桑叶酵素液对水培小白菜生长及品质的影响

樊宇婷，李 阳，王吉庆，杜清洁，冯晨阳，肖怀娟，李娟起

（河南农业大学园艺学院 郑州 450002）

随着生活水平的提高，人们对于优质、有机蔬菜的需求越来越多，生产者通过各种有效方法来提高蔬菜的产量和品质，比如利用植物酵素营养液。植物酵素营养液是将红糖、植物材料（天然的植物组织或者经济作物残体，如叶片、花、果实等）与水按一定比例混合均匀后发酵而成的酵素制剂。乔一飞等以Hogland 营养液配方为基础研究了不同浓度沼液对水培油菜产量及品质的影响，指出沼液能够有效提高油菜的产量和品质。代明亮等指出，利用植物源营养液能有效提高雪青梨的叶面积、单果质量及可溶性固形物含量。陈小伟等研究指出，果蔬施用植物酵素营养液后，既能改善产品品质，也能降低果实中硝酸盐和粗纤维的含量。

已有研究报道指出，南瓜属植物的嫩枝、葎草、薄荷和孔雀草等都是很好的发酵原料，这些原料无毒、无害，利用这些原料制备的植物酵素营养液不仅安全稳定、施用方便，还能抗病抗虫、提高品质。桑科植物桑（L.）的叶子，占桑园年产干物质量的36%左右，其中含有丰富的营养物质及多种活性成分，有维生素、黄酮、多酚、类生物碱、萜类化合物、类固醇等，且蛋白质和氨基酸组成较平衡，具有降血糖、降血压等多种作用。我国的桑叶资源很丰富，但应用范围有限，传统的除了用于养蚕外，有近一半的桑叶并未被充分利用，造成桑叶资源的极大浪费。随着人们对桑叶研究的深入，目前桑叶已逐渐应用于各种畜禽、水产动物的养殖中，并表现出特殊的饲用价值，但在农业生产中，鲜见以桑叶为原料发酵制作有机营养液进行作物栽培的研究报道。笔者在前期研究的基础上，采用营养液中添加不同稀释倍数的桑叶酵素液水培小白菜，研究桑叶发酵液作为有机营养液对水培小白菜生长及其营养品质的影响，探索以桑叶为资源开发植物源有机营养液的可行性，以期为进一步提高桑叶的开发利用率提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试小白菜种子品种为速达996（早熟快菜，抗病性强，耐湿热，丰产和稳产性较好），购自郑州五金农业技术开发有限公司。发酵及浸提所用材料为桑叶，所用水为蒸馏水。桑叶酵素液在河南农业大学园艺学院生理栽培实验室制备，其制作方法为：∶∶=10∶3∶40 进行发酵物料配比，采用好氧发酵和厌氧发酵相结合的方法制备，发酵桑叶长度2～3 cm，前期好氧发酵，每周搅拌1 次，发酵50 d EC 值、pH 值稳定后取滤液进行厌氧发酵，整个发酵过程均在覆盖黑白膜的暗环境中进行发酵，厌氧发酵250 d 至桑叶完全溶解后，将酵素液静置0.5 h 后取出部分过滤液，将剩余发酵液经3层纱布过滤取出即完成桑叶酵素液的制备（表1）。

表1 桑叶酵素液的营养成分及理化性质

1.2 试验地点及方法

田间试验于2021 年5 月12 日至6 月15 日在河南农业大学第三生活区的塑料大棚内进行；发酵试验和指标测试于2021 年7 月1 日至2022 年3月10 日在河南农业大学122 实验室进行。采用完全随机试验方法，将桑叶酵素液进行稀释，设置5个不同的处理：不添加桑叶酵素液作对照（CK），稀释250 倍（T1）、稀释500 倍（T2）、稀释750 倍（T3）、稀释1000 倍（T4）。

