硫硅配施對(duì)水培青蒜苗生長、光合特性及品質(zhì)的影響

周麗君 孫秀東 劉世琦

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東省大蒜工程技術(shù)研究中心，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安271018）

大蒜風(fēng)味獨(dú)特，營養(yǎng)豐富，具有獨(dú)特的藥理和營養(yǎng)保健功能（梅四衛(wèi)和朱涵珍，2009）。近幾年來，大量、無規(guī)律地施用氮、磷肥，而忽視了中、微量元素的應(yīng)用，使得土壤養(yǎng)分比例嚴(yán)重失調(diào)，造成大蒜植株矮小、葉片無光澤、鱗莖小、大小不均勻，導(dǎo)致品質(zhì)下降。如何合理施肥才能達(dá)到大蒜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的效果，是現(xiàn)階段首要考慮的問題。

大蒜是喜硫作物，硫是大蒜辛辣氣味前體合成物質(zhì)蒜氨酸的重要成分（Anil et al.，2011），在大蒜品質(zhì)中具有非常重要的意義。硅不僅可以提高大蒜產(chǎn)量、改善品質(zhì)，同時(shí)可以改善土壤酸堿平衡，提高土壤養(yǎng)分利用率。雖然土壤中硅元素豐富，但能被大蒜吸收利用的有效硅含量很低，因此只能通過外源施入，才能供大蒜吸收利用。前人對(duì)水培大蒜的研究多集中在氮、磷、鉀、鈣等元素上，對(duì)硫硅配施的研究較少，本試驗(yàn)通過深液流水培方式研究硫、硅配施對(duì)大蒜青蒜苗生長發(fā)育及品質(zhì)的影響，對(duì)改善大蒜品質(zhì)具有重要的理論和實(shí)踐意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年10月至2017年5月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新園進(jìn)行，供試大蒜品種蒼山糙蒜由山東農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)站提供。采用深液流水培（DFT）方式，以Hoagland營養(yǎng)液為基礎(chǔ)營養(yǎng)液，各處理硫、硅元素分別由Na2SO4·7H2O和Na2SiO3·9H2O提供。設(shè)硫素水平為1、2、3 mmol·L-1（低、中、高3個(gè)水平），硅素水平為0.75、1.50 mmol·L-1，共6個(gè) 處 理：S1Si0.75、S1Si1.50、S2Si0.75、S2Si1.50、S3Si0.75、S3Si1.50，以Hoagland營養(yǎng)液為對(duì)照。采用去離子水配制，營養(yǎng)液pH控制在5.8～6.2，每70 min供液1次，每次20 min，利用微電腦控時(shí)器進(jìn)行時(shí)間控制，培養(yǎng)初期每7 d更換1次營養(yǎng)液，生長旺盛時(shí)期每3 d更換1次。蒜瓣種植于長×寬×高為65 cm×50 cm×35 cm的塑料栽培框中，每盆12株，每處理12次重復(fù)（即每處理種植12盆）。

1.2 測(cè)定方法

選用大小一致、色澤鮮艷、無病傷的蒜瓣在覆蓋聚乙烯無滴膜的拱棚播種，自然光周期，棚溫控制在0～25 ℃之間。分別在播種后80 d（2017年1月13日）、125 d（2017年3月4日）、170 d（2017年4月12日）測(cè)定營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)（大蒜素、可溶性糖、VC、可溶性蛋白含量），在播種后125 d測(cè)定形態(tài)指標(biāo)（株高、假莖長、假莖粗、葉寬）和葉綠素含量，于2017年4月10日測(cè)定光合參數(shù)（凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度）。

青蒜苗形態(tài)指標(biāo)測(cè)定：每個(gè)處理隨機(jī)取15株，用卷尺測(cè)定大蒜株高（植株挺直，從莖盤到最高點(diǎn)的高度）、假莖長（蒜苗莖盤處至上端葉片與葉鞘明顯分界處的距離）、假莖粗（用游標(biāo)卡尺于蒜秧最粗處測(cè)量）、葉寬（植株頂端以下第3片葉，以測(cè)量葉片中間寬度為準(zhǔn)）。

