等离子体活性水对不结球白菜成熟期产量和品质的影响

邹宏宇 李英 万京林 侯喜林

营养物质的供应对不结球白菜的生长发育产生较大影响。实际生产中，促进不结球白菜增产的方式普遍为使用化肥和有机肥，会对环境和人类身体健康产生消极影响，即使是有机肥也可能含有病原体。等离子体活性水（Plasme Active Water，PAW）中含有一定的活性氮，用其浇灌不结球白菜，不施用化肥也可以为其生长发育提供氮素，从而满足作物对氮肥的需求[1]，是一种安全绿色的增产方式[2]。为了探究PAW对不结球白菜生长发育的影响，本试验测定了施用PAW后不结球白菜的产量、品质和抗氧化酶活性，为PAW的施用提供一定的理论依据和实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

本试验在江苏省南京天量生物工程科技有限公司和南京苏曼等离子工程研究院有限公司进行。参试的不结球白菜品种为黑塌菜及黄玫瑰，种子由南京农业大学白菜系统生物学实验室提供。

1.2 试验设计

2021年9月25日，分别将2种不结球白菜种子播于72孔穴盘中，待幼苗生长到25～30 d，即5叶1心期，选择生长状况良好的幼苗定植。定植前翻耕地块，去除杂物和石块。2种不结球白菜分别设置用PAW和普通水2个处理，每个处理重复3次。采取随机区组设计，小区面积3 m2，株行距为30 cm×30 cm，每个小区种植30株。定植后第1天全部施用普通水以缓苗。之后按照实际需水情况进行浇水。黑塌菜记为A，普通水和PAW处理分别记为A0、A1，黄玫瑰记为B，普通水和PAW处理分别记为B0、B1。

1.3 测定指标

①生长指标 定植80 d后，采收样本，测定株高、叶片数、最大叶长、最大叶宽、单株质量[3]。

②产量 定植80 d后，将所有小区的植株全部采收，去掉外围的发黄、腐烂叶片，去掉根部，保留地上部分，称取每个小区的质量取平均数，折算667 m2产量。

③光合色素及净光合速率 定植后80 d，利用分光光度法[4]测定叶绿素和胡萝卜素含量。

④品质指标 可溶性糖的测定采用蒽酮比色法[5]；可溶性蛋白的测定采用考马斯亮蓝法[6]；VC的测定采用比色法[7]；类黄酮的测定采用碱提酸析法[8]；硝酸盐的测定采用紫外分光光度法[9]。

⑤根系活力 采用萘胺微板法[10]。

⑥抗逆性指标 参考王丽娜[11]的方法测定质膜透性；丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量的测定采用TBA法[12]；超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性的测定采用氮蓝四唑法[13]；过氧化氢酶（Catalase，CAT）活性的测定采用分光光度法[14]；过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性的测定采用愈创木酚法[15]。

1.4 数据分析

使用Excel软件和SPSS 23.0统计软件进行数据统计，应用邓肯氏新复极差法对试验数据进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 PAW对不结球白菜生长指标的影响

由表1、2可知，施用PAW对2种不结球白菜的成熟期发育影响显著。黑塌菜和黄玫瑰的株高、叶片数、最大叶长、最大叶宽等主要生长指标都显著提高，其中黑塌菜的单株质量由0.35 kg提高到0.58 kg，增长了65.7%，黄玫瑰的单株质量由0.33 kg增长为0.59 kg，提高了78.8%，说明PAW能有效促进2种不结球白菜的生长。

表1 PAW对黑塌菜成熟期生长发育的影响

2.2 PAW对不结球白菜成熟期光合指标的影响

由表3、4可知，PAW处理对2种不结球白菜的胡萝卜素和类胡萝卜素含量影响不显著，同时对黄玫瑰总叶绿素含量也没有显著影响，而黑塌菜叶绿素含量显著提升。黑塌菜叶绿素a含量由2.59 mg/g上升为3.97 mg/g，叶绿素b含量由1.17 mg/g提到1.87 mg/g，总叶绿素含量由3.65 mg/g升至6.08 mg/g，分别提高了53.3%、59.8%、66.6%，差异显著。

表3 PAW对黑塌菜光合色素含量的影响

2.3 PAW对不结球白菜成熟期品质的影响

由表5、6可知，PAW处理显著提高了不结球白菜的可溶性糖含量。黑塌菜的可溶性糖含量由30.03 mg/g提高到36.95 mg/g，提高了6.92 mg/g，黄玫瑰的可溶性糖含量由37.73 mg/g提高至48.21 mg/g，提高了10.48 mg/g。

