γ-聚谷氨酸水凝胶对草莓生长及果品影响初探

仝雅娜 李政 马洪英 杨丽芳 乔长晟 王艳婕 杨小玲

摘    要：為进一步挖掘γ-PGA水凝胶在农业生产中的应用潜力，以‘JY草莓为供试材料，以蛭石∶草炭∶珍珠岩=1∶1∶1配比基质为培养介质，设置5个不同的γ-PGA水凝胶施用处理，分别为0，9，18，27，36 mL·盆-1·次-1，研究日光温室中不同γ-PGA水凝胶处理对草莓果实生长、产量以及品质的影响。结果表明，随着γ-PGA水凝胶浓度的增加，草莓生长、产量和品质指标基本上呈先增加后降低的趋势，其中株高、假茎粗、叶长、叶面积、花序数、花序长、平均单果质量、平均单株产量及可溶性固形物、可溶性糖、维生素C含量等指标均于18 mL·盆-1·次-1处理达到最大值，分别较对照增加了13.76%，19.98%，13.85%，22.95%，24.97%，30.56%，17.95%，19.29%，0.12百分点，0.2百分点，15.87%。综上，合理施用γ-PGA水凝胶有助于促进草莓产量和品质的提升。

关键词：草莓;γ-聚谷氨酸水凝胶;产量;品质

中图分类号：S606+.2;S668.4             文献标志码：A           DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.06.001

Preliminary Investigation Effects of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel on Growth and Fruit Quality of Strawberry

TONG Yana1， LI Zheng2，MA Hongying1， YANG Lifang1， QIAO Changsheng3， WANG Yanjie1， YANG Xiaoling1

（1.Tianjin Academy of Agricultural Sciences， Tianjin 300192， China; 2.Tianjin Polytechnic University， Tianjin 300387， China; 3.Tianjin University of Science and Technology， Tianjin 300457， China）

Abstract： To further tap the application potential of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel in agricultural production， 'JY' strawberry was used as the test material， taking vermiculite ∶ charcoal ∶ perlite =1∶1∶1 ratio matrix as the training medium， five different concentrations of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel were set， which included 0， 9， 18， 27， 36 mL per pot per times. The effects of the above five different treatments in the solar greenhouse on the growth， yield and quality of strawberry fruit were studied. The results showed that with the increase of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel concentration， strawberry growth， yield and quality index were basically represented a trend of increasing first and then decreasing， and the plant height， pseudostem diameter， leaf length， leaf width， leaf area， number of inflorescence， inflorescence length， average fruit quality， average yield per plant， and the content of soluble solid， soluble sugar， vitamin C reached the maximum at the treatment of 18 mL per pot per times. Compared with the control（0 mL per pot per times）， the above indices at the treatment of 18 mL per pot per times were increased by 13.76%， 19.98%，13.85%， 22.95%， 24.97%， 30.56%， 17.95%， 19.29%， 0.12 percentage points， 0.2 percentage points， 15.87%， respectively. Comprehensively， resonable application of γ-Polyglutamic Acid Hydrogel could promote the improvement of strawberry yield and quality.

Key words：strawberry; γ-Polyglutamic Acid Hydrogel; yield; quality

γ-聚谷氨酸（ γ-Polyglutamic acid，γ-PGA） 水凝胶是 γ-聚谷氨酸经交联形成的一种具有三维网状结构的生物大分子材料[1]，具有良好的吸水和保水性能[2]，最高吸水倍率可达自身质量的几十甚至几百倍，制备的产品中最高达5 000 倍，同时对人体和环境无毒害，具备可降解的特点，广泛应用于生物医药[3]和组织工程[4]、环境[5]及纺织领域[6]。目前，水凝胶产品在农业上的应用，主要是在针对蔬菜、水果的保鲜[7-9]上有所突破，而在栽培生产上鲜见报道。近年来，随着发酵技术的提高、优质菌株的应用及发酵工艺条件的进一步优化，γ-PGA 水凝胶的生产更加高产高效，其价格逐渐下降，使用成本随之降低，其在农业上的应用潜力将会进一步得到挖掘，本研究针对γ-PGA 水凝胶保水性，初步探索其对草莓生长及果实品质指标的影响，旨在为其在生产中的进一步推广应用提供参考与借鉴。