葉綠素、大蒜素、可溶性糖、VC、可溶性蛋白含量分別采用丙酮比色法（趙世杰 等，2002）、苯腙比色法（屈姝存和周樸華，1998）、蒽酮比色法（張志良，1990）、二甲苯萃取比色法（李合生，2000）、考馬斯亮藍(lán)-G250染色法（王學(xué)奎，2006）測(cè)定。光合參數(shù)測(cè)定：在晴天上午9：00～11：00用LI 6400型便捷式光合儀測(cè)定大蒜植株頂端向下數(shù)第3片葉的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度。

數(shù)據(jù)采用DPS 6.55和Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 硫硅配施對(duì)大蒜青蒜苗形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1可見，硫硅配施可以明顯提高青蒜苗的株高、假莖長、假莖粗。低、中硫水平下株高隨硅濃度的增加而升高，高硫水平下則呈下降的趨勢(shì)，各處理均顯著高于對(duì)照，其中S2Si1.50處理的株高達(dá)到最大值，比對(duì)照顯著增加27.0%；假莖長、葉寬與株高變化趨勢(shì)大致相同，均以S2Si1.50處理效果較好，分別比對(duì)照顯著增加了21.6%和12.9%。青蒜苗的假莖粗在3個(gè)硫素水平上均隨硅濃度增加呈上升的趨勢(shì)，其中S2Si1.50處理效果最佳。

表1 硫硅配施對(duì)青蒜苗形態(tài)指標(biāo)的影響 cm

2.2 硫硅配施對(duì)大蒜青蒜苗光合色素含量的影響

由表2可見，硫硅配施可以顯著促進(jìn)大蒜光合色素的合成，有效提高蒜苗光合作用。葉綠素a、葉綠素b、葉綠素（a+b）、類胡蘿卜素含量的變化趨勢(shì)大致相同，在3個(gè)硫素水平下均隨硅濃度的增加而增加，各處理均顯著高于對(duì)照。

表2 硫硅配施對(duì)青蒜苗光合色素含量的影響mg·g-1（FW）

2.3 硫硅配施對(duì)大蒜青蒜苗光合參數(shù)的影響

從表3可以看出，硫硅配施可以促進(jìn)青蒜苗的光合作用。在低、中硫水平下，硅濃度增加可以提高葉片凈光合速率，但在高硫水平下，葉片凈光合速率隨硅濃度的增加呈下降趨勢(shì)，氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率和凈光合速率的變化趨勢(shì)相同。

表3 硫硅配施對(duì)青蒜苗葉片光合參數(shù)的影響

2.4 硫硅配施對(duì)大蒜青蒜苗品質(zhì)的影響

2.4.1 硫硅配施對(duì)大蒜青蒜苗大蒜素含量的影響

評(píng)價(jià)大蒜品質(zhì)最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一是大蒜素含量。由表4可知，播種后80 d和125 d，S2Si0.75處理的大蒜素含量均為最高；播種后170 d，3個(gè)硫素水平下大蒜素含量隨硅濃度的增加均呈顯著下降趨勢(shì)，S3Si0.75處理的大蒜素含量顯著高于其他處理。

2.4.2 硫硅配施對(duì)大蒜青蒜苗可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量的影響 從表5可以看出，播種后80～170 d，在低、中硫水平下，青蒜苗可溶性蛋白含量均隨硅濃度的增加呈上升趨勢(shì)，在高硫水平下則隨硅濃度的增加呈下降趨勢(shì)，其中S2Si1.50處理效果較好，播種后80、125、170 d可溶性蛋白含量分別比對(duì)照增加了67.8%、59.4%、19.1%。3個(gè)硫水平下青蒜苗可溶性糖含量隨硅濃度的增加呈顯著上升趨勢(shì)，其中中、高硫水平更有利于可溶性糖的合成。硫硅配施明顯提高了青蒜苗的VC含量，中、高硫水平下青蒜苗的VC含量較高，以S3Si0.75處理效果最好。可見，硫硅配施可以提高青蒜苗可溶性糖和VC含量，其中以硫濃度2～3 mmol·L-1配施硅濃度0.75～1.50 mmol·L-1效果較好。

