適宜的氮硫配施提高基質栽培大蒜鱗莖品質

許 建，賈 凱，朱君芳，胡 梅，王 娜，高 杰

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適宜的氮硫配施提高基質栽培大蒜鱗莖品質

許 建1,2，賈 凱1，朱君芳1，胡 梅1，王 娜1，高 杰1※

（1. 新疆農業大學林學與園藝學院，烏魯木齊 830052； 2. 新疆農業職業技術學院園林科技分院，昌吉 831100）

試驗采用蛭石-珍珠巖盆栽方式，研究了不同濃度氮（5、10、20 mmol/L，記作N1、N2、N3）、硫（2、4、8 mmol/L，記作S1、S2、S3）配施條件對大蒜鱗莖品質的影響，并采用隸屬函數法對大蒜品質進行綜合評價，分析鱗莖品質與氮硫互作水平的響應關系。試驗結果表明，氮素、硫素對大蒜主要營養成分含量影響不盡相同，氮硫配施能夠不同程度提高大蒜鱗莖中可溶性蛋白、VC、大蒜多糖、游離氨基酸的含量，且氮、硫單一因素對大蒜鱗莖品質影響遠低于元素間交互作用。但在氮素適宜水平下（10～20 mmol/L），硫素水平對大蒜鱗莖中大蒜辣素含量有顯著影響，提高硫濃度能夠顯著增加大蒜辣素含量，而在硫素濃度過高時（8 mmol/L）則明顯抑制該物質合成。隸屬函數法綜合評價以N3S2處理組大蒜鱗莖品質最優，隸屬函數值為0.81，對照組（CK）最差。綜合分析可見，無機基質栽培條件下氮硫配施顯著影響大蒜鱗莖品質，氮素濃度20 mmol/L（N3）、硫素濃度4 mmol/L（S2）時最利于大蒜鱗莖品質的提升，為大蒜無機基質栽培最佳氮、硫配施水平，且兩元素配施存在明顯的互作效應。該結論為大蒜栽培氮、硫元素合理配施提供試驗指導。

氮；硫；品質調控；大蒜；隸屬函數

0 引 言

氮是植物所需的第二大量必須元素，是組成蛋白質、核酸、葉綠素等的必需元素[1-2]。硫也是生物體的必需元素，對植物蛋白質合成、葉綠體構成和功能維持、輔酶，以及小分子物質合成、生長、抗逆調節等方面均有重要作用[3-5]，約占植物干質量的0.1%，是含硫氨基酸（半胱氨酸、甲硫氨酸等）和次級代謝物（十字花科的芥子油苷和蔥屬植物的風味前體物質S-烴基半胱氨酸亞砜）的組成成分[6]。蒜氨酸（alliin）類物質（cysteine sulphoxide，CSOs）是蔥屬植物特征辛辣氣味的前體合成物質，是一類性質穩定、無味的非蛋白含硫氨基酸[7]。硫和氮元素在 CSOs 合成過程中具有重要的調控作用[8]。

植物生長過程中各種營養元素間的交互-協同作用是植物營養與生理研究的重點內容，但多集中在小麥、玉米、大豆等大宗作物上[9-14]。大蒜需硫量較大，氮、硫養分及交互作用對其生長與栽培品質均有重要的影響?？嘴`君等分別研究了氮硫互作對大蔥品質、主要元素吸收分配特性以及硫同化關鍵酶活性的影響，結果表明：N、S水平及其互作效應對大蔥N、P、K、S積累分配有顯著影響[15]；低氮或者高氮條件下均抑制硫同化酶活性，而硫水平的提高則顯著抑制ATP硫酸化酶（ATP sulfurylase，ATPS）和O-乙酰絲氨酸水解酶（O-acetylserine (thiol)lyase，OASS）活性[16]。國內針對氮硫互作與大蒜鱗莖品質關系的研究較少，本文采用無機基質栽培形式，分析大蒜鱗莖品質對不同濃度氮、硫2種元素互作水平的響應情況，并采用隸屬函數法綜合評價大蒜鱗莖品質，以期為大蒜栽培中氮、硫元素合理施配提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗用大蒜品種為新疆吉木薩爾縣所產白皮蒜，大蒜經地窖保藏越冬后，于2015年4月18日播種。栽培采用蛭石-珍珠巖栽培，配制比例6:4，蛭石粒度大小為0.3～0.5 cm，栽培前基質先經蒸餾水充分淋洗。選用塑料栽培盆，盆高20 cm，直徑15 cm，蛭石裝載高度為盆高4/5。為減小母蒜對試驗結果的影響，該試驗選取的鱗芽質量為4.0～5.0 g，每盆栽2株大蒜，置于塑料防雨棚下澆灌營養液培養。

