聚-γ-谷氨酸改善赣南纽荷尔脐橙品质的研究

黄素婵，谢金长，严翔，方贻文，姜玲*

（1.华中农业大学园艺林学学院，国家果树脱毒种质资源室内保存中心，湖北武汉 430070；2.赣州市柑桔科学研究所，江西赣州 341000）

聚-γ-谷氨酸改善赣南纽荷尔脐橙品质的研究

黄素婵1，谢金长1，严翔2，方贻文2，姜玲1*

（1.华中农业大学园艺林学学院，国家果树脱毒种质资源室内保存中心，湖北武汉 430070；2.赣州市柑桔科学研究所，江西赣州 341000）

聚-γ-谷氨酸（γ-PGA，以下简称PGA）是一种天然的水溶性聚合氨基酸，具有生物可降解性、对人体和环境无毒害等优点。本试验开展了PGA对江西赣南纽荷尔脐橙外观和内在品质影响的研究。实验结果表明：（1）PGA能显著提高纽荷尔脐橙的单果重，增幅可达17.26%～19.13%，春肥施用时添加100mg/L的PGA灌根，能够使纽荷尔脐橙单株产量提高；（2）PGA可以加快纽荷尔脐橙果实的纵向生长，增加可食率，以春肥和壮果肥都施用200mg/L的PGA灌根效果明显；（3）PGA对可溶性固形物有一定的影响，纽荷尔脐橙试验中春肥和壮果肥都添加200mg/L PGA灌根可增加可溶性固形物0.6%；PGA处理降低了纽荷尔脐橙的有机酸，可以增大固酸比，以春肥和壮果肥都施用200mg/L PGA灌根效果最明显，可滴定酸含量分别降低15.6%和11.8%，果实大小均，表面光滑。

纽荷尔脐橙；聚-γ-谷氨酸；果实品质；肥料增效剂

我国是一个农业大国，化肥作为农业持续发展的物质保证和粮食增产的基础，是发展我国农业的关键所在。世界农业发展的实践证明，化肥施用是最快、最有效、最重要的农业增产增收措施，但是，我国化肥利用率很低，美国等一些发达国家的化肥利用率约为50%～60%，而我国仅为35%左右，磷肥当年利用率仅为10%～20%，钾肥为35%～50%。聚-γ-谷氨酸（γ-PGA，以下简称PGA）是通过微生物发酵产生的高分子聚合物，可以提高肥料利用率，减少环境污染，作为肥料增效剂作用极其显著。高分子肥料增效剂能与肥料中的养分离子结合，可以有效富集养分和调节酶活性，促进根系对养分的吸收，减少肥料流失和对环境造成的负面影响，来提高化肥利用率[1]。这一类聚合物，如：聚丙烯酸[2]、聚天冬氨酸[1]、聚-γ-谷氨酸（PGA）[3,4]等，以其添加量少、使用成本低、促进植物生长效果明显等优点而颇受重视[5]。其中PGA及其衍生物具有良好的水溶性，超强的吸附性，能彻底被生物降解，无毒无害，可以食用等性质，可作为诸如保水剂、增稠剂、絮凝剂、重金属吸附剂、肥料缓释剂及药物载体等的原料，在农业、食品、医药、化妆品、环保、合成纤维等领域具有广阔的应用前景[6-8]。

柑橘是典型的亚热带常绿果树，周年多次抽梢和发根，且挂果时间长，其生长和结果需要大量矿物质养分，大量的研究表明施肥对农作物产量和品质有着重要的影响。纽荷尔脐橙（Newhall navel orange）是中国柑橘类品种的重要栽培和推广品种，但产品品质却参差不齐。而果实品质是由外观品质和内在品质构成的。外观特性主要包括果实的大小、形状、果皮色泽、果皮粗细及群体整齐度、果皮厚度等；内在品质主要包括果汁量、种子数量、糖酸度、质地、维生素C、蛋白含量及风味等。现代柑橘栽培管理中，施肥水平和方式对柑橘品质会产生影响，因此，肥料问题越来越受到大家的关注。本试验旨在研究开展肥料增效剂PGA对纽荷尔脐橙品质的影响，并对应用效果做出客观的评价，发掘PGA作为肥料增效剂对柑橘类水果品质改良的重要作用。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2009～2010年在赣州市柑桔科学研究所脐橙园开展。试材为枳砧纽荷尔脐橙（Citrus sinensis Osbeck cv.Newhall），1996年定植，试验树栽植规格为株行距3m×4m，土壤和栽培管理条件一致。PGA增效剂，液态；PGA增效复合肥，在复合肥生产过程中均匀添加了0.03%的PGA，均由华中农业大学农业微生物国家重点实验室提供。其它试验肥料，如：油桐枯饼肥、尿素（九江石化生产）、45%复合肥（湖北洋丰公司生产），在江西省赣州市购买。

