IDHA 螯合鐵對基質培生菜生長及品質的影響

楊 睿 ，王子凡 ，李靈芝 ，續建國，段旭錦 ，張國香 ，高清蘭

（1.山西農業大學 園藝學院，山西 太谷 030801；2.石家莊市農林科學研究院，河北 石家莊 050041；3.山西省農業種子總站，山西 太原 030001；4.五臺縣臺懷鎮綜合便民服務中心，山西五臺 035515；5.山西省分析科學研究院，山西 太原 030000；6.大同市氣象局，山西 大同 037010）

在無土栽培中，營養液為植物提供N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B 等植物生長發育所必需的19 種營養元素，其中鐵作為植物所必需的微量元素[1]，大部分存在于葉綠體中，參與光合作用中葉綠素合成過程[2-3]，植株缺鐵時常常出現新葉黃化的現象，這是由于葉綠素合成受阻導致[4]。雙子葉植物受到鐵脅迫時根系分泌H+增多，根際還原能力升高，使基質中的Fe3+被還原為Fe2+，繼而被根系吸收[5]。此外，鐵還參與植物蛋白質核酸的合成、電子傳遞或作為酶促反應中心[6]。

目前，通用的商業化營養液配方多用EDTA/Fe2+作為鐵素的來源。在實際生產中，營養液中的鐵元素常常會隨著營養液pH 的變化，形成難溶性FePO4、Fe（OH）3沉淀，使鐵的有效性下降，易導致作物缺鐵失綠[7-8]。EDTA 螯合劑與Fe2+離子形成的化學鍵極其緊密，且不易降解，直接排放會造成生態環境污染[9]。

IDHA 螯合鐵(亞氨基二琥珀酸鐵)是一類氨基多羧酸類螯合物，其具有良好的生物降解性[10]。IDHA 螯合鐵作為鐵源時，鐵離子被植物所吸收利用，而配位體則在植物體內轉化成氨基酸被植物所吸 收[11]。LUCENA 等[12]研究表 明，IDHA 螯合鐵 在pH 值為7.5 的水培條件下可為黃瓜和大豆提供有效的鐵素。LóPEZ-RAYO 等[13]研究表明，IDHA螯合鐵和EDDHA/Fe2+（乙二胺二鄰羥苯基乙酸鐵）的混合液可替代營養液中的EDTA/Fe2+，為沙培草莓提供鐵素。RODRíGUEZ-LUCENA 等[14]研究表明，配合適當的佐劑在大豆葉面噴施IDHA螯合鐵可以作為EDTA/Fe2+的環保替代品。雖然IDHA 作為新型的可降解的螯合劑，在工業方面研究較多，現已證實IDHA 活化Fe2+的程度高于EDTA[15]，并且其螯合堿金屬離子的保留效果較好[16]，但IDHA 螯合鐵在國內農業上作為螯合鐵肥料研究還較少。

本試驗設置不同IDHA 螯合鐵濃度處理替代原配方中EDTA/Fe2+，研究其對生菜生長及品質的影響，以期為IDHA 螯合鐵在無土栽培上應用提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試生菜品種為意大利生菜，購于北京市農林科學院。試驗所用IDHA 螯合鐵由山東遠聯化工有限公司提供。EDTA 螯合鐵由天津市登峰化學試劑廠提供。

1.2 試驗方法

試驗于2020 年7—12 月在山西省晉中市天生綠科技有限公司日光溫室內進行。試驗從定植到采收共進 行3 茬：8 月5 日 至9 月10 日、9 月15 日 至10 月21 日、10 月30 日 至12 月5 日。育苗時長15 d左右。試驗采用盆栽種植方式，栽培盆為21 cm×17 cm×14 cm 的塑料花盆，花盆中裝1.5 L 的基質。基質用草炭、蛭石、珍珠巖按照體積比2∶1∶1 配制而成。定植前用去離子水反復沖洗栽培缽中的基質。