采用水培育苗的方式，营养液为改良的霍格兰配方。15 d 后将幼苗分级，选大小一致的幼苗置于定植杯内，随机定植到水培架上。水培系统：容积为50 L 的栽培箱，箱上覆盖泡沫板（145 cm×60 cm×2 cm），泡沫板上打直径为3 cm 的定植孔，间距为16 cm×18 cm，每个泡沫板打36 个定植孔；采用小龙驹ACO-003 A 型号46 W 增氧泵；采用德力西KG316T 型号的时控开关，控时精确度为1 min。整个生长期间供营养液，种子出芽前避光，出芽后每天07：00—19：00 进行光合作用，1 h 供氧15 min；20：00—06：00 时，分别于24：00、06：00 各供氧15 min；其余时间进行呼吸作用。定植20 d 时开始在晴天09：00—11：00 期间测光合数据，此后每5 d 测1次，共测3 次；各处理定植如图2 所示，每个处理重复3 次，随机区组排列，定植35 d 后每组随机取样6 株进行相关数据的采集。

1.3 测定指标及方法

每个处理随机取出6 株小白菜，用卷尺测茎基部到小白菜植株生长点为株高，单位：cm。株幅用50 cm 的直尺测量以生长点为中心的叶片展开之间的最大距离，单位：cm。叶片数计量叶长小于5 cm的不计。用直尺测量最大根长。地上部、地下部干鲜质量测定：用分析天平测定地上部和地下部质量为鲜质量，105 ℃杀青15 min，85 ℃恒温烘至恒质量后称量为干质量。采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量；采用考马斯亮蓝染色法测定可溶性蛋白含量；采用2，6-D 滴定法测维生素C 含量；采用吸光度法测花青素、硝态氮含量；超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）、过氧化物酶（POD）活性分别根据试剂盒（购买自北京索莱宝科技有限公司）的说明书进行测定；采用分光光度法测叶绿素和类胡萝卜素含量；用LI-6400XT 便携式光合仪测定叶片净 光 合 速 率（，μ mol·m·s）、蒸 腾 速 率（，mmol·m·s）、气孔导度（，mol·m·s）和胞间CO浓度（，μmol·mol）。采用凯氏定氮法测植株全氮含量，采用钒钼酸铵比色法测全P 含量；用火焰原子吸收光谱法测植株Ca、Mg、Fe、Zn 和全K含量。

1.4 数据分析

试验数据的统计分析均采用IBM SPSS Statistics 20.0 软件进行方差分析，用Office 365 Excel 软件进行数据统计、作图，并运用LSD 检验法对显著性差异进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 添加桑叶酵素液对水培小白菜形态的影响

由表2 可以看出，水培小白菜的株高、株幅、叶面积、最大根长、根体积均随着桑叶酵素液稀释倍数的增加呈现出先增后减趋势，其中T2 处理株高、株幅、叶面积均为最大且均显著高于对照。水培小白菜的叶片数随桑叶酵素液稀释倍数的增加呈现递增趋势，且T3 和T4 叶片数均显著高于CK，T1、T2 与CK 的差异未达显著水平。与CK 相比，添加桑叶酵素营养液对小白菜根长和根体积均没有显著影响。由此表明，添加桑叶酵素液对水培小白菜地上部生长有一定的促进作用，且桑叶酵素液稀释倍数为500 倍时对水培小白菜的地上部生长促进效果最好。

表2 添加桑叶酵素液对水培小白菜形态的影响

2.2 添加桑叶酵素液对水培小白菜干、鲜质量的影响

由表3 可以看出，水培小白菜的干、鲜质量随桑叶酵素液稀释倍数的增加呈现出先增后减趋势。其中，T2 处理鲜、干质量均为最大，且全株鲜、干质量均显著高于其他各处理，较CK 分别增加了9.17%、29.47%，且T1 处理地上部及全株鲜质量显著低于CK，表明桑叶酵素液的浓度过大会限制水培小白菜的生长，桑叶酵素液稀释倍数为500 倍时对水培小白菜的干、鲜质量的促进效果最好。

表3 添加桑叶酵素液对水培小白菜干、鲜质量的影响

2.3 添加桑叶酵素液对水培小白菜叶片光合色素含量的影响

由表4 可以看出，水培小白菜叶片叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量随着桑叶酵素液稀释倍数的增加均呈现出先增加后降低的趋势。与CK 相比，仅T4 处理叶绿素含量显著降低，T3 处理类胡萝卜素含量显著升高，其他各处理各项指标均未达到显著差异水平。结果表明，添加适量的桑叶酵素液对水培小白菜叶片的叶绿素a、叶绿素b、叶绿素和类胡萝卜素含量的影响不大，且当桑叶酵素液稀释倍数为1000 倍时，会对水培小白菜叶片的叶绿素含量产生抑制效果。

