聚-γ-谷氨酸改善贛南紐荷爾臍橙品質的研究

黃素嬋，謝金長，嚴翔，方貽文，姜玲*

（1.華中農業大學園藝林學學院，國家果樹脫毒種質資源室內保存中心，湖北武漢 430070；2.贛州市柑桔科學研究所，江西贛州 341000）

聚-γ-谷氨酸改善贛南紐荷爾臍橙品質的研究

黃素嬋1，謝金長1，嚴翔2，方貽文2，姜玲1*

（1.華中農業大學園藝林學學院，國家果樹脫毒種質資源室內保存中心，湖北武漢 430070；2.贛州市柑桔科學研究所，江西贛州 341000）

聚-γ-谷氨酸（γ-PGA，以下簡稱PGA）是一種天然的水溶性聚合氨基酸，具有生物可降解性、對人體和環境無毒害等優點。本試驗開展了PGA對江西贛南紐荷爾臍橙外觀和內在品質影響的研究。實驗結果表明：（1）PGA能顯著提高紐荷爾臍橙的單果重，增幅可達17.26%～19.13%，春肥施用時添加100mg/L的PGA灌根，能夠使紐荷爾臍橙單株產量提高；（2）PGA可以加快紐荷爾臍橙果實的縱向生長，增加可食率，以春肥和壯果肥都施用200mg/L的PGA灌根效果明顯；（3）PGA對可溶性固形物有一定的影響，紐荷爾臍橙試驗中春肥和壯果肥都添加200mg/L PGA灌根可增加可溶性固形物0.6%；PGA處理降低了紐荷爾臍橙的有機酸，可以增大固酸比，以春肥和壯果肥都施用200mg/L PGA灌根效果最明顯，可滴定酸含量分別降低15.6%和11.8%，果實大小均，表面光滑。

紐荷爾臍橙；聚-γ-谷氨酸；果實品質；肥料增效劑

我國是一個農業大國，化肥作為農業持續發展的物質保證和糧食增產的基礎，是發展我國農業的關鍵所在。世界農業發展的實踐證明，化肥施用是最快、最有效、最重要的農業增產增收措施，但是，我國化肥利用率很低，美國等一些發達國家的化肥利用率約為50%～60%，而我國僅為35%左右，磷肥當年利用率僅為10%～20%，鉀肥為35%～50%。聚-γ-谷氨酸（γ-PGA，以下簡稱PGA）是通過微生物發酵產生的高分子聚合物，可以提高肥料利用率，減少環境污染，作為肥料增效劑作用極其顯著。高分子肥料增效劑能與肥料中的養分離子結合，可以有效富集養分和調節酶活性，促進根系對養分的吸收，減少肥料流失和對環境造成的負面影響，來提高化肥利用率[1]。這一類聚合物，如：聚丙烯酸[2]、聚天冬氨酸[1]、聚-γ-谷氨酸（PGA）[3,4]等，以其添加量少、使用成本低、促進植物生長效果明顯等優點而頗受重視[5]。其中PGA及其衍生物具有良好的水溶性，超強的吸附性，能徹底被生物降解，無毒無害，可以食用等性質，可作為諸如保水劑、增稠劑、絮凝劑、重金屬吸附劑、肥料緩釋劑及藥物載體等的原料，在農業、食品、醫藥、化妝品、環保、合成纖維等領域具有廣闊的應用前景[6-8]。

柑橘是典型的亞熱帶常綠果樹，周年多次抽梢和發根，且掛果時間長，其生長和結果需要大量礦物質養分，大量的研究表明施肥對農作物產量和品質有著重要的影響。紐荷爾臍橙（Newhall navel orange）是中國柑橘類品種的重要栽培和推廣品種，但產品品質卻參差不齊。而果實品質是由外觀品質和內在品質構成的。外觀特性主要包括果實的大小、形狀、果皮色澤、果皮粗細及群體整齊度、果皮厚度等；內在品質主要包括果汁量、種子數量、糖酸度、質地、維生素C、蛋白含量及風味等。現代柑橘栽培管理中，施肥水平和方式對柑橘品質會產生影響，因此，肥料問題越來越受到大家的關注。本試驗旨在研究開展肥料增效劑PGA對紐荷爾臍橙品質的影響，并對應用效果做出客觀的評價，發掘PGA作為肥料增效劑對柑橘類水果品質改良的重要作用。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2009～2010年在贛州市柑桔科學研究所臍橙園開展。試材為枳砧紐荷爾臍橙（Citrus sinensis Osbeck cv.Newhall），1996年定植，試驗樹栽植規格為株行距3m×4m，土壤和栽培管理條件一致。PGA增效劑，液態；PGA增效復合肥，在復合肥生產過程中均勻添加了0.03%的PGA，均由華中農業大學農業微生物國家重點實驗室提供。其它試驗肥料，如：油桐枯餅肥、尿素（九江石化生產）、45%復合肥（湖北洋豐公司生產），在江西省贛州市購買。