試驗共設5 個處理，營養液中IDHA 螯合鐵素質量濃度分別為0.75、1.50、3.00、6.00、12.00 mg/L，記為T1～T5 處理；設置2 個 對照，其 中，CK1 為EDTA/Fe2+，鐵素濃度按照通用微量元素配方設置為3 mg/L，CK2 為空白對照。每個處理5 盆，共25 盆。各處理營養液元素濃度如表1所示，除鐵肥外，各處理大量元素和微量元素均與1/2日本園試配方一致。

表1 不同處理營養液中營養元素的濃度Tab.1 Concentration of nutrient elements in nutrient solutions of different treatments mg/L

1.3 測定指標及方法

在生菜生長中期從心部向外取第5 片葉使用LI-6800 光合儀（LI－COR 美國）進行光合指標測定；處理結束后，對生菜的株幅、株高、莖粗、葉片數、地上部干鮮質量、地下部干質量以及葉綠素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白質含量、維生素C 含量、硝酸鹽含量等進行測定。葉綠素含量采用96%乙醇浸提法測定；可溶性糖含量采用蒽酮法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定；維生素C含量采用分光光度計法測定；硝酸鹽含量采用水楊酸比色法測定[17]。

1.4 數據分析

試驗數據采用Excel 2016 和SPSS 25.0 進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同質量濃度IDHA 螯合鐵處理對生菜生長勢的影響

2.1.1 不同質量濃度IDHA 螯合鐵處理對生菜株高的影響 由圖1 可知，與CK1 生菜相比，T2、T3、T4、T5 處理生菜的株高不及CK1，分別較CK1 降低11.22%、9.08%、5.28%、14.52%，但與之相比無顯著差異。與CK2 相比，IDHA 螯合鐵處理的生菜株高僅T4 處理高于CK2，提高1.07%，且其余各處理與CK2 相比差異并不顯著。此外，T1、T2、T3、T4 和T5 處理間相比均未達到顯著水平。由此可見，不同質量濃度的IDHA 螯合鐵對生菜株高的影響并不顯著。

圖1 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜株高的影響Fig.1 Effect of different mass concentrations of IDHA chelated iron on plant height of lettuce

2.1.2 不同質量濃度IDHA 螯合鐵處理對生菜莖粗的影響 由圖2 可知，與CK1 生菜相比，T1、T3、T4 處理生菜的莖粗差異不顯著，且CK1 的生菜莖粗最大，為9.73 mm，其次為T4 處理（9.59 mm）。與CK2 相比，只有CK1 和T4 處理與之差異顯著，且分別顯著提高14.24%、12.52%（P＜0.05）。說明T4 處理的IDHA 螯合鐵濃度對生菜生長有明顯的促進作用。

圖2 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜莖粗的影響Fig.2 Effect of different mass concentrations of IDHA chelated iron on stem diameter of lettuce

2.1.3 不同質量濃度IDHA 螯合鐵處理對生菜葉片數的影響 從圖3 可以看出，在一定范圍內提高IDHA 螯合鐵處理質量濃度能提高生菜的葉片數，而質量濃度過高則會降低其葉片數，其中，CK1 的葉片數最多。在IDHA 螯合鐵處理的生菜中只有T4 處理的葉片數與CK1 間無顯著差異，但不及CK1，較CK1 小7.32%。雖然T1、T2、T3 和T5 處理間的葉片數差異不顯著，均高于CK2，但是也均低于CK1。說明一定質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜的葉片數無顯著影響，適當的IDHA 螯合鐵質量濃度有利于生菜葉片數的提高。

圖3 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜葉片數的影響Fig.3 Effect of different mass concentrations of IDHA chelated iron on leaf number of lettuce

2.1.4 不同質量濃度IDHA 螯合鐵處理對生菜株幅的影響 從圖4 可以看出，與CK1 相比，T3、T4處理生菜株幅雖然小于CK1，但與之差異不顯著，T1、T2、T5 處理生菜株幅顯著低于CK1，分別較CK1 顯著降低12.00%、6.57%、6.17%（P＜0.05）。與CK2 缺鐵處理相比，各處理生菜株幅均與之差異顯著，T1、T2、T3、T4 和T5 處理株幅分別較CK2提高7.45%、14.08%、16.94%、20.21%和14.57%。說明營養液中適當IDHA 螯合鐵質量濃度能夠增加生菜的株幅，但是與EDTA/Fe2+相比，對生菜株幅并無顯著差異。

