王珊珊， 王洪鳳， 丁新華， 耿全政， 張曉英

(1.山東蓬勃生物科技有限公司 山東泰安 271018； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東泰安 271018)

0 前言

生姜屬姜科多年生的草本宿根植物。我國(guó)是生姜的發(fā)源地，已有2 000多年的種植歷史，廣泛種植在我國(guó)中部、東南部等地區(qū)。生姜具辛辣味，常用作食品調(diào)料，同時(shí)因其具有解毒、祛濕驅(qū)寒、抗氧化、抗衰老、增加自身免疫能力等功能，被廣泛運(yùn)用到醫(yī)藥領(lǐng)域[1]。黃酮是生姜中主要的化學(xué)成分，是一種天然的抗氧化劑。作為藥材，生姜能大幅減輕自由基對(duì)人體細(xì)胞造成的傷害，具有防癌、抗癌等作用[2-3]；作為調(diào)味品，生姜塊莖中的蛋白質(zhì)、維生素C以及糖含量的變化對(duì)其風(fēng)味有影響，特別是對(duì)于姜塊的加工品質(zhì)和產(chǎn)品的口感影響較大[4]。

山東省是農(nóng)業(yè)大省，萊蕪生姜又是我國(guó)的優(yōu)良品種[5]，莖肥大、皮薄味美、新鮮潤(rùn)澤。與同類生姜相比，萊蕪生姜的維生素含量豐富，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值居全國(guó)首位[6]。生姜生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求量較大，但因種植者規(guī)范使用化肥的意識(shí)淺薄，大量甚至超量使用化肥，導(dǎo)致出現(xiàn)了土壤惡化、環(huán)境污染等問(wèn)題[7]，如磷肥施用過(guò)多，會(huì)導(dǎo)致維生素C、有機(jī)酸的含量降低，影響果蔬的品質(zhì)[8]；氮肥施用過(guò)多，可誘發(fā)植物病害[9]。

據(jù)報(bào)道，從野生沙棘分離、純化的內(nèi)生真菌宛氏擬青霉菌絲體中提取的超高活性物質(zhì)Paecilomycesvariotiiextracts，商品名為智能聰(ZNC)，具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)和根系發(fā)育、提高作物產(chǎn)量等作用[10]。該研究表明，ZNC質(zhì)量濃度為25 ng/mL時(shí)，對(duì)小麥萌發(fā)和生根有顯著的促進(jìn)作用，對(duì)葡萄也有顯著的促進(jìn)早熟作用。Wang等[11]的研究表明，ZNC與控釋尿素配施，能提高水稻對(duì)氮的吸收，增產(chǎn)率可達(dá)10%；與磷酸二銨混合施用后，可促進(jìn)玉米根系生長(zhǎng)，進(jìn)而顯著提高其產(chǎn)量[12]。此外，對(duì)黃瓜、馬鈴薯、茄子、煙草等作物，也有一定的促生作用[13]。

隨著食品、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的需求量不斷增加，生姜種植面積不斷擴(kuò)大。因種植者化肥規(guī)范使用意識(shí)的不強(qiáng)以及田間管理措施的不合理，大量甚至超標(biāo)使用化肥，對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)、土壤、環(huán)境造成了影響，嚴(yán)重威脅了生姜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此，在生產(chǎn)上，高品質(zhì)、高產(chǎn)量且不破環(huán)土壤和環(huán)境的種植理念越來(lái)越引起種植者的重視。雖然施肥過(guò)多有弊端，但生姜的高品質(zhì)、高質(zhì)量的可持續(xù)生產(chǎn)始終離不開(kāi)化肥的科學(xué)使用。ZNC作為內(nèi)生真菌提取物，在合適的濃度下能夠顯著促進(jìn)植物生長(zhǎng)且對(duì)土壤和環(huán)境無(wú)害。因此本文以萊蕪生姜為供試材料，研究真菌宛氏擬青霉菌發(fā)酵提取的ZNC對(duì)生姜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量、生長(zhǎng)特性以及產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，為ZNC的合理應(yīng)用及推廣提供科學(xué)依據(jù)，為生姜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展探求一條有效的經(jīng)濟(jì)途徑。

1 材料與方法

1.1 田間試驗(yàn)