1.2 試驗設計

試驗共設3個處理及1個對照，具體施肥方案見表1，每處理小區選長勢相對一致10株樹，3次重復，隨機排列。實驗方案：基肥全部采用油桐枯餅肥5kg/株＋鈣鎂磷肥1.5kg/株，采用樹盤撒施；在施用春肥、壯果肥、攻秋梢肥時，分別加入不同劑量的PGA增效劑，將PGA增效劑水溶液均勻澆灌在土壤中（根系主要分布區），盡量澆灌均勻。處理Ⅰ、處理Ⅱ是在施肥的過程中把PGA與其他肥料一塊施用，處理Ⅰ中PGA濃度為100mg/L，處理Ⅱ中PGA濃度為200mg/L；而處理Ⅲ是提前將PGA均勻噴灑到復合肥中制成一種肥料然后使用。試驗進行2年（2009～2010）。

表1 試驗設計

1.3 數據調查和分析

數據調查在每年的11月下旬果實成熟期進行，將隨機選取的不同處理小區3株樹的全部果實采下，按果實大小（橫徑D）區分商品果數量（橫徑70～95mm）與等外果數量，并分別稱重，計算果實產量和單果重量，取平均值；每株樹隨機抽取20個商品果測量其縱徑H（由果頂端至蒂端）和橫徑D（赤道面的切斷面直徑），計算果形指數（縱徑/橫徑），所得數據取平均值；將處理小區隨機抽取20個商品果帶回實驗室，測定可食率、果皮厚度、可溶性固形物、可滴定酸[12]、維生素C含量[13]及果皮色差、果肉色差。數據處理采取SAS軟件中ANOVA過程作不同時期處理間差異顯著性測定，并用鄧肯氏新復極差法（SSR）作各時期間多重比較，采用Excel作圖。

果皮厚度：用游標卡尺測量果實赤道面的切斷面部位果皮的厚度（cm）。

可溶性固形物：用手持式測糖儀進行測定。

可滴定酸：氫氧化鈉中和滴定法測可滴定酸含量。

維生素C含量：采用2,6-二氯靛酚滴定法測定。

果皮色差、果肉色差：用色譜分析儀測定。

可食率（%）：采用稱重的方法，計算公式見式（1）。

2 結果與分析

2.1 PGA對產量的影響

表2顯示的是試驗期間各處理商品果與產量的情況。由表可知，2009年施用了PGA的處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，掛果總數均高于未施用PGA的CK，其中以處理Ⅲ掛果最多，達到了284個；處理Ⅰ次之，為276個；處理Ⅱ為248個；CK（對照）僅為204個。商品果數量，以處理Ⅰ最多（227個），以下依次為處理Ⅲ、處理Ⅱ、CK，3個施用了PGA的處理間無顯著性差異，CK僅有151個商品果，處理Ⅰ與CK之間呈顯著性差異。商品果率仍以處理Ⅰ最高，達83.3%，處理Ⅲ最低（71.4%），可能與其結果量大有一定關系，但4個處理間無顯著性差異。臍橙單株的平均產量，以處理Ⅲ最高，處理Ⅰ次之，CK最低，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之間無顯著性差異，但處理Ⅰ、Ⅲ與CK呈顯著性差異。

2010年由于贛南遭受了2次嚴重的倒春寒災害，對當年的試驗結果造成了嚴重的影響，各處理間指標無顯著性差異。從2009年的試驗結果來看，PGA能夠起到增加臍橙產量的作用。

2.2 PGA對外觀品質的影響

2.2.1 施用PGA對果實大小、果皮厚度和可食率的影響

PGA會對臍橙果實大小、果皮厚度和可食率產生明顯的影響（見表3，見下頁）。對消費者來說果形是果實最直觀的體現，對消費趨勢有一定的影響。從表中數據可知，處理Ⅰ中紐荷爾臍橙果實縱徑和橫徑明顯高于對照，果實明顯增大，差異極顯著。果皮厚度，處理Ⅱ最高，CK最低，處理Ⅰ、Ⅱ與CK（對照）之間呈極顯著差異水平，這對于減輕臍橙裂果、增強果實的貯、運能力有極大幫助。施用PGA肥料增效劑顯著增厚果皮的同時，果實的可食率明顯提高，從數據可知，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的可食率比CK分別提高了8.01%、8.01%和6.45%，其可食率均極顯著高于CK。

