苗參水培及營養(yǎng)液滅菌的研究進展

朱相潤 劉越一 莫紅旭 曹路 湯宥輯 馮爽 翟銘文 王友鵬 吳榮哲

(延邊大學農(nóng)學院，吉林 延吉 133000)

人參(Panax ginseng C.A.Meyer)為五加科草本植物，喜陰涼，3a開花結實，1～5a的人參可食用，6a以上的人參根、莖干燥后可作為藥用[1]。人參具有保護肝臟、補元氣、益腎助陽，補脾補血養(yǎng)血、益肺補氣生津，降血脂、安神益智等功效。據(jù)2019年國際市場的統(tǒng)計，人參的年貿易量在6000～6500t，其中中國人參產(chǎn)量約占國際市場總產(chǎn)量的70%[2]。

苗參(Ginseng Sprouts)是指一至四年生幼葉展開的人參。水培苗參生長周期短、植株內活性物質含量高，具備功能食品的潛力[3]，成為人們生活中鮮食保健的佳品。但是，苗參在生長發(fā)育的過程中經(jīng)常會受到鐮刀菌等真菌侵染，使苗參的莖干枯萎蔫，參體腐爛。本文介紹了苗參水培及營養(yǎng)液的滅菌處理，為減輕苗參水培過程中病害的發(fā)生、擴大苗參產(chǎn)業(yè)化提供參考依據(jù)。

1 不同水培模式下苗參的栽培

1.1 水培模式下苗參的栽培

水培蔬菜具有產(chǎn)量高、生產(chǎn)周期短、質量安全可控等諸多優(yōu)勢。研究表明，水培可提高番茄中的可溶性固形物、糖酸比，以及可溶性蛋白質量分數(shù)[4]。相比于傳統(tǒng)栽培模式，水培生產(chǎn)出的蔬菜產(chǎn)量高，一般可提高0.5～4.0倍，經(jīng)濟效益提高1.0～2.5倍[5]。

我國現(xiàn)階段的蔬菜水培主要有營養(yǎng)液膜技術、深液流法和浮板毛管技術等。將植株的大部分根系浸在營養(yǎng)液中，營養(yǎng)液的成分包括雜木液、氨基酸、葡萄糖等，采用水培種植技術生產(chǎn)，莖、葉、根均可食用，有助于克服人參連作的障礙。水培時需要不斷地向營養(yǎng)液中通氧氣，增加營養(yǎng)液中的氧氣含量。研究表明，人參水培種植過程中，環(huán)境濕度控制在60%左右，溫度在22℃左右，培養(yǎng)30d左右，苗參植株即可長出莖葉[6]。

1.2 氣霧培模式對苗參栽培的影響

氣霧栽培設施主要由栽培系統(tǒng)和營養(yǎng)液供給系統(tǒng)2大部分構成，目前較常見的栽培系統(tǒng)有3種，分別為A型栽培模式、苗床模式和立柱模式。供液系統(tǒng)主要包括水泵、管道、儲液池、噴霧裝置和控制器[7]。Song等[8]的研究中，苗參的氣霧培設施長1.1m、寬1.4m、高2.0m，且配備有一個98L的等離子體處理室，采用容量為28mL·min-1、噴灑壓力約為5kgf·cm-2的噴頭，間隔58min噴1次，每次噴2min，營養(yǎng)液溫度保持在20℃。噴施等離子體處理過的水后，立即從底部排出；等離子體處理過的水中的NO3-和NO2-與K+共同作用下，苗參莖的生物量提高了26.5%。