表5 PAW对黑塌菜成熟期品质的影响

PAW处理对不结球白菜的可溶性蛋白含量起到促进作用。经过处理后二者的可溶性蛋白含量都显著上升。黑塌菜可溶性蛋白含量由21.19 mg/g上升为23.12 mg/g，提升了9.1%，黄玫瑰可溶性蛋白含量由17.57 mg/g上升至21.28 mg/g，提升了21.1%。

经PAW处理后，黑塌菜的VC含量由91.44 mg/100 g上升为95.33 mg/100 g，黄玫瑰的VC含量由91.13 mg/100 g上升为96.84 mg/100 g，差异不显著。

经PAW处理后，黑塌菜和黄玫瑰的类黄酮含量均有所上升。其中，黄玫瑰的类黄酮含量由8.59 mg/g提高为12.47 mg/g，增幅为45.2%，说明PAW处理显著提升了黄玫瑰的类黄酮含量，黑塌菜的类黄酮含量由3.73 mg/g上升到了5.64 mg/g，上升了51.2%，差异显著。

表2 PAW对黄玫瑰成熟期生长发育的影响

表4 PAW对不结球白菜黄玫瑰光合色素含量的影响

表6 PAW对黄玫瑰成熟期品质的影响

表8 PAW对黄玫瑰成熟期抗逆性指标的影响

不经PAW处理的黑塌菜和黄玫瑰积累的硝酸盐分别为215.46、223.27 mg/kg，PAW处理后，由于外施氮素增多，不结球白菜体内的硝酸盐显著增加，分别上升到641.70、632.49 mg/kg。

PAW处理提高了不结球白菜的根系活力。PAW处理后，黑塌菜的根系活力由120.65 μg·mL-1·g-1·h-1升至135.74 μg·mL-1·g-1·h-1，上升了12.5%，黄玫瑰的 根 系 活 力 由118.96 μg·mL-1·g-1·h-1提 高 到139.47 μg·mL-1·g-1·h-1，增幅为17.2%，差异显著，PAW处理有利于植物在生长过程中吸收充足的水分和养分，特别是在相对恶劣的条件下，能保障植物正常生长发育。

2.4 PAW对不结球白菜成熟期抗逆性指标的影响

由表7、8可以看出，经PAW处理后，不结球白菜的质膜透性明显下降，这有利于保持细胞内环境的稳定，增强抗逆性。经PAW处理后，黑塌菜的质膜透性由56.17%下降为41.88%，黄玫瑰的质膜透性由39.77%下降到28.12%，PAW处理显著降低了不结球白菜的质膜透性。

表7 PAW对黑塌菜成熟期抗逆性指标的影响

PAW处理使得不结球白菜的MDA含量显著下降。黑塌菜的MDA含量由48.75 nmol/L下降到11.81 nmol/L，下降了75.8%，黄玫瑰的MDA含量由20.72 nmol/L降至9.47 nmol/L，下降了54.3%。说明经PAW处理后，不结球白菜中的MDA积累得到了显著的抑制。

PAW处理后，不结球白菜的抗氧化酶活性发生了一定变化。经PAW处理后，2个不结球白菜品种的POD活性显著提高，黑塌菜的POD活性由232.88 U/g上升到267.55 U/g，黄玫瑰的POD活性由230.55 U/g上升到255.29 U/g，分别提高了14.9%和10.7%。2个品种不结球白菜的SOD活性提高并不显著。经PAW处理后，黑塌菜的CAT活性得到了显著提升，由110.35 U/g提高到了125.98 U/g，提高了14.2%，PAW处理对黄玫瑰的CAT活性有所提高，但处理前后差异不显著。由此可见，PAW处理提高了不结球白菜抗氧酶的活性。

2.5 PAW对不结球白菜产量和经济效益的影响

由表9、10可以看出，经PAW处理后，黑塌菜和黄玫瑰的产量都有所增加，黑塌菜的每667 m2产量由2 570.17 kg增长为3 406.15 kg，增加了32.5%，黄玫瑰的每667 m2产量由2 376.74 kg上升到3 679.62 kg，提高了54.8%。由此可见，PAW处理可提高不结球白菜的产量。

本试验用地成本约为1 800元/667 m2，施用普通水的成本约为120元/667 m2，施用PAW的成本约为1 500元/667 m2，耕地成本为50元/667 m2，人工成本600元/667 m2，施肥成本约70元/667 m2，黑塌菜种子的成本为2元/667 m2，黄玫瑰种子的成本为170元/667 m2。黑塌菜A0、A1的每667 m2生产总成本分别为2 682、4 062元，黄玫瑰B0、B1的每667 m2生产总成本分别为2 850、4 230元。

