王珊珊， 王洪鳳， 丁新華， 耿全政， 張曉英

(1.山東蓬勃生物科技有限公司 山東泰安 271018； 2.山東農(nóng)業(yè)大學作物生物學國家重點實驗室 山東泰安 271018)

0 前言

生姜屬姜科多年生的草本宿根植物。我國是生姜的發(fā)源地，已有2 000多年的種植歷史，廣泛種植在我國中部、東南部等地區(qū)。生姜具辛辣味，常用作食品調(diào)料，同時因其具有解毒、祛濕驅(qū)寒、抗氧化、抗衰老、增加自身免疫能力等功能，被廣泛運用到醫(yī)藥領域[1]。黃酮是生姜中主要的化學成分，是一種天然的抗氧化劑。作為藥材，生姜能大幅減輕自由基對人體細胞造成的傷害，具有防癌、抗癌等作用[2-3]；作為調(diào)味品，生姜塊莖中的蛋白質(zhì)、維生素C以及糖含量的變化對其風味有影響，特別是對于姜塊的加工品質(zhì)和產(chǎn)品的口感影響較大[4]。

山東省是農(nóng)業(yè)大省，萊蕪生姜又是我國的優(yōu)良品種[5]，莖肥大、皮薄味美、新鮮潤澤。與同類生姜相比，萊蕪生姜的維生素含量豐富，營養(yǎng)價值居全國首位[6]。生姜生長周期較長，對營養(yǎng)的需求量較大，但因種植者規(guī)范使用化肥的意識淺薄，大量甚至超量使用化肥，導致出現(xiàn)了土壤惡化、環(huán)境污染等問題[7]，如磷肥施用過多，會導致維生素C、有機酸的含量降低，影響果蔬的品質(zhì)[8]；氮肥施用過多，可誘發(fā)植物病害[9]。

據(jù)報道，從野生沙棘分離、純化的內(nèi)生真菌宛氏擬青霉菌絲體中提取的超高活性物質(zhì)Paecilomycesvariotiiextracts，商品名為智能聰(ZNC)，具有促進植物生長和根系發(fā)育、提高作物產(chǎn)量等作用[10]。該研究表明，ZNC質(zhì)量濃度為25 ng/mL時，對小麥萌發(fā)和生根有顯著的促進作用，對葡萄也有顯著的促進早熟作用。Wang等[11]的研究表明，ZNC與控釋尿素配施，能提高水稻對氮的吸收，增產(chǎn)率可達10%；與磷酸二銨混合施用后，可促進玉米根系生長，進而顯著提高其產(chǎn)量[12]。此外，對黃瓜、馬鈴薯、茄子、煙草等作物，也有一定的促生作用[13]。

隨著食品、醫(yī)學領域的需求量不斷增加，生姜種植面積不斷擴大。因種植者化肥規(guī)范使用意識的不強以及田間管理措施的不合理，大量甚至超標使用化肥，對作物產(chǎn)量和品質(zhì)、土壤、環(huán)境造成了影響，嚴重威脅了生姜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，在生產(chǎn)上，高品質(zhì)、高產(chǎn)量且不破環(huán)土壤和環(huán)境的種植理念越來越引起種植者的重視。雖然施肥過多有弊端，但生姜的高品質(zhì)、高質(zhì)量的可持續(xù)生產(chǎn)始終離不開化肥的科學使用。ZNC作為內(nèi)生真菌提取物，在合適的濃度下能夠顯著促進植物生長且對土壤和環(huán)境無害。因此本文以萊蕪生姜為供試材料，研究真菌宛氏擬青霉菌發(fā)酵提取的ZNC對生姜營養(yǎng)物質(zhì)含量、生長特性以及產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，為ZNC的合理應用及推廣提供科學依據(jù)，為生姜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展探求一條有效的經(jīng)濟途徑。

