280 mm×140 mm），每箱盛放10 L 營養(yǎng)液，上面覆蓋均勻?qū)ΨQ開6 個孔的20 mm 泡沫板。

試驗方法

試驗采用靜止水培的方法，試驗一供試植物為油麥菜與芥菜，兩種作物放置于同一裝置中種植，設(shè)置7 個處理，即營養(yǎng)液中添加7 個濃度鹿茸細胞培養(yǎng)液，分別為0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.6%、0.8%，每個處理設(shè)置4 個重復(fù)。試驗二供試植物為生菜與上海青，設(shè)置5 個處理，即營養(yǎng)液中添加5 個濃度鹿茸細胞培養(yǎng)液，分別為0、0.4%、0.6%、0.8%、1%，每個處理設(shè)置4 個重復(fù)。其中0 濃度為對照處理，即1 個劑量的華南農(nóng)業(yè)大學(xué)葉菜B 配方營養(yǎng)液。栽培期間每天觀察植物生長情況并做記錄，每3 天測定1 次營養(yǎng)液pH 和EC 并攪拌營養(yǎng)液，每5天拍照記錄植物長勢。試驗于2019 年10～11 月、2019 年12 月～2020 年1 月在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院教學(xué)實踐基地溫室大棚內(nèi)進行。

測定項目及方法

營養(yǎng)液EC 使用便攜式電導(dǎo)率儀測定，pH使用METTLER TOLED MP120 型pH 儀測定。

植株鮮重、根重及干重使用電子天平稱量，株高用軟尺測量，莖粗使用游標卡尺測量，葉綠素含量使用葉綠素SPAD-502 儀測定。

VC 的測定采用紫外分光光度法[20]，游離氨基酸的測定采用茚三酮顯色法；根系活力的測定采用α-萘胺氧化法。

數(shù)據(jù)處理

試驗采用SPSS、Microsoft Office Excel 進行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析。

結(jié)果與分析

不同濃度鹿茸細胞培養(yǎng)液處理對水培葉菜生長的影響

對油麥菜和芥菜生長的影響

由表1 可知，與對照組對比，0.8% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理顯著抑制油麥菜生物量及株高的提高，可食部分鮮重顯著降低38.35%，根系顯著降低38.99%，株高顯著降低12%。油麥菜生長不佳一方面可能是由于靜止水培條件下高濃度有機物質(zhì)的添加影響植株根系的生長，從而影響植株整體生長狀況。另一方面可能是添加濃度高，導(dǎo)致某些活性物質(zhì)抑制蔬菜整體生長。相反，0.8% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理顯著提高芥菜相對葉綠素值，且鹿茸細胞培養(yǎng)液的添加對芥菜的產(chǎn)量無顯著影響。

表1 鹿茸細胞培養(yǎng)液對油麥菜及芥菜產(chǎn)量、株高、莖粗和葉綠素的影響

對生菜和上海青生長的影響

由表2 可知，與對照組對比，鹿茸細胞培養(yǎng)液對生菜產(chǎn)量無顯著影響。1% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理下生菜株高顯著降低，可能是由于1% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理下生菜的長勢較小，導(dǎo)致株高受影響。與生菜不同的是，鹿茸細胞培養(yǎng)液濃度為0.4% 和0.6% 時，上海青的可食部分鮮重顯著高于對照組處理，分別增產(chǎn)7.96% 和8.22%，其余指標則無顯著差異。

表2 鹿茸細胞培養(yǎng)液對生菜及上海青產(chǎn)量和株高的影響

不同濃度鹿茸細胞培養(yǎng)液處理對水培葉菜品質(zhì)的影響

對油麥菜和芥菜VC 含量、游離氨基酸總量與根系活力的影響

由表3 可知，添加鹿茸細胞培養(yǎng)液組間VC含量變化幅度是先上升后下降的趨勢，0.6% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理下油麥菜VC 含量最高，顯著高于0.2% 處理。鹿茸細胞培養(yǎng)液處理下的油麥菜根系活力均比對照組高，且0.6% 的鹿茸細胞培養(yǎng)液呈顯著差異。一方面可能是由于營養(yǎng)液內(nèi)加入了有機物質(zhì)產(chǎn)生了微生物，微生物的活動提高了其根系活力。另一方面可能是由于鹿茸細胞培養(yǎng)液中的豐富的活性物質(zhì)刺激根系生長。相反，添加鹿茸細胞培養(yǎng)液對芥菜品質(zhì)的影響不大。