结合往年市场实际情况，黑塌菜市价2元/kg，黄玫瑰市价9元/kg，扣除各项生产成本后，黑塌菜667 m2经济效益由2 458.34元提高到2 750.29元，提升了11.9%，黄玫瑰667 m2经济效益由18 540.66元上升为28 886.56元，提升了55.8%。结合表9、10，施用PAW后，不结球白菜的产量明显增加，同时获得了更高的经济效益。

表9 PAW对黑塌菜成熟期产量和经济效益的影响

3 讨论与结论

3.1 PAW对不结球白菜生长指标、产量和经济效益的影响

经PAW处理后，不结球白菜株高、单株质量、最大叶长、最大叶宽等生长指标都有了显著提高，这与Lindsay等[16]的研究结果一致。生长指标的提升，最终使得产量提高。用PAW浇灌不结球白菜，既提供了水分，又补充了养分，极大地促进了不结球白菜生长发育，这一结论在对苜蓿[17]的研究中也得到了证实。

PAW含有一定的氮元素，通过根部进入植物，可以促进植物生长，该结论与对小麦的研究结果一致[18]。可见，PAW中的氮可以作为肥料，促进植物的生长。同时，施用PAW获得了较高的经济效益。

3.2 PAW对不结球白菜光合色素含量的影响

经PAW处理后，黑塌菜和黄玫瑰的叶绿素含量都较施用普通水有不同程度的提升。这可能与PAW中的硝酸盐有关，它不仅是植物的主要氮源外，在叶绿素的合成中也发挥重要作用。氮元素是叶绿素a和叶绿素b的原料，充足的氮素供应为叶绿素的合成提供了有利的条件。

3.3 PAW对不结球白菜品质的影响

可溶性糖含量是不结球白菜重要的食用品质指标，可溶性糖在渗透调节中发挥作用。经PAW处理后，黑塌菜和黄玫瑰的可溶性糖含量分别提高了23.0%和27.8%，说明充足的氮肥能够改善不结球白菜的生长状况，从而促进品质的提升。

可溶性蛋白可用于筛选抗性，是重要的植物营养物质和渗透调节物质，其含量影响细胞的保水能力，能够对细胞的生命物质及细胞膜系统起到保护作用。同时，不结球白菜中的可溶性蛋白也是人体植物蛋白的重要来源。氮是氨基酸的主要组成元素，PAW中的活性氮为蛋白质的合成提供了丰富的原料，使得黑塌菜的可溶性蛋白含量提高了9.1%，黄玫瑰的可溶性蛋白含量提高了21.1%。

表10 PAW对黄玫瑰成熟期产量和经济效益的影响

不结球白菜富含VC，是绝佳的人体VC来源。经PAW处理，不结球白菜的VC含量没有显著上升。原因可能是PAW中含有的活性氧引起了氧化应激反应，有一部分合成的VC参与到氧化应激中被消耗。

类黄酮是不结球白菜重要的次生代谢产物，能够预防心血管疾病，有一定的抑菌作用，还可以提高免疫。类黄酮含量在PAW处理后显著上升，黑塌菜上升了45.2%，黄玫瑰升高了51.2%。

研究表明，硝态氮累积量因作物种类、品种和器官不同而有显著差别，硝酸还原酶活性也因不同作物、器官而有较大差异[19]，同时也会随着外源含氮量的增加而有所提升，而叶片是硝酸盐还原的主要器官，植物吸收的硝态氮最终都要在叶片中还原同化为含氮有机物[20]。在本试验中，氮还参与了抗氧化酶的合成，来防御由活性氧引起的氧化应激[21]。

根系作为不结球白菜的主要吸收器官在植物整个生长发育期中发挥极其重要的作用。本试验的研究结果表明，PAW处理使得黑塌菜和黄玫瑰的根系活力分别提高了12.5%、17.2%。

3.4 PAW对不结球白菜抗逆性指标的影响

对于植物而言，质膜透性越小，抗逆性越强；MDA含量越低，抗逆性越强。

经PAW处理后，不结球白菜质膜透性和MDA含量较施用普通水都显著下降。说明PAW中含有的活性物质能够维持大分子功能的稳定，减少膜脂过氧化产物的积累，维持细胞膜系统的稳定。

抗氧化酶在能够呼吸的生物体中普遍存在。在植物中主要存在于能够进行光合、呼吸以及蛋白质合成的细胞器中，其酶促反应活性构成了机体抗氧化防御体系。

本试验结果表明，经PAW处理后，不结球白菜的抗氧化酶活性有所提升。黑塌菜的POD和CAT活性显著提高，黄玫瑰的POD活性显著提高，但2个品种不结球白菜的SOD活性没有显著提高。

综上所述，PAW处理能够促进不结球白菜的生长，提高产量和经济效益，同时改善品质，提高不结球白菜的抗逆性。