叶面喷施钙肥对生菜品质及干烧心的影响

摘要：钙是影响生菜生长和品质的重要元素。为促进人工光植物工厂中生菜生长，降低生菜干烧心的发生率，本试验以“意大利”生菜为试材，采用营养液培养法，设置4个氯化钙浓度处理，分别为0（CK，清水对照）、0.5%（T1）、1.0%（T2）、1.5%（T3），研究叶面喷施不同浓度氯化钙溶液对生菜品质以及干烧心的影响。结果表明，与对照（CK）相比，T2处理即喷施氯化钙浓度为1%时更有利于生菜的生长、形态发育和各项品质指标的提升，其中维生素C、可溶性蛋白、叶绿素含量在所有处理中最高。喷施氯化钙溶液推迟生菜干烧心的发病时间，降低干烧心的发生率以及严重程度，改善生菜干烧心效果显著，但氯化钙浓度达到1.5%时部分品质指标会出现下降。从隶属函数法综合评价结果看出，T2处理即氯化钙浓度为1%时生菜品质提升幅度最大，且显著缓解植物工厂内生菜干烧心的发病情况。

关键词：生菜；氯化钙；植物工厂：叶面喷施；干烧心

中图分类号：S636.9 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2024） 08-0110-07

生菜（Lactuca sativaL．）是人工光植物工厂广泛种植的一种代表性蔬菜。植物工厂内水培生菜不受季节限制，生长周期短、品质高且无连作障碍，清洁无污染，深受人们喜爱。然而植物工厂内水培生菜烧心率高，品质达不到人们预期，引起学者的广泛关注。

近年来为了探究植物工厂内生菜干烧心的发病机制，降低其发病率，国内外学者在品种、营养液和环境因素（风速、湿度、和光）等方面进行过大量研究。相关研究表明，干烧心和生菜品质低的一个重要原因是新生组织对钙有很高的需求，适宜的生长环境使得生长速度较快的生菜新生叶片中钙离子得不到及时补充，从而引起由钙缺乏而导致的生菜干烧心病的发生。

在植物生长必需的营养元素中，钙的需求量仅次于氮、磷和钾。钙是细胞壁和胞间层的重要组成部分，能够维护细胞膜的完整性，增强植株的抗逆性，对碳水化合物和蛋白质的合成过程以及植物体内生理活动的平衡等，都起着重要作用。植物工厂内由于植株生长环境都由机器设备精准控制，这加快了植株的生长速度，根系对钙的吸收也相应增加。根尖是植物吸收钙的主要部位，营养液中的游离钙离子易与硫酸根离子、水溶性磷离子形成沉淀，降低钙的有效性。新生叶片出现钙缺乏，会导致细胞壁不能形成，影响细胞组织的分生，在症状上表现为幼嫩心叶变黄，叶片边缘皱缩、褪绿，叶尖枯黄，引起细胞膜、细胞壁结构和功能的破坏，从而影响其外观品质、口感和商品价值，阻碍植株的正常发育，降低植物工厂的经济效益。

植物工厂中引起生菜干烧心的原因有很多，但根本原因是钙缺乏。为了降低植物工厂内生菜干烧心的发病率，本试验采用叶面喷施不同浓度氯化钙溶液方式补充生菜幼嫩心叶的钙含量，分析其在促进生菜生长、提高产量和改善品质上的效果，以期为防止生菜干烧心的发生和提高生菜品质提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与育苗

供试品种选用“意大利”生菜，于2022年9月20日播种。在人工光植物工厂内将圆孔海绵放入盛水的塑料托盘中反复挤压令其完全浸透，选取饱满的种子置于海绵块中心圆孔，将播好种的托盘放置在暗处经过48 h加速催芽，种子“露白”后将其置于栽培架上育苗13 d。育苗期间光照由白光LED灯提供，光周期为14 h（光）/10 h（暗），光照强度为200 μmol·m-2·s-1。采用国家蔬菜工程技术研究中心研发的营养液（pH值6.0+0.5;EC值1.50+0.10 mS·cm-1）培养。育苗完成后，于10月5日定植于六孔苗盘中。

