叶面施锗对大蒜锗积累及营养品质的影响

齐小芳 李夏夏 刘中笑 程智慧

（1 西北农林科技大学园艺学院，陕西杨凌 712100；2 中国农业科学院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

大蒜既是一种保健蔬菜，也是重要的调味品和医药原料，不但深受世界各地人民的喜爱，还被医学和药学界所重视（Lanzotti，2006；Marta et al.，2007）。研究表明，除了大众熟知的大蒜素及相关的含硫物质和微量元素硒，大蒜还富含稀有元素锗，是一种价格低廉的有机锗源（邱培琳，1998；寿红霞 等，2000；康雅，2010；方勇 等，2012）。

锗是一种稀有金属元素，符号为Ge，原子序数32，于1886 年由德国化学家Clemens Winkler 发现（Kang et al.，2011；叶霖 等，2019）。近年来研究发现了多种有机锗化合物的活性态，其中最常见的是Ge-132，其在细胞介导的免疫应答中起作用，通过激活身体自身免疫系统，诱导干扰素和杀伤性T 细胞的产生并且增强自然杀伤细胞（NK 细胞）活性，用来破坏肿瘤细胞等无功能或功能失常的细胞；有机锗还具有清除自由基、抑制突变、修饰顺式二醇介导的细胞间信号传导的作用，表现出抗癌抗肿瘤的效果（杨成峰 等，1997；McMahon et al.，2006；Li et al.，2012；Nakamura et al.，2015）。锗的生物活性主要来自其独特的电子层结构，利于清除动物或植物体内产生的自由基，避免各细胞器受到自由基攻击（Goodman，1988）。

尽管有机锗具有多种生理活性，但在进行有机锗的化学合成时通常需要使用无机形态的反应物，其具有急性或慢性毒性作用（Sumi et al.，2010），所以关于有机锗的生物转化合成研究意义重大。如果能通过适宜的栽培技术，生产富含锗的大蒜产品，赋予大蒜更多的保健功能，对大蒜产业发展和农民增收也具有重要的意义。本试验在大蒜返青期叶面喷施不同次数和浓度的锗溶液，探究对大蒜锗积累及其产品器官营养品质和生长状态的影响，以期为合理开发富锗大蒜提供生产指导和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用来自西北农林科技大学园艺学院大蒜种植资源圃的早熟大蒜品种G110，红皮，蒜头辛辣味较浓，蒜薹产量高。种植前挑选完整饱满、大小一致的蒜瓣备用。以二氧化锗为外源锗（山东西亚化学工业有限公司，纯度为99.9%）；大蒜素测定用标准品为二烯丙基二硫化物（DADS，美国SIGMA-ALDRICH 集团Fluka 分公司，纯度80%）、二烯丙基三硫化物（DATS，上海源叶生物科技有限公司，纯度98%）。

1.2 试验方法

2018 年8 月30 日在陕西杨凌西北农林科技大学综合试验示范站田间播种大蒜，株距7 cm，行距20 cm。供试土壤的基本理化性质：pH 7.7，有机质1.7 mg·kg-1、碱解氮58.5 mg·kg-1、速效磷12.6 mg ·kg-1、速效钾376.0 mg·kg-1、锗元素1.6 mg·kg-1、硒元素0.1 mg·kg-1、硫元素210.0 mg·kg-1。

采用双因素（锗浓度和喷施次数）随机区组试验设计，锗（GeO2）浓度分别为0（CK）、3、6、9、12 mg·L-1，喷施次数设1、2、3 次，3 次重复，每小区种植60 株。从返青期开始喷施锗处理，每升溶液添加30 滴吐温-80 以增加液滴附着性，每次喷施以叶片表面均匀沾上溶液并将向叶鞘滑落为度，并用隔板隔挡防止影响其他处理。多次喷施的处理，每次喷施间隔10 d，蒜薹采收前10 d 停止喷施。具体喷施时间为：1 次（2019 年3 月27 日）、2 次（2019 年3 月17 日、3 月27 日）和3 次（2019年3 月7 日、3 月17 日、3 月27 日）。