1 材料與方法

1.1 田間試驗

1.1.1 供試作物與藥劑

供試作物為萊蕪生姜。供試藥劑為ZNC原液(5 mg/mL)，由泰安蓬勃生物科技有限公司提供。

1.1.2 試驗地點與日期

試驗在山東省泰安市高新區(qū)天寶鎮(zhèn)天寶四村種植區(qū)進行，試驗日期為2020年5月1日至10月20日。

1.1.3 土壤性質(zhì)

供試土壤為棕壤土，肥力中等，土壤理化性狀見表1。

表1 供試土壤理化性狀

1.1.4 試驗小區(qū)施肥情況

供試肥料：有機肥，w(N+P2O5+K2O)≥5%，w(有機質(zhì))≥45%，w(黃腐酸)≥5%，w(氨基酸)≥4%，施可豐化工股份有限公司；復合肥(硫酸鉀型)，N-P2O5-K2O=15-15-15，w(N+P2O5+K2O)≥45%，魯西化工集團股份有限公司。

試驗小區(qū)施肥情況：底肥，有機肥120 kg/畝(1畝=667 m2)、復合肥50 kg/畝；種肥，有機肥100 kg/畝、復合肥50 kg/畝。

1.1.5 試驗藥劑處理

試驗共設6個處理，每個處理重復3次。用水將5 mg/mL的ZNC原液分別稀釋為10、25、50、100、200 ng/mL的ZNC溶液(處理1～5)，以噴施清水為空白對照(CK)。

具體噴施時期和次數(shù)：生姜定植時噴施1次，幼苗期噴施2次，旺盛生長期噴施2次；用量為保證每株葉片都被藥液附著。

2020年5月1日播種，株距30 cm，行距70 cm。嚴格按照隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積108 m2，共18個。試驗期間，不施用其他化肥。根據(jù)當?shù)卦耘嗉夹g進行管理，2020年10月20日進行測產(chǎn)收獲。

1.2 生姜營養(yǎng)物質(zhì)與生物量測定

1.2.1 鮮干比

參照國家標準《食品安全國家標準 食品中水分的測定》(GB 5009.3—2016)中的方法進行干質(zhì)量和鮮質(zhì)量測定，并計算鮮干比。

計算公式：鮮干比=鮮質(zhì)量(g)/干質(zhì)量(g)。

1.2.2 營養(yǎng)物質(zhì)與總黃酮含量

委托山東熠輝檢測技術有限公司測定了生姜中可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C及總黃酮的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同噴施處理對生姜株高和主莖粗的影響

植物株高和莖粗是反映其長勢強弱的重要指標，不同噴施處理的生姜株高和主莖粗見表2。

由表2可知，不同噴施ZNC處理對生姜的株高和主莖粗有一定的促生作用。在幼苗期，噴施ZNC處理的生姜株高、主莖粗均優(yōu)于CK處理的，分別增長6.20%～24.09%、1.71%～14.71%；隨著生長的進行，到旺盛生長期時，各噴施ZNC處理的生姜株高、主莖粗也優(yōu)于CK處理的，增長率分別為10.87%～18.82%、0.88%～9.08%。雖然在旺盛生長期噴施ZNC存在促生作用，但相對于幼苗期，促生作用稍有降低。

表2 不同噴施處理的生姜株高和主莖粗

不同噴施處理間對生姜株高、主莖粗的促生作用也存在差異。在幼苗期，處理4的促生效果最好，生姜的株高和主莖粗較CK處理的增長率分別為24.09%、14.71%。在旺盛生長期，處理4的促生效果優(yōu)于其他處理的，生姜的株高、主莖粗較CK處理的增長率分別為18.82%、9.08%。顯然噴施ZNC后可提高生姜的株高、主莖粗，有利于其地上部的生長及其同化器官的形成。

2.2 不同噴施處理對生姜分枝數(shù)的影響

根莖是生姜的產(chǎn)品器官，分枝數(shù)直接影響其產(chǎn)量[14]。不同噴施處理的旺盛生長期生姜分枝數(shù)見表3。

表3 不同噴施處理的旺盛生長期生姜分枝數(shù)

