富氫水處理對青菜產量和品質的影響

宋韻瓊 張 峻 張俊波 顧振西 陸文玉

（1上海市閔行區農業技術服務中心，上海 201199；2上海交通大學設計學院，上海 200240；3上海市農業技術推廣服務中心，上海 201103）

作為一種具有還原性的惰性氣體，氫氣（H2）在自然界中無處不在。直到2007年，日本學者Ohsawa等[1]發現H2能選擇性地清除羥自由基和過氧化硝酸陰離子，顯示出較強的抗氧化效應，而不影響其他活性氧的功能。這一報道的問世，立即引起國內外學者的高度重視，有關H2生物活性及其在多種疾病防治中的作用迅速成為研究熱點。綜合考慮H2的安全性以及成本，將H2溶于水得到的富氫水（hydrogen-rich water，HRW），是H2在農業上應用的最主要形式。國內的研究小組率先將HRW應用于農作物生長發育過程中，發現HRW處理既能提高植物抗逆性[2]，延長農產品保鮮期[3]，又能提高作物的產量和品質[4-5]。

青菜又名小白菜、不結球白菜，是十字花科蕓薹屬植物，是南方地區居民餐桌上不可或缺的綠色蔬菜。青菜具有根系淺、吸收能力弱、喜肥等特點，易導致青菜中硝酸鹽積累加重[6]。讓市民吃到安全、放心的蔬菜是蔬菜生產的關鍵。H2施用后，農作物產量和品質的提高可能與H2促進植物光合作用[7]以及碳水化合物積累[8]有關。前期研究發現，施用HRW后，小蒼蘭葉片的長度和寬度增加，花期提前，種球的鮮重和干重也顯著增加[9]，但是關于HRW施用對青菜生產的影響未見報道。由于分子量小、無色無味、H2處理后不會造成任何環境污染和食品安全隱患等特點，2014年，《食品安全國家標準 食品添加劑 氫氣》（GB 31633—2014）正式將H2列為食品添加劑。因此，將H2應用于青菜生產上的研究，將為青菜無公害生產探索一條新途徑。

1 材料與方法

1.1 HRW的制備

采用電解水的方法[10]，用濟南浩偉儀器有限公司SHC-300型氫氣發生器制得體積比為99.99%的純凈氫氣，然后以150mL/min的速率將制得的氫氣通入清水中制成HRW溶液。制成后，立刻將HRW溶液小心而快速地稀釋于蒸餾水中，濃度梯度為1%、10%、25%、50%、100%。

1.2 試驗方法

試驗于2021年3—5月在上海交通大學農業與生物學院溫室內進行，供試青菜品種為華耘青1號青梗菜。種子采用常規方法處理后，以去離子水為對照，同時分別采用濃度（體積百分比）為1%、10%、25%、50%和100%的HRW浸泡青菜種子，2 h后撈出晾干，播種。種子播于裝有菜園土和泥炭混合基質（體積比為1∶1）的穴盤中，待播種出苗20 d后，挑選長勢最好的一組幼苗（10%HRW浸種組）和對照組移栽到高12 cm、直徑10 cm的塑料花盆中開展試驗。試驗共設4個處理，分別為：去離子水對照（CK），即用去離子水浸泡種子，后期采用去離子水噴施植株；50%HRW噴施，即用去離子水浸泡種子，后期采用50%HRW噴施植株；10%HRW浸種，即用10%HRW浸泡種子，后期采用去離子水噴施；10%HRW浸種+50%HRW噴施，即用10%HRW浸泡種子，后期采用50%HRW噴施植株。試驗采用完全區組設計。每盆栽植1株青菜，基質為菜園土和泥炭體積比為1∶1的混合基質。噴施組和浸種+噴施組每7～10 d噴1次50%HRW，用量500mL，共噴3次。

1.3 形態和生理指標的測定

1.3.1 采收期形態指標的測定。在青菜采收期，測定株高、開展度、總葉數、最大葉長×葉寬、缺棵率等形態指標。將青菜植株整株從花盆中拔出，洗凈根系上的泥土，并用吸水紙吸干后測定單株鮮重、地上部鮮重、地下部鮮重和單位葉鮮重等形態指標，然后將單位鮮葉80℃烘至恒重，測量單位葉干重。干物質含量（%）=單位葉干重/單位葉鮮重×100[11]。

1.3.2 生理指標的測定。采收青菜測定形態指標后，將樣品葉片用于測定生理指標。硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍顯色法測定；VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；纖維素含量采用濃酸水解定糖法測定。

