低氘水对水培生菜生长及品质的影响

曲爱爱,渠艳秋,倪维晨, 沈佳宇,徐志红*

(1. 南农大(常熟)新农村发展研究院有限公司,江苏苏州 215500; 2. 苏州奥特泉水应用技术有限公司,江苏苏州 215500)

低氘水(英文名deuterium depleted water，简称DDW)又称为超轻水。1个水分子是由2个氢原子和1个氧原子构成，氢原子有3个同位素，分别是氕(H，氢，原子量为1)、氘(D，重氢，原子量为2)和氚(T，超重氢，原子量为3)。氕与氧化合生成的水称为轻水(H2O)，氘形成的水称为重水(D2O)，地球上的自然水通常为轻水和重水的混合物。未受污染的河水中D/(D+H)的比例大约1∶6 600，即氘的体积分数为0.015%[1]，人们通常把氘体积分数低于0.015%的水即称为低氘水。

目前，美国、匈牙利、俄罗斯、乌克兰、日本、德国等国家的相关研究机构已公开低氘水的相关研究成果，且已有低氘水产品上市。但是研究主要集中在低氘水对增强免疫力[2]、糖尿病[3]、改善亚健康[4]、肿瘤辅助治疗[5]、作用机制[6]等方面，结果发现低氘水具有活化免疫细胞、改善机体基础代谢水平、抗细胞突变和延缓衰老等功能,有利于生命体的生长和繁衍。而关于低氘水在植物利用方面的研究还处在摸索阶段，国内鲜见相关报道。

生菜(LactucasativaL.)是菊科莴苣属一二年生草本植物，生育期短，生菜营养价值高，富含多酚、类胡萝卜素、抗坏血酸等多种抗氧化物质和膳食纤维，备受消费者推崇[7]。鉴于此，笔者以叶用蔬菜生菜为研究对象，在水培条件下，比较低氘水和自来水对生菜生长以及营养品质的影响，为低氘水在蔬菜生产上的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1供试材料“富兰德里”奶油生菜种子、生菜水培营养液、LED水培培养箱均购自深圳市棋树科技有限公司；低氘水(体积分数为0.005%)由江苏华益科技有限公司提供；维生素C、羟自由基清除能力、食品中亚硝酸盐、叶绿素、总酚、总抗氧化能力含量测定试剂盒购于苏州科铭生物技术有限公司。

1.2试验方法试验设置2个处理：CK(自来水)和T处理(DDW,0.005%)。每个处理设16个重复单株，分别用相应水质浸泡生菜种子，配制水培工作溶液，水培方式为深液流，营养液循环利用，利用电导率(EC)管理营养液浓度。

生菜种子用15～20 ℃水浸泡2 h，于2017年11月7日播种在定植棉上，3 d后待幼苗长出2片真叶后，即11月11日将定植棉固定在定植杯内，然后移入LED培养箱内，培养箱内加入相应的营养液，初始EC值均调至1.1 mS/cm，培养槽内的液面始终保持一致，pH维持在5.8～6.5，以后根据生菜不同的生长阶段调节EC大小，前期EC值1.1～1.3 mS/cm，中期EC值1.4～1.5 mS/cm；中后期EC值1.6～1.8 mS/cm。在生菜生长过程中，培养箱白天温度23～25 ℃，夜间19～20 ℃，相对湿度保持在46%～50%，光照时间为12～16 h，利用供氧泵不间断循环供氧。12月29日测定各项指标。

1.3测定项目及方法

1.3.1生长指标。测定植株的株高、叶片数、主根长、干鲜重(包括单株鲜重、茎叶鲜重和根鲜重、地上地下干重)。

1.3.2品质指标。取采收时的生菜顶部第4、5片叶，去除叶柄，把叶片切碎，混匀后取0.1 g样本，加入1 mL提取液匀浆，按照各指标试剂盒说明进行操作，用SpectraMAX190 酶标仪测定各指标含量。

1.4数据统计分析采用SPSS 19.0软件进行数据统计分析，平均值间显著性差异釆用邓肯新复极差法检验(P<0.05)，所有图表均由Microsoft Excel 2007软件对数据进行处理和绘图。

2 结果与分析

2.1低氘水对水培生菜生长的影响由表1可知，T处理生菜的株高、最大叶长、最大叶宽均小于对照，分别降低11.84%、6.93%、19.74%。除最大叶宽外，其他指标均无显著差异；叶片数、主根长均大于对照，且差异显著，分别增加24.04%、57.09%。

表1 不同处理对水培生菜形态性状的影响

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P< 0.05)

Note: Different lowercases in the same column indicated significant differences between treatments (P<0.05)

2.2低氘水对水培生菜生物量的影响由表2可知，CK处理单株鲜重最大，比0.005%低氘水处理提高了49%，差异达到显著水平；地上部鲜重与单株干鲜重情况一样，CK比T处理分别增加了52%、42%；T处理的根系干、鲜重(0.49、6.29 g)反而比CK组(0.17、2.73 g)大，且差异显著。这说明与普通自来水相比，低氘水可能在提高生菜生物产量及经济产量上不占优势，但有利于增加生菜根系重。

表2 不同处理对水培生菜生物量的影响

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P< 0.05)

Note: Different lowercases in the same column indicated significant differences between treatments (P<0.05)

2.3低氘水对水培生菜品质的影响由表3可知，各指标的差异不同，CK处理生菜的维生素C含量(92.55 mg/g)显著大于0.005%低氘水处理(T处理)的88.74 mg/g；在生菜生长过程中发现T处理的叶色偏淡，CK的叶绿素(0.49 mg/g)含量高于T处理(0.46 mg/g)，但是差异不显著；与对照相比，T处理的亚硝酸盐含量明显降低，降低了78.4%；而T处理总酚含量、总抗氧化能力及羟基自由基清除能力明显提高，分别是对照组的2.2、1.8、4.8、2.5倍。

表3 不同处理对水培生菜营养指标的影响

注：同列不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)

Note: Different lowercases in the same column indicated significant differences between treatments (P<0.05)

3 结论与讨论

该研究以生菜为试验材料，研究0.005%低氘水对蔬菜生长发育及品质的影响，发现0.005%低氘水处理可明显促进水培生菜前期茎叶和后期根系生长以及生物量的积累。Tanase等[8]研究表明，DDW可以促进向日葵胚根、胚轴及初生叶的伸长，增加向日葵根茎叶的生物量，但是对大豆初生叶的生长、根茎生物量及色素积累有抑制作用。

有研究表明，低氘水能够促进向日葵叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素等物质的生物合成，加快其光合同化速率、蒸腾速率等生理进程[8-9]，但是抑制大豆叶绿素的合成[8]。该研究发现，0.005%低氘水对水培生菜叶绿素的合成有抑制作用，表现为叶色偏淡绿色。

Popa 等[10]研究发现，在培养基中加入0.0025%低氘水，会提高玉米愈伤组织中过氧化物酶、过氧化氢酶的活性和多酚化合物的含量。该研究表明，0.005%低氘水可以提高总酚、类黄酮等抗氧化物质的含量，增强抗氧化能力与羟自由基清除能力，同时显著降低亚硝酸盐的含量，减少癌症的发生。

该研究结果对低氘水在蔬菜的生长发育及种植生产的应用具有重要的指导意义，但是只利用0.005%低氘水进行试验，下一步可研究不同丰度的低氘水对蔬菜生长及品质的研究，并深入探究氘元素对植物抗氧化能力、光合色素合成的影响机制研究。