表3 鹿茸細胞培養(yǎng)液對油麥菜及芥菜品質(zhì)的影響

對生菜和上海青葉綠素、游離氨基酸總量與根系活力的影響

由表4 可知，對生菜來說，0.4% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理顯著提高游離氨基酸總量，0.4%、0.8% 和1% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理顯著提高根系活力。對上海青來說，0.6% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理顯著提高游離氨基酸總量。說明添加適量鹿茸細胞培養(yǎng)液對生菜及上海青的品質(zhì)均有積極影響。

表4 鹿茸細胞培養(yǎng)液對生菜及上海青品質(zhì)的影響

不同濃度鹿茸細胞培養(yǎng)液處理下營養(yǎng)液pH、EC 動態(tài)變化

營養(yǎng)液pH 變化情況

營養(yǎng)液pH 不僅影響營養(yǎng)元素存在狀態(tài)，也對作物生長狀況產(chǎn)生一定的影響，適宜大多數(shù)作物生長的營養(yǎng)液的pH 在5.5～6.5。鹿茸細胞培養(yǎng)液處理下營養(yǎng)液pH 變化見圖1。葉菜生長前期營養(yǎng)液pH 逐漸升高，芥菜與油麥菜、生菜與上海青的最高值分別為7.73、6.70、6.83；生長中期各處理營養(yǎng)液pH 出現(xiàn)了不同程度的降低，各自最低的pH 均出現(xiàn)在11 月10 日、12 月21 日，最低值分別為6.51、5.96、6.20，隨后又不斷升高至7.19～7.33、7.01～7.11、7.06～7.14 范圍內(nèi)。十字花科蔬菜對鐵的吸收與營養(yǎng)液pH 有很大關(guān)系，雖然葉菜生長營養(yǎng)液pH 均高于7，但是在試驗過程中均未發(fā)現(xiàn)葉菜有缺素癥狀，這可能與鹿茸細胞培養(yǎng)液中豐富的無機養(yǎng)分或活性物質(zhì)有關(guān)，相關(guān)原因仍需后續(xù)試驗驗證。通過其變化幅度或變異系數(shù)可知，不同濃度鹿茸細胞培養(yǎng)液對葉菜生長周期內(nèi)栽培營養(yǎng)液pH 有不同程度的調(diào)節(jié)和緩沖作用，且鹿茸細胞培養(yǎng)液濃度越高，緩沖作用越明顯。但由于栽培營養(yǎng)液pH 都在植株生長正常范圍內(nèi)波動，所以其調(diào)節(jié)緩沖作用效益不大。

圖1 芥菜和油麥菜、生菜、上海青的栽培營養(yǎng)液pH 的動態(tài)變化

營養(yǎng)液EC 變化情況

溶液的EC 不但間接反映了營養(yǎng)液濃度大小，而且直接影響了作物的產(chǎn)量與品質(zhì)。圖2是不同濃度鹿茸細胞培養(yǎng)液處理下的營養(yǎng)液電導(dǎo)率的變化過程。在植株生長周期內(nèi)芥菜和油麥菜、生菜、上海青營養(yǎng)液的EC 分別在1.10～1.70 mS/cm、1.20～1.91 mS/cm、1.05～1.88 mS/cm 范圍內(nèi)波動，且隨著添加鹿茸細胞培養(yǎng)液濃度的增加，營養(yǎng)液中EC 逐漸升高。在整個生育期中，0.8% 和1% 的鹿茸細胞培養(yǎng)液處理電導(dǎo)率最高，這是因為鹿茸細胞培養(yǎng)液中含有豐富的礦質(zhì)元素，從而使營養(yǎng)液的離子濃度升高。由于溫度與作物耗水速度的不同，當作物耗水量大于其吸收礦質(zhì)元素的量時，栽培營養(yǎng)液的EC 就會出現(xiàn)最大值，芥菜與油麥菜、生菜與上海青的各處理EC 最大值分別出現(xiàn)在11 月1 日、12 月18 日，之后耗水速度減慢，EC 也隨后降低。芥菜與油麥菜的栽培營養(yǎng)液EC 在生長初期出現(xiàn)上升趨勢是因為溫度較高，植株的水分蒸騰速率大于根系吸收養(yǎng)分的速率，導(dǎo)致營養(yǎng)液中各種礦質(zhì)元素濃度逐漸升高，EC 上升。