圖4 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜株幅的影響Fig.4 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on plant width of lettuce

2.1.5 不同質量濃度IDHA 螯合鐵處理對生菜單株生物量的影響 從圖5 可以看出，隨著營養液中IDHA 螯合鐵質量濃度的增加，生菜地上部單株鮮質量呈現出上升的趨勢，但IDHA 螯合鐵質量濃度達到12.00 mg/L（T5 處理）時，地上部單株鮮質量開始下降，且與CK1 相比差異顯著。T3、T4 處理與CK1 相比相差較少，分別較CK1 降低7.07%、2.60%，但均未達到顯著水平。這說明營養液中適當質量濃度的IDHA 螯合鐵可代替EDTA/Fe2+，并不會顯著影響生菜的產量。

圖5 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜地上部單株鮮質量的影響Fig.5 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on fresh weight of aboveground plant of lettuce

從圖6 可以看出，T4 處理的地上部單株干質量最大，為3.24 g，并且較CK1 高8.54%，但并未達到顯著水平；此外，T4 處理與T1、T2、T3、T5 處理相比差異顯著，分別較T1、T2、T3、T5 處理顯著增加26.67%、23.17%、12.67%、21.42%（P＜0.05）。說明一定質量濃度的IDHA 螯合鐵能夠提高生菜干物質積累。

圖6 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜地上部單株干質量的影響Fig.6 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on dry weight of aboveground plant of lettuce

2.2 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜光合指標的影響

2.2.1 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜葉綠素含量的影響 從表2 可以看出，T1、T2、T3、T4 和T5 處理的總葉綠素含量與CK1 相比差異均不顯著，且T4 處理的總葉綠素含量最高，為1.54 mg/g，較CK1 高出8.45%；T4 處理的葉綠素a 含量顯著高于其他處理（P＜0.05），與CK1 相比，T1、T3 和T5處理差異不顯著，但各處理均高于CK2；在葉綠素b含量上，各處理顯著高于CK2，且與CK1 相比，T1、T2、T3、T4 和T5 處理均未達到顯著水平，且T2 和T5 處理較CK1 分別高26.42%和8.57%；在類胡蘿卜素含量上，各處理均不如CK1，其中，T3、T4 和T5 處理與之并無顯著差異。說明一定質量濃度的IDHA 螯合鐵處理生菜能夠提高光合色素的含量，但與EDTA/Fe2+處理生菜相比，并不顯著。

表2 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜光合色素的影響Tab.2 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on photosynthetic pigments of lettuce mg/g

2.2.2 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜光合作用的影響 從表3 可以看出，不同質量濃度IDHA螯合鐵生菜的蒸騰速率和凈光合速率的值均不及CK1，且均優于CK2。在蒸騰速率上T3、T4、T5 處理與CK1 相比差異不顯著，且表現為T4＞T5＞T3，T4 處理的蒸騰速率為23.517 1 mmol/（m2·s），較T5、T3 處理分別增加9.12%、11.62%；在凈光合速率上，T4 處理與CK1 相比差異不顯著，T1、T2、T3、T5 處理凈光合速率均 顯著低于CK1（P＜0.05），分別降低23.03%、19.94%、16.66%、13.74%，且T4 與T5 處理間差異不顯著。

表3 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜光合作用的影響Tab.3 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on photosynthesis of lettuce

在胞間CO2濃度上，T1、T2、T3、T4 處理較CK2 均有所增加，但T1、T2 處理與CK2 間差異不顯著，T3、T4 處理分別較CK2 顯著增加23.53%、1.97%（P＜0.05），并且T3 處理與CK1 相比差異不顯著。在氣孔導度上，各處理均顯著高于CK2（P＜0.05），T4 處理與CK1 相比差異不顯著。

2.3 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜品質的影響

由表4 可知，T3、T4 處理與CK1 相比，在可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C 含量上差異均不顯著，且可溶性糖含量在T4 處理下最大，為25.41 mg/g，較CK1 增加14.82%；可溶性蛋白含量在T3 處理下最大，為1.76 mg/g，較CK1 增加12.82%；維生素C含量在CK1 下最大，T2、T3、T4 和T5 處理雖 與CK1 差異不顯著，但分別降低9.09%、13.64%、4.55%和13.64%。硝酸鹽含量在T3 處理下最大，且與CK1 相比差異顯著。總體上看，一定質量濃度的IDHA 螯合鐵可以促進生菜可溶性糖和可溶性蛋白的合成。

