不同营养液配方对水培红菜薹产量与品质的影响

戴希刚，张鹏程，刘科雄，曾长立

（江汉大学 生命科学学院；湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心；湖北省汉江流域特色生物资源保护、开发与利用工程技术研究中心，湖北 武汉 430056）

红菜薹（Brassica campestrisL.ssp.chinensisvar.perpereaHort.）是我国南方秋冬季时令蔬菜，其口感脆嫩，味道鲜美，深受人们喜爱，主要分布于长江流域，以湖北武汉的洪山菜薹最为知名［1］。红菜薹作为蔬菜,其营养价值非常丰富，富含钙、磷、铁、胡萝卜素、维生素等成分，其维生素种类比大白菜、小白菜丰富［2］。19 世纪60年代，科学家开始用无土栽培作为研究植物营养和生理的一种手段，特别是德国科学家萨奇斯等人的研究工作，为无土栽培的理论发展和实践应用奠定了基础［3］。迄今为止，营养液水培技术在近10 多种蔬菜培养中取得了重大进展［4-7］，这项技术在芸薹属植物上也得到了不断的改进和发展［8-10］，但是关于红菜薹水培相关的研究鲜有报道。本文以红菜薹为试验材料，选取8 种营养液配方对其进行水培，通过观察和测定红菜薹形态、主薹和侧薹的单薹重、叶长、叶宽，株高、可溶性蛋白质含量、可溶糖含量、维生素C 含量、硝酸盐含量、纤维素含量，筛选出红菜薹水培适宜营养液配方，为家庭园艺以及红菜薹水培技术提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试红菜薹品种为红杂60，2015年8月20日种子播于营养钵中，待长至3 ～4 片真叶，挑选生长一致的植株洗净根部泥土后，移到水培装置中，电动水泵间歇式（30 min/次）循环供液。水培装置为上下两层PVC 箱，底部一层为储液箱，上部一层为种植箱，植株定植在固定于箱盖上的定植篮中，不同配方的水培营养液盛放于独立的水培装置中（图1）。

图1 红菜薹箱式水培Fig.1 Box-type hydroponics of purple flowering stalk

1.2 试验方法

1.2.1 营养液配方 试验设置8 种营养液配方A、B、C、D、E、F、A1、A2（其中，A1 和A2 分别为A 配方浓度的0.5 倍和1.5 倍），以土壤培养为对照，pH 控制在6 ～7，每个处理3 次重复。供试营养液配方具体如下，A：日本园艺配方均衡营养液；B：黄瓜营养液配方（山东农业大学）；C：Hoagland 和Arnon 通用营养液配方；D：绿叶菜营养液配方（日本山崎）；E：莴苣营养液配方；F：芹菜营养液配方［11］。营养液成分见表1。

1.2.2 红菜薹样品采集与产量性状测定 2015年11月15日到30日采集红菜薹样品，每处理取3 份样品。用电子天平和刻度尺测量红菜薹主薹单薹重、主薹长、主薹横径、侧薹单薹重、侧薹长、侧薹横径、叶长、叶宽、株高，并记录。

1.2.3 生理指标测定方法 可溶性蛋白质含量的测定采用考马斯亮蓝G250 染色法，可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法，维生素C 含量的测定采用2，6-二氯酚靛滴定法，硝酸盐含量的测定采用水杨酸硝化法，纤维素含量的测定采用比色法。以上测定方法均参见文献［12］的方法。

