富氫水對長季節基質栽培彩椒抗逆性和品質的影響

李湘妮，劉詩華，張 晶，王怡玫，伍倩慧，司 雨，單既亮

（佛山市農業科學研究所，廣東 佛山 528000）

氫氣（Hydrogen，H2）是一種無色無味、分子量最小的雙原子氣體，主要存在于有機物質和水中。近年來，越來越多的研究著重于H2在植物體內的作用效應和機理，為H2在農業生產中發揮重要作用奠定了理論基礎。GB 31633—2014《食品安全國家標準 食品添加劑 氫氣》正式將H2列為食品添加劑，H2可以作為“綠色農藥”調節植物的生長和發育，增強植物的抗逆能力，從而提高作物的產量與品質。因此，在農業生產中以富氫水的方式外源添加H2具有廣闊的應用前景。

彩椒又名七彩椒，原產于墨西哥等地，20世紀90年代中期自荷蘭、以色列等國家引入我國[1]，彩椒果實營養豐富，富含VC、β胡蘿卜素、糖類、纖維質等營養物質，果實顏色多樣，有紅、黃、橙、褐、白、紫等多種顏色，特別適合都市農業、觀光農業等園區種植，具有很好的社會效益和經濟效益[2]。

我國南方溫室彩椒長季節栽培的生育期一般在8月中旬至翌年5月底，其中4、5、8月和9月棚內溫度都在35 ℃以上，高溫嚴重影響了彩椒前期營養生長和后期的產量及品質。劉志強等[3]研究發現，H2作為一種氣體信號分子，可能參與植物對生物脅迫和非生物脅迫的調控過程，從而促進植物的生長發育。但是，關于富氫水（Hydrogenrich water，HRW）對彩椒耐熱栽培生產的影響未見報道。本試驗將HRW應用于彩椒長季節基質栽培上，研究了在南方高溫條件下，HRW淋根處理對彩椒抗逆性和產量及品質的影響，以期為南方溫室彩椒長季節高效基質栽培探索新的方法。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

選用安莎種子科技（北京）有限公司的彩椒品種“甘多爾”，該品種植株生長勢旺，坐果率高，特別早熟，成熟后果色鮮紅、肉厚、硬度強，是出口的專用品種。適合拱棚和日光溫室栽培。

1.2 試驗方法

1.2.1 富氫水制備

富氫水制備方法：采用水電解制氫法，制氫設備主要由電解槽和納米泵組成，首先將蒸餾水倒入電解槽，通過電流的作用，將水分子分解成為氫離子和氧離子，負氧離子在電場的作用下向陽極運動，在陽極失去電子，形成氧氣排出；氫則以水合離子的形式通過離子膜，到達陰極并得到電子形成氫氣，再通過納米泵將氫氣破碎成粒徑大小在30 μm以下的氣泡溶解在水中，從而使空氣和水的接觸面積增加10 000倍，水體中的溶氫濃度也隨之增加，即可生成富氫水。制出的富氫水濃度約1 mg/L。

1.2.2 試驗設計

試驗于2021年在佛山市三水區佛山市農業科學研究所彩椒基質栽培溫室進行。設置HRW淋灌和自來水（CK）淋灌2個處理，3次重復，隨機區組排列。秧苗于8月5日播種，8月25日定植，株距35 cm，行距70 cm，雙杈整枝。11月20日始收，翌年5月20日最后一次采收。彩椒定植后開始淋灌HRW，直至最后一次采收。具體方法：每隔3 d天淋根1次，每次500 mL/株，濃度為0.8～0.9 mg/L；對照為淋灌自來水，時間和用量同HRW處理。

1.2.3 營養液滴灌管理

營養液配方：按每噸營養母液含硝酸鈣70.8 kg，硝酸鉀60.6 kg，硫酸鎂36.9 kg，磷酸二氫鉀18 kg，Na2Fe-EDTA（Fe元素含量13%）6 000 g，硼酸429 g，硫酸錳319.5 g，硫酸鋅33 g，硫酸銅13.44 g，鉬酸銨3 g，將原材料配制成濃縮100倍的A、B兩種母液，分別儲存于A母液罐和B母液罐內。其中A母液由鈣鹽、螯合鐵混合配制，B母液以其他大量元素和微肥混配而成。定植后，彩椒不同生育時期灌溉營養液EC值和pH值適宜范圍如下：營養生長期EC值1.8～2.0 mS/cm，pH值6.0左右；開花結果期EC值2.0～2.4 mS/cm，pH值6.5左右。營養液夏季每天淋灌3次，每天淋灌量約500 mL/株；冬季每天淋灌2次，每天淋灌量約300 mL/株。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 產量及果實品質測定

進入盛收期（12月至翌年1月）后，每小區分別取果實20個，測量果實大小、肉厚、單果質量等指標。用考馬斯亮藍G-250染色法測定果實可溶性蛋白含量，滴定法測定可滴定酸含量，NaOH滴定法測定總酚含量，分光光度法測定類胡蘿卜素含量，折光儀測定可溶性固形物和可溶性糖含量，2,6-二氯酚靛酚鈉滴定法測定VC含量，水楊酸消化比色法測定硝酸鹽含量，參考國標GB/T 5009.10測定粗纖維含量。

