聚-γ-谷氨酸對黃瓜產量和果實品質的影響

鄧桂湖，鄭雅頡，王可馨，曾 卓，姜 玲*

（1.武漢光華時代生物科技有限公司，湖北武漢 430040；2.華中農業大學園藝林學學院果蔬園藝作物種質創新與利用全國重點實驗室/國家果樹脫毒種質資源室內保存中心/農業部華中地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，湖北武漢 430070）

黃瓜（Cucumis sativusL.）是葫蘆科黃瓜屬植物，種植持續時間較長，栽培范圍較廣，具有豐富的營養物質，富含纖維素和多種礦物質元素，深受消費者的喜愛[1]。在黃瓜生產中，普通肥料的利用率低，增加了農民的生產成本，不利于農業的可持續發展，而提高肥料的利用率，減少環境污染，是目前蔬菜生產的熱點問題[2]。因此，增加黃瓜產量、改善果實品質、提高其抗病蟲害的能力是生產中亟待解決的問題。

聚-γ-谷氨酸（poly-γ-glutamic acid，γ-PGA）是一種新型的肥料增效劑，作為一種水溶性的可生物降解的生物高分子[3]，γ-PGA 及其衍生產品在醫藥、化工、環保和農業等領域顯示出了十分廣闊的應用前景[4-5]。研究表明，在農業上，γ-PGA 單獨使用或將其添加到復合肥中使用，具有節省肥料、增產增收、提高植物抗病能力、改善土壤的理化性質等特點[6]，添加量少，使用成本低，促進植物生長效果明顯，越來越受到人們的重視。γ-PGA 是純天然的生物制劑，進入土壤后可自然分解，生成谷氨酸，最終被作物吸收利用，不會對環境造成二次污染。很多研究發現，γ-PGA 可作為肥料增效劑提高農產品的產量和品質[7]。如γ-PGA 處理可使小白菜增產20%以上，改善小白菜的品質，顯著提高氮的累積量，降低地上部硝酸鹽的積累[8]；提高番茄葉片的葉綠素含量，促進番茄生長[9]；相比清水，PGA 處理后，葡萄果實縱徑增長了7.7%，可溶性蛋白含量增加了28.7%，維生素C 含量增幅達60%[10]；可見，γ-PGA 處理可以明顯改善大棚栽植柑橘的外觀品質，使果實整齊一致，果形圓正，著色均勻，提升果實單果質量、榨汁率和維生素C 含量[11]。

本試驗在復合肥基礎上加入γ-PGA，探討了γ-PGA對黃瓜生長狀況、產量和品質的影響，旨在對γ-PGA 肥料增效劑在黃瓜種植中的應用做出評價，探索黃瓜生產中健康、高效的技術措施。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

γ-PGA 由華中農業大學農業微生物國家重點實驗室作為專利技術支撐，由武漢光華時代生物科技有限公司提供。試驗地設在武漢光華集團廠區內，供試品種為‘華北’黃瓜。

1.2 肥料增效劑的準備

功能復合營養液（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/L）購自武漢光華集團，取1 L 復合營養液加1 L 水稀釋后備用，記為H1 處理。

H1 水劑：取功能復合營養液1 L，加水1 L。

H2 水劑：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L），PGA 濃度為0。

H3 水劑：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L+3.5%的PGA 發酵液150 mL/L）。

H4 水劑：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L+3.5%的PGA 發酵液300 mL/L）。

1.3 試驗設計

2021 年5 月下旬至2021 年8 月上旬進行試驗。選擇耕地栽培條件一致，管理條件相同的試驗地進行4 個處理，每個處理種植50 株黃瓜苗做比較試驗。移栽時，黃瓜苗按行距50 cm，株距30 cm 定植，各處理在田間隨機排列。以清水為對照組。

處理1：黃瓜移栽時，施定根水，取H1 水劑150 mL，加15L 水稀釋，每株灌根300mL；在苗期取H1 水劑150mL，加15 L 水稀釋，每株灌根300 mL；在初蕾期取H1 水劑250 mL，加25 L 水稀釋，每株噴葉+灌根500 mL；在盛果期，取H1 水劑500 mL，加50 L 水稀釋，每株噴葉+灌根1 L。種植期和苗期各施1 次；花蕾期和盛果期，間隔10 d 施用一次，各施2 次。共施用6 次。