1.2 试验设计

试验在北京市农林科学院蔬菜研究所（116°29＇E，39°94＇N）的人工光植物工厂水培系统中进行。定植区光照条件同育苗期，采用国家蔬菜工程技术研究中心研发的营养液。室内温度恒定为22℃，湿度80%，CO2浓度为1 800 μmol·mol-1，营养液温度为20℃。设置4个氯化钙浓度处理，分别为0（CK，清水对照）、0.5％（T1）、1.0％（T2）和1.5％（T3），每处理定植30棵。定植4d后叶面喷施氯化钙溶液，之后每隔4d喷施一次，整个生长期共喷施4次。喷施量以叶片挂满水滴但不掉落为准。10月5日第一次测定生长指标，之后每隔4d测定一次。10月25日采收，统一测定生菜品质指标。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长指标

每隔4d用直尺测量株高、叶长、叶宽和冠幅，观察喷施钙肥溶液对植株生长的影响，用天平称取地上部、地下部鲜重，并分别统计各处理生菜的干烧心情况，因钙肥处理对采收前植株无明显不良影响，因此形态和生长指标分析只用最后一天（2022年10月25日）采收时的数据。生菜植株鲜样称取叶片和根系鲜重后放人烘箱中105℃杀青1h，然后再75℃烘干至恒重称干重。每处理重复3次。

1.3.2 品质指标

维生素C含量测定采用2，6-二氯靛酚滴定法，可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝染色法，硝酸盐含量测定采用水杨酸法。

1.3.3 生理指标

生菜总酚含量测定采用紫外可见分光光度法（NY/T 1600-2008），黄酮含量测定采用紫外可见分光光度法，根系活力测定采用TTC法，叶绿素含量测定采用95%乙醇浸提法。

1.3.4 干烧心指标计算方法如下：

总干烧心株数：每个处理的干烧心病害总株数：

单株最多干烧心叶片数：每处理所有干烧心病株中单株干烧心叶片数最大值：

病株平均干烧心叶片数：处理总干烧心叶片数／处理干烧心病株数。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2013和SPSS 26.0软件进行数据统计分析与作图。采用模糊隶属函数法建立模型，对生菜叶片品质指标数据进行标准化处理，用得到的结果建立矩阵并结合各指标的权重系数得到各指标最终的隶属函数值。权重系数根据生菜评价标准及相关文献确定，见表1。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施氯化钙对生菜形态和生长的影响

由表2可以看出，T1处理株高最高，显著高于CK，和其余处理差异不显著。T2处理叶长、叶宽、叶片数高于其他处理，其中叶长差异不显著，叶宽显著高于CK和T3处理，冠幅显著高于其他处理，比对照高出25.83％，叶片数显著多于CK。综合得出，喷施1%氯化钙更有利于生菜的形态发育。

从表3中可以看出，生菜单株叶片鲜重、根系鲜重、叶片干重均随着氯化钙喷施浓度增加呈先增加后减少趋势。T1处理单株叶片鲜重最大，为76.09 g，比CK显著高出37.84%，之后随浓度增加叶片鲜重逐渐降低，但仍高于CK，T2、T3比CK分别高出35.89%和10.56%。叶片干重和叶片鲜重的变化趋势一致，T1处理叶片干重最大，为3.32 g，比CK高出26. 24%，T2、T3比CK分别高出25 .09%和6.08%。各处理单株根系鲜重、叶片干重、叶片干鲜比差异均不显著。

2.2 叶面喷施氯化钙对生菜品质的影响

从表4中可以看出，生菜维生素C和可溶性蛋白含量随着氯化钙喷施浓度的增加呈先增加后减少趋势，且不同浓度各处理都显著高于CK。T2处理维生素C含量最高，100 g生菜中含量为27.15mg，比CK、T1、T3分别高出39. 45%、27. 05%和16.47%。可溶性蛋白含量和维生素C的变化趋势一致，也是T2处理含量最高，为6.11 mg·g-1，比CK、T1、T3分别高出57.07%、27. 82%和5.89%。不同浓度氯化钙处理间可溶性糖含量没有显著差异。生菜硝态氮含量随着氯化钙浓度的增加而增加，T3处理含量最高，为4 635.98 mg·kg-1，比CK、T1、T2分别高出23.27%、8.38%和4.03%。

