γ-聚谷氨酸對設施草莓的提質增效作用

仝雅娜，張 宏，賈軼丹，李 政，楊麗芳，喬長晟

(1.天津市農業科學院，天津 300192；2.南開大學，天津 300071；3.天津工業大學，天津 300387；4.天津慧智百川生物工程有限公司，天津 300450）

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由L-谷氨酸和/或D-谷氨酸單體通過酰胺鍵聚合而成的一種多肽分子，通常是由500～5 000個左右的谷氨酸單體組成，相對分子質量在100～1 000 kD之間。γ-PGA近年來在農業生產上發揮著重要的作用，具有超強的保水能力、提高植物抗逆境能力、促進作物生長發育等功能，結構穩定性強，隨著發酵工藝的發展和原材料成本的降低，γ-PGA的成本大幅度降低，非常適合在農業上使用。諸多研究表明，γ-PGA能有效緩解鹽脅迫下小白菜的生長，促進番茄穴盤苗、辣椒等蔬菜的生長，桃樹的生長發育、玉米化肥減量增效、生姜的生長、根莖發育和有機物積累。此外，γ-PGA還能提高蚜蟲脅迫下辣椒葉片的SOD、POD和CAT活性，保障植株在逆境脅迫下仍能正常生長發育。還有研究發現，施用適量的γ-PGA可以有效起到保墑和保溫的作用，可為冬菠菜的生長提供良好的生長環境，間接促進了冬菠菜的產量。然而，目前γ-聚谷氨酸對草莓的最佳施用量及其影響機理尚不明確，有必要開展相關研究。

草莓(Duch.)屬于薔薇科(Rosaceae)薔薇亞科(Rosoideae)草莓屬()，為多年生草本植物，是一種營養價值和經濟價值較高的小漿果，常被人們譽為“果中皇后”。我國野生草莓資源豐富，分布較廣。20世紀末期是草莓生產發展最快的時期，栽培面積迅速擴大，產量迅速提高。現階段，我國農業資源的消耗明顯加劇，各個地方積極開展農業“雙減”工作，本研究通過γ-PGA的使用，實現對化肥、農藥使用量的控制和降低，減少了水量的使用，同時實現草莓產量的增加及品質的提高。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年9月—2021年5月，在天津市農業科學院武清創新基地日光溫室內進行土壤栽培試驗（土壤理化性質：全氮2.931 g·kg，全磷1.927 g·kg，全鉀23.134 g·kg，pH值7.593，EC值1.412 ms·cm，有 機 質42.78 g·kg，堿 解 氮151.333 mg·kg，有效磷63.16 mg·kg，速效鉀1 201.667 mg·kg），并進行“雙減”、節水增效試驗。供試溫室長60 m，跨度7 m，面積420 m。試驗壟距90 cm，壟臺高35 cm，上寬50 cm，下寬70 cm，長7 m。

1.2 供試材料

供試草莓品種：‘津韻1號’，植株生長勢較強，果實圓錐形，鮮紅色，有光澤，畸形果少，果肉鮮紅，甜味略帶酸味，有香氣，品質優，耐鹽堿、耐儲運、耐低溫，抗白粉病，豐產性能好。

供試γ-聚谷氨酸：由天津慧智百川生物工程有限公司提供。

1.3 試驗設計

草莓苗為3葉1心的匍匐莖苗，于2020年9月1日定植。常規管理，蜜蜂授粉，試驗過程中苗期、花期定期每周施用海法保力豐平衡肥（20-20-20+TE）、坐果期施用高鉀肥（16-8-32+TE），所有處理施肥量、水量參照表1。

表1 不同試驗處理的小區方案

試驗設置5個處理，分別記為CK、T1、T2、T3、T4，3壟為1個小區，每個處理1個小區，重復3次。生長期其他管理按常規進行。1周施1次肥，平均施肥量：70 g·小區·次，平均水量：0.125 m·小區·次，從10月初開始每1個半月隨施肥添加1次γ-PGA，整個生長季使用4次。5個處理的小區方案為CK（70 g肥+0.125 m水、常規打藥）、T1（70 g肥+0.125 m常規水量、不打農藥）、T2（70 g肥+0.125 m水、農藥減量25%+3%的γ-PGA）、T3（59.5 g肥+0.125 m水+1.3 g γ-PGA、常規打藥）、T4（70 g肥+0.12 m水+2.2 g γ-PGA、常規打藥）。