處理2 將H1 水劑更換為H2 水劑，其他操作相同。

處理3 將H1 水劑更換為H3 水劑，其他操作相同。

處理4 將H1 水劑更換為H4 水劑，其他操作相同。

1.4 儀器與設備

電子天平，杭州萬特衡器有限公司；色彩色差計（Color meter ZE6000）、果實硬度儀（GY-3），均為杭州托普儀器有限公司生產；SPAD 儀，浙江拓普公司。

1.5 測定指標及方法

黃瓜果實的單果質量、縱徑、橫徑參考劉漢蘭等[12]的方法測定。果實硬度用果實硬度儀測定。測定產量時，處理和對照分別統計30 株，采摘從6 月15 日開始到8 月16 日結束。采摘的黃瓜現場稱量質量，根據不同批次的數據，計算單位面積的產量。

每個處理選用30 株黃瓜做比較試驗，并隨機取樣送至華中農業大學園藝林學院進行品質分析，果實分析時，每個處理隨機取6 個生物學重復。

黃瓜果實表皮的色澤參數使用色彩色差計測定[13]。評判標準為：L為亮度變量，L值越大亮度越高，果實表皮越光滑；a為紅綠色值，最大值為199.9，正值偏紅、負值偏綠；b為黃藍色值，最大值為199.9，正值偏黃、負值偏藍。

VC 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定[11]。SPAD 值是葉片在兩種波長光學濃度差方式650、940 nm 來確定葉片當前葉綠素的相對數量（兩種波長范圍內的透光系數來確定葉片當前葉綠素的相對數量）[14]，本試驗采用SPAD 儀測定。

1.6 數據分析

數據分析使用SPSS 24.0 和Excel 2016 軟件進行。

2 結果與分析

2.1 γ-PGA 對黃瓜果實外觀品質的影響

果實外形是果實最為直觀的品質，對消費趨勢和經濟效益有相當重要的影響。圖1 顯示了進行γ-PGA 試驗后的黃瓜果實特征。由圖知，對照組果實短小，形狀不規則，處理3 和處理4 的果實較對照有顯著增長，果實的均一性也明顯更好。

圖1 不同處理黃瓜的照片Fig.1 Fruit photos of cucumber with different treatments

由表1 可知，黃瓜果實在4 種配方處理后，果實縱徑均大于對照，處理3 和處理4 較對照分別提升29.4%和32.9%，差異達到顯著水平，而處理1、2 和處理3 的果實橫徑有所降低，且差異達到極顯著，處理4 的果實橫徑與對照相比降低不明顯?？梢姡幚? 和處理4 的黃瓜果實相較于對照組表現出長度增加、果形整齊一致的特點。

表1 γ-PGA 對黃瓜果實外觀和VC 的影響Table 1 Effects of poly-γ-glutamic acid on fruit appearance quality and VC content of cucumber

果實硬度與耐貯運能力和貨價壽命密切相關。由表1 可知，處理3 和處理4 黃瓜果實表現為硬度增加。其中處理3 的硬度達到最大，為18.4 N/cm2，但差異不顯著。處理1 和處理2 的果實表現出硬度下降。

維生素C 是人體不可或缺的營養物質，黃瓜果實的VC 含量直接影響其內在品質。表1 顯示，黃瓜用γ-PGA處理后，果實中的VC 含量均有不同程度的增加，分別提高了104.9%、55.3%、215.9%、74.2%，其中處理3 果實VC含量增加最為明顯。黃瓜中的葉綠素主要起提高光合作用效率的作用，為作物產量打好物質基礎，提供營養保障。試驗結果表明，經過4 種γ-PGA 配方處理后的黃瓜葉綠素分別比對照提高1.9%、7.6%、10.4%、8.4%。處理3葉綠素增量最大，但差異不顯著。

2.2 γ-PGA 對果實色澤的影響

黃瓜在PGA 配方處理后的色澤變化結果如表2 所示，各處理組果實a值均為負，b值均為正，說明果實均呈現黃綠色。處理組相比于對照組亮度提高，其中，處理3、4 與對照相比，差異達到極顯著水平（P＜0.01）。處理3和處理4 果實的a值與對照和處理1 相比，也表現出極顯著差異（P＜0.01），且黃瓜果實的綠色相較于對照組稍淺。而b值在所有樣品間的差異不顯著。

