硫硅配施对水培青蒜苗生长、光合特性及品质的影响

周丽君 孙秀东 刘世琦

（山东农业大学园艺科学与工程学院，山东省大蒜工程技术研究中心，农业农村部黄淮地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，山东泰安271018）

大蒜风味独特，营养丰富，具有独特的药理和营养保健功能（梅四卫和朱涵珍，2009）。近几年来，大量、无规律地施用氮、磷肥，而忽视了中、微量元素的应用，使得土壤养分比例严重失调，造成大蒜植株矮小、叶片无光泽、鳞茎小、大小不均匀，导致品质下降。如何合理施肥才能达到大蒜高产优质的效果，是现阶段首要考虑的问题。

大蒜是喜硫作物，硫是大蒜辛辣气味前体合成物质蒜氨酸的重要成分（Anil et al.，2011），在大蒜品质中具有非常重要的意义。硅不仅可以提高大蒜产量、改善品质，同时可以改善土壤酸碱平衡，提高土壤养分利用率。虽然土壤中硅元素丰富，但能被大蒜吸收利用的有效硅含量很低，因此只能通过外源施入，才能供大蒜吸收利用。前人对水培大蒜的研究多集中在氮、磷、钾、钙等元素上，对硫硅配施的研究较少，本试验通过深液流水培方式研究硫、硅配施对大蒜青蒜苗生长发育及品质的影响，对改善大蒜品质具有重要的理论和实践意义。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2016年10月至2017年5月在山东农业大学科技创新园进行，供试大蒜品种苍山糙蒜由山东农业大学试验站提供。采用深液流水培（DFT）方式，以Hoagland营养液为基础营养液，各处理硫、硅元素分别由Na2SO4·7H2O和Na2SiO3·9H2O提供。设硫素水平为1、2、3 mmol·L-1（低、中、高3个水平），硅素水平为0.75、1.50 mmol·L-1，共6个 处 理：S1Si0.75、S1Si1.50、S2Si0.75、S2Si1.50、S3Si0.75、S3Si1.50，以Hoagland营养液为对照。采用去离子水配制，营养液pH控制在5.8～6.2，每70 min供液1次，每次20 min，利用微电脑控时器进行时间控制，培养初期每7 d更换1次营养液，生长旺盛时期每3 d更换1次。蒜瓣种植于长×宽×高为65 cm×50 cm×35 cm的塑料栽培框中，每盆12株，每处理12次重复（即每处理种植12盆）。

1.2 测定方法

选用大小一致、色泽鲜艳、无病伤的蒜瓣在覆盖聚乙烯无滴膜的拱棚播种，自然光周期，棚温控制在0～25 ℃之间。分别在播种后80 d（2017年1月13日）、125 d（2017年3月4日）、170 d（2017年4月12日）测定营养品质指标（大蒜素、可溶性糖、VC、可溶性蛋白含量），在播种后125 d测定形态指标（株高、假茎长、假茎粗、叶宽）和叶绿素含量，于2017年4月10日测定光合参数（净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度）。

青蒜苗形态指标测定：每个处理随机取15株，用卷尺测定大蒜株高（植株挺直，从茎盘到最高点的高度）、假茎长（蒜苗茎盘处至上端叶片与叶鞘明显分界处的距离）、假茎粗（用游标卡尺于蒜秧最粗处测量）、叶宽（植株顶端以下第3片叶，以测量叶片中间宽度为准）。

叶绿素、大蒜素、可溶性糖、VC、可溶性蛋白含量分别采用丙酮比色法（赵世杰 等，2002）、苯腙比色法（屈姝存和周朴华，1998）、蒽酮比色法（张志良，1990）、二甲苯萃取比色法（李合生，2000）、考马斯亮蓝-G250染色法（王学奎，2006）测定。光合参数测定：在晴天上午9：00～11：00用LI 6400型便捷式光合仪测定大蒜植株顶端向下数第3片叶的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间CO2浓度。

数据采用DPS 6.55和Excel软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 硫硅配施对大蒜青蒜苗形态指标的影响

由表1可见，硫硅配施可以明显提高青蒜苗的株高、假茎长、假茎粗。低、中硫水平下株高随硅浓度的增加而升高，高硫水平下则呈下降的趋势，各处理均显著高于对照，其中S2Si1.50处理的株高达到最大值，比对照显著增加27.0%；假茎长、叶宽与株高变化趋势大致相同，均以S2Si1.50处理效果较好，分别比对照显著增加了21.6%和12.9%。青蒜苗的假茎粗在3个硫素水平上均随硅浓度增加呈上升的趋势，其中S2Si1.50处理效果最佳。

表1 硫硅配施对青蒜苗形态指标的影响 cm

2.2 硫硅配施对大蒜青蒜苗光合色素含量的影响

由表2可见，硫硅配施可以显著促进大蒜光合色素的合成，有效提高蒜苗光合作用。叶绿素a、叶绿素b、叶绿素（a+b）、类胡萝卜素含量的变化趋势大致相同，在3个硫素水平下均随硅浓度的增加而增加，各处理均显著高于对照。