由表3可知，噴施ZNC后，可促進生姜的分枝數(shù)增加，其中處理4的促分枝作用最明顯，分枝數(shù)最多，均值為11.67枝，相對于CK處理，增加率可達36.01%。因此，噴施ZNC后，可增加生姜植株的分枝數(shù)及其產(chǎn)量。

2.3 不同噴施處理對生姜生物量的影響

植株的鮮質(zhì)量與干質(zhì)量的比值能夠反映其含水量，體現(xiàn)植株的生命力，也可表示植株自身的蓄水能力。噴施ZNC后，生姜的鮮干比增加，表明ZNC可促進生姜體內(nèi)含水量的增加，進而通過提高生姜生物量的累積來實現(xiàn)高產(chǎn)(見圖1)。

2.4 不同噴施處理對生姜品質(zhì)的影響

2.4.1 總黃酮含量

不同噴施處理的塊莖中總黃酮含量見表4。

表4 不同噴施處理的塊莖中總黃酮含量

由表4可知，噴施ZNC后，塊莖中總黃酮含量增加，其中處理3的增加率最大，為46.15%。

2.4.2 營養(yǎng)物質(zhì)含量

不同噴施處理的塊莖中營養(yǎng)物質(zhì)含量見圖2。

由圖2可知，在適宜的濃度范圍內(nèi)，噴施ZNC可提高塊莖中可溶性糖、維生素C、可溶性蛋白的含量，對提高生姜品質(zhì)起較大作用。

2.5 不同噴施處理對生姜產(chǎn)量的影響

不同噴施處理的生姜產(chǎn)量見表5。

表5 不同噴施處理的生姜產(chǎn)量

由表5可知，噴施ZNC后，各處理的產(chǎn)量均顯著高于CK處理的，其中處理4的增產(chǎn)效果最明顯，小區(qū)產(chǎn)量為281.63 kg，與CK處理的相比增產(chǎn)率為59.60%。

3 討論

植物的生長過程往往與外界因素有關，營養(yǎng)不足或過剩、病蟲害的發(fā)生都會影響植物的正常生長發(fā)育及其產(chǎn)量、品質(zhì)，給相關產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來嚴重威脅。通過ZNC參與植物生長多個代謝途徑，如誘導生長素、赤霉酸等植物內(nèi)源激素的增加，促進根系的生長，進而提高根系對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力；提高植物對氮、磷的吸收，促進氮、磷相關轉(zhuǎn)運酶如谷氨酰胺合成酶等的合成，從而對植物吸收的營養(yǎng)進行轉(zhuǎn)運和同化[15]。

3.1 ZNC對生姜植株生長及干物質(zhì)積累的影響

王慶彬等[16]、曹娟[17]、郭梅燕等[18]的研究表明，施加ZNC對玉米、馬鈴薯、煙草生長及干物質(zhì)積累有較大的促進作用，取得了增產(chǎn)效果。

徐坤[19]的研究發(fā)現(xiàn)，生姜幼苗期土壤氮含量的增加，提高了葉片的光合速率，可促進生姜植株的生長及生物量積累；但在旺盛生長期，過多的氮肥不利于生姜生長，植株生物量合成也稍有下降。本試驗的結(jié)果表明，不同質(zhì)量濃度的ZNC在生姜的不同生長期噴施，對株高、莖粗、分枝數(shù)的促生作用均高于CK處理的；但在旺盛生長期，對株高、莖粗、分枝數(shù)的促生作用稍低于幼苗期的，這與徐坤[19]的研究結(jié)果相似，可能是因為不同質(zhì)量濃度的ZNC噴施后，導致生姜植株對氮素的吸收量增加，過量的氮素影響了旺盛期生姜的生長。李錄久等[20]的研究表明，合理的施磷量能夠有效促進生姜莖、葉的生長及生物量的積累，施用適宜質(zhì)量濃度的ZNC促進生姜植株吸收適量的磷素，有利其生長，與本研究結(jié)果相似。