1.4 數據統計與分析

應用SAS 9.1.2軟件，在P=0.05的水平上，采用Fisher′s最小顯著差異法（LSD）對試驗結果進行統計分析。文章中的圖表采用SigmaPlot10.0軟件繪制。

2 結果與分析

2.1 HRW處理對青菜形態指標的影響

關于總葉數的結果顯示，50%HRW噴施、10%HRW浸種和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理較CK提升幅度分別為2.5%、13.75%和18.75%。其中：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理平均葉片數最多，達到11.875片；10%HRW浸種處理次之，平均葉片數為11.375片。由圖1（a）可以看出，10%HRW浸種+50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理均較CK顯著提升了青菜采收期的總葉數。

由圖2（b）可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施、10%HRW浸種處理最大葉長×葉寬均較CK顯著增加，分別比CK增加了46.71%和32.16%，但是2個處理間差異不顯著；50%HRW噴施處理最大葉長×葉寬稍低于CK，但與CK差異不顯著。

有關HRW對開展度的影響研究結果表明，50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理分別較CK增加了2.74%、13.94%和21.21%，10%HRW浸種+50%HRW噴施處理開展度最大（220.95mm）。由圖1（c）可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理開展度與CK差異顯著，兩組間差異性不顯著；50%HRW噴施處理開展度顯著低于10%HRW浸種+50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理，但與CK差異不顯著。

株高方面，50%HRW噴施、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理分別比CK增加12.1%、25.52%和37.25%，10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜株高最高，平均為135.08mm。由圖1（d）可以看出：10%HRW 浸種+50%HRW 噴施處理和10%HRW浸種處理株高均較CK顯著增加，且兩組間差異不顯著；50%HRW噴施處理較CK株高有所增加，但差異不顯著；10%HRW浸種處理株高稍高于50%HRW噴施處理，兩者差異不顯著。

2.2 HRW處理對青菜生物量的影響

由圖2（a）可以看出：10%HRW 浸種+50%HRW噴施處理單株鮮重最大，達到最大值，為10.389 g，顯著高于其他處理，較CK增加79.74%；10%HRW浸種處理次之，顯著高于50%HRW噴施處理和CK，較CK增加40.76%；50%HRW噴施處理單株鮮重與CK無顯著差異。由圖2（b）可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜地上部鮮重最大，為9.68 g，顯著高于其他處理，較CK增加72.23%；10%HRW浸種處理次之，顯著高于50%HRW噴施處理和CK，較CK增加37.22%；50%HRW噴施處理青菜地上部鮮重與CK無顯著差異。由圖2（c）可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜地下部鮮重最大，為0.711 g，顯著高于其他處理，較CK增加353.53%；10%HRW浸種處理次之，顯著高于50%HRW噴施處理和CK，較CK增加171.04%；50%HRW噴施處理青菜地上部鮮重與CK無顯著差異。綜上可知，不同處理青菜單株鮮重、地上部鮮重和地下部鮮重的變化趨勢一致。由圖2（d）可以看出，50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理間青菜葉片干物質含量差異不明顯，但均顯著高于CK，分別較CK增加8.78%、7.81%和7.39%，以50%HRW噴施處理青菜葉片干物質含量最高（8.57%）。

2.3 HRW處理對青菜品質的影響

由圖3可以看出，50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜纖維素含均顯著低于CK，分別較CK下降了21.52%、13.68%和20.13%，但三者間纖維素含量差異不顯著。

由圖4可以看出：10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜可溶性糖含量最高，顯著高于CK，但是與50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理間差異不顯著，3個HRW處理青菜可溶性糖含量較CK增加了14.37%～16.81%。

關于可溶性蛋白含量的分析結果顯示，50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜葉片可溶性蛋白含量均顯著高于CK，分別較CK增加了66.65%、31.49%和67.70%。比較3個HRW處理發現，50%HRW噴施處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理可溶性蛋白含量差異不顯著，但均顯著高于10%HRW浸種處理（圖5）。

關于VC含量的分析結果顯示，50%HRW噴施處理青菜葉片VC含量最高，顯著高于其他處理；10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜葉片VC含量與CK差異不顯著（圖6）。三者青菜葉片VC含量分別較CK增加了28.67%、4.90%和3.07%。

關于硝酸鹽含量的分析結果顯示，3個HRW處理青菜葉片的硝酸鹽含量均較CK顯著降低，但三者間沒有顯著差異（圖7），50%HRW噴施處理、10%HRW浸種處理和10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜葉片的硝酸鹽含量分別較CK降低了15.88%、10.95%和11.63%。