表4 添加桑叶酵素液对水培小白菜光合色素含量的影响 （mg·g-1）

2.4 添加桑叶酵素液对水培小白菜叶片光合特性的影响

由图1 可以看出，添加桑叶酵素液可促进水培小白菜的光合特性。定植20 d 时，与CK 相比，T1、T2 处理下水培小白菜的显著增加，其他处理与CK 无显著差异；定植25 d 时，与CK 相比，添加桑叶酵素液的各处理小白菜的显著增加；定植30 d时，与CK 相比，T2 处理下水培小白菜的显著增加，其他处理与CK 无显著差异。定植20 d 时，与CK 相比，T1、T2 处理显著升高，其他处理与CK差异不显著；定植25 d 时，与CK 相比，T2、T3 处理显著升高，其他处理与CK 差异不显著；定植30 d时，与CK 相比，T2 处理显著升高，其他处理与CK 差异不显著。定植25 d 时，与CK 相比，仅T4处理小白菜的显著降低；定植30 d 时，与CK 相比，仅T1 处理小白菜的显著降低，定植20 d 时，各处理与CK 均无显著差异。定植20 d 时，T1、T2、T4 处理均显著高于CK；定植25 d 时，与CK 相比，添加桑叶酵素液各处理小白菜的均显著升高；定植30 d 时，各处理小白菜的与CK 均无显著差异。结果表明，添加适量的桑叶酵素液能显著提高水培小白菜叶片的光合效率，定植20 d 时，T1、T2 的促进效果较好；定植25 d 时，T3 的促进效果最好；定植30 d 时，T2 的促进效果最好，净光合速率、气孔导度较CK 分别显著提高了22.65%、37.84%。

图1 添加桑叶酵素液对水培小白菜光合特性的影响

2.5 添加桑叶酵素液对水培小白菜营养品质的影响

由表5 可以看出，T2 处理可溶性糖含量最高，且显著高于CK，较CK 增加62.59%；各处理的可溶性蛋白较CK 显著增加；各处理的维生素C 含量与CK 差异不显著；添加桑叶酵素液的各处理的硝态氮含量均显著低于CK，表明添加桑叶酵素液能降低水培小白菜中的硝态氮含量；与CK 相比，T1、T2 能显著增加小白菜的花青素含量（表5）。综合来看，当添加稀释倍数为500 倍的桑叶酵素液能最大程度提高水培小白菜的品质，同时降低其中硝态氮含量，具有最优的提高品质的效果。

表5 添加桑叶酵素液对水培小白菜营养品质的影响

2.6 添加桑叶酵素液对水培小白菜矿质元素积累量的影响

植物中的矿质元素含量与其生长发育和品质的形成密切相关。由表6 可以看出，添加桑叶酵素液对水培小白菜矿质元素积累量具有一定影响。添加适宜浓度桑叶酵素液有利于水培小白菜地上部全磷、铁、锌含量积累。其中，T2 处理全磷、铁、锌含量较CK 分别显著增加了88.65%、39.74%、28.23%；各处理全钾、镁含量较CK 均无显著性差异；与CK 相比，T2、T3 处理全氮积累量显著降低；除T2 处理外，其他各处理钙含量均显著低于CK。添加桑叶酵素液对水培小白菜根系中的矿质元素积累量也产生一定影响。各处理的全氮、镁含量均与CK 无显著性差异；T4 处理全磷含量显著高于CK；各处理全钾含量显著增加，其中，T1 含量最高，较CK 增加了52.19%，T1 的锌含量显著增加38.30%；各处理钙含量显著降低。综合来看，添加适宜浓度的桑叶酵素液有利于水培小白菜矿质元素的积累。