表1 不同营养液配方Tab.1 Different nutrient solution formula /（mg·L-1）

1.3 数据统计与分析

采用Excel 和DPS 8.01 统计分析软件进行数据统计和方差分析，用Duncan 法进行处理间显著性检验。

2 结果与分析

2.1 红菜薹产量性状测定

不同营养液配方培养的红菜薹产量性状测定结果见表2。由表2 可见，营养液培养的红菜薹主臺和侧薹的单薹重、薹横径、薹长都要显著低于土壤中培养的红菜薹；营养液A、B 的红菜薹主臺单薹重差异并不明显，而营养液D 主臺单薹重明显高于其他处理组，营养液E、F 主臺单薹重则明显低于其他处理组，营养液配方A 的主臺单薹重要明显高于A1、A2；不同营养液配方培养的臺横径差异十分明显，其中营养液D 培养的主臺横径最大，C、D 营养液培养的主臺横径差异不明显，但要显著低于其他营养液配方；不同营养液配方培养的红菜薹薹长差异显著，其中营养液E 的主薹长最长，营养液B 的主薹长最短。营养液D 培养的红菜薹侧薹单薹重和薹横径要显著高于其他营养液配方，配方营养液E 的主、侧薹单薹重最低，侧薹长最高；营养液A 栽培的红菜薹薹横径和薹长显著高于营养液配方A1、A2，其中营养液A2 培养的红菜薹侧臺抽薹非常少。营养液E 培养的红菜薹叶长、叶宽和株高都显著低于其他营养液配方。营养液D 培养的红菜薹叶长、叶宽和株高都显著高于其他营养液配方，但略低于土壤培养。

表2 不同营养液配方培养的红菜薹产量性状测定Tab.2 Determination of yield traits of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

2.2 不同营养液配方下红菜薹生理指标测定

2.2.1 维生素C 含量 不同营养液配方下红菜薹维生素C 含量的测定结果见图2。结果分析表明，A、B、C、D、E、F 6 种不同营养液配方水培的红菜薹中维生素C 含量存在明显差异，营养液配方D 培养的红菜薹维生素C 含量显著高于其他营养液配方，营养液配方E 培养的红菜薹维生素C 含量要明显低于其他其他营养液配方；营养液配方A、B、C、F 培养的红菜薹维生素C 含量差异无统计学意义。从营养液配方A、A1、A2 处理组的比较中可以看出，营养液配方A、A1 培养的红菜薹的维生素C 含量差异无统计学意义，而营养液配方A2 培养的红菜薹维生素C 含量要显著低于配方A、A1。说明营养液配方浓度过高会使得红菜薹维生素C 的含量下降。营养液配方D 培养的红菜薹维生素C 的含量比土壤中培养的红菜薹少19.2%。

图2 不同营养液配方水培红菜薹维生素C 的含量Fig.2 Vitamin C content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

2.2.2 可溶性蛋白质含量 可溶性蛋白质含量是蔬菜营养价值指标中重要的组成部分，其中蔬菜的蛋白质含量多数与所生长的环境中的含氮量有关。由图3 可以看出，各处理组间红菜薹的可溶性蛋白质含量差异有统计学意义。其中营养液配方D 培养的红菜薹可溶性蛋白质含量最高，营养液配方A、B、C 之间差异无统计学意义，但低于营养液配方D；营养液配方E、F 培养的红菜薹的可溶性蛋白质含量最低，而两者之间差异无统计学意义。从营养液配方A、A1、A2 的比较中可以明显看出营养液浓度的增加或降低都会使得培养的红菜薹中可溶性蛋白质含量显著性下降。营养液配方D 培养的红菜薹可溶性蛋白质含量比土壤中培养的红菜薹少13.8%。

图3 不同营养液配方水培红菜薹可溶性蛋白质的含量Fig.3 Soluble protein content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

2.2.3 红菜薹可溶性糖含量 红菜薹的可溶性糖含量直接影响到感官检验的甜度以及综合口感，红菜薹中可溶性糖含量也反映红菜薹的营养价值。由图4 可以看出，不同营养液配方培养的红菜薹可溶性糖含量差异有统计学意义，营养液配方A、B、D 培养的红菜薹可溶性糖含量差异无统计学意义，但要明显高于营养液C、F，营养液C、F 之间差异并不明显。营养液E、F 培养的红菜薹可溶性糖的含量要显著低于其他处理组。从营养液配方A、A1、A2 的比较中可以明显看出营养液A 浓度的降低使得红菜薹的可溶性糖含量显著下降，降幅达到28.5%，营养液A 浓度的升高使得红菜薹的可溶性糖含量提高13.3%，差异有统计学意义。

图4 不同营养液配方水培红菜薹可溶性糖的含量Fig.4 Soluble sugar content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

2.2.4 红菜薹纤维素含量 由图5 可以看出，土壤、营养液配方A、C、D、E、F 培养的红菜薹中纤维素含量差异无统计学意义，而营养液C 培养的红菜薹纤维素含量要显著高于其他处理组。营养液配方A、A1、A2 培养的红菜薹纤维素含量差异无统计学意义，表明培养液A 的浓度改变并不会影响红菜薹纤维素含量。