圖2 芥菜、油麥菜和生菜、上海青的栽培營養(yǎng)EC 動態(tài)變化

結(jié)論與討論

經(jīng)過試驗研究可得出以下4 點結(jié)論：①0.8% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理顯著抑制油麥菜整體生長，導(dǎo)致減產(chǎn)，但根系活力顯著提高。②0.8% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理顯著促進芥菜相對葉綠素值升高。鹿茸細胞培養(yǎng)液的添加對芥菜的產(chǎn)量及品質(zhì)無顯著影響。③添加0.4% 鹿茸細胞培養(yǎng)液均可顯著提高生菜游離氨基酸總量和根系活力，但1% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理使株高顯著降低。④添加0.4% 和0.6% 鹿茸細胞培養(yǎng)液分別顯著提高上海青產(chǎn)量7.96% 和8.22%，0.4% 鹿茸細胞培養(yǎng)液處理對游離氨基酸總量也有顯著提高。綜上所述，添加0.4% 鹿茸細胞培養(yǎng)液對上海青的生長及品質(zhì)和生菜的品質(zhì)均有積極影響，相反添加過量鹿茸細胞培養(yǎng)液抑制油麥菜及生菜的生長。

不同濃度鹿茸細胞培養(yǎng)液對植物生長周期內(nèi)栽培營養(yǎng)液pH 有不同程度的調(diào)節(jié)緩沖作用，且處理鹿茸細胞培養(yǎng)液濃度越高，緩沖作用越明顯。但由于栽培營養(yǎng)液pH 都在植株生長正常范圍內(nèi)波動，所以其調(diào)節(jié)緩沖作用效益不大。同時隨著添加鹿茸細胞培養(yǎng)液濃度的增加，營養(yǎng)液中的EC 逐漸升高，在整個生育期中，1% 的鹿茸細胞培養(yǎng)液處理電導(dǎo)率最高，這是由于鹿茸細胞培養(yǎng)液中含豐富的礦質(zhì)元素，進而增加營養(yǎng)液的離子濃度。

本試驗僅對鹿茸細胞培養(yǎng)液對葉菜生長及品質(zhì)影響進行探究，具體影響葉菜生長的機理及其功能性還需要做進一步研究。鹿茸細胞培養(yǎng)液雖含有豐富的無機及有機養(yǎng)分與活性物質(zhì)，也有利于部分蔬菜的生長，但若要應(yīng)用在生產(chǎn)上，成本問題是主要限制因素，以本次試驗種植的上海青為例，大棚內(nèi)按照22.5 萬株/hm2的密度進行蔬菜種植，試驗的上海青對照處理（未加入鹿茸細胞培養(yǎng)液）的產(chǎn)量為85.35g/ 株，折算每公頃產(chǎn)量為1.92 萬kg，而添加了0.4% 鹿茸細胞培養(yǎng)液之后的產(chǎn)量為92.14 g/ 株，即產(chǎn)量為2.07 萬kg/hm2，添加了0.4% 鹿茸細胞培養(yǎng)液的每公頃增產(chǎn)0.15 萬kg，如果按照蔬菜4.00 元/kg 的價格計算，則添加了0.4% 的鹿茸細胞培養(yǎng)液增加的產(chǎn)值為6000 元，添加0.6%的鹿茸細胞培養(yǎng)液的產(chǎn)量增加與添加0.4% 的沒有顯著差別。按照每茬（28 天）消耗1 L/ 株營養(yǎng)液量計算，此時如果添加0.4% 和0.6% 的鹿茸細胞培養(yǎng)液的額外種植成本約為1.80 萬元和2.70萬元，所以鹿茸細胞培養(yǎng)液應(yīng)用于實際生產(chǎn)中的效益很低，但從提高蔬菜的氨基酸含量方面有其積極的作用，今后是否可選用價格更經(jīng)濟的藥材來促進蔬菜生長和產(chǎn)量的提高，還有待于開展深入的研究。