等離子體活性水對不結球白菜成熟期產量和品質的影響

鄒宏宇 李英 萬京林 侯喜林

營養物質的供應對不結球白菜的生長發育產生較大影響。實際生產中，促進不結球白菜增產的方式普遍為使用化肥和有機肥，會對環境和人類身體健康產生消極影響，即使是有機肥也可能含有病原體。等離子體活性水（Plasme Active Water，PAW）中含有一定的活性氮，用其澆灌不結球白菜，不施用化肥也可以為其生長發育提供氮素，從而滿足作物對氮肥的需求[1]，是一種安全綠色的增產方式[2]。為了探究PAW對不結球白菜生長發育的影響，本試驗測定了施用PAW后不結球白菜的產量、品質和抗氧化酶活性，為PAW的施用提供一定的理論依據和實踐基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

本試驗在江蘇省南京天量生物工程科技有限公司和南京蘇曼等離子工程研究院有限公司進行。參試的不結球白菜品種為黑塌菜及黃玫瑰，種子由南京農業大學白菜系統生物學實驗室提供。

1.2 試驗設計

2021年9月25日，分別將2種不結球白菜種子播于72孔穴盤中，待幼苗生長到25～30 d，即5葉1心期，選擇生長狀況良好的幼苗定植。定植前翻耕地塊，去除雜物和石塊。2種不結球白菜分別設置用PAW和普通水2個處理，每個處理重復3次。采取隨機區組設計，小區面積3 m2，株行距為30 cm×30 cm，每個小區種植30株。定植后第1天全部施用普通水以緩苗。之后按照實際需水情況進行澆水。黑塌菜記為A，普通水和PAW處理分別記為A0、A1，黃玫瑰記為B，普通水和PAW處理分別記為B0、B1。

1.3 測定指標

①生長指標 定植80 d后，采收樣本，測定株高、葉片數、最大葉長、最大葉寬、單株質量[3]。

②產量 定植80 d后，將所有小區的植株全部采收，去掉外圍的發黃、腐爛葉片，去掉根部，保留地上部分，稱取每個小區的質量取平均數，折算667 m2產量。

③光合色素及凈光合速率 定植后80 d，利用分光光度法[4]測定葉綠素和胡蘿卜素含量。

④品質指標 可溶性糖的測定采用蒽酮比色法[5]；可溶性蛋白的測定采用考馬斯亮藍法[6]；VC的測定采用比色法[7]；類黃酮的測定采用堿提酸析法[8]；硝酸鹽的測定采用紫外分光光度法[9]。

⑤根系活力 采用萘胺微板法[10]。

⑥抗逆性指標 參考王麗娜[11]的方法測定質膜透性；丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量的測定采用TBA法[12]；超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性的測定采用氮藍四唑法[13]；過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性的測定采用分光光度法[14]；過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性的測定采用愈創木酚法[15]。

1.4 數據分析

使用Excel軟件和SPSS 23.0統計軟件進行數據統計，應用鄧肯氏新復極差法對試驗數據進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 PAW對不結球白菜生長指標的影響

由表1、2可知，施用PAW對2種不結球白菜的成熟期發育影響顯著。黑塌菜和黃玫瑰的株高、葉片數、最大葉長、最大葉寬等主要生長指標都顯著提高，其中黑塌菜的單株質量由0.35 kg提高到0.58 kg，增長了65.7%，黃玫瑰的單株質量由0.33 kg增長為0.59 kg，提高了78.8%，說明PAW能有效促進2種不結球白菜的生長。

表1 PAW對黑塌菜成熟期生長發育的影響

2.2 PAW對不結球白菜成熟期光合指標的影響

由表3、4可知，PAW處理對2種不結球白菜的胡蘿卜素和類胡蘿卜素含量影響不顯著，同時對黃玫瑰總葉綠素含量也沒有顯著影響，而黑塌菜葉綠素含量顯著提升。黑塌菜葉綠素a含量由2.59 mg/g上升為3.97 mg/g，葉綠素b含量由1.17 mg/g提到1.87 mg/g，總葉綠素含量由3.65 mg/g升至6.08 mg/g，分別提高了53.3%、59.8%、66.6%，差異顯著。

表3 PAW對黑塌菜光合色素含量的影響

2.3 PAW對不結球白菜成熟期品質的影響

由表5、6可知，PAW處理顯著提高了不結球白菜的可溶性糖含量。黑塌菜的可溶性糖含量由30.03 mg/g提高到36.95 mg/g，提高了6.92 mg/g，黃玫瑰的可溶性糖含量由37.73 mg/g提高至48.21 mg/g，提高了10.48 mg/g。