表6 添加桑叶酵素液对水培小白菜矿质元素积累量的影响

2.7 添加桑叶酵素液对水培小白菜丙二醛（MDA）含量的影响

由图2 可以看出，添加适量的桑叶酵素液有利于减少水培小白菜丙二醛（MDA）含量。T2 的MDA 含量显著低于CK，较CK 减少了29.47%，其他处理与CK 差异不显著。结果表明，当桑叶酵素液稀释倍数为500 倍时对减少水培小白菜丙二醛（MDA）含量效果最为显著。

图2 添加桑叶酵素液对水培小白菜丙二醛含量的影响

2.8 添加桑叶酵素液对水培小白菜抗氧化酶活性的影响

由图3 可以看出，添加适量的桑叶酵素液有利于提高水培小白菜超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性、过氧化物酶（POD）活性。T2 处理SOD、CAT活性显著高于CK，分别较CK 增加了23.57%、69.60%，其他处理与CK 差异均不显著。T2、T3、T4处理APX 酶活性均显著高于CK、T1，而3 个处理间差异未达到显著水平。与CK 相比，添加桑叶酵素液各处理均显著增强小白菜叶片POD 的活性。结果表明，水培小白菜的营养液中添加适宜浓度的桑叶酵素液有利于提高水培小白菜SOD、CAT、APX、POD 的活性，且当桑叶酵素液稀释倍数为500 倍时增强抗氧化酶活性的效果最为明显。

图3 添加桑叶酵素液对水培小白菜抗氧化酶系统的影响

2.9 水培小白菜形态的主成分分析

为了研究水培小白菜形态、品质、根系矿质元素及叶片酶的活性与各处理的关系，首先运用主成分分析方法（PCA）对小白菜形态各个指标和各处理的关系进行分析。由图4 可以看出，各处理被主成分PC1 和PC2 明显区分开，分别占据总变量的51.97%、17.04%。其中，第1 主成分PC1 主要受小白菜株高、株幅、最大根长、叶面积和干鲜质量的影响。第2 主成分PC2 主要受叶片数和根体积的影响。这表明添加适宜浓度的桑叶酵素液能显著提高水培小白菜的株高、株幅、最大根长、叶面积、干鲜质量。

图4 形态指标与不同处理之间的关系

2.10 水培小白菜品质的主成分分析

运用主成分分析对小白菜品质各个指标和各处理的关系进行分析。由图5 可以看出，各处理被主成分PC1 和PC2 明显区分开，分别占据总变量的34.31%、28.03%，其中，第1 主成分PC1 主要与可溶性糖、可溶性蛋白、硝态氮、花青素含量相关。第2主成分PC2 主要与维生素C、叶绿素a、叶绿素色素含量相关。这表明添加适宜浓度的桑叶酵素液能明显提高水培小白菜的可溶性糖、可溶性蛋白、花青素含量，且能显著降低其中的硝态氮含量。

图5 品质指标与不同处理之间的关系

2.11 水培小白菜根系中矿质元素、叶片中酶的活性分析

运用主成分分析对小白菜根系中的矿质元素、叶片中酶的活性和各处理的关系进行分析。由图6可以看出，大部分处理被主成分PC1 和PC2 明显区分开，分别占据总变量的43.16%、27.49%，其中，第1 主成分PC1 主要受Ca、SOD、POD、CAT、MDA 的影响，第2 主成分PC2 主要受Zn 的影响。这表明添加适宜浓度的桑叶酵素液能明显提高水培小白菜的SOD、POD、CAT 抗氧化酶活性。