表2 PGA對臍橙產量的影響

表3 PGA處理對臍橙果實外觀品質的影響

2.2.2 PGA對單果重的影響

果實大小是評定果實品質的重要因素，把它作為劃分果實等級的標準，研究表明：在同一批甜橙果實中，中等大小的果實其營養狀況良好，發育最充實，營養物質含量最高。由表3可知，處理Ⅰ和處理Ⅱ平均單果重比CK分別增加了19.13%、17.26%，與CK呈現極顯著差異；而處理Ⅲ單果重降低了，可能與PGA含量不足有關。

2.2.3 PGA對果皮顏色的影響

L值、a值、b值是當前最普遍的衡量物體顏色的指標之一。其中，L值（亮度）越大表示所測樣品的表面越亮；a值（紅綠色差），其正值為紅色，負值為綠色，絕對值越大紅色或綠色越深；b值（黃藍色差），其正值為黃色，負值為藍色，絕對值越大，黃色或藍色越深。C值為色飽和度，表示顏色的彩度，其值越大，顏色越純。由表3和圖1可知，各處理果皮的L、a、b和C值均為正值，表示果面為橙黃色。經統計學分析可知，處理Ⅰ果皮色差值a比CK高出38.90%，紅色值增加。果皮的L值變化不大，處理Ⅰ略高于CK。果肉色澤a值，4個處理均為低負值，表明果肉中沒有顯紅色的花青素類物質，其中以CK數值最小，處理Ⅰ數值最大；4個處理果肉色澤b值均為正值，表明果肉顏色為黃。同時，從圖1可以發現，紐荷爾臍橙經過PGA處理后（圖1B、C、D），果實大小均勻，整齊度好，果實表面的油胞較細膩，果面光澤度高，優質果率提高，與對照相比果實外觀品質提升明顯，深受消費者喜歡。

圖1 各處理贛南紐荷爾臍橙的效果圖

2.3 PGA對贛南臍橙果實內在品質的影響

2.3.1 PGA對果實可溶性固形物和可滴定酸含量的影響

施用PGA肥料增效劑，會對臍橙果實內在品質的一些指標有一定的影響，臍橙汁中除了含大量可溶性糖外，還有多種可溶性物質。研究指出在臍橙汁中，糖占到可溶性固形物的85%左右，其它包括有機酸、氨基酸、維生素、無機鹽、類胡蘿卜素、葉黃素以及其它揮發性物質。雖然PGA處理對可溶性固形物沒有顯著性差異表現，但是，PGA處理后與CK相比，可溶性固形物含量（TSS）皆有所提高（見表4）。施用PGA肥料增效劑的3個處理，TSS均高于對CK，與對照相比，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的TSS分別增加了0.60%、2.72%、1.45%，果實更甜，但各處理間無顯著性差異；果實可滴定酸（TA）含量均下降，處理Ⅰ、處理Ⅱ、處理Ⅲ的固酸比（TSS/TA）均與CK之間呈極顯著性差異，果實的風味更濃，這3種施用了PGA增效劑的處理之間差異不顯著。

表4 PGA處理對臍橙果實內在品質的影響

2.3.2 PGA對果實VC含量的影響

施用PGA肥料增效劑的處理果實VC含量均高于對照（見表4），其中以處理Ⅱ最高，達52.39mg/100mL，處理Ⅰ、處理Ⅱ次之，CK最低，處理Ⅱ果實VC含量與CK之間呈極顯著性差異，而施用了PGA肥料增效劑的3個處理之間無顯著差異。因此推斷，PGA可顯著提高臍橙果實VC含量。處理Ⅲ的果實VC含量略高于與CK而無顯著差異，可能是其中PGA混勻工藝還沒有達到均勻混合的技術要求，有部分肥料中PGA的含量不夠充足的原因造成。

2.3.3 PGA對果實還原糖和蛋白質含量的影響

由表4可知，PGA處理后還原糖含量明顯提高，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ臍橙果實中的還原糖含量分別比CK高出8.03%、15.16%和12.31%；PGA處理后蛋白質含量也都升高了，處理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ果實中的蛋白質含量比CK分別高出了3.15%、3.83%和3.83%。因此說明施用PGA后，果實營養成分更為豐富。

3 討論

3.1 PGA可以提升紐荷爾臍橙品質

本試驗中經不同濃度的PGA處理，使得紐荷爾臍橙在外觀和內在品質上都得到提高。采用100mg/kg和200mg/kg的PGA灌根，單果重較對照分別增加19.13% 和17.29%；2009年的試驗結果表明，施用了PGA肥料增效劑后，能夠起到增加臍橙產量的作用。PGA可以加快紐荷爾臍橙果實的縱向生長，并且可以增加可食率。與對照比，春肥和壯果肥都施用200mg/kg的PGA灌根，可增加TSS0.6%。PGA處理還可以降低紐荷爾臍橙的有機酸含量，增加固酸比，提高果實的風味品質。隨著品質改良，樹體的生長狀況也得到明顯的改善，抗病能力得到提高。