1.1.1 供試作物與藥劑

供試作物為萊蕪生姜。供試藥劑為ZNC原液(5 mg/mL)，由泰安蓬勃生物科技有限公司提供。

1.1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)與日期

試驗(yàn)在山東省泰安市高新區(qū)天寶鎮(zhèn)天寶四村種植區(qū)進(jìn)行，試驗(yàn)日期為2020年5月1日至10月20日。

1.1.3 土壤性質(zhì)

供試土壤為棕壤土，肥力中等，土壤理化性狀見(jiàn)表1。

表1 供試土壤理化性狀

1.1.4 試驗(yàn)小區(qū)施肥情況

供試肥料：有機(jī)肥，w(N+P2O5+K2O)≥5%，w(有機(jī)質(zhì))≥45%，w(黃腐酸)≥5%，w(氨基酸)≥4%，施可豐化工股份有限公司；復(fù)合肥(硫酸鉀型)，N-P2O5-K2O=15-15-15，w(N+P2O5+K2O)≥45%，魯西化工集團(tuán)股份有限公司。

試驗(yàn)小區(qū)施肥情況：底肥，有機(jī)肥120 kg/畝(1畝=667 m2)、復(fù)合肥50 kg/畝；種肥，有機(jī)肥100 kg/畝、復(fù)合肥50 kg/畝。

1.1.5 試驗(yàn)藥劑處理

試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。用水將5 mg/mL的ZNC原液分別稀釋為10、25、50、100、200 ng/mL的ZNC溶液(處理1～5)，以噴施清水為空白對(duì)照(CK)。

具體噴施時(shí)期和次數(shù)：生姜定植時(shí)噴施1次，幼苗期噴施2次，旺盛生長(zhǎng)期噴施2次；用量為保證每株葉片都被藥液附著。

2020年5月1日播種，株距30 cm，行距70 cm。嚴(yán)格按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積108 m2，共18個(gè)。試驗(yàn)期間，不施用其他化肥。根據(jù)當(dāng)?shù)卦耘嗉夹g(shù)進(jìn)行管理，2020年10月20日進(jìn)行測(cè)產(chǎn)收獲。

1.2 生姜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與生物量測(cè)定

1.2.1 鮮干比

參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》(GB 5009.3—2016)中的方法進(jìn)行干質(zhì)量和鮮質(zhì)量測(cè)定，并計(jì)算鮮干比。

計(jì)算公式：鮮干比=鮮質(zhì)量(g)/干質(zhì)量(g)。

1.2.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與總黃酮含量

委托山東熠輝檢測(cè)技術(shù)有限公司測(cè)定了生姜中可溶性蛋白、可溶性糖、維生素C及總黃酮的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同噴施處理對(duì)生姜株高和主莖粗的影響

植物株高和莖粗是反映其長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，不同噴施處理的生姜株高和主莖粗見(jiàn)表2。

由表2可知，不同噴施ZNC處理對(duì)生姜的株高和主莖粗有一定的促生作用。在幼苗期，噴施ZNC處理的生姜株高、主莖粗均優(yōu)于CK處理的，分別增長(zhǎng)6.20%～24.09%、1.71%～14.71%；隨著生長(zhǎng)的進(jìn)行，到旺盛生長(zhǎng)期時(shí)，各噴施ZNC處理的生姜株高、主莖粗也優(yōu)于CK處理的，增長(zhǎng)率分別為10.87%～18.82%、0.88%～9.08%。雖然在旺盛生長(zhǎng)期噴施ZNC存在促生作用，但相對(duì)于幼苗期，促生作用稍有降低。

表2 不同噴施處理的生姜株高和主莖粗

不同噴施處理間對(duì)生姜株高、主莖粗的促生作用也存在差異。在幼苗期，處理4的促生效果最好，生姜的株高和主莖粗較CK處理的增長(zhǎng)率分別為24.09%、14.71%。在旺盛生長(zhǎng)期，處理4的促生效果優(yōu)于其他處理的，生姜的株高、主莖粗較CK處理的增長(zhǎng)率分別為18.82%、9.08%。顯然噴施ZNC后可提高生姜的株高、主莖粗，有利于其地上部的生長(zhǎng)及其同化器官的形成。