图6 根系矿质元素、叶片酶的活性指标与不同处理之间的关系

3 讨论与结论

3.1 添加桑叶酵素液对水培小白菜生长的影响

桑叶酵素中含有丰富的维生素、有机养分、天然植物激素、矿物质、营养元素及多种活性成分，可有效促进蔬菜作物的营养生长。已有大量研究表明，叶面喷施或根系施用植物源酵素营养液能有效促进植物生长、提高作物产量、增强抗逆性等，但需要依赖适宜的浓度才能发挥作用。本试验中，添加500 倍桑叶酵素液显著提高了水培小白菜的株高、株幅、叶面积、地上部干鲜质量、地下部干质量和全株干鲜质量。这与覃叶欣将植物酵素施用在西瓜上，幼苗株高、茎粗、根长、干质量等均显著增加，有效促进西瓜幼苗的生长的研究结果一致。叶绿素是植物吸收光能的主要物质，影响光合作用。施用植物酵素可以有效提高植物叶片中的叶绿素含量，增强植株光合作用和植株长势。本试验中，添加适宜浓度的桑叶酵素显著增强了水培小白菜叶片中的光合作用，提高了叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率，增强了光合能力；此外叶绿素a、叶绿素b、叶绿素色素含量均未显著提高，可能在定植35 d 后，小白菜达到收获的大小，叶绿素等色素慢慢开始分解，没有表现出绝对的优势。矿质元素是动物、植物和微生物等生命有机体中的重要组成物质，在生命活动中起着重要的作用。其中，氮素是蛋白质和核酸的组成成分，也是植物激素（如生长素和细胞分裂素）和维生素的基本构成组分。磷参与植物中蛋白质合成、细胞分裂等过程，可促进根系对氮素的吸收，从而促进根系生长。钾主要参与调控果实的营养水平。铁、钙、镁、锌等矿质营养元素参与植物的光合作用和呼吸作用的电子传递、叶绿体合成等许多重要生理过程，是植物生长必不可少的微量元素。本试验中添加适宜浓度的桑叶酵素液可有效提高水培小白菜中的全磷、全钾、铁、锌含量，这与庞敏晖等施用蔬菜废弃物发酵液能显著提高‘四季快菜’的氮、磷、钾养分含量结果一致。本试验中施用酵素液后不利于水培小白菜的钙含量吸收，这可能是因为酵素液中某种养分离子浓度偏高，与钙离子反应，从而钙吸收受到抑制，含量降低。

3.2 添加桑叶酵素液对水培小白菜营养品质的影响

已有研究表明，人类膳食中90%以上的维生素C来自蔬菜和水果，可见维生素C 是评价蔬菜营养品质的重要指标之一。硝酸盐是评价蔬菜安全品质很重要的指标，它本身并无害，但在人体内会转化成亚硝酸盐，亚硝酸盐危害人体健康，而人体中摄入的硝酸盐有81.2%来自蔬菜，所以蔬菜的硝酸盐含量越来越受到关注。此外，蛋白质、可溶性糖含量也是评价蔬菜品质很重要的指标。施用植物酵素会提升蔬菜内的维生素C、蛋白质、可溶性糖等的含量，使蔬菜内物质积累增多，果实生长饱满，数量增多，品质优良。有研究指出，果蔬施用植物酵素营养后，可在改善品质的同时降低果实中硝酸的含量。在本试验中，与CK 相比，所有在营养液中添加桑叶酵素液的处理均增加了可溶性糖、可溶性蛋白含量，同时均降低了小白菜的硝酸盐含量，可能是因为桑叶酵素中的有机成分能降解小白菜硝酸盐成分。

3.3 添加桑叶酵素液对水培小白菜丙二醛（MDA）含量和抗氧化酶活性的影响

MDA 是膜脂过氧化的最终产物，是评价膜系统是否受损伤的重要指标。在本试验中，叶片中MDA 含量随着稀释倍数的增加呈现先降低再升高趋势，桑叶酵素液处理小白菜丙二醛含量均低于CK，T2 处理最低，且与CK 差异显著。吴晓艳等在研究营养液浓度对鸭儿芹幼苗丙二醛含量影响时指出，营养液浓度对鸭儿芹幼苗具有双重作用，低浓度和过高浓度都会导致膜脂过氧化，从而造成丙二醛的积累，这均与本试验研究结果一致。叶面喷施营养液能显著促进苹果叶片活性氧、木质素、和交联蛋白的沉积，提高树体SOD、CAT 和POD 活性。在本试验中，稀释倍数为500 倍（T2）的桑叶酵素液可有效提高小白菜中SOD、CAT、APX 和POD 活性，表明适宜浓度的桑叶酵素液对小白菜的抗氧化酶活性有促进作用。

营养液中添加适量的桑叶酵素液可显著提高水培小白菜的形态、品质、光合性能、矿质元素含量及抗氧化酶活性，促进生长、增强叶片抗氧化能力。综合形态、品质等指标，营养液中添加桑叶酵素液500 倍为最适宜浓度。