營養液成分采用Hoagland營養配方，在大量元素、微量元素一致的基礎上，設置3個氮素水平、3個硫素水平，氮素水平分別為5、10、20 mmol/L（記作N1、N2、N3）；硫素水平分別為2、4、8 mmol/L（記作S1、S2、S3）。采用二因素三水平完全隨機區組設計，共9個處理組加；另設置空白對照組（CK），僅施用共同基礎元素，但不施用氮、硫元素。每組分別處理30盆（60株）。

栽培期間，幼苗期每7 d澆灌1次營養液，至花莖伸長期后每5 d澆灌1次營養液。每澆灌3次營養液用蒸餾水清洗1次，清除積累的鹽分。至10月6日大蒜葉片萎蔫，鱗莖完全成熟后采收。采收后的大蒜在陰涼處通風晾干后，測定各鱗莖的品質指標。

1.2 測定項目與方法

可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法測定；VC采用亞鐵離子-紅菲羅啉分光光度法；游離氨基酸含量采用茚三酮顯色法，以上參照曹建康方法[17]；大蒜多糖含量采用蒽酮-硫酸法，參照梁麗軍方法[18]；大蒜辣素含量測定采用丙酮酸差量法，參照朱君芳方法[19]。

1.3 數據處理與分析

采用DPS7.05軟件進行數據統計分析，做圖采用SigmaPlot12.5繪制。

大蒜鱗莖綜合品質評價采用模糊評價隸屬函數法。先使用極值標準化法對測定的各指標原始數據進行無量綱化處理，使其值為0～1之間的標準化數據。極值標準化處理利用計算公式

()=(?min)/(max?min) （1）

式中為每個特征值；min為最小特征值；max為特征最大值。

原始數據標準化處理后，將原始數據轉化為模糊轉換矩陣，再將其與各組分的權重矩陣結合運算，得到最終的隸屬函數評價結果。即

R=Y×S （2）

式中R為第處理組品質指標的隸屬函數評價值；Y為第處理組的第個評價指標數值標準化結果；S為第個評價指標的權重值。

2 結果與分析

2.1 大蒜鱗莖品質對氮硫互作的響應情況

大蒜鱗莖品質指標間相關系數分析結果（表1）表明，可溶性蛋白含量與VC、游離氨基酸、大蒜多糖、大蒜辣素含量均為正相關關系，且與VC含量相關系數高達0.95，呈極顯著相關性（<0.01）。

表1 大蒜品質指標間相關系數

注：*、**分別表示在0.05和0.01水平上差異顯著，下同。

Note: *, ** indicate significant difference at 0.05 and 0.01 level, respectively, the same as below.

大蒜多糖含量與可溶性蛋白、VC呈正相關關系，而與游離氨基酸、大蒜辣素含量呈負相關關系，但相關性均不顯著。游離氨基酸含量與大蒜辣素含量相關系數為0.72，呈正向顯著相關。這一結果可以驗證，蒜氨酸（alliin）作為一種非蛋白合成氨基酸，是大蒜辣素（allicin）合成的前體物質，所以游離氨基酸與大蒜辣素含量間存在一定正相關關系。

2.1.1 可溶性蛋白

由圖1可見，不同氮硫互作水平對可溶性蛋白含量的影響差異顯著，以N3S1最低，為1.68%。在N3水平條件下，隨著硫素增加可溶性蛋白含量呈升高趨勢，可見在該氮素水平下增施硫能夠促進鱗莖中可溶性蛋白的合成。氮素在N2（10 mmol/L）條件下可溶性蛋白含量變化有所差異，呈先升高后降低趨勢，且組間差異不顯著。隨著N素水平的升高，可溶性蛋白含量整體呈先上升后下降趨勢；而隨著S素水平升高則呈持續上升趨勢，且在S3（8 mmol/L）水平下，顯著升高。