表4 不同質量濃度IDHA 螯合鐵對生菜品質的影響Tab.4 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on lettuce quality mg/g

與CK2 相比，在可溶性糖含量上，除T4 處理外其他處理均與之差異不顯著；T2 處理在可溶性蛋白含量上與之差異不顯著；T1、T5 處理在維生素C 和硝酸鹽含量上與之差異不顯著。這說明IDHA螯合鐵處理可能不利于生菜體內維生素C 的合成，且在一定質量濃度范圍內會促進硝酸鹽合成。

3 結論與討論

鐵作為植物生長所必需的微量元素之一，它影響光合作用中CO2的還原過程和CO2的凈吸收速率[18-19]，直接影響植物體光合作用和物質能量的轉換。植物缺鐵時，葉綠素不能合成，嚴重時會導致葉片壞死和脫落[20]。直接施用鐵肥是改善植物缺鐵最常用和最有效的方法[21]。本研究嘗試使用綠色環保可降解的IDHA 螯合鐵，代替目前無土栽培營養液中廣泛使用的EDTA/Fe2+。已有研究表明，植物所需的某種元素供應量過大或過小，都會對植物體造成毒害或缺乏傷害，進而影響植物體的正常生長[22]。本試驗發現，T1、T2 和T5 處理在株高、地上部鮮質量和可溶性糖含量等指標上略低于CK1 和T4 處理，這可能是出現缺鐵和鐵毒害所致。施用適量的鐵肥能增加作物的產量[8,23]，雖T3、T4處理的株高、莖粗、地上部鮮質量與EDTA/Fe2+處理相比差異不顯著，甚至不如CK1，但均顯著高于CK2，因此，施用適當質量濃度的IDHA 螯合鐵可以達到與EDTA/Fe2+相同的增產效果。

本研究表明，隨著營養液中IDHA 螯合鐵質量濃度的增加生菜的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量均有所提高，但是IDHA 螯合鐵質量濃度過高時，又抑制了可溶性蛋白含量、可溶性糖含量的提高，這與彭春霞[24]和高洪波等[25]的研究結果基本一致；并且IDHA 螯合鐵處理生菜的可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均優于EDTA/Fe2+處理生菜，說明采用IDHA 螯合鐵處理生菜對生菜的品質有一定的改善，但無顯著性差異。

植物受到過量鐵或缺鐵脅迫時可能會影響植物的光合作用[26-27]，與EDTA/Fe2+處理相比，T1、T2 和T5 處理生菜的凈光合速率、胞間CO2濃度、氣孔導度均差異顯著，這可能是缺鐵和過量鐵的脅迫造成；但T4 處理的蒸騰速率、凈光合速率、氣孔導度與CK1 相比并無顯著性差異，說明T4 處理的IDHA 螯合鐵質量濃度對生菜的光合無顯著影響。顏廷帥等[28]研究表明，施用外源鐵素與缺鐵處理相比可提高大白菜的干質量、凈光合速率、氣孔導度。在本試驗中，IDHA 螯合鐵處理生菜的地上部干質量、凈光合速率和氣孔導度雖不如EDTA/Fe2+處理生菜，但均高于缺鐵處理，這與顏廷帥等[28]研究結果一致。因此，使用適當質量濃度的IDHA 螯合鐵所培育的生菜，在生長、品質及光合指標上可以達到與EDTA/Fe2+處理無顯著性差異的效果。

綜上所述，在無土栽培條件下，采用新型綠色環保及具優良降解性的IDHA 螯合鐵代替EDTA/Fe2+作為營養液中的鐵源，可以為生菜提供其生長所必需的鐵素。基質培營養液中IDHA 螯合鐵的鐵質量濃度為6.00 mg/L 時，生菜的各項指標最優，且與EDTA/Fe2+處理生菜無顯著性差異。