表5 PAW對黑塌菜成熟期品質的影響

PAW處理對不結球白菜的可溶性蛋白含量起到促進作用。經過處理后二者的可溶性蛋白含量都顯著上升。黑塌菜可溶性蛋白含量由21.19 mg/g上升為23.12 mg/g，提升了9.1%，黃玫瑰可溶性蛋白含量由17.57 mg/g上升至21.28 mg/g，提升了21.1%。

經PAW處理后，黑塌菜的VC含量由91.44 mg/100 g上升為95.33 mg/100 g，黃玫瑰的VC含量由91.13 mg/100 g上升為96.84 mg/100 g，差異不顯著。

經PAW處理后，黑塌菜和黃玫瑰的類黃酮含量均有所上升。其中，黃玫瑰的類黃酮含量由8.59 mg/g提高為12.47 mg/g，增幅為45.2%，說明PAW處理顯著提升了黃玫瑰的類黃酮含量，黑塌菜的類黃酮含量由3.73 mg/g上升到了5.64 mg/g，上升了51.2%，差異顯著。

表2 PAW對黃玫瑰成熟期生長發育的影響

表4 PAW對不結球白菜黃玫瑰光合色素含量的影響

表6 PAW對黃玫瑰成熟期品質的影響

表8 PAW對黃玫瑰成熟期抗逆性指標的影響

不經PAW處理的黑塌菜和黃玫瑰積累的硝酸鹽分別為215.46、223.27 mg/kg，PAW處理后，由于外施氮素增多，不結球白菜體內的硝酸鹽顯著增加，分別上升到641.70、632.49 mg/kg。

PAW處理提高了不結球白菜的根系活力。PAW處理后，黑塌菜的根系活力由120.65 μg·mL-1·g-1·h-1升至135.74 μg·mL-1·g-1·h-1，上升了12.5%，黃玫瑰的 根 系 活 力 由118.96 μg·mL-1·g-1·h-1提 高 到139.47 μg·mL-1·g-1·h-1，增幅為17.2%，差異顯著，PAW處理有利于植物在生長過程中吸收充足的水分和養分，特別是在相對惡劣的條件下，能保障植物正常生長發育。

2.4 PAW對不結球白菜成熟期抗逆性指標的影響

由表7、8可以看出，經PAW處理后，不結球白菜的質膜透性明顯下降，這有利于保持細胞內環境的穩定，增強抗逆性。經PAW處理后，黑塌菜的質膜透性由56.17%下降為41.88%，黃玫瑰的質膜透性由39.77%下降到28.12%，PAW處理顯著降低了不結球白菜的質膜透性。

表7 PAW對黑塌菜成熟期抗逆性指標的影響

PAW處理使得不結球白菜的MDA含量顯著下降。黑塌菜的MDA含量由48.75 nmol/L下降到11.81 nmol/L，下降了75.8%，黃玫瑰的MDA含量由20.72 nmol/L降至9.47 nmol/L，下降了54.3%。說明經PAW處理后，不結球白菜中的MDA積累得到了顯著的抑制。

PAW處理后，不結球白菜的抗氧化酶活性發生了一定變化。經PAW處理后，2個不結球白菜品種的POD活性顯著提高，黑塌菜的POD活性由232.88 U/g上升到267.55 U/g，黃玫瑰的POD活性由230.55 U/g上升到255.29 U/g，分別提高了14.9%和10.7%。2個品種不結球白菜的SOD活性提高并不顯著。經PAW處理后，黑塌菜的CAT活性得到了顯著提升，由110.35 U/g提高到了125.98 U/g，提高了14.2%，PAW處理對黃玫瑰的CAT活性有所提高，但處理前后差異不顯著。由此可見，PAW處理提高了不結球白菜抗氧酶的活性。

2.5 PAW對不結球白菜產量和經濟效益的影響

由表9、10可以看出，經PAW處理后，黑塌菜和黃玫瑰的產量都有所增加，黑塌菜的每667 m2產量由2 570.17 kg增長為3 406.15 kg，增加了32.5%，黃玫瑰的每667 m2產量由2 376.74 kg上升到3 679.62 kg，提高了54.8%。由此可見，PAW處理可提高不結球白菜的產量。

本試驗用地成本約為1 800元/667 m2，施用普通水的成本約為120元/667 m2，施用PAW的成本約為1 500元/667 m2，耕地成本為50元/667 m2，人工成本600元/667 m2，施肥成本約70元/667 m2，黑塌菜種子的成本為2元/667 m2，黃玫瑰種子的成本為170元/667 m2。黑塌菜A0、A1的每667 m2生產總成本分別為2 682、4 062元，黃玫瑰B0、B1的每667 m2生產總成本分別為2 850、4 230元。