采收結束時統計小區產量。

1.3.2 抗逆性測定

在4—5月份高溫期，分別采集植株功能葉片和根系檢測抗氧化物指標。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法[4]測定，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）還原法[5]測定，以抑制光化還原50%為1個酶活性單位；過氧化物酶（POD）活性參照Omran[6]的方法測定；過氧化氫酶（CAT）活性按Chance等[7]的方法測定；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性參照Nakano等[8]的方法測定；脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮法測定。

1.4 數據分析方法

應用SAS 9.1.2軟件，采用Fisher's最小顯著差異法（LSD）對試驗數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 富氫水淋根處理對彩椒抗逆性的影響

MDA是脂質過氧化的主要產物，其含量的高低反映了植物膜系統的受傷程度[9]。由表1可知，與CK相比，HRW處理的彩椒地上部分（葉片）和地下部分（根系）MDA含量分別降低了22.95%和12.76%，并與CK分別達到顯著差異。說明高溫條件下，HRW灌溉可以顯著減少彩椒植株細胞質膜受損程度，維持細胞的穩定性。

SOD是生物體內普遍存在的抗氧化金屬酶，在酶促保護系統中，其與APX、POD、CAT等酶協同作用，防御活性氧或其他過氧化物自由基對細胞膜系統的傷害，處于核心地位[10]。從表1可知，與CK相比較，HRW處理的葉片SOD、CAT、POD、APX活性分別提高14.55%、20.86%、16.47%、8.34%，且差異均達顯著水平；根系中各抗氧化物酶活性的變化趨勢和葉片相同，HRW處理的SOD、POD、CAT和APX活性均高于CK，但除CAT極顯著高于CK外，其余酶活性均與CK差異不顯著，說明HRW可通過提高抗氧化酶活性清除植株體內的活性氧（ROS），減輕高溫對彩椒植株細胞膜的傷害。

Pro是植物細胞內重要的滲透調節物質，其含量越高越有利于細胞持水和生物大分子的穩定[11]。表1結果顯示，HRW處理的Pro含量較CK明顯升高，其中葉片中提高5.42%，根系中顯著提高21.37%。可見在高溫脅迫下，利用HRW淋灌根部可通過提高植株的滲透調節能力，增加彩椒植株的吸水量或減少失水量，進而增強了耐高溫性。

表1 不同水處理對彩椒抗逆性的影響

2.2 富氫水淋根處理對彩椒產量及其相關性狀的影響

由表2可以看出，HRW處理的彩椒果實縱徑、肉厚和單果質量均優于CK，分別較CK增加2.37%、21.18%和2.24%，其中果實肉厚與CK間差異顯著；667 m2產量提高了17.73%，但與CK間差異不顯著。說明富氫水淋灌根部，可有效緩解高溫脅迫危害，明顯促進彩椒生長，提高產量。

表2 不同水處理對彩椒產量及相關性狀的影響

2.3 富氫水淋根處理對彩椒品質的影響

由表3可以看出，與CK相比，高溫脅迫下HRW處理的彩椒果實可溶性固形物、可溶性蛋白質、總酚、可滴定酸和VC含量均顯著增加，分別提高了5.46%、7.85%、10.61%、7.14%和43.52%，其中果實總酚和VC含量表現為極顯著增加；可溶性糖、粗纖維、類胡蘿卜素含量也有所升高，但與CK差異不顯著。硝酸鹽含量顯著下降了7.37%，說明在高溫條件下淋灌富氫水，可明顯提高彩椒果實品質。

表3 不同水處理對彩椒品質的影響

3 討論與結論

高溫脅迫會導致植物細胞脂質過氧化及氧化損傷，從而使MDA含量迅速積累，增加電導率[12]，植物體內MDA含量的多少直接反映膜系統受損傷程度。本研究中，在高溫條件下與CK相比，HRW處理的彩椒MDA含量較小，葉片和根部的受傷程度明顯減輕。可見，HRW處理可減輕高溫引起的膜脂過氧化傷害，這對提高彩椒的耐熱性具有重要意義。

植物受到非生物脅迫時，體內抗氧化酶系統會發生明顯變化[13]。本研究中，高溫脅迫下彩椒植株的SOD、POD、APX、CAT活性明顯升高，可能是出于保護性應激反應，保護酶活性迅速上升，這一結果與牧草在高溫逆境[14]和小麥在高溫干旱脅迫[15]下的POD和CAT活性變化趨勢相同。逆境條件下，彩椒植株細胞會積累一些有機分子，如脯氨酸，以保持高滲透壓，并確保其仍能從土壤中吸收水分，以提高耐熱性[16]。

植物體內滲透調節物質的含量可以反映其本身的抗逆能力，Pro作為氮源、蛋白質和細胞結構保護劑，可以防止植物水分散失和提高原生質膠體的穩定性，當植物在遭受脅迫時會提高Pro的積累量來減緩自身所受到的危害，增強植株的抗逆性[17]。本研究中，在高溫條件下HRW處理彩椒葉片和根部的Pro含量也均有所升高，其中根系的Pro含量顯著大于CK，表明高溫下富氫水能通過增加彩椒片和根部的Pro含量提高其滲透調節能力，從而減輕高溫傷害，這是其耐熱性增強的重要原因之一[18]。

本研究發現，富氫水能通過提高抗氧化系統活性及滲透調節能力來增強彩椒的耐熱性，維持其正常生長，從而提高其產量和品質。本試驗對彩椒高溫脅迫的表型及相關生理指標進行了檢測分析，為后續開展彩椒長季節周年高效栽培提供了技術支持。