2.2.5 红菜薹硝酸盐含量 由图6 可知，营养液配方E 培养的红菜薹硝酸盐含量显著高于其他处理组，营养液配方C、D、F 培养的红菜薹的硝酸盐含量差异无统计学意义。营养液配方A、B 培养的红菜薹硝酸盐的含量差异无统计学意义，但显著高于营养液配方C、D、F，低于营养液配方E 培养的红菜薹硝酸盐含量。营养液配方A2 培养的红菜薹硝酸盐含量比营养液配方A 高66.4%，营养液配方A1 的要比营养液配方A 低23.6%，表明营养液配方浓度对红菜薹中硝酸盐含量存在明显的影响。

图5 不同营养液配方水培红菜薹纤维素的含量Fig.5 Cellulose content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

图6 不同营养液配方水培红菜薹硝酸盐的含量Fig.6 Nitrate content of purple flowering stalk cultured in different nutrient solution formula

3 讨论

营养液是将含有植物生长发育所必需的各种营养元素和某些微量元素的化合物，按一定比例溶于水所配制而成的溶液，营养液有利于延长养分的有效性。营养液配方的选择和优化是无土栽培系统生产高产、优质蔬菜的重要保障［13-14］。水培生产的成功与否，很大程度上取决于营养液配方和其浓度是否合适、营养液管理是否能满足植物各个不同生长阶段的需求［15］。本研究表明不同营养液配方和营养液浓度对红菜薹水培产生重大影响，使红菜薹生长状况、产量和品质出现显著差异。刘弘等［16］研究了不同营养液配方及其浓度对椒草的影响，发现Hoagland 营养液配方对椒草的综合效果最好。董曙光等［17］研究了不同营养液配方对水培高羊茅生长的影响，发现在5 种营养液配方中，Hoagland 营养液培养的高羊茅各项指标最好，是高羊茅水培的适宜营养液配方，Steiner 配方培养的高羊茅各项指标最差。KILINC 等［18］比较了水培条件下5 个配方对无花果生长的影响，以Hewitt 和Hoagland 营养液配方适宜。这说明，不同植物由于各自对营养的需求不同，其适宜水培营养液也存在很大差异。通过对不同配方营养液下水培红菜薹产量性状和品质指标的观察和测定，初步确定了适宜红菜薹水培的营养液配方，即营养液D——绿叶菜营养液配方（日本山崎）。

硝酸盐对人体的危害是众所周知的，过量的硝酸盐在人体中可以被还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐可以导致高铁血红蛋白症，又可以进一步转换成强致癌物——亚硝胺，诱发癌症。别之龙等［19］和张栋等［20］的研究表明营养液中氮浓度越高，水培生菜中硝酸盐含量越高，这与本试验结果相一致。与此同时，李国英等［21］关于影响红菜薹产量和品质因素的研究表明：以铵态氮为氮源时，红菜薹中的硝酸盐含量明显高于以硝态氮为氮源时的含量，本研究也得出了相似的结论。本试验结果显示，红菜薹中硝酸盐含量以E 配方和A2 配方较高，虽未超过我国规定的无公害蔬菜中叶菜类硝酸盐含量3 000 mg/kg的限量标准（GB18406.1-2001），但接近或超过了沈明珠等［22］建议的二级卫生标准（≤785 mg/kg），达到生食不宜的中等污染程度。可溶性糖既是高等植物的主要光合产物，又是碳水化合物代谢和暂时贮藏的主要形式，在植物碳代谢中占有重要位置。SCHEIBLE 等［23］的研究也表明：硝酸盐不需进一步代谢便可在进入植物体内后作为信号而调节碳水化合物代谢进程，如三羧酸循环和淀粉代谢，以产生更多的可溶性糖。本研究数据显示，水培红菜薹的硝酸盐含量与可溶性糖含量相关。本研究发现随着水培时间延长，溶解氧浓度低，根系耗氧快，常导致作物缺氧烂根现象的发生，此种现象在丁文雅等［24］关于不同营养液配方对雾培生菜生物量和营养品质的影响的研究中也有出现。