聚-γ-谷氨酸提升檸檬產量和品質的研究

劉勝 ，周威 ，王亮 ，何紹國 ，姜玲

（1.華中農業大學園藝林學學院，園藝植物生物學教育部重點實驗室，國家果樹脫毒種質資源室內保存中心，湖北武漢430070；2.四川省安岳縣科學技術研究所，四川安岳642350）

聚-γ-谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid，PGA）是微生物發酵產生的陰離子型多聚氨基酸，是一種具有水溶性高、吸附性強、生物相容性好、可食無害、對環境友好等優點的新型生物可降解高分子化合物，已廣泛應用于醫藥、化工、食品和農業等行業[1]。近年來，PGA在農業上已被證明具有提高作物肥料利用率、抑制肥料分解和流失、改善土壤保肥保水能力、節省肥料施用量、提高產量和改良作物品質等多種功能[2]。對小白菜[3]、溫州蜜柑[4]、草莓[5]、水稻[6]、玉米[7]、棉花[8]和葡萄[9]等植物具有增產和提高品質的效果。長期以來，在檸檬的種植過程中，不合理的使用化肥，導致肥料利用率下降，果實產量和品質下降，造成投入大、收益低的現象。隨著人們環境保護意識的增強和國家大力推行可持續發展戰略，環境友好型、可改善環境的產品被逐漸重視[10]。

尤力克是檸檬[Citrus limon(L.)Burm.F.]的優良品種之一，原產于美國，在我國四川安岳、云南德宏等地栽培較多，果色鮮艷，油胞凸出，出油量高，汁多肉脆，是鮮食和加工的首選品種。果皮淡黃，厚且粗，平均單果重約150g，果汁多、香氣濃，檸檬酸含量高，適應性廣、豐產性好。但在實際生產過程中，尤力克檸檬存在果實品質不高、優質果率低等問題。本文研究了檸檬栽培過程中使用PGA灌根對品質與產量的影響，探索了PGA的最佳使用濃度，為檸檬的品質改善和產量增加提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗場地與材料

試驗地選擇四川省安岳縣鴛大鎮五鳳村楊福乾果園，該地水肥條件和栽培管理相對一致，檸檬品種為13年生的尤力克。田間試驗由四川省安岳縣科學技術研究所完成，果品外觀和內在品質分析由華中農業大學園藝林學學院完成。

PGA由武漢光華時代生物科技有限公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 大田試驗

本試驗設3個處理和1個對照，分別在2015年3月2日沿著樹冠滴水線下在 20～30cm深處，溝施復混肥（NPK比例為10:6:9）0.4kg/株，2015年6月28日沿著樹冠滴水線下20～30cm溝施復混肥（NPK比例10:6:9）0.4kg/株。同時處理A用50mg/L的PGA溶液灌根，處理B用100mg/L的PGA溶液灌根，處理C用200mg/L的PGA溶液灌根；每個小區灌根5株，每株灌根3L，重復3次。當果實成熟后，從每株樹外圍中部的東南西北四個方向各取1個果實，用于品質的分析。

1.2.2 品質分析

果形指數：按照文獻[11]方法進行測定。

單果重：對每個果實稱重，求平均值。

果實色度：用果實色度測量儀（日本 CE公司生產）測定每個果實的果皮與果肉的特征值，測出L、a、b值，L表示亮度變量值，L越大表明所測樣品表面越亮；a表示紅色或綠色值，最大值為199.99，正值為紅色，負值偏綠；b表示黃色或藍色值，最大值為199.99，正值為黃色，負值偏藍；用 L、a、b 值，再算出 C 值（C2=a2+b2），最后求出每個處理的平均值[12]。

可溶性固形物含量：將每一處理的果實榨汁，使用手持測糖儀對各重復的混合果汁進行可溶性固形物含量的測定，求出平均值。

可滴定酸含量：吸取5mL果汁于錐形瓶中，加入適量蒸餾水，加入3滴酚酞，溶液不變色，然后用0.1mol/L標準NaOH溶液進行滴定，邊滴定邊震蕩，直到溶液出現粉紅色并且30s內不褪色，根據所用NaOH的量算出可滴定酸的含量，求出平均值[13]。

VC含量：采用2,6-二氯酚靛酚滴定法進行測定，根據公式（1）計算出VC的含量[14]。

式中，A表示VC的含量；V為體積，mL；T為換算系數，為0.0848mg/mL；m為稱量質量，g。

還原糖含量：采用蒽酮比色法測定。

蛋白質含量：采用考馬斯亮藍G-250法（Brangford法）測定。

1.3 數據分析

采用Excel軟件進行數據分析，用新復極差法（SSR）對數據進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 PGA對檸檬外觀品質的影響