2.1.2 抗壞血酸（VC）

由圖2可見，大蒜中VC含量整體較低，介于13.01～39.43 mg/(100 g)。不同氮硫互作處理組的鱗莖VC含量差異明顯，其中以N3S1處理組最低，N1S3處理組最高。在N1、N3水平條件下隨著硫素水平的升高，VC含量呈上升趨勢；在N2條件下則呈先升高后降低趨勢，以硫素水平4 mmol/L為最大值。隨著N素水平的升高，VC含量整體呈緩慢下降趨勢，組間差異不顯著；而隨著S素水平升高，VC含量則呈上升趨勢，組間差異顯著。由此可知，施氮對促進抗壞血酸的形成作用較小，而硫素的施用則顯著影響VC的合成。

2.1.3 大蒜多糖

由圖3可見，大蒜鱗莖中大蒜多糖含量表現差異性較大，以空白對照組（CK）大蒜多糖含量最低，為30.56%；以N2S2處理組含量最高，為40.50%。在不同氮素水平下，各處理隨著硫素水平升高，大蒜多糖含量呈先升高后降低趨勢，均以4 mmol/L最高。在相同硫素水平條件下，隨著氮素水平升高也呈先升高后降低趨勢，各處理均以N2組含量最高。隨著N素水平的升高，大蒜多糖含量呈先緩慢上升后下降趨勢；而隨著S素水平升高也呈現先上升后下降趨勢。過高氮素或硫素水平均能抑制大蒜多糖的形成。

2.1.4 游離氨基酸

硫是合成氨基酸的重要組成成分，參與植物體大量生理生化活動，更是蔥屬類植物合成前體風味物質的特征元素。如圖4所示，在氮素水平增高條件下，游離氨基酸含量整體呈增長趨勢，對照組大蒜鱗莖中游離氨基酸含量最低，為4.34%；各處理組游離氨基酸含量有不同程度提高。氮素在5～10 mmol/L水平條件下，隨著硫素水平升高游離氨基酸含量均呈上升趨勢；當氮素水平達到20 mmol/L時，呈先升高后降低趨勢，在硫濃度8 mmol/L時游離氨基酸含量較4 mmol/L降低30.92%，呈顯著差異。增加氮素或硫肥均能達到增加大蒜鱗莖中游離氨基酸含量的目的，且以施用硫肥增效更顯著。

2.1.5 大蒜辣素

如圖5所示，在氮素水平較低時（5 mmol/L），硫素水平的提高對大蒜辣素含量影響不顯著，且與對照組相比也無顯著差異?？梢姷偷毓┙o也使得大蒜對硫素的供應水平失去敏感性，氮硫互作程度下降。當氮素水平達到10 mmol/L時，隨著硫供應水平提高大蒜辣素含量顯著提高，分別較對照組高13.94%、33.56%、29.15%。而高氮素水平條件下（20 mmol/L），隨著硫素水平升高，大蒜辣素含量呈先上升后下降趨勢，以N3S2處理組大蒜辣素含量最高，為13.42 mg/g?？梢娏蛩氐奶岣吣軌蝻@著提升大蒜辣素的合成，但在高硫條件下（8 mmol/L）則顯著抑制了大蒜辣素的合成。

2.1.6 氮硫互作對大蒜鱗莖品質影響的方差分析

表2中所示為氮硫互作對大蒜鱗莖品質影響的方差分析結果。由表可見，N素對大蒜主要營養成分含量影響不顯著，而S素僅對大蒜辣素含量影響顯著；但N×S對可溶性蛋白含量呈顯著影響，對VC、游離氨基酸、大蒜多糖、大蒜辣素含量呈極顯著影響。由此可知，氮、硫兩元素之間存在顯著的交互作用。

表2 氮硫互作對大蒜品質影響的方差分析（F值）

注：N、S、N×S分別表示氮素、硫素、氮硫交互作用。

Note: N, S, N×S indicate nitrogen, sulfur, interaction between nitrogen and sulfur, respectively.