2.2 不同噴施處理對(duì)生姜分枝數(shù)的影響

根莖是生姜的產(chǎn)品器官，分枝數(shù)直接影響其產(chǎn)量[14]。不同噴施處理的旺盛生長(zhǎng)期生姜分枝數(shù)見(jiàn)表3。

表3 不同噴施處理的旺盛生長(zhǎng)期生姜分枝數(shù)

由表3可知，噴施ZNC后，可促進(jìn)生姜的分枝數(shù)增加，其中處理4的促分枝作用最明顯，分枝數(shù)最多，均值為11.67枝，相對(duì)于CK處理，增加率可達(dá)36.01%。因此，噴施ZNC后，可增加生姜植株的分枝數(shù)及其產(chǎn)量。

2.3 不同噴施處理對(duì)生姜生物量的影響

植株的鮮質(zhì)量與干質(zhì)量的比值能夠反映其含水量，體現(xiàn)植株的生命力，也可表示植株自身的蓄水能力。噴施ZNC后，生姜的鮮干比增加，表明ZNC可促進(jìn)生姜體內(nèi)含水量的增加，進(jìn)而通過(guò)提高生姜生物量的累積來(lái)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)(見(jiàn)圖1)。

2.4 不同噴施處理對(duì)生姜品質(zhì)的影響

2.4.1 總黃酮含量

不同噴施處理的塊莖中總黃酮含量見(jiàn)表4。

表4 不同噴施處理的塊莖中總黃酮含量

由表4可知，噴施ZNC后，塊莖中總黃酮含量增加，其中處理3的增加率最大，為46.15%。

2.4.2 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量

不同噴施處理的塊莖中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量見(jiàn)圖2。

由圖2可知，在適宜的濃度范圍內(nèi)，噴施ZNC可提高塊莖中可溶性糖、維生素C、可溶性蛋白的含量，對(duì)提高生姜品質(zhì)起較大作用。

2.5 不同噴施處理對(duì)生姜產(chǎn)量的影響

不同噴施處理的生姜產(chǎn)量見(jiàn)表5。

表5 不同噴施處理的生姜產(chǎn)量

由表5可知，噴施ZNC后，各處理的產(chǎn)量均顯著高于CK處理的，其中處理4的增產(chǎn)效果最明顯，小區(qū)產(chǎn)量為281.63 kg，與CK處理的相比增產(chǎn)率為59.60%。

3 討論

植物的生長(zhǎng)過(guò)程往往與外界因素有關(guān)，營(yíng)養(yǎng)不足或過(guò)剩、病蟲(chóng)害的發(fā)生都會(huì)影響植物的正常生長(zhǎng)發(fā)育及其產(chǎn)量、品質(zhì)，給相關(guān)產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)嚴(yán)重威脅。通過(guò)ZNC參與植物生長(zhǎng)多個(gè)代謝途徑，如誘導(dǎo)生長(zhǎng)素、赤霉酸等植物內(nèi)源激素的增加，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，進(jìn)而提高根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力；提高植物對(duì)氮、磷的吸收，促進(jìn)氮、磷相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)酶如谷氨酰胺合成酶等的合成，從而對(duì)植物吸收的營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)和同化[15]。

3.1 ZNC對(duì)生姜植株生長(zhǎng)及干物質(zhì)積累的影響

王慶彬等[16]、曹娟[17]、郭梅燕等[18]的研究表明，施加ZNC對(duì)玉米、馬鈴薯、煙草生長(zhǎng)及干物質(zhì)積累有較大的促進(jìn)作用，取得了增產(chǎn)效果。

徐坤[19]的研究發(fā)現(xiàn)，生姜幼苗期土壤氮含量的增加，提高了葉片的光合速率，可促進(jìn)生姜植株的生長(zhǎng)及生物量積累；但在旺盛生長(zhǎng)期，過(guò)多的氮肥不利于生姜生長(zhǎng)，植株生物量合成也稍有下降。本試驗(yàn)的結(jié)果表明，不同質(zhì)量濃度的ZNC在生姜的不同生長(zhǎng)期噴施，對(duì)株高、莖粗、分枝數(shù)的促生作用均高于CK處理的；但在旺盛生長(zhǎng)期，對(duì)株高、莖粗、分枝數(shù)的促生作用稍低于幼苗期的，這與徐坤[19]的研究結(jié)果相似，可能是因?yàn)椴煌|(zhì)量濃度的ZNC噴施后，導(dǎo)致生姜植株對(duì)氮素的吸收量增加，過(guò)量的氮素影響了旺盛期生姜的生長(zhǎng)。李錄久等[20]的研究表明，合理的施磷量能夠有效促進(jìn)生姜莖、葉的生長(zhǎng)及生物量的積累，施用適宜質(zhì)量濃度的ZNC促進(jìn)生姜植株吸收適量的磷素，有利其生長(zhǎng)，與本研究結(jié)果相似。