3 結論與討論

近年來研究發現，H2作為一種重要的信號分子，參與了植物生長發育的調節和植物逆境的修復。富氫水可以通過提高芽苗菜的次生代謝產物和抗壞血酸含量來提高其營養品質[12]；可以提高青菜耐受重金屬鎘污染能力，減少青菜中重金屬水平，提高青菜中抗氧化物質水平[13]；可以通過調節抗氧化防御能力來延緩斑玉蕈貯藏過程中的腐爛[14]。本試驗證明了不同的HRW處理對青菜的形態指標、生物量和生理指標都有一定的促進效果，但是不同處理間效果存在差異。HRW處理對青菜形態指標有顯著的促進效果，類似于植物生長調節劑的作用。試驗數據顯示，與去離子水對照相比，無論是用10%HRW浸泡青菜種子并且用50%HRW噴施，還是僅用10%HRW浸泡青菜種子或僅用50%HRW噴施，對青菜總葉數、最大葉長×葉寬、開展度和株高均有一定程度的提高。此外，與去離子水對照相比，HRW處理后青菜纖維素和硝酸鹽含量均顯著降低，可溶性蛋白含量顯著提高；可溶性糖含量只有用10%HRW浸泡青菜種子并50%HRW噴施處理顯著提升；VC含量只有僅噴施50%HRW處理顯著提升。

在設施條件下，青菜生產不同于露地，灌溉等農事操作不當會引起病害，造成青菜死苗缺棵情況。在本試驗中，3個HRW處理的青菜均沒有出現死苗缺棵現象，僅有去離子水對照出現缺棵現象（缺棵率為12.5%），說明HRW處理青菜比去離子水對照表現出一定的抗逆性。

用10%HRW浸泡青菜種子并用50%HRW噴施和僅用10%HRW浸泡青菜種子2個處理均顯著增加了青菜生物量，且既浸泡種子又噴施處理的效果最好。這說明HRW的不同處理對青菜生長或產量的效應因處理方式不同而異，同時受到HRW用量的影響。在青菜形態學指標中我們也看到類似的結果。將HRW浸泡種子與噴施配合使用，對青菜的增產效果最明顯；如果條件有限，僅用10%HRW浸泡青菜種子，也可以達到相對較好的效果。

青菜葉片部分的硝酸鹽含量是衡量青菜質量情況的一個重要指標，葉片內積累過量的硝酸鹽會對人體健康存在潛在危害。本試驗中3個HRW處理相對于去離子水對照均顯著降低了葉片中硝酸鹽的含量。有研究表明，蔬菜中硝酸鹽的含量通常與土壤中氮含量有關[15]。通過查閱相關資料，推測HRW的作用主要體現在信號調控上，抑制青菜吸收并合成硝酸鹽。這也比較符合之前關于HRW機理的研究，HRW具有信號傳導作用。

VC是衡量蔬菜營養品質的重要指標之一。與去離子水對照相比，不同處理組合中，僅噴施50%HRW處理顯著提高了青菜VC含量，僅用10%HRW浸泡種子處理對VC含量不產生顯著性影響，而10%HRW浸種+50%HRW噴施處理青菜VC含量也沒有顯著增加。推測可能高劑量的HRW抑制青菜體內VC代謝，只有合適劑量的HRW使用才會促進青菜體內VC的合成；抑或由試驗中存在的誤差導致的，需要進一步探究。

3個HRW的處理中，只有用10%HRW浸泡青菜種子并用50%HRW噴施能顯著提高青菜可溶性糖的含量，這可能與較高劑量的HRW可以促進葉片內VC代謝或促進光合作用有關。

可溶性蛋白和纖維素含量也是青菜品質及膳食營養指標。其中，可溶性蛋白含量是衡量青菜品質不可或缺的一項指標，3個HRW處理組均顯著提升了葉片的可溶性蛋白含量，且10%HRW浸種+50%HRW噴施處理效果最好，表現出HRW處理對可溶性蛋白指標存在疊加效應。高含量的纖維素雖然可以提升青菜的品質，但也在一定程度上影響食用口感。在市場上消費者通常優先選擇口感佳的青菜購買，3個HRW處理青菜的纖維素含量均有顯著降低，而纖維素含量的顯著降低可提升青菜食用口感。

綜合考慮青菜的形態指標、生物量指標和品質指標，在條件允許的情況下，推薦選擇用10%HRW浸泡青菜種子并噴施50%HRW處理，效果最佳；如果受限制于具體實施條件，可以選擇僅用10%HRW浸泡青菜種子，也可取得一定的提升效果。注意這樣的推薦方法僅適用于青菜，對于其他品類蔬菜HRW的用法、用量可能會存在差別，還需要進一步驗證。