表2 硫硅配施对青蒜苗光合色素含量的影响mg·g-1（FW）

2.3 硫硅配施对大蒜青蒜苗光合参数的影响

从表3可以看出，硫硅配施可以促进青蒜苗的光合作用。在低、中硫水平下，硅浓度增加可以提高叶片净光合速率，但在高硫水平下，叶片净光合速率随硅浓度的增加呈下降趋势，气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率和净光合速率的变化趋势相同。

表3 硫硅配施对青蒜苗叶片光合参数的影响

2.4 硫硅配施对大蒜青蒜苗品质的影响

2.4.1 硫硅配施对大蒜青蒜苗大蒜素含量的影响

评价大蒜品质最重要的标准之一是大蒜素含量。由表4可知，播种后80 d和125 d，S2Si0.75处理的大蒜素含量均为最高；播种后170 d，3个硫素水平下大蒜素含量随硅浓度的增加均呈显著下降趋势，S3Si0.75处理的大蒜素含量显著高于其他处理。

2.4.2 硫硅配施对大蒜青蒜苗可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量的影响 从表5可以看出，播种后80～170 d，在低、中硫水平下，青蒜苗可溶性蛋白含量均随硅浓度的增加呈上升趋势，在高硫水平下则随硅浓度的增加呈下降趋势，其中S2Si1.50处理效果较好，播种后80、125、170 d可溶性蛋白含量分别比对照增加了67.8%、59.4%、19.1%。3个硫水平下青蒜苗可溶性糖含量随硅浓度的增加呈显著上升趋势，其中中、高硫水平更有利于可溶性糖的合成。硫硅配施明显提高了青蒜苗的VC含量，中、高硫水平下青蒜苗的VC含量较高，以S3Si0.75处理效果最好。可见，硫硅配施可以提高青蒜苗可溶性糖和VC含量，其中以硫浓度2～3 mmol·L-1配施硅浓度0.75～1.50 mmol·L-1效果较好。

表4 硫硅配施对青蒜苗大蒜素含量的影响

表5 硫硅配施对青蒜苗可溶性蛋白、可溶性糖、VC含量的影响 mg·g-1

3 结论与讨论

硫不仅是氨基酸、蛋白质和许多酶的组成成分，还是作物细胞结构和生理生化过程中不可缺少的元素，可以促进作物生长发育。与其他作物一样，大蒜缺硫会造成植株矮小、根系生长缓慢、叶片无光泽（闫冰洁，2004）。硅能参与作物生理活动代谢，从而提高农艺性状，促进作物生长（Ma & Yamaji，2006）；研究表明，硅被作物吸收后分布于细胞壁、输导组织等非生理活性部位，可以防止作物各器官在逆境条件下受到损伤（周秋峰 等，2013）。本试验结果表明，硫2 mmol·L-1配施硅1.50 mmol·L-1可显著提高青蒜苗株高、假茎长、假茎粗。但在高硫浓度配施高硅浓度下，硅与硫之间产生拮抗效应，对大蒜生长的促进作用会减弱。

叶绿素作为光合作用中最主要的元素，参与光能的吸收、运输、分配和转化，叶绿素含量直接反映植物光合作用的强弱（张毅，2013）。本试验中，适宜浓度的硫硅配施可促进大蒜叶绿素的合成，增强净光合速率、蒸腾速率、气孔导度及胞间CO2浓度。前人在黄瓜（周秀杰 等，2009）、甘蔗（Huang et al.，2009）、玉米（Gao et al.，2004）、水稻（Agarie et al.，1998）、小麦（Gong et al.，2003）上研究发现，植物吸收硅肥后，在植物叶片形成“角质－双硅层”结构，叶片细胞膜通透性降低，抑制了角质层的蒸腾作用，从而提高作物光合强度，增加叶面积指数，增强作物抗性。

已有大量研究表明硫、硅可显著改善作物品质，提高作物产量（闫冰洁，2004；刘中良 等，2010）。本试验结果表明，播种后170 d，硫3 mmol·L-1配施硅0.75 mmol·L-1处理的大蒜素含量最高，显著高于其他处理。硫是大蒜素合成有机硫的前体物质，可以通过施入外源硫肥影响蒜氨酸含量的同时影响着大蒜素含量，高浓度的硅会影响大蒜素的合成。但刘中良等（2010）认为硫对大蒜素含量无显著影响，其原因可能是本试验硫硅元素配施后，两因子之间产生了一些反应影响了大蒜素的合成，具体影响原因仍需进一步探讨。

本试验结果表明，适宜浓度的硫硅配施有利于提高青蒜苗可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量，其中以硫浓度2～3 mmol·L-1配施硅浓度0.75～1.50 mmol·L-1效果较为理想。适宜浓度的硫硅配施对大蒜VC和可溶性糖的促进作用与其他学者在芥蓝（胡京昂 等，2011）、韭菜（季延海 等，2017）、猕猴桃（尹显慧 等，2017）等作物上的研究结果相似。

综上，在水培大蒜种植上，青蒜苗生长及品质最适宜的硫浓度为2 mmol·L-1，配施硅浓度为0.75～1.50 mmol·L-1效果最佳。