結合往年市場實際情況，黑塌菜市價2元/kg，黃玫瑰市價9元/kg，扣除各項生產成本后，黑塌菜667 m2經濟效益由2 458.34元提高到2 750.29元，提升了11.9%，黃玫瑰667 m2經濟效益由18 540.66元上升為28 886.56元，提升了55.8%。結合表9、10，施用PAW后，不結球白菜的產量明顯增加，同時獲得了更高的經濟效益。

表9 PAW對黑塌菜成熟期產量和經濟效益的影響

3 討論與結論

3.1 PAW對不結球白菜生長指標、產量和經濟效益的影響

經PAW處理后，不結球白菜株高、單株質量、最大葉長、最大葉寬等生長指標都有了顯著提高，這與Lindsay等[16]的研究結果一致。生長指標的提升，最終使得產量提高。用PAW澆灌不結球白菜，既提供了水分，又補充了養分，極大地促進了不結球白菜生長發育，這一結論在對苜蓿[17]的研究中也得到了證實。

PAW含有一定的氮元素，通過根部進入植物，可以促進植物生長，該結論與對小麥的研究結果一致[18]。可見，PAW中的氮可以作為肥料，促進植物的生長。同時，施用PAW獲得了較高的經濟效益。

3.2 PAW對不結球白菜光合色素含量的影響

經PAW處理后，黑塌菜和黃玫瑰的葉綠素含量都較施用普通水有不同程度的提升。這可能與PAW中的硝酸鹽有關，它不僅是植物的主要氮源外，在葉綠素的合成中也發揮重要作用。氮元素是葉綠素a和葉綠素b的原料，充足的氮素供應為葉綠素的合成提供了有利的條件。

3.3 PAW對不結球白菜品質的影響

可溶性糖含量是不結球白菜重要的食用品質指標，可溶性糖在滲透調節中發揮作用。經PAW處理后，黑塌菜和黃玫瑰的可溶性糖含量分別提高了23.0%和27.8%，說明充足的氮肥能夠改善不結球白菜的生長狀況，從而促進品質的提升。

可溶性蛋白可用于篩選抗性，是重要的植物營養物質和滲透調節物質，其含量影響細胞的保水能力，能夠對細胞的生命物質及細胞膜系統起到保護作用。同時，不結球白菜中的可溶性蛋白也是人體植物蛋白的重要來源。氮是氨基酸的主要組成元素，PAW中的活性氮為蛋白質的合成提供了豐富的原料，使得黑塌菜的可溶性蛋白含量提高了9.1%，黃玫瑰的可溶性蛋白含量提高了21.1%。

表10 PAW對黃玫瑰成熟期產量和經濟效益的影響

不結球白菜富含VC，是絕佳的人體VC來源。經PAW處理，不結球白菜的VC含量沒有顯著上升。原因可能是PAW中含有的活性氧引起了氧化應激反應，有一部分合成的VC參與到氧化應激中被消耗。

類黃酮是不結球白菜重要的次生代謝產物，能夠預防心血管疾病，有一定的抑菌作用，還可以提高免疫。類黃酮含量在PAW處理后顯著上升，黑塌菜上升了45.2%，黃玫瑰升高了51.2%。

研究表明，硝態氮累積量因作物種類、品種和器官不同而有顯著差別，硝酸還原酶活性也因不同作物、器官而有較大差異[19]，同時也會隨著外源含氮量的增加而有所提升，而葉片是硝酸鹽還原的主要器官，植物吸收的硝態氮最終都要在葉片中還原同化為含氮有機物[20]。在本試驗中，氮還參與了抗氧化酶的合成，來防御由活性氧引起的氧化應激[21]。

根系作為不結球白菜的主要吸收器官在植物整個生長發育期中發揮極其重要的作用。本試驗的研究結果表明，PAW處理使得黑塌菜和黃玫瑰的根系活力分別提高了12.5%、17.2%。

3.4 PAW對不結球白菜抗逆性指標的影響

對于植物而言，質膜透性越小，抗逆性越強；MDA含量越低，抗逆性越強。

經PAW處理后，不結球白菜質膜透性和MDA含量較施用普通水都顯著下降。說明PAW中含有的活性物質能夠維持大分子功能的穩定，減少膜脂過氧化產物的積累，維持細胞膜系統的穩定。

抗氧化酶在能夠呼吸的生物體中普遍存在。在植物中主要存在于能夠進行光合、呼吸以及蛋白質合成的細胞器中，其酶促反應活性構成了機體抗氧化防御體系。

本試驗結果表明，經PAW處理后，不結球白菜的抗氧化酶活性有所提升。黑塌菜的POD和CAT活性顯著提高，黃玫瑰的POD活性顯著提高，但2個品種不結球白菜的SOD活性沒有顯著提高。

綜上所述，PAW處理能夠促進不結球白菜的生長，提高產量和經濟效益，同時改善品質，提高不結球白菜的抗逆性。