2.3 叶面喷施氯化钙对生菜根系活力及总酚、类黄酮含量的影响

2.3.1 对生菜根系活力的影响

从表5中可以看出，生菜根系活力随着氯化钙喷施浓度的增加呈先升高后降低趋势，各处理根系活力均显著高于CK。T2处理生菜根系活力最大，为442.55μg.g-1·h-1，比CK、T1、T3分别高出49. 68%、11.01％和17.93％。各处理根系活力表现为：T2＞T1＞T3＞CK。

2.3.2 对生菜总酚含量的影响

从表5中可以看出，生菜总酚含量随着叶面喷施氯化钙浓度的增加呈现先升高后降低趋势，各处理叶内总酚含量均显著高于CK。T2处理生菜总酚含量最高，为4.68 mg·g-1，比CK、T1、T3分别高出17.68％、10. 17％和8.14％。各处理总酚含量表现为：T2＞T1＞T3＞CK。

2.3.3 对生菜类黄酮含量的影响

从表5中可以看出，生菜类黄酮含量随着叶面喷施氯化钙溶液浓度的增加呈先升高后降低趋势，各处理叶内类黄酮含量均显著高于CK。T2处理类黄酮含量最高，为0.405 mg/g，比CK、T1、T3分别高出81.80%、7.05％和6.86％。各处理总酚含量表现为：T2＞T3＞TI＞CK。

2.4 叶面喷施氯化钙对生菜叶绿素含量的影响

从表6中可以看出，生菜叶绿素a和总叶绿素含量随着叶面喷施氯化钙溶液浓度的增加呈先升高后降低趋势，各处理叶绿素a和总叶绿素含量均显著高于CK。T2处理生菜叶绿素a含量最高，为0. 48mg·g-1，比CK、T1、T3分别高出50.00％、23 .08％和6.67％。各处理叶绿素a含量表现为：T2＞T3＞T1＞CK。T2处理生菜总叶绿素含量最高，为0. 64 mg·g-1，比CK、T1、T3分别高出30.61%、16.36％和6.67％。生菜类胡萝卜素含量T1、T2、T3处理间差异不显著，但均显著高于CK。

2.5 叶面喷施氯化钙对生菜钙离子含量的影响

由图1可以看出，生菜叶钙离子含量随着叶面喷施氯化钙溶液浓度的增加呈增加趋势，各部位叶片钙离子含量表现为外叶＞中叶＞内叶。T3处理内叶钙离子含量最高，为35.30 pg·mL-1，比内叶CK、T1、T2分别高出44. 14%、13. 61%和8.01％。T3处理中叶钙离子含量也最高，为82.66pg·mL-1，比中叶CK、T1、T2分别高出100.09％、48.16%和21. 51％。T3处理外叶钙离子含量最高，为107.88 pg·mL-1，比外叶CK、T1、T2分别高出63.50％、18.56％和10. 16％。

2.6 叶面喷施氯化钙对生菜干烧心的影响

从表7中可以看出，叶面喷施不同浓度氯化钙溶液对生菜干烧心病情的影响有显著差异，CK总干烧心株数为20株，占总株数的66.7%，单株最多干烧心叶片数为8片，病株平均干烧心叶片数为3.78片。随着氯化钙喷施浓度增加干烧心病情呈降低趋势，与生菜钙离子含量呈正相关。T2处理干烧心株数降为6株，继续增大喷施浓度到1.5%时干烧心病情的缓解效果减弱。

由图2可以看出，叶面喷施氯化钙溶液对生菜干烧心病情有明显的缓解作用，CK生菜第一次出现烧心病害是在10月15日，喷施氯化钙处理推迟到10月20日。试验记录的最后一天即10月30日，CK、T1、T2、T3处理的干烧心株数分别为20、10、6株和6株，T2、T3总干烧心株数均比T1、CK分别下降70％和40％。

2.7 生菜干烧心和叶片钙离子浓度的相关性分析

对内叶钙离子浓度、中叶钙离子浓度、外叶钙离子浓度和干烧心株数4个参数进行相关性分析，结果（表8）显示，生菜内叶钙离子浓度、中叶钙离子浓度、外叶钙离子浓度与干烧心株数均呈极显著负相关。