表2 γ-PGA 處理后果實色澤的比較Table 2 Comparison of fruit color after poly-γ-glutamic acid treatment

2.3 γ-PGA 對黃瓜產量的影響

由表3 可知，4 種γ-PGA 配方處理的黃瓜單位面積產量均高于對照，各處理組相較于對照組的增幅分別為11.4%、16.8%、53.2%、47.1%，從處理3 和處理4 結果可以看出，產量隨著γ-PGA 處理的濃度增加而增加，由此證實，PGA 處理對黃瓜有明顯的增產效果。

表3 γ-PGA 對黃瓜產量的影響Table 3 Effect of poly-γ-glutamic acid on cucumber yield

4 種處理后的單株掛果數與對照組相比均有增加，且均達到差異極顯著水平（P＜0.01）。但處理1、2 和處理4 處理后的黃瓜單果質量有所下降，而處理3 的單果質量相比于對照組有所增加，綜合效果是單株掛果數增加，果實適當地減小，但果實的均一性更好。

3 討論

黃瓜是種植面積位于全球前十、中國前五的蔬菜，市場需求量大[15]，在全世界都有著重要地位。本研究表明，γ-PGA 通過促進黃瓜對肥料的吸收進而對黃瓜果實的部分生理指標有一定的積極作用，可以在一定程度上提高黃瓜產量，改善黃瓜外觀品質，提高黃瓜VC 含量和葉綠素含量等指標，是調節黃瓜生產和品質的有效的手段，開辟了PGA 在黃瓜上應用的新領域。為此，推薦黃瓜生產上使用濃度處理3（復合肥配施150 mL/L、3.5%的PGA發酵液）進行灌根處理，它對于黃瓜生產具有良好的效果。

在產量方面，γ-PGA 能促進黃瓜的壯苗增產。經過γ-PGA 處理，黃瓜藤蔓數和開花數增加，連續結果能力增強，這與γ-PGA 在辣椒上的作用效果一致[16]。從單位面積產量方面看，γ-PGA 處理對黃瓜有明顯的增產效果，且增產效果與γ-PGA 濃度呈正相關，處理4 增產最多，為47.1%。根據γ-PGA 處理后的黃瓜單果質量有所下降，推測決定單位面積產量的主要因素是掛果數和連續結果能力，而單果質量與果實外形有關，為次要因素。

外觀品質方面，果皮翠綠、新鮮飽滿的黃瓜更能吸引消費者，處理后的果實由橢圓形趨向長圓形，直徑變窄，長度變長，著色漂亮，硬度變大，耐貯性增強，這些因素都直接影響其經濟效益。黃瓜果實的硬度在處理3 條件下達到最大，為18.4 N/cm2，與γ-PGA 在草莓上的應用效果一致[17]，但處理1 與處理2 也表現出硬度下降的現象，在后續實驗中，可以在肥料中補充鈣元素，以期增加黃瓜果實硬度，進一步觀察PGA 是否可以改善黃瓜對肥料中鈣的吸收效果。

內在品質方面，黃瓜用γ-PGA 處理后，果實中的VC含量均有所增加，這與γ-PGA 在葡萄上的作用效果一致[9]。黃瓜中的葉綠素主要作用表現為壯根增綠，提高有效分蘗數量和質量，為產量打好基礎，提供營養保障，經過γ-PGA 處理后的黃瓜葉綠素含量提高，可以促進黃瓜營養生長，增強黃瓜的抗病能力，促進其生長發育，提高光合作用，增強物質積累。

同時，γ-PGA 以其綠色環保的特點，對提高肥料的利用率、維護生態環境、實現農業可持續發展有著重要的意義[18-19]。γ-PGA 在黃瓜以及其它農作物種植生產方面仍有較大的研究空間，如γ-PGA 促進作物生長的作用機制，γ-PGA 各濃度對黃瓜品質的影響，通過感官評價評測γ-PGA 處理黃瓜的品質，γ-PGA 對植物抗性的影響，γ-PGA 與節水節肥栽培的關系等，還有待之后的試驗設計做進一步的探索。