2 光照對苗參栽培的影響

苗參喜陰涼，忌強光，不同的光照強度都會對其生長發(fā)育造成影響。綠色葉片中的類胡蘿卜素可以保護葉綠體進行光合作用，避免強光對葉綠體的傷害，在溫度低，光照弱的環(huán)境中，類胡蘿卜素的含量較高[9]。因此，當光照過強時，類胡蘿卜素可能會對苗參葉中的葉綠體起到一定的保護作用。馮春生等[10]研究表明，人參光飽和強度10～20klx，適宜的光照強度為6～20klx；參棚適宜透光率為25%，藍膜的光合效率高，研究人參光合作用的光補償點和光飽和點分別在5～20μE·(m2·s)-1和120～480μE·(m2·s)-1。二者測量數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差，可能是由于測量方法不同導致，根據(jù)其研究結果，可以更好地控制設施內的光照環(huán)境。曹伍林等[10]的研究表明，在植物生長發(fā)育的環(huán)境中，當光照強度過大時，植物會使葉片通過卷曲，以減少葉片對光的吸收。以上結論說明苗參展葉后，葉片也會受到光照的影響，水培時應控制光強，避免苗參被日光灼傷，同時，保證光照時間和光照強度使葉片可以正常光合作用。Kim等[11]的研究中發(fā)現(xiàn)，不同光的組合對苗參的生長發(fā)育有直接影響，紅光(656nm)對苗參莖的生長及葉面積變化均有促進作用，紅光能有效地提高苗參的生長特性和光合速率。藍光(451nm)對苗參總皂苷含量的提高有積極的作用，主要增強了皂苷Rb1、Rg1和Re，這也導致了苗參皂苷總含量的增加，藍光還誘導5-氨基丙酸增加，從而改善葉綠素合成，藍光照射下會減少苗參莖的長度。添加遠紅光(740nm)對苗參的莖長沒有影響，但能使葉面積增大。在秋冬季節(jié)，光周期縮短會影響苗參的生長，根據(jù)苗參的生長狀況，設置不同的紅藍光比例進行合理的補光，控制補光時長，可以調節(jié)苗參根、莖、葉的生長；同時可以利用不同波長的光提高苗參的皂苷含量。李哲浩等[6]研究表明，苗參在水培過程中，會進行2h·d-1的補光，補光會利用紅光和藍光2種LED燈進行，紅光和藍光的比值為3∶1。紅光能促進苗參鮮重和干重、株高和葉面積。以上證明了水培模式栽培苗參，可以利用設施隨時進行補光，采收所需部位，彌補市場空缺。

3 溫度對苗參栽培的影響

溫度是植物生長調節(jié)最重要的因素之一，高溫導致植物細胞膜被破壞、光合作用受抑制，使細胞衰老、死亡。研究表明，溫度過高會使氣孔閉合，蒸騰作用不相適應，葉片中的葉綠素會最先受到破壞，出現(xiàn)組織焦枯變脆，葉片焦枯、脫落等病態(tài)[12]。溫度過高還會使苗參進入休眠狀態(tài)，休眠的苗參長時間浸泡在營養(yǎng)液中會使根部腐爛。在設施內，苗參的生長期最適宜的溫度為20～25℃，要穩(wěn)定在15℃以上。苗參葉片凈光合作用最適溫度為15～25℃。作為蔬菜類作物，苗參生長發(fā)育最適溫度與黃瓜接近，但略低于黃瓜，根據(jù)董洪霞等[13]的研究，黃瓜的生長適溫為25～28℃,低溫生長溫度為11℃左右,當溫度低于10℃時，黃瓜的生長發(fā)育將會停止。李哲浩等[6]研究表明，苗參在水培過程中，無菌室內溫度控制在15～24℃，培養(yǎng)30d，苗參植株即可長出莖和葉。

4 苗參栽培營養(yǎng)液的滅菌處理

4.1 物理方法滅菌對營養(yǎng)液的影響

根據(jù)王偉琳等[14]研究，采用紫外線照射滅菌的方法，通過調節(jié)營養(yǎng)液的流速、流量，改變營養(yǎng)液透光率，通過紫外線充分的照射，可殺滅鐮刀菌(Fusarium)、疫霉菌(Phytophthora)等，滅菌率達到92%左右。加熱消毒機可使滅菌效果更加徹底。宋衛(wèi)堂等[15]研究中，利用電加熱爐，初始營養(yǎng)液(20℃左右)在加熱爐中被加熱至85℃后，進入滯留罐，滯留3min，排入熱交換器高溫通道，在熱交換器中將余熱傳給低溫通道中的待處理營養(yǎng)液。利用加熱消毒機進行番茄萎蔫病病菌、黃瓜枯萎病病菌、番茄細菌性青枯病病菌滅菌，滅菌率可以達到100%。

利用沙粒、活性炭等材料制作成的過濾裝置，通過過濾、吸附的作用達到營養(yǎng)液濾菌的效果。研究表明，利用不同粒徑的砂層可濾除不同相對分子質量的生物，使用混凝、粉末活性炭等過濾裝置可以對真菌、線蟲、部分有機物和部分鐮孢菌進行過濾。