1 材料和方法

1.1 试验地点

试验于2020年9月—2021年5月，在天津市农业科学院武清创新基地日光温室内进行盆栽试验，供试温室长60 m，跨度7 m，面积420 m2。

1.2 供试材料

供试草莓品种为‘JY，是天津市农业科学院现代都市农业研究所育成的栽培品种草莓。‘JY根系生长和吸收能力强，休眠浅;植株长势强，株态较直立;一、二级序平均单果质量26 g，最大单果质量60 g以上;果实圆锥形;果肉较细，甜酸适口，香气浓郁，品质优，抗白粉病强。

供试γ-PGA水凝胶由天津工业大学纺织工学院提供。

1.3 试验设计

1.3.1 降解试验 将一定量的γ-PGA 水凝胶降解袋中，埋入植物根附近的土壤中，定期进行凝胶质量测量，得到凝胶的降解率。降解试验数据为合理设计栽培试验中施用时间提供依据。

1.3.2 试验方法 供试基质为蛭石∶草炭∶珍珠岩=1∶1∶1（v/v），本试验栽培方式为盆栽式基质栽培。花盆规格为21 cm×18 cm。基质营养液用山崎草莓营养液[10]，配方详见表 1。

草莓苗为3叶1心的匍匐茎苗，于2020年9月1定植。常规管理，蜜蜂授粉，试验过程中定期每周施用定量的山崎草莓营养液，所有处理施肥量保持一致。

定植缓苗后15 d开始使用γ-PGA水凝胶，每次与营养液混合均匀后浇入盆中。施肥量300 mL·盆-1·周-1，通过γ-PGA水凝胶降解试验获取整个生育期使用次数，试验设置5个处理，分别为0，9，18，27，36 mL·盆-1·次-1，分别记为CK、T1、T2、T3、T4，每个处理20盆，重复3次。生长期其他管理按常规进行。

1.4 测定方法

γ-PGA水凝胶降解率=（Wo-Wt）/Wo

式中，Wo为初始凝胶质量;Wt为降解到某一时刻的凝胶质量。

植株地上部指标测定：分别在现蕾期、始花期、初果期、果实转色期和盛果期各测定1次草莓植株的株高、叶片数、叶长、叶宽、花序数、花序长等生长指标。每种模式选取30株进行测量，设3次重复，每个重复10株。

单果质量和单株产量测定：在采收期每个处理随机选10株草莓，3次重复，进行单果质量和单株产量的测定，取其平均值。采收产量为3茬果的总数。

果实品质测定：每组随机取样调查果实品质，可溶性固形物含量用ATAGO PAL-BX/ACID4便携式草莓糖酸一体机测定;可溶性糖含量采用蒽酮比色法[11]测定;可滴定酸含量采用酸碱滴定法[11]测定;维生素C含量采用2，6-二氯酚靛酚比色法[11]测定。水分、干物质采用《GB5009.3—2016》标准测定。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel对测定数据进行整理与绘图，用SPSS 25.0数据处理系统进行差异显著性分析（Duncan多重比较法）和Person相关性分析，显著水平为P<0.05和P<0.01。

2 结果与分析

2.1 γ-PGA水凝胶降解率

γ-PGA水凝胶作为保水剂，具有一定的时效性，当在基质中保持一定的时间后，会完全降解。当其包埋在土壤中，由圖1可知，γ-PGA水凝胶作为保水剂降解速度较快，其在第15天时全部降解。γ-PGA水凝胶三维网络降解后，γ-PGA大分子被释放出来，会被植物根系吸收，根据不同作物，其作用可在30～60 d对营养吸收的促进作用达到最有效[12]，故在整个生长期内每45 d施用1次。