1.3 测定指标及方法

于商品蒜薹采收期，每小区随机选取代表性植株10 株，分别用卷尺测量从地面至总苞膨大处的绝对长度（即蒜薹可食部分），即为蒜薹长度（cm），按商品蒜薹采收方法采收蒜薹，称重为单薹质量（g），并用游标卡尺测定蒜薹由青转白处的横径即为蒜薹粗（cm）。

采收成熟鳞茎，于通风处风干2 周后（含水量约为65%），各小区随机选取10 头分别称重为单头质量（g），并用游标卡尺测定蒜头的横径和纵茎即为鳞茎横径（mm）和鳞茎纵茎（mm）。

鳞茎采收后自然风干2 周，采用高效液相色谱法测定大蒜素含量，以样品中含有的DADS和DATS 之和表示样品中大蒜素含量（张民 等，2009；刘莹，2014；赵勇强，2018）；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250 法测定（李合生，2000）；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定（李合生，2000）。锗元素含量参照GB 5009.268—2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定（黄晓纯，2019），采用湿法消煮进行前处理，提取液交由中国农业科学院蔬菜花卉研究所测试中心测定。除锗元素含量以干样测定，其他营养品质含量均为鲜样测定。

1.4 数据分析

数据使用IBM SPSS Statistics 25 进行方差分析，采用最小显著差异法（least significant difference，LSD）进行多重比较，结果表示为平均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 叶面施锗对大蒜蒜薹和鳞茎锗积累的影响

2.1.1 蒜薹锗积累 方差分析结果表明喷施次数和喷施浓度及二者互作对蒜薹中锗含量均具有极显著影响（表1）。喷施1 次时，蒜薹锗含量随着喷施浓度的升高而升高，叶面喷施1 次12 mg·L-1GeO2时蒜薹锗含量达到27.00 μg·kg-1，与对照相比提高了66.9%；喷施2 次和3 次时，随着喷施浓度升高蒜薹锗含量呈先上升、后下降的趋势。喷施次数的影响因喷施浓度不同而不同，在低浓度（3 mg·L-1）喷施时，喷施次数对蒜薹锗含量影响较小；使用6 mg·L-1和12 mg·L-1GeO2溶液喷施时，喷施2 次时蒜薹锗含量最高；而使用9 mg·L-1GeO2溶液处理时，喷施3 次后蒜薹锗含量最高。所有处理组合中，喷施2 次6 mg·L-1GeO2时蒜薹锗含量最高，为50.31 μg·kg-1。

表1 叶面喷施不同浓度和次数锗对蒜薹和鳞茎锗含量的影响

2.1.2 鳞茎锗积累 对于鳞茎锗积累而言，GeO2喷施浓度对鳞茎锗含量具有极显著影响，喷施次数和互作效应对鳞茎锗含量的影响均不显著（表1）。喷施次数相同时，随着GeO2处理浓度的升高，鳞茎锗含量呈现先升高后降低的趋势。喷施1 次和2次时，鳞茎锗含量均在9 mg·L-1GeO2处理时达到最高；喷施3 次时，鳞茎锗含量在6 mg·L-1GeO2处理时达到最高。当喷施浓度相同时，喷施次数对鳞茎锗含量的影响没有一致性规律。使用3 mg·L-1GeO2处理时，喷施1 次、2 次和3 次的鳞茎锗含量差异不显著，分别为0.83、0.71 μg·kg-1和1.98 μg·kg-1。使用6 mg·L-1和12 mg·L-1GeO2处理时，鳞茎锗含量均在喷施2 次时达到最高；使用9 mg·L-1GeO2处理时，鳞茎锗含量随着喷施次数增加而下降。所有处理组合中，叶面喷施1 次9 mg·L-1GeO2时鳞茎锗含量最高，为4.02 μg·kg-1。

2.2 叶面施锗对蒜薹和鳞茎营养品质的影响

2.2.1 蒜薹营养品质 喷施次数、喷施浓度及二者互作对蒜薹可溶性蛋白含量均具有极显著影响（表2）。叶面喷施1 次GeO2溶液时，蒜薹中可溶性蛋白含量随着处理浓度的升高整体有增加的趋势；喷施2 次和3 次时，可溶性蛋白含量随着处理浓度的升高有下降的趋势，且均在3 mg·L-1处理时达到最高。当喷施浓度相同时，随着喷施次数的增加蒜薹可溶性蛋白含量有逐渐降低的趋势。所有处理组合中，喷施1 次12 mg·L-1GeO2时蒜薹可溶性蛋白含量最高，为6.16 mg·g-1。