3.2 ZNC對生姜塊莖品質(zhì)的影響

姜的生長過程需要營養(yǎng)全面，缺少某種元素，不僅影響其生長發(fā)育和產(chǎn)量，而且根莖中碳水化合物、維生素C、蛋白、黃酮類等營養(yǎng)成分的含量也明顯降低，影響生姜的口感及其營養(yǎng)價值。

曹娟[17]研究發(fā)現(xiàn)，施用不同質(zhì)量濃度的ZNC可以提高馬鈴薯塊莖的可溶性糖、可溶性淀粉、維生素C等營養(yǎng)物質(zhì)的含量，通過田間試驗發(fā)現(xiàn)，與不施用ZNC相比，1 ng/mL ZNC處理的維生素C和可溶性糖含量增加率達到最高，10 ng/mL ZNC處理的可溶性蛋白和還原糖含量增加率達到最高。郭梅燕等[18]的試驗表明，噴施質(zhì)量濃度500 ng/mL的ZNC處理煙草植株后，可顯著提高煙草葉片內(nèi)總糖和還原糖的含量。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK處理相比，處理2的生姜塊莖中可溶性糖含量最高，處理3的維生素C、可溶性蛋白、總黃酮含量最高。

施用適宜質(zhì)量濃度的ZNC后均能提高各類蔬菜營養(yǎng)物質(zhì)的含量，可能是因為ZNC能夠改善土壤環(huán)境，增強植物根系對各種營養(yǎng)元素的吸收，促進光合作用和碳水化合物的形成，從而提高了營養(yǎng)物質(zhì)的含量。

綜合前人研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的蔬菜需要的ZNC有效質(zhì)量濃度不同，可能與蔬菜類型及其品種、土壤及施肥情況、栽培管理措施等有關。雖然不同質(zhì)量濃度的ZNC效果有差異，但研究均表明，適量施用有效質(zhì)量濃度的ZNC可以顯著提高各類蔬萊的營養(yǎng)品質(zhì)。

3.3 ZNC對生姜產(chǎn)量的影響

關于ZNC對作物產(chǎn)量的影響,國內(nèi)已有研究報道。王慶彬等[16]、曹娟[17]、郭梅燕等[18]、王曉琪等[10]的研究表明，對玉米、馬鈴薯、煙草、水稻等作物施加ZNC，均表現(xiàn)為在適宜質(zhì)量濃度范圍內(nèi)可顯著提高作物產(chǎn)量，但質(zhì)量濃度過高會導致作物產(chǎn)量增加不明顯甚至降低。田間試驗結(jié)果表明，噴施質(zhì)量濃度為100 ng/mL的ZNC時，對生姜的促產(chǎn)效果最好，小區(qū)產(chǎn)量為281.63 kg，較CK處理的增產(chǎn)59.60%。本試驗結(jié)果與文獻結(jié)果存在差異，可能是因為作物本身因素導致所選擇的ZNC有效質(zhì)量濃度不同。試驗初步探究了ZNC對于生姜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，但關于ZNC調(diào)控生姜生長和營養(yǎng)物質(zhì)吸收的作用機理尚未明確，還需要進一步的探討。

4 結(jié)語

噴施質(zhì)量濃度為10～100 ng/mL的ZNC可有效提高生姜的產(chǎn)量和質(zhì)量，增大經(jīng)濟收益。選擇有效質(zhì)量濃度的ZNC處理后，可以促進作物對土壤氮、磷肥的利用，進而促進作物的健康生長，此外還可避免出現(xiàn)過量施氮、磷肥造成的土壤和環(huán)境惡化問題，為生姜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一條綠色且經(jīng)濟有效的途徑。