1.2 试验设计

试验共设3个处理及1个对照，具体施肥方案见表1，每处理小区选长势相对一致10株树，3次重复，随机排列。实验方案：基肥全部采用油桐枯饼肥5kg/株＋钙镁磷肥1.5kg/株，采用树盘撒施；在施用春肥、壮果肥、攻秋梢肥时，分别加入不同剂量的PGA增效剂，将PGA增效剂水溶液均匀浇灌在土壤中（根系主要分布区），尽量浇灌均匀。处理Ⅰ、处理Ⅱ是在施肥的过程中把PGA与其他肥料一块施用，处理Ⅰ中PGA浓度为100mg/L，处理Ⅱ中PGA浓度为200mg/L；而处理Ⅲ是提前将PGA均匀喷洒到复合肥中制成一种肥料然后使用。试验进行2年（2009～2010）。

表1 试验设计

1.3 数据调查和分析

数据调查在每年的11月下旬果实成熟期进行，将随机选取的不同处理小区3株树的全部果实采下，按果实大小（横径D）区分商品果数量（横径70～95mm）与等外果数量，并分别称重，计算果实产量和单果重量，取平均值；每株树随机抽取20个商品果测量其纵径H（由果顶端至蒂端）和横径D（赤道面的切断面直径），计算果形指数（纵径/横径），所得数据取平均值；将处理小区随机抽取20个商品果带回实验室，测定可食率、果皮厚度、可溶性固形物、可滴定酸[12]、维生素C含量[13]及果皮色差、果肉色差。数据处理采取SAS软件中ANOVA过程作不同时期处理间差异显著性测定，并用邓肯氏新复极差法（SSR）作各时期间多重比较，采用Excel作图。

果皮厚度：用游标卡尺测量果实赤道面的切断面部位果皮的厚度（cm）。

可溶性固形物：用手持式测糖仪进行测定。

可滴定酸：氢氧化钠中和滴定法测可滴定酸含量。

维生素C含量：采用2,6-二氯靛酚滴定法测定。

果皮色差、果肉色差：用色谱分析仪测定。

可食率（%）：采用称重的方法，计算公式见式（1）。

2 结果与分析

2.1 PGA对产量的影响

表2显示的是试验期间各处理商品果与产量的情况。由表可知，2009年施用了PGA的处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，挂果总数均高于未施用PGA的CK，其中以处理Ⅲ挂果最多，达到了284个；处理Ⅰ次之，为276个；处理Ⅱ为248个；CK（对照）仅为204个。商品果数量，以处理Ⅰ最多（227个），以下依次为处理Ⅲ、处理Ⅱ、CK，3个施用了PGA的处理间无显著性差异，CK仅有151个商品果，处理Ⅰ与CK之间呈显著性差异。商品果率仍以处理Ⅰ最高，达83.3%，处理Ⅲ最低（71.4%），可能与其结果量大有一定关系，但4个处理间无显著性差异。脐橙单株的平均产量，以处理Ⅲ最高，处理Ⅰ次之，CK最低，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ之间无显著性差异，但处理Ⅰ、Ⅲ与CK呈显著性差异。

2010年由于赣南遭受了2次严重的倒春寒灾害，对当年的试验结果造成了严重的影响，各处理间指标无显著性差异。从2009年的试验结果来看，PGA能够起到增加脐橙产量的作用。

2.2 PGA对外观品质的影响

2.2.1 施用PGA对果实大小、果皮厚度和可食率的影响

PGA会对脐橙果实大小、果皮厚度和可食率产生明显的影响（见表3，见下页）。对消费者来说果形是果实最直观的体现，对消费趋势有一定的影响。从表中数据可知，处理Ⅰ中纽荷尔脐橙果实纵径和横径明显高于对照，果实明显增大，差异极显著。果皮厚度，处理Ⅱ最高，CK最低，处理Ⅰ、Ⅱ与CK（对照）之间呈极显著差异水平，这对于减轻脐橙裂果、增强果实的贮、运能力有极大帮助。施用PGA肥料增效剂显著增厚果皮的同时，果实的可食率明显提高，从数据可知，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的可食率比CK分别提高了8.01%、8.01%和6.45%，其可食率均极显著高于CK。

表2 PGA对脐橙产量的影响

表3 PGA处理对脐橙果实外观品质的影响

2.2.2 PGA对单果重的影响

果实大小是评定果实品质的重要因素，把它作为划分果实等级的标准，研究表明：在同一批甜橙果实中，中等大小的果实其营养状况良好，发育最充实，营养物质含量最高。由表3可知，处理Ⅰ和处理Ⅱ平均单果重比CK分别增加了19.13%、17.26%，与CK呈现极显著差异；而处理Ⅲ单果重降低了，可能与PGA含量不足有关。