喷施次数、喷施浓度及二者互作对蒜薹可溶性糖含量均具有极显著影响（表2）。当喷施次数相同时，GeO2处理与对照相比可溶性糖含量大部分有降低的趋势。当喷施浓度相同时，喷施次数对蒜薹可溶性糖含量的影响不具有一致性。6、12 mg ·L-1GeO2处理下随着喷施次数的增加蒜薹可溶性糖含量先降低后升高，而3、9 mg·L-1GeO2处理下可溶性糖含量表现为先升高后降低。所有处理组合中，喷施3 次6 mg·L-1GeO2时蒜薹可溶性糖含量最高，为151.48 mg·g-1。

2.2.2 鳞茎营养品质 喷施次数、喷施浓度及二者互作对鳞茎大蒜素含量均不具显著影响（表2）。当喷施次数不变时，喷施浓度对鳞茎大蒜素含量的影响没有一致性规律可循，当处理浓度相同时，喷施次数亦如此。所有处理组合中，叶面喷施3 次6 mg·L-1GeO2时鳞茎大蒜素含量最高，为12.69 mg·g-1。

表2 叶面喷施不同浓度和次数锗对蒜薹和鳞茎营养品质的影响

喷施次数和喷施浓度对鳞茎可溶性蛋白含量均具有极显著影响，但二者互作对其没有显著影响（表2）。当喷施次数不变时，随着处理浓度的升高鳞茎可溶性蛋白含量表现出先下降后升高的趋势。喷施浓度相同时，鳞茎可溶性蛋白含量表现出随喷施次数的增加而升高的趋势。在所有处理中，叶面喷施3 次9 mg·L-1GeO2后，鳞茎中的可溶性蛋白含量最高，为22.25 mg·g-1。

喷施次数及二者互作对鳞茎可溶性糖含量有显著或极显著影响，喷施浓度对其无显著影响（表2）。喷施1 次后，除9 mg·L-1GeO2处理下的鳞茎可溶性糖含量高于对照，其余处理与对照相比鳞茎可溶性糖含量均有所降低。喷施2 次和3 次的情况下，所有处理的鳞茎可溶性糖含量均低于对照。喷施浓度相同时，低浓度（3、6 mg·L-1）处理下鳞茎可溶性糖含量有随着喷施次数的增加而升高的趋势，高浓度（9、12 mg·L-1）处理下鳞茎可溶性糖含量随着喷施次数的增加先升高后降低。所有处理组合中，叶面喷施2 次12 mg·L-1GeO2鳞茎中的可溶性糖含量最高，为118.42 mg·g-1。

2.3 叶面施锗对蒜薹和鳞茎农艺性状的影响

2.3.1 蒜薹农艺性状 喷施次数极显著影响蒜薹长度，对蒜薹粗和单薹质量影响不显著；GeO2浓度及二者互作对蒜薹长度、蒜薹粗和单薹质量均无显著影响（表3）。

对于蒜薹长度而言，相同喷施次数下，喷施1次时的蒜薹长度在高浓度（9、12 mg·L-1）处理时与对照相比有降低趋势；喷施2 次和3 次时，喷施浓度对蒜薹长度的影响不显著。喷施次数产生的影响因喷施浓度不同而不同，相同浓度喷施不同次数后，蒜薹长度上下波动，没有一致性规律。所有处理组合中，喷施3 次6 mg·L-1GeO2时蒜薹最长，为68.35 cm。

对于蒜薹粗和单薹质量而言，所有处理组合与对照相比均无显著性差异。所有处理组合中，喷施1 次12 mg·L-1GeO2时蒜薹最粗，为6.78 mm；喷施2次6 mg·L-1GeO2时，单薹质量最大，为14.38 g。

2.3.2 鳞茎农艺性状 喷施次数和GeO2浓度对大蒜鳞茎横径、纵茎和单头质量均没有显著影响；二者互作对单头质量有极显著影响，但对鳞茎横径和鳞茎纵茎影响不显著（表4）。