2.2 隸屬函數法綜合評價大蒜鱗莖品質對氮硫互作的響應

2.2.1 隸屬函數模糊轉換矩陣的確立

根據隸屬函數模型建立方法，對大蒜品質指標數據進行標準化處理，評價要素參照計算公式（1）得到如下轉換矩陣，詳見表3。

2.2.2 權重系數及品質綜合評價

使用隸屬函數評價作物綜合品質的方法很多，如模糊統計法、專家打分法等[20]。大蒜辣素與多糖成分是大蒜中重要品質評價指標，鑒于各品質因子的貢獻權重差異較大，所以根據統計專家打分與相關文獻制定了各評價指標的權重[21-22]，見表4。

表3 大蒜品質隸屬函數

表4 各評價指標的權重系數

采用隸屬函數法對氮硫互作條件下的大蒜品質進行綜合評價，結果見表5。隸屬函數值越大，排名越高，表示品質越好。由供試的10組大蒜鱗莖品質綜合評價結果可知，N3S2組排名第一，隸屬函數值為0.81；其次是N3S1和N2S2，排名第二。以空白對照組（CK）隸屬函數值最低，為0.10，排名第10，綜合品質最差。

表5 大蒜品質綜合評價結果

3 討 論

氮與硫是植物體必須的2種元素，對植物生長發育與生理生化有著重要作用，而二者對作物品質的影響不盡相同。劉中良等[23]研究水培條件下施硫水平對大蒜鱗莖品質的影響，認為在2.25 mmol/L硫處理條件下大蒜鱗莖中大蒜辣素、大蒜多糖、游離氨基酸含量均最高。研究認為施氮能夠顯著降低蕪菁肉質根中VC和大蒜多糖的含量，可能是因為氮肥施用增加了葉片數量和葉面積進而影響冠層的光密度，影響植株光合作用的結果[24]。

趙玉霞等[25]認為在高施氮量與中等施硫量條件下，冬小麥產量可以超過平均產量，進而達到增產的目的。吳萍萍等[26]研究氮硫互作對生姜生長的影響認為，在適宜的氮素施肥范圍內，產量隨施氮量增加呈增加趨勢；在相同施氮量下，增加硫肥的施用可以提高生姜干物質量和產量。張翔等[27]研究了氮硫肥對大蒜產量和品質的影響，研究結果認為氮-硫配施能夠顯著增加大蒜產量，且氮、硫之間存在顯著的交互作用。

氮素供給增加條件下能夠提高植株對氮的吸收，促進硝酸鹽的積累；在此情況下增施硫能夠調節N/S比例，促進蛋白質、氨基酸等物質的合成。Koprivova等[28]認為氮-硫同化途徑存在密切交互作用，試驗證實在營養液中增加NH4+能夠提高合成蛋白質的氨基酸合成量，且氮素營養在轉錄水平上調控硫酸鹽還原，乙酰絲氨酸（O-acetylserine）在硫酸鹽和硝酸鹽同化過程中起到協調作用?？嘴`君等[29]研究氮硫互作對大蔥品質的影響認為，氮硫互作對大蔥品質存在顯著的互作效應，隨著氮、硫供應水平的提高，大蔥中硫化物的含量顯著增加，N素濃度16 mmol/L、S素濃度3.35 mmol/L最有利于大蔥品質提升。Bolem等[30]研究了氮硫互作對洋蔥與大蒜中蒜氨酸含量的影響，認為硫濃度的升高能夠促進植物葉片和鱗莖中蒜氨酸的合成量，而氮素對其影響較小。本研究結果表明，在低N條件下S素的供應量對大蒜辣素合成無顯著影響，但當N濃度在10～20 mmol/L時S素配施量對大蒜辣素合成量有顯著影響。

隸屬函數是對模糊概念的定量描述，能夠降低單一指標評價對作物綜合品質的評價“失真”；使用專家打分法確定主要品質權重系數雖然帶有主觀色彩，但更符合實際情況。模糊數學方法已經廣泛應用于農作物品質綜合評價方面，如番茄[31]、蒜薹[32]、扁桃[33]、甘薯[34]等。本研究將大蒜辣素、大蒜多糖作為大蒜品質評價的主要權重因子，對氮硫互作條件下10個處理組的大蒜鱗莖進行評價認為，在氮素20 mmol/L（N3）、硫素4 mmol/L（S2）互作水平下大蒜鱗莖品質最優，隸屬函數值為0.81。