表1（見下頁）顯示了PGA處理對檸檬果實外觀品質的影響。由表可知，50、100、200mg/L 3種濃度的PGA處理使檸檬單株產量比對照組分別提高了13.3%、34.7%和17.7%。經50、100、200mg/L這3種濃度PGA處理后的果實單果重相比CK都有極顯著的提高，單果重分別增長62.2%、79.5%和28.3%（見圖1）。PGA處理后的果實縱徑和橫徑均比對照增大，50mg/L、100mg/L處理果實縱橫徑比對照增大17.1%、25.5% 和15.6%、18.9%，增幅達到極顯著的水平。

PGA處理后的果實果皮要比CK趨向黃色加深，50mg/L和100mg/L的PGA處理果色比對照更黃且顏色更鮮艷（見圖1）。果肉b值和C值的變化并不明顯，沒有達到差異顯著水平；而處理后的果肉L值均增加，果肉亮度值分別增加0.5%、1.7%和5.5%。

表1 PGA處理對檸檬果實外觀品質的影響Table 1 Effect on appearance quality of lemon with PGA treatment

表2 PGA處理對檸檬果實內在品質的影響Table 2 Effect on internal quality of lemon with PGA treatment

圖1 三種PGA濃度處理在檸檬上的應用效果比較Fig.1 The application effect of PGA with different concentration on lemon

2.2 PGA對檸檬內在品質的影響

由表2可知，PGA處理過的果實其可溶性固形物都比對照低，檸檬是以含酸量越高品質越好。因此，雖然PGA處理使檸檬果實可溶性固性物含量下降，沒有達到差異顯著水平。但50、100mg/L PGA處理過的果實可滴定酸都比對照高，分別增加4.3%和2.9%。PGA處理過的果實VC含量與未處理的果實差異不大，沒有達到顯著水平。200mg/L PGA處理果實比對照果實中的還原糖含量增加12.77%，增幅達到極顯著水平。PGA處理過的果實蛋白質含量比對照顯著地增加，50、100、200mg/L PGA處理后的果實相比于對照，蛋白質含量增幅分別達到了1.8%、5.1%和7.51%。200mg/L PGA處理比對照蛋白質含量提高，達到差異顯著水平。

3 討論

3.1 PGA能夠提高檸檬的產量和品質

試驗證明，PGA處理可提高檸檬的單株產量和單果重。200mg/L的PGA處理果實比對照果實中的還原糖含量增加了12.8%，增幅達到極顯著水平。50、100mg/L PGA處理過的果實蛋白質含量與對照均有增加。50mg/L和100mg/L的PGA處理可滴定酸都比對照提高，分別提高了4.3%和2.9%。50mg/L和100mg/L的PGA使果實表皮的黃色加深，色彩鮮艷，可以提高檸檬的商品性能，使農民增產增收。綜合以上產量和外觀內質的指標，使用PGA濃度為100mg/L時的單果重比對照提高，并達到差異極顯著的水平，從增產效果和外觀色澤兩方面的表現看，100mg/L的PGA處理最好。

在實際生產過程中，影響尤力克檸檬高產的不利因素通常是冬、春干旱，前期生長受抑制，影響開花、坐果和春梢生長；伏旱則影響果實膨大。而PGA能提高土壤的保水性能。在本試驗中，檸檬產量顯著提高可能與PGA提高抗旱性能有著密切的關系。可以推測，PGA在干旱區使用效果更好。

3.2 PGA具有在多種植物上推廣應用的潛力

PGA能對多種植物和外觀和內質有明顯的改善作用，如水稻[6,15]、溫州蜜柑[4]、草莓[5]、龜井[16]、無籽椪柑和翡翠柚[17]和白菜[18]等。這與本試驗中檸檬的研究結果一致，下一步可在柑桔等作物上進行推廣。由于柑桔為多年生常綠植物，生長周期長，需肥量大，聚-γ-谷氨酸可以充分調節土壤的微環境，大大提高肥料的利用率。為了使PGA能有效地接觸到柑桔的根系，使聚-γ-谷氨酸在柑桔上發揮出更好的作用。還可進一步研究PGA更加有效的施用方式，如配合滴灌方法使用，這樣既可節省勞動力成本，又可發提高PGA的使用效果。此外，PGA在提高柑桔的抗逆境和抗病能力方面，還有待作進一步深入的探討。

本試驗進一步證實了聚-γ-谷氨酸使用效果的穩定性，并可能拓展植物的使用范圍，可以推測，PGA在柑桔及其它作物上也會具有廣泛的應用前景。今后，還可以利用PGA在其它作物上作更深入的效益評估。