表4 硫硅配施對(duì)青蒜苗大蒜素含量的影響

表5 硫硅配施對(duì)青蒜苗可溶性蛋白、可溶性糖、VC含量的影響 mg·g-1

3 結(jié)論與討論

硫不僅是氨基酸、蛋白質(zhì)和許多酶的組成成分，還是作物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生理生化過程中不可缺少的元素，可以促進(jìn)作物生長發(fā)育。與其他作物一樣，大蒜缺硫會(huì)造成植株矮小、根系生長緩慢、葉片無光澤（閆冰潔，2004）。硅能參與作物生理活動(dòng)代謝，從而提高農(nóng)藝性狀，促進(jìn)作物生長（Ma & Yamaji，2006）；研究表明，硅被作物吸收后分布于細(xì)胞壁、輸導(dǎo)組織等非生理活性部位，可以防止作物各器官在逆境條件下受到損傷（周秋峰 等，2013）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，硫2 mmol·L-1配施硅1.50 mmol·L-1可顯著提高青蒜苗株高、假莖長、假莖粗。但在高硫濃度配施高硅濃度下，硅與硫之間產(chǎn)生拮抗效應(yīng)，對(duì)大蒜生長的促進(jìn)作用會(huì)減弱。

葉綠素作為光合作用中最主要的元素，參與光能的吸收、運(yùn)輸、分配和轉(zhuǎn)化，葉綠素含量直接反映植物光合作用的強(qiáng)弱（張毅，2013）。本試驗(yàn)中，適宜濃度的硫硅配施可促進(jìn)大蒜葉綠素的合成，增強(qiáng)凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度及胞間CO2濃度。前人在黃瓜（周秀杰 等，2009）、甘蔗（Huang et al.，2009）、玉米（Gao et al.，2004）、水稻（Agarie et al.，1998）、小麥（Gong et al.，2003）上研究發(fā)現(xiàn)，植物吸收硅肥后，在植物葉片形成“角質(zhì)－雙硅層”結(jié)構(gòu)，葉片細(xì)胞膜通透性降低，抑制了角質(zhì)層的蒸騰作用，從而提高作物光合強(qiáng)度，增加葉面積指數(shù)，增強(qiáng)作物抗性。

已有大量研究表明硫、硅可顯著改善作物品質(zhì)，提高作物產(chǎn)量（閆冰潔，2004；劉中良 等，2010）。本試驗(yàn)結(jié)果表明，播種后170 d，硫3 mmol·L-1配施硅0.75 mmol·L-1處理的大蒜素含量最高，顯著高于其他處理。硫是大蒜素合成有機(jī)硫的前體物質(zhì)，可以通過施入外源硫肥影響蒜氨酸含量的同時(shí)影響著大蒜素含量，高濃度的硅會(huì)影響大蒜素的合成。但劉中良等（2010）認(rèn)為硫?qū)Υ笏馑睾繜o顯著影響，其原因可能是本試驗(yàn)硫硅元素配施后，兩因子之間產(chǎn)生了一些反應(yīng)影響了大蒜素的合成，具體影響原因仍需進(jìn)一步探討。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，適宜濃度的硫硅配施有利于提高青蒜苗可溶性蛋白、可溶性糖和VC含量，其中以硫濃度2～3 mmol·L-1配施硅濃度0.75～1.50 mmol·L-1效果較為理想。適宜濃度的硫硅配施對(duì)大蒜VC和可溶性糖的促進(jìn)作用與其他學(xué)者在芥藍(lán)（胡京昂 等，2011）、韭菜（季延海 等，2017）、獼猴桃（尹顯慧 等，2017）等作物上的研究結(jié)果相似。

綜上，在水培大蒜種植上，青蒜苗生長及品質(zhì)最適宜的硫濃度為2 mmol·L-1，配施硅濃度為0.75～1.50 mmol·L-1效果最佳。