表3 叶面喷施不同浓度和次数锗对蒜薹农艺性状的影响

对于鳞茎横径而言，所有处理组合与对照相比均无显著差异。对于鳞茎纵茎而言，除了喷施1 次9 mg·L-1GeO2的处理显著高于喷施2 次3 mg·L-1的处理，其余处理组合及对照间均无显著性差异。

相同喷施次数下，随着喷施浓度的升高大蒜单头质量的变化没有一致性规律。喷施浓度不变时，低浓度（3、6 mg·L-1）GeO2处理随着喷施次数的增加单头质量先增加后降低，高浓度（9、12 mg ·L-1）喷施时则表现出先降低后增加。

所有处理组合中，叶面喷施1 次9 mg·L-1GeO2后鳞茎横径和纵茎均最大，分别为43.19 mm和29.06 mm，叶面喷施2 次3 mg·L-1GeO2后单头质量最大，为23.52 g。

3 讨论与结论

本试验结果表明，大蒜返青期叶面喷施1～3次6～12 mg·L-1锗溶液能明显提高蒜薹和鳞茎中的锗含量，蒜薹中锗含量高于鳞茎。于爱洁等（2019）利用10 mg·L-1锗溶液浸麦富锗法培养的麦苗有机锗和全锗含量均比不添加锗溶液的空白对照提高1 倍以上。夏永香（2012）试验发现叶面喷施3 次12 mg·L-1锗最有利于金蒜3 号大蒜蒜薹和鳞茎对锗元素的吸收。土壤中施加锗源后，能够迅速地被水稻吸收运往地上部分（李桂珠和许运新，2007；李明堂 等，2007）。这些研究均表明，植物根系和地上部都可以吸收锗元素并在器官或产品中积累锗元素。

叶面喷施不同浓度和次数的GeO2对大蒜蒜薹和鳞茎营养品质也有一定影响。本试验结果表明，喷施次数极显著影响蒜薹、鳞茎的可溶性糖和可溶性蛋白含量，喷施浓度极显著影响蒜薹可溶性糖、可溶性蛋白含量及鳞茎可溶性蛋白含量；另外，二者互作对蒜薹可溶性糖、可溶性蛋白含量及鳞茎可溶性糖含量有显著影响。且叶面喷施1 次GeO2溶液时，蒜薹中可溶性蛋白含量随着处理浓度的升高整体表现增加的趋势。研究表明，锗可以促进植物合成可溶性糖，这可能与锗提高了叶片的光合能力，或者锗直接参与了光合作用过程有关（王朵和吴国良，2009）。魏明等（2010）发现，在培养基中添加浓度为4.0 mg·L-1的GeO2时，珠芽原球茎中细胞内可溶性糖和可溶性蛋白的含量高于不添加GeO2的对照组。这可能表明适量的锗可以促进蛋白质的合成，通过提高植物细胞的生理活性促进糖类的合成，进一步促进碳和氮的利用。

叶面施锗对大蒜蒜薹和鳞茎的形态、质量影响较小。本试验结果表明，喷施浓度对蒜薹长度、蒜薹粗、单薹质量、鳞茎横径、纵茎、单头质量均无显著影响，喷施次数仅对蒜薹长度有极显著影响，对其余性状均无显著影响。

总之，返青期叶面喷施不同浓度（3、6、9、12 mg·L-1）和次数（1、2、3 次）GeO2溶液，对蒜薹和鳞茎锗含量有显著影响。此期叶面喷施1 次9 mg·L-1GeO2时鳞茎锗含量达到最高，为4.02 μg ·kg-1；叶面喷施1 次12 mg·L-1GeO2时蒜薹锗含量达到27.00 μg·kg-1，与对照相比提高了66.9%，并可获得较高的蒜薹可溶性蛋白含量；因此，于大蒜返青期叶面喷施1 次9～12 mg·L-1GeO2溶液可用于富锗大蒜栽培，同时可显著提高蒜薹可溶性蛋白含量，而对蒜薹和鳞茎的农艺性状无显著影响。

尽管有机锗是有益于人类健康的大蒜功能成分，但目前还缺乏人类锗元素摄入指南，富锗产品的生产仍处在研究阶段，消费尚需慎重。