本試驗為PGA增效劑在柑桔產業上的廣泛應用提供適合的使用方法，提供了田間第一手資料，也為PGA在其它園藝植物的開發利用奠定了良好的基礎。為減少化肥的應用，在保護環境的前提下，能有效地提高柑桔的生產效率，為“兩減政策的落實”提供了新思路。

3.2 PGA在柑桔和其它植物上應用效果

喻三保等[11]曾將PGA增效劑應用于草莓的生產實驗，結果顯示：草莓單果重和產量比對照依次增產了30.4%、29.5%和19.9%，產生了顯著的增產效果；草莓苗定植后，100mg/L的PGA處理加快了植株根系的生長速度，葉片厚度增加，葉綠素含量增加，果實中可溶性固形物比對照增加了2.6%～11.4%。果實著色增強，表面更富有光澤[11]。

本試驗設置了100mg/L、200mg/L的PGA處理，在臍橙單果重、可溶性固形物、VC含量等指標上都有一定的增加；200mg/L的PGA處理使紐荷爾臍橙的TSS增加6.6%。與王潤凡等[14]在溫州蜜柑上的施用效果相似。目前，我們在檸檬、沙糖桔、金柑等果樹上利用PGA進行試驗，均表現出良好的效果，因此，PGA在多種蕓香科植物上具有廣泛的應用前景。在未來的實驗中，我們應進一步擴大研究范圍，對PGA的作用作詳細探討，為PGA在水果上的應用提供更詳實的參考依據。

3.3 本實驗存在的問題和未來研究方向

PGA雖然十幾年前就開始研究，但主要集中在醫學和材料領域，在農作物上的研究已有一些報道，如：煙草[10]、小白菜[15]、草莓[11]、溫州蜜柑[14]、水稻[9]、玉米[16]、棉花[17]、葡萄[18]等。而引入果樹只是近幾年的事情，因此現今在果樹特別是柑橘上的研究處于試驗探索階段，針對不同的品種和類型，探討最佳的使用方法，勢在必行。

充分發揮PGA的作用在提高肥料利用率，還有待進一步的研究。其一，研究施用方式，比如：采用葉面噴肥或者滴灌，在節約成本的同時，還可以研究生長促進機制。其二，深入研究PGA增效劑在植物生產上表現出的節肥效果、節水效果和提高抗逆境和抗病蟲的效果。其三，從分子水平上，研究PGA提高果實品質的機制。這些可做為我們進一步研究PGA的方向。

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Study of Poly-γ-glutam ic Acid on the Quality of Newhall Navel Orange in the South of Jiangxi Province

HUANG Su-chan1,XIE Jin-chang1,YAN Xiang2,FANG Yi-wen2,JIANG Ling1*
(1.Department of Horticulture and Forestry,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China; 2.Institute of Citrus in Ganzhou City of Jiangxi Province,341000,China)

Poly-γ-glutamic acid(γ-PGA)is a water soluble poly amino acids which have excellent characters such as completely biodegradable,non-toxic to human and environment.This experiment were carried out research of PGA on appearance and internal quality of Jiangxi newhall navel orange.The results were as follows：(1)PGA could increase the fruit weight of Newhall navel orange significantly,the growth rate could amount to 17.26%～19.13%.Especially when adding 100mg/L PGA with spring fertilizer application of irrigation,it could increase the yield of newhall navel orange per unit area. (2)PGA could promote the longitudinal diameter growth of Newhall navel orange,and increase the fruit edible rate.The effect of 200mg/L PGA irrigation root was obvious which applied with the spring fertilizer and strong fruit fertilizer.(3)Although PGA made the TSS small change,the spring fertilizer and strong fruit fertilizer with 200mg/L PGA irrigation root could increase TSS amount to 0.6%on newhall navel orange.PGA could reduce the titratable acid in newhall navel orange.So PGA could significant reduce the soild-acid ratio.Especially the spring fertilizer and strong fruit fertilizer with 200mg/L PGA irrigation root,the titratable acid reduced by 15.6%and 11.8%.The size of fruit are uniform and the surface is smooth.

Newhall navel orange;poly-γ-glutamic acid(PGA);fruit quality;fertilizer synergist

S666.4

A

1008-1038(2017)05-0022-06

10.19590/j.cnki.1008-1038.2017.05.007

2016-12-21

國家自然科學基金（NO.31272146）

黃素嬋（1980—），女，農藝師，主要從事植物營養技術研究與推廣應用工作*

姜玲（1964—），博士，教授，研究方向為果樹生物技術