4.2 化學方法滅菌對營養(yǎng)液的影響

水培蔬菜時，營養(yǎng)液中極易滋生綠藻。藻類會在營養(yǎng)液中大量的繁殖，會與苗參競爭營養(yǎng)液中的營養(yǎng)物質，并且會嚴重影響苗參的生長發(fā)育，如苗參生長減緩、產(chǎn)量和品質下降等，采用0.5%的CuSO4溶液可抑制綠藻的生成和減少綠藻的發(fā)生。在營養(yǎng)液中添加氧化劑進行滅菌，氧化劑可以與病菌迅速發(fā)生氧化還原反應，分解病菌。孫博等[16]研究發(fā)現(xiàn)，利用二溴海因滅菌，其中的活性溴等有效成分會影響病原菌的活性，是常用含氯滅菌劑的40倍。二溴海因和次氯酸鈉的滅菌效果相似，對藻類的去除效果較好，但是滅菌率不及次氯酸鈉。以上采用的化學試劑，如二溴海因等，均在滅菌過程中反應發(fā)生快，且不易在水中發(fā)生殘留，不會影響到苗參的正常生長。

用于營養(yǎng)液滅菌的氧化劑主要是臭氧，過氧化氫價格低廉，作為替代物也用于營養(yǎng)液消毒。臭氧滅菌的效果主要和臭氧與病原菌接觸的時間以及臭氧的濃度有關，具有殺菌性廣、殺菌速度快。但是，臭氧在水中的溶解率低且易分解，營養(yǎng)液中的病菌與臭氧接觸時間短，滅菌效率不高。李哲浩[6]研究表明，在每年的2—4月，苗參易感染蠶豆赤斑病，在無菌室內，日平均溫度控制在8～16℃，施用40%咪戊懸浮劑、10%嘧菌酯懸浮劑、75%百菌清可濕性粉劑均可對蠶豆赤斑病均有較好的防效，411項農(nóng)殘未檢出，可進行推廣應用以促進人參產(chǎn)業(yè)的綠色、健康、可持續(xù)發(fā)展。

4.3 復合方法滅菌對營養(yǎng)液的影響

單一消毒工藝存在各自的缺點，采用2種及2種以上的消毒劑或消毒方法以便加速和強化消毒效果。采用復合方法滅菌可以同時利用物理、化學等方法進行營養(yǎng)液滅菌。如，利用物理方法濾除營養(yǎng)液中的雜質，增加紫外線燈的透射率，使紫外線直接作用到病菌上，進行滅菌；還可以利用臭氧與病菌發(fā)生的氧化反應進行滅菌，提升滅菌效果。王冬華等[17]研究表明，利用沙濾滅菌法加紫外線燈滅菌法滅菌，沙濾滅菌法的過濾效率主要與濾膜和細菌濃度有關，隨著營養(yǎng)液過濾次數(shù)的增加，過濾效率也增加，過濾后的營養(yǎng)液透光度增加，配合紫外線照射，可以徹底過濾掉腐霉屬真菌和疫霉屬卵菌，還可消除部分線蟲及鐮刀菌。在使用營養(yǎng)液前，需要進行營養(yǎng)液過濾，除去因長期放置而產(chǎn)生的藻類。配合紫外線照射，使營養(yǎng)液中的細菌、真菌失活，避免污染苗參植株。

宋衛(wèi)堂等[18]研究表明，利用進氣量35L·min-1，臭氧產(chǎn)量10g·h-1的臭氧發(fā)生器，配合輻照度為18.3MW·cm-2的紫外線燈組合滅菌，消毒4～6h，可有效抑制細菌、真菌、放線菌，滅菌率可達89.9%。利用微納米氣泡發(fā)生技術可提高臭氧在水中的溶解率，延長臭氧在水中的存留時間，提高利用率；調節(jié)臭氧濃度為1mg·L-1左右(濃度范圍1～8mg·L-1)并通過紫外線光照射可對營養(yǎng)液發(fā)揮協(xié)同滅菌作用，消毒后采用空壓機對殘留臭氧進行吹脫處理，使營養(yǎng)液中的臭氧濃度迅速下降到0.1mg·L-1，減少或避免對植物根系產(chǎn)生危害。在水培一段時間后，營養(yǎng)液中殘留的病菌、苗參根部攜帶的病菌會因營養(yǎng)液中養(yǎng)分的充足迅速繁殖，這一研究表明，在水培過程中，通過使用多種滅菌方法，可以最大程度降低病害的發(fā)生，不斷進行營養(yǎng)液滅菌，同時也可以控制病菌的侵染速度。

5 展望

苗參中含有豐富的活性物質，全株均可鮮食。水培模式可以縮短苗參的生長周期、提高苗參的產(chǎn)量、實現(xiàn)周年供應。目前使用營養(yǎng)液滅菌的效果尚處于廣泛應用苗參初期階段，雖有一定的滅菌效果，但尚未到達預期。隨著水培技術及滅菌方法的完善，利用物理、化學、生物抑制劑等方法，會進一步提升營養(yǎng)液滅菌的效果。未來，會探索出更加有效的復合型滅菌方法，從而建立科學、全面、安全的水培模式。