2.2 γ-PGA水凝胶对草莓生长和果实品质的影响

2.2.1 草莓长势 现蕾期、始花期、初果期、果实转色期和盛果期分别对草莓株高、假茎粗、叶长、叶宽、叶面积、叶片数、花序数、花序长、叶绿素相对含量等主要植株性状进行了测定，结果（表2）表明，T2处理植株长势最好，其株高、假茎粗、叶长、叶面积、花序数、花序长等指标比对照分别高13.76%，19.98%，13.85%，22.95%，24.97%，30.56%，差异显著; T1处理的叶宽最高且叶片数最多，较对照分别提高8.09%，3.45%;T3叶绿素相对含量最高，比对照显著提高8.87%。

2.2.2 γ-PGA水凝胶对草莓产量的影响 由表3可知，随着营养液中γ-PGA水凝胶浓度的增加，草莓果实的平均单果质量、平均单株产量、公顷产量出现先增加后降低的趋势，均于T2处理达到最大值，然后依次是T3、T1、CK、T4，其中T2、T3与CK、T1和T4的平均单果质量差异显著，T2与CK和T4平均单株产量和公顷产量差异显著，T3与T4平均单株产量和公顷产量差异显著。由此可见，γ-PGA水凝胶的合理应用有助于草莓增产。其中T2处理草莓的平均单果质量和平均单株产量（或公顷产量）分别比对照高出17.95%，19.29%，增产效果最好。

2.2.3 γ-PGA水凝胶对草莓果实品质的影响  由表4可知，随着营养液中γ-PGA水凝胶含量的增加，草莓果实的可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖、维生素C含量均呈先升高后降低的趋势，且均于T2处理达到最大值，其中可溶性固形物、可滴定酸和可溶性糖含量分别较对照提高了0.12，0.24，0.2个百分点，其中可滴定酸和可溶性糖含量差异显著，维生素C含量较对照提高了15.87%，差异显著;果实含水量递增而干物质量降低，但差异均未达显著水平。

2.3 γ-PGA水凝胶与产量及品质指标的相关性分析

在果实发育过程中，γ-PGA 水凝胶的使用量与草莓的产量、品质相关指标的相关性分析结果（表5）表明，γ-PGA 水凝胶的使用量与叶绿素相对含量及可溶性固形物、可滴定酸、可溶性糖、维生素 C含量和果实含水量正相关，其中与叶绿素相对含量、果实含水量显著正相关，与可滴定酸含量极显著正相关，其他指标相关关系不显著;γ-PGA 水凝胶的使用量与果实干物质含量显著负相关，与和单株产量负相关但未达显著水平。

3 结论与讨论

γ-PGA水凝胶自身携带的羧基和酰胺基还是亲水基团，能够吸附水分，添加γ-PGA水凝胶能提高基质吸水和保水能力[13-14]。本试验中，在草莓的生育期中，适时加入一定量的γ-PGA水凝胶能够提高假茎粗19.98%（T2），假茎粗的提高会间接提高果实产量，故T2 产量增加了19.29%，其他生长指标也能有所提高，且该处理草莓可滴定酸含量、可溶性糖含量、维生素C含量高于对照0.12，0.24，0.2个百分点。综上，适量使用γ-PGA水凝胶有助于草莓生长水平、产量和果品质的提升，其中以18 mL·盆-1·次-1的添加量效果最佳。

本试验中，草莓的产量和品质指标基本上均随γ-PGA水凝胶使用量的增加呈先增后减的趋势，这可能是因为γ-PGA水凝胶具有生物降解性，γ-PGA能够为微生物提供碳源和氮源，影响基质微生物活性及其功能发挥，但有关土壤微生物量和微生物多样性的研究尚有待于进一步深入挖掘。

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收稿日期：2021-05-06

基金项目：天津市科技计划项目（20ZYCGSN00120）;天津市科技计划项目（20YFZCSN00130）;天津市蔬菜现代农业产业技术体系创新团队

作者简介：仝雅娜（1981—），女，天津人，助理研究员，博士，主要从事栽培生理生态和生化方面研究。

通讯作者简介：杨小玲（1968—），女，福建三明人，研究员，博士，主要从事果蔬栽培生理与调控技术方面研究。