4 結 論

本文研究大蒜鱗莖營養品質對氮硫互作對的響應關系，并以大蒜營養品質為評價指標，利用隸屬函數法綜合評價大蒜品質。結果認為，氮、硫單一元素對大蒜鱗莖品質影響不顯著，而2元素間存在顯著的互作關系，氮硫配施能夠不同程度提高大蒜鱗莖中可溶性蛋白、VC、大蒜多糖、游離氨基酸和大蒜辣素的含量，提升大蒜鱗莖品質；無機基質栽培條件下氮素濃度20 mmol/L（N3）、硫素濃度4 mmol/L（S2）為新疆白皮蒜最佳施肥水平，在此條件下大蒜綜合品質的隸屬函數值為0.81，排名最高。本文僅探討無機基質栽培條件下大蒜鱗莖品質對氮硫互作水平的響應，針對土壤栽培而言，氮、硫施用量對大蒜生長、鱗莖品質等方面的影響尚需進一步研究探討。

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Combined application of nitrogen and sulfur improving quality of substrate culture garlic bulbs

Xu Jian1,2, Jia Kai1, Zhu Junfang1, Hu Mei1, Wang Na1, Gao Jie1※

(1.,,830052,;2.831100,)

Garlic (L.) was among the earliest cultivated crops, has been planted all over the world. Allicin and garlic polysaccharide are important active ingredients in garlic, which have been popular in medicine, health and functional food. The S fertilization has already been shown to have a strong influence on the formation of S containing secondary metabolites in crops. Along with nitrogen metabolism in the metabolic process of sulfur, so there is synergistic effect between sulfur and nitrogen. The aim of this study was to analyze the response relationship between the garlic quality and the nitrogen and sulfur interaction, and to evaluate the comprehensive quality of garlic bulbs by the method of membership function, a pot experiment was conducted by using three levels N and S applied in factorial combinations of 5, 10, 20 mmol/L and 2, 4, 8 mmol/L in vermiculite and pearlite culture. The results indicated that the main inclusion reacted differently in response to N and S levels. N or S single factor had no significant effect on content of soluble protein, VC, garlic polysaccharide, free amino acid, while S had significant effect on allicin. The influence of N, S single factor on garlic quality was far lower than that of the interaction of N and S. The quality of garlic bulbs was raised to different extents by nitrogen and sulfur fertilization, and the interaction of nitrogen and sulfur had a significant effect on the quality formation of garlic. When N concentration was 10-20 mmol/L, sulfur concentration had significant effect on allicin content of garlic bulbs. The content of allicin was increased significantly as the increase of S levels under 4.0 mmol/L, but decreased when the sulfur content reached at 8.0 mmol/L, which showed that high content of sulfur element could inhibit the synthesis of allicin. Content of garlic polysaccharide was promoted by increasing nitrogen or sulfur fertilization. However, it would be inhibited when the nitrogen content exceeded to 10.0 mmol/L or the sulfur content reached at 8.0 mmol/L. Content of polysaccharide was the highest of 40.50% with the N 4.0 mmlol/L and S 10 mmol/L. Garlic quality of treatment with N 20.0 mmol/L and S 4.0 mmol/L was optimal, and the membership function value was 0.81, while the control group was the lowest. The results of comprehensive analysis showed that nitrogen and sulfur fertilization significantly influenced quality of garlic bulbs, N 20.0 mmol/Land S 4.0 mmol/L was optimal to improve garlic quality, and there was a significant interaction between nitrogen and sulfur element. The study would be helpful in providing practical theory guidance for fertilization on garlic.

nitrogen; sulfur; quality control; garlic; membership function

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.028

S147.34

A

1002-6819(2017)-04-0203-06

2016-06-14

2017-01-25

新疆研究生科研創新項目（XJGRI2014075）；新疆維吾爾自治區園藝學重點學科基金項目

許建，男，江蘇銅山人，助理研究員，博士，研究方向為蔬菜栽培及生理。烏魯木齊 新疆農業大學林學與園藝學院，830052。Email：xujay1982@163.com

高杰，男，教授，天津人，博士生導師，研究方向為蔬菜種質資源與育種。烏魯木齊 新疆農業大學林學與園藝學院，830052。Email：13999803260@163.com

許 建，賈 凱，朱君芳，胡 梅，王 娜，高 杰. 適宜的氮硫配施提高基質栽培大蒜鱗莖品質[J]. 農業工程學報，2017，33(4)：203－208. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.028 http://www.tcsae.org

Xu Jian, Jia Kai, Zhu Junfang, Hu Mei, Wang Na, Gao Jie. Combined application of nitrogen and sulfur improving quality of substrate culture garlic bulbs[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(4): 203－208. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.04.028 http://www.tcsae.org