3.2 ZNC對(duì)生姜塊莖品質(zhì)的影響

姜的生長(zhǎng)過(guò)程需要營(yíng)養(yǎng)全面，缺少某種元素，不僅影響其生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量，而且根莖中碳水化合物、維生素C、蛋白、黃酮類等營(yíng)養(yǎng)成分的含量也明顯降低，影響生姜的口感及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

曹娟[17]研究發(fā)現(xiàn)，施用不同質(zhì)量濃度的ZNC可以提高馬鈴薯塊莖的可溶性糖、可溶性淀粉、維生素C等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，通過(guò)田間試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與不施用ZNC相比，1 ng/mL ZNC處理的維生素C和可溶性糖含量增加率達(dá)到最高，10 ng/mL ZNC處理的可溶性蛋白和還原糖含量增加率達(dá)到最高。郭梅燕等[18]的試驗(yàn)表明，噴施質(zhì)量濃度500 ng/mL的ZNC處理煙草植株后，可顯著提高煙草葉片內(nèi)總糖和還原糖的含量。本研究發(fā)現(xiàn)，與CK處理相比，處理2的生姜塊莖中可溶性糖含量最高，處理3的維生素C、可溶性蛋白、總黃酮含量最高。

施用適宜質(zhì)量濃度的ZNC后均能提高各類蔬菜營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量，可能是因?yàn)閆NC能夠改善土壤環(huán)境，增強(qiáng)植物根系對(duì)各種營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，促進(jìn)光合作用和碳水化合物的形成，從而提高了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量。

綜合前人研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的蔬菜需要的ZNC有效質(zhì)量濃度不同，可能與蔬菜類型及其品種、土壤及施肥情況、栽培管理措施等有關(guān)。雖然不同質(zhì)量濃度的ZNC效果有差異，但研究均表明，適量施用有效質(zhì)量濃度的ZNC可以顯著提高各類蔬萊的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

3.3 ZNC對(duì)生姜產(chǎn)量的影響

關(guān)于ZNC對(duì)作物產(chǎn)量的影響,國(guó)內(nèi)已有研究報(bào)道。王慶彬等[16]、曹娟[17]、郭梅燕等[18]、王曉琪等[10]的研究表明，對(duì)玉米、馬鈴薯、煙草、水稻等作物施加ZNC，均表現(xiàn)為在適宜質(zhì)量濃度范圍內(nèi)可顯著提高作物產(chǎn)量，但質(zhì)量濃度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致作物產(chǎn)量增加不明顯甚至降低。田間試驗(yàn)結(jié)果表明，噴施質(zhì)量濃度為100 ng/mL的ZNC時(shí)，對(duì)生姜的促產(chǎn)效果最好，小區(qū)產(chǎn)量為281.63 kg，較CK處理的增產(chǎn)59.60%。本試驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果存在差異，可能是因?yàn)樽魑锉旧硪蛩貙?dǎo)致所選擇的ZNC有效質(zhì)量濃度不同。試驗(yàn)初步探究了ZNC對(duì)于生姜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，但關(guān)于ZNC調(diào)控生姜生長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收的作用機(jī)理尚未明確，還需要進(jìn)一步的探討。

4 結(jié)語(yǔ)

噴施質(zhì)量濃度為10～100 ng/mL的ZNC可有效提高生姜的產(chǎn)量和質(zhì)量，增大經(jīng)濟(jì)收益。選擇有效質(zhì)量濃度的ZNC處理后，可以促進(jìn)作物對(duì)土壤氮、磷肥的利用，進(jìn)而促進(jìn)作物的健康生長(zhǎng)，此外還可避免出現(xiàn)過(guò)量施氮、磷肥造成的土壤和環(huán)境惡化問(wèn)題，為生姜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了一條綠色且經(jīng)濟(jì)有效的途徑。