2.8 不同氯化钙浓度处理生菜品质的综合评价

表9为不同氯化钙浓度处理品质指标的隶属函数值以及最终排名结果。T2处理即氯化钙浓度为1%时隶属函数值最高，生菜品质最好，排名第一；T3处理即氯化钙浓度为1.5%时、T1处理即氯化钙浓度为0.5%时生菜品质较好，分别列第二位和第三位；CK生菜品质差。

3 讨论与结论

钙是植物生长发育必需的中量元素，除了作为第二信使参与植物对环境、激素信号的多种反应，同时在形成细胞壁和维持细胞膜、细胞壁结构及正常功能等方面也不可缺少。钙离子促进植物无机氮的吸收和叶绿素的合成。本试验中，叶面喷施不同浓度的氯化钙溶液后生菜的形态出现差异，T2处理即氯化钙浓度为1%时生菜叶长、叶宽、叶片数的值高于其他处理，且冠幅显著高于其他处理：T1、T2处理叶片鲜重、根系鲜重、叶片干重高于其他处理，这与前人的研究结果一致。在人工光植物工厂内水培环境下，营养液提供给植物吸收的元素为离子状态，其中钙离子浓度不足或浓度过高都会影响植株的正常生长发育，导致细胞坏死。前人研究表明，低钙环境下生菜和大白菜的烧心更为严重。外源钙的喷施浓度过高可能会堵塞番茄植株叶片气孔，影响气孔导度，同时过多的钙离子会使胞内钙离子浓度过高，造成盐胁迫影响植株生长发育。

本研究表明，喷施适当浓度的氯化钙溶液可以提升生菜的营养品质，这在番茄、大白菜、水稻等作物上均有体现。维生素C是衡量生菜营养的重要指标之一，其参与抗坏血酸谷胱甘肽循环系统清除活性氧。总酚和类黄酮等酚类物质是植物体内重要的次生代谢产物，能够清除自由基，提高植物的抗氧化能力。喷施氯化钙溶液后生菜的黄酮以及总酚类物质含量增加，清除了部分活性氧，使生菜维生素C含量升高：当溶液浓度升高达1.5%时，维生素C含量则下降，这可能与清除活性氧消耗有关。氯化钙的施人，调节了营养液中的氮钙比例，促进了根系对氮素的吸收与运转。适当浓度的氯化钙溶液能提升根系活力，促进可溶性蛋白合成，随着溶液浓度增加其呈先升高后降低趋势。适当浓度钙元素的添加可以提高番茄、莴苣等作物的叶绿素含量。本研究中，生菜叶绿素含量随着氯化钙浓度的增加呈先升高后降低趋势，这与上述前人研究结果一致。

植物工厂中适宜的生长环境使得生菜生长速度加快，根系如果不能满足新生细胞壁形成对钙离子的需求，就会导致细胞坏死，产生烧边症状，同样的症状也出现在大白菜和西瓜上。本试验中，叶面喷施不同浓度的氯化钙溶液后生菜新叶的钙离子含量显著增加，干烧心的发病率显著降低，干烧心初次发病时间也明显推迟。表明叶片钙含量与干烧心的发生呈负相关。钙在植物体内不易转移和循环再利用，喷施氯化钙后，内叶的钙离子含量得到提升，说明根系为新生组织提供了更多的钙离子，直接提升叶片的钙离子含量，从而推迟干烧心的发病时间，降低干烧心的发生率以及严重程度。

综上所述，在人工光植物工厂的水培生菜生产中，叶面喷施氯化钙溶液可以提升生菜株高、叶长、叶宽、冠幅各形态指标和营养品质，同时有效缓解干烧心的发生程度，推迟其发生时间，提高生菜的外观品质和商品价值，以喷施氯化钙浓度为1%时效果最好，当溶液浓度达到1.5%时部分品质指标会下降。从隶属函数法综合评价结果也看出，T2处理对生菜品质的提升幅度最大，居第一位，因此叶面喷施1.0%氯化钙溶液是有效缓解植物工厂内生菜干烧心的最好方法。

基金项目：北京市农林科学院青年科研基金项目（QNJJ202248）；北京市农林科学院科技创新能力建设专项（KJCX20210402）；北京市 农林科学院蔬菜研究中心改革与发展项目（KYCX202001 - 03．KYCX202306）：北京市种质创制和品种选育联合攻关项目（G20220628003）；财政部和农业农村部：国家现代农业产业技术体系项目（CARS-24-B -02）