1.4 測定方法

植株地上部指標測定：分別在現蕾期、始花期、初果期、果實轉色期和盛果期各測定1次草莓植株的株高、假莖粗、葉面積、葉片數、花序數、花序長等生長指標。每種模式選取30株進行測量，設3次重復，每個重復10株。

單果質量和單株產量測定：在采收期每個處理隨機選10株草莓，3次重復，進行單果質量和單株產量的測定，取其平均值。采收產量為3茬果的總數。

果實品質測定：每組隨機取樣調查果實品質，可溶性固形物含量用ATAGO PAL-BX/ACID4便攜式草莓糖酸一體機測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可滴定酸含量采用酸堿滴定法測定；維生素C含量采用2，6－二氯酚靛酚比色法測定。水分、干物質采用GB5009.3—2016《食品中水分的測定》標準測定。

病蟲害調查方法：蚜蟲調查方法。調查采取5點取樣，每點定5株，共取樣25株，調查蟲口數量和危害情況，計算有蚜株率和單株蚜率。按照有蚜株率的分級指標，確定危為害程度。

紅蜘蛛調查方法。各小區對角線五點定點取樣，每點定點調查5片復葉(正反面調查)，記錄草莓紅蜘蛛數量。

地老虎調查方法。調查選取不同處理的小區，以對角線5點取樣，每點范圍1m，調查草莓的總株數和被害株數，以及地老虎幼蟲數，統計蟲口密度和被害株率。

以被害株率作為危害程度的分級標準：0級表示被害株率為0，1級表示被害株率<25%，2級表示被害株率25.1%~50%，3級表示被害株率50.1%~75%，4級表示被害株率>75%。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel對測定數據進行整理與繪圖，用SPSS 25.0數據處理系統進行差異顯著性分析（Duncan多重比較法），顯著水平為＜0.05和＜0.01。

2 結果與分析

2.1 γ-PGA對草莓生長的影響

γ-PGA使用量不同植株生長、根系吸收的情況也不同。由表2可知，T2的植株除葉片數低于對照，其他指標均高于對照，株高、假莖粗、葉面積、花序數、花序長分別高出對照4.89%，8.95%，4.40%，13.33%，15.69%。其他幾個處理大部分生長指標低于對照，除了T1假莖粗低于對照9.12%，T2、T3、T4高于對照8.95%，0.47%，1.42%。T3處理因減少肥料15%，株高、葉面積、花序數、花序長略比其他處理差，但是假莖粗生長未受太大影響，比對照和不打藥處理粗壯。

表2 γ-PGA對草莓生長的影響

由于T3、T4 2個處理分別減少了水和肥的使用量，土壤含水量在整個生長季會有很大區別，所以針對這個問題進行了根系的測量，由表3可知，除了T1各項指標均低于其他處理，T2、T3、T4均高于對照。T2的根長、根表面積、根體積、根尖數分別比對照高出6.54%，10.13%，18.13%，24.41%；T3分別比對照高出5.61%，6.93%，3.62%，31.50%；T4分別 比 對照高出11.81%，16.06%，6.52%，42.05%。由此可見，減少水分、添加γ-PGA后，根長、根表面積、根尖數均增長明顯，由于根平均直徑低于T2，故根體積也低于T2處理。

表3 γ-PGA對草莓根系的影響

2.2 γ-PGA對草莓產量和品質的影響

γ-PGA使用方法不同，對草莓的產量和品質影響也不一致。其中平均單果質量、平均產量、可溶性固形物、可溶性糖含量均高于對照。T2測定結果分別高出對照16.74%，10.76%，9.18%，12.00%；T3分別高于對照1.69%，8.42%，1.02%，6.00%；T4分別高出對照21.48%，12.02%，5.10%，10.00%。T2、T3、T4糖酸比分別比對照提高5.41%，6.00%，5.60%。其中，節水處理的產量最高。由此可見，使用γ-PGA可以增加肥力的吸收，同時適當減少澆水量更有利于根系的吸收，促進產量的增加。

表4 γ-PGA對草莓產量和品質的影響

2.3 病蟲害種類調查

草莓整個生育期容易發生的病蟲害種類很多。本研究開展過程中未出現病害，蟲害略有發生，發生的總體情況與不同時期蟲害的發生情況分別見表5。本研究發生蟲害種類3種，分別為蚜蟲、紅蜘蛛和地老虎，發生規律為：10—11月，地老虎的危害情況相對比較嚴重，在很大程度上危害了幼苗的成活率；4—5月，主要蟲害為蚜蟲、紅蜘蛛，危害植株和果實，使其失去商業品價值。

由表5可以看出，T1的蟲害發生較為嚴重，蚜蟲、紅蜘蛛和地老虎危害程度均達到2級，T2、T3、T4對照的蟲害程度次之，T2、T3、T4蟲害發生情況比較接近。調查過程中蟲害出現的時間順序依次是T1-CK-T4-T2-T3。其中T3處理蚜蟲和紅蜘蛛危為害株率均是最低，為6.0%，9.8%，分別低于對照14.0%，12.5%。其次是T2處理。由此可見，γ-GPA對農藥的增效作用顯著，在減少25%用藥量的情況下可以達到抗蟲的效果。T2、T3、T4處理未發生地老虎這種蟲害。

表5 γ-PGA對草莓蟲害的影響

3 結論與討論

在草莓生育期中，在水肥管理、噴施農藥過程中加入適量γ-PGA，能夠提高植株假莖粗，T2高出對照0.09個百分點，假莖粗的提高會間接提高果實產量，故T2、T3、T4產量分別增加10.76%，8.42%，12.02%，糖酸比分別比對照提高了5.41%，6.00%，5.60%。γ-PGA在改進營養生長和果實品質的同時，還能增強植株的抗病和抗蟲能力。減肥、減水2個處理沒有出現任何病蟲害，植株葉片鮮亮，不打藥或者沒有使用γ-PGA的處理，雖然管理精細，仍出現蚜蟲、紅蜘蛛和地老虎，且比較嚴重，T2、T3、T4 3個處理未發生地老虎蟲害，出現少量蚜蟲和紅蜘蛛，造成了一定的經濟損失。關于γ-PGA提高草莓的免疫能力并防止或者減輕了草莓病蟲害方面調查研究尚不全面，還有待今后進一步深入挖掘。

本研究使用的γ-PGA具有良好的生物可降解性（降解后對土壤無污染性）和強的吸水性，在設施草莓栽培中展示出巨大潛力，既能實現在生產中節水、減肥、減藥的效果，又能實現提質增效的作用。γ-PGA帶有負電游離羧基，能有效阻止硫酸根、磷酸根等與鈣、鎂元素的結合，減少低溶解性鹽類的產生。本研究發現，γ-PGA可以促進植物根系的生長，通過刺激根毛和新根的生長，更有效地提高草莓地下部分吸收養分的能力，提高了草莓的產量和品質。由于藥劑中添加γ-PGA后，可以延長藥物在草莓植株表面上的停留時間，故而提高了殺蟲效果，增加了藥效。若將γ-PGA與栽培土按一定比例混合，這樣可以達到減少灌溉次數和降低費用的效果。

γ-PGA不僅對草莓起到提質增效的作用，對玉米、番茄、葉菜類作物同樣作用顯著，在作物生長過程中使用γ-PGA，既能提高肥料的利用率，降低了生產成本，又能提高作物的產量和品質。γ-PGA對土壤pH值的調節具有一定的緩沖作用，可以有效地平衡土壤pH值，避免長期使用化肥引起的土壤酸化和板結。當γ-PGA應用于土壤酸化的蘋果園時，結果發現土壤pH值顯著提高，減輕了酸化引起的果樹病害程度，提高了蘋果的品質。在干旱、澇漬、低溫等不利條件下，γ-PGA能有效保證養分和水分的正常吸收。緩沖干旱、澇漬、寒冷等逆境對植物根系的損害。干旱脅迫下，γ-PGA可以通過參與水稻幼苗的滲透調節提高其抗旱性。水稻栽培中，γ-PGA的應用可提高水稻低溫傳導轉錄通路的表達，提高水稻的耐寒性。鹽脅迫下，γ-PGA不僅可以降低鈣鎂離子的利用率，還可以促進植物的生長發育，提高植物的耐鹽性。綠豆種子萌發試驗發現，在種子萌發過程中，脂質過氧化會降低種子的活力，影響其萌發狀態，采用γ-PGA浸種，可以消除活性氧引起的過氧化損傷，增加過氧化物酶的活性，提高萌發活力。同時根據土壤中施用適量的γ-PGA產生的保墑和保溫的作用，發現γ-PGA可以縮小土壤的晝夜溫差變化，達到改良劣質土壤，可為越冬茬作物的生長提供良好的生長環境，實現農作物增產豐收的目的。綜上，γ-聚谷氨酸在農業生產上使用甚廣，可深入挖掘其功效。