2.2.3 PGA对果皮颜色的影响

L值、a值、b值是当前最普遍的衡量物体颜色的指标之一。其中，L值（亮度）越大表示所测样品的表面越亮；a值（红绿色差），其正值为红色，负值为绿色，绝对值越大红色或绿色越深；b值（黄蓝色差），其正值为黄色，负值为蓝色，绝对值越大，黄色或蓝色越深。C值为色饱和度，表示颜色的彩度，其值越大，颜色越纯。由表3和图1可知，各处理果皮的L、a、b和C值均为正值，表示果面为橙黄色。经统计学分析可知，处理Ⅰ果皮色差值a比CK高出38.90%，红色值增加。果皮的L值变化不大，处理Ⅰ略高于CK。果肉色泽a值，4个处理均为低负值，表明果肉中没有显红色的花青素类物质，其中以CK数值最小，处理Ⅰ数值最大；4个处理果肉色泽b值均为正值，表明果肉颜色为黄。同时，从图1可以发现，纽荷尔脐橙经过PGA处理后（图1B、C、D），果实大小均匀，整齐度好，果实表面的油胞较细腻，果面光泽度高，优质果率提高，与对照相比果实外观品质提升明显，深受消费者喜欢。

图1 各处理赣南纽荷尔脐橙的效果图

2.3 PGA对赣南脐橙果实内在品质的影响

2.3.1 PGA对果实可溶性固形物和可滴定酸含量的影响

施用PGA肥料增效剂，会对脐橙果实内在品质的一些指标有一定的影响，脐橙汁中除了含大量可溶性糖外，还有多种可溶性物质。研究指出在脐橙汁中，糖占到可溶性固形物的85%左右，其它包括有机酸、氨基酸、维生素、无机盐、类胡萝卜素、叶黄素以及其它挥发性物质。虽然PGA处理对可溶性固形物没有显著性差异表现，但是，PGA处理后与CK相比，可溶性固形物含量（TSS）皆有所提高（见表4）。施用PGA肥料增效剂的3个处理，TSS均高于对CK，与对照相比，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的TSS分别增加了0.60%、2.72%、1.45%，果实更甜，但各处理间无显著性差异；果实可滴定酸（TA）含量均下降，处理Ⅰ、处理Ⅱ、处理Ⅲ的固酸比（TSS/TA）均与CK之间呈极显著性差异，果实的风味更浓，这3种施用了PGA增效剂的处理之间差异不显著。

表4 PGA处理对脐橙果实内在品质的影响

2.3.2 PGA对果实VC含量的影响

施用PGA肥料增效剂的处理果实VC含量均高于对照（见表4），其中以处理Ⅱ最高，达52.39mg/100mL，处理Ⅰ、处理Ⅱ次之，CK最低，处理Ⅱ果实VC含量与CK之间呈极显著性差异，而施用了PGA肥料增效剂的3个处理之间无显著差异。因此推断，PGA可显著提高脐橙果实VC含量。处理Ⅲ的果实VC含量略高于与CK而无显著差异，可能是其中PGA混匀工艺还没有达到均匀混合的技术要求，有部分肥料中PGA的含量不够充足的原因造成。

2.3.3 PGA对果实还原糖和蛋白质含量的影响

由表4可知，PGA处理后还原糖含量明显提高，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ脐橙果实中的还原糖含量分别比CK高出8.03%、15.16%和12.31%；PGA处理后蛋白质含量也都升高了，处理Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ果实中的蛋白质含量比CK分别高出了3.15%、3.83%和3.83%。因此说明施用PGA后，果实营养成分更为丰富。

3 讨论

3.1 PGA可以提升纽荷尔脐橙品质

本试验中经不同浓度的PGA处理，使得纽荷尔脐橙在外观和内在品质上都得到提高。采用100mg/kg和200mg/kg的PGA灌根，单果重较对照分别增加19.13% 和17.29%；2009年的试验结果表明，施用了PGA肥料增效剂后，能够起到增加脐橙产量的作用。PGA可以加快纽荷尔脐橙果实的纵向生长，并且可以增加可食率。与对照比，春肥和壮果肥都施用200mg/kg的PGA灌根，可增加TSS0.6%。PGA处理还可以降低纽荷尔脐橙的有机酸含量，增加固酸比，提高果实的风味品质。随着品质改良，树体的生长状况也得到明显的改善，抗病能力得到提高。

本试验为PGA增效剂在柑桔产业上的广泛应用提供适合的使用方法，提供了田间第一手资料，也为PGA在其它园艺植物的开发利用奠定了良好的基础。为减少化肥的应用，在保护环境的前提下，能有效地提高柑桔的生产效率，为“两减政策的落实”提供了新思路。

3.2 PGA在柑桔和其它植物上应用效果

喻三保等[11]曾将PGA增效剂应用于草莓的生产实验，结果显示：草莓单果重和产量比对照依次增产了30.4%、29.5%和19.9%，产生了显著的增产效果；草莓苗定植后，100mg/L的PGA处理加快了植株根系的生长速度，叶片厚度增加，叶绿素含量增加，果实中可溶性固形物比对照增加了2.6%～11.4%。果实着色增强，表面更富有光泽[11]。

本试验设置了100mg/L、200mg/L的PGA处理，在脐橙单果重、可溶性固形物、VC含量等指标上都有一定的增加；200mg/L的PGA处理使纽荷尔脐橙的TSS增加6.6%。与王润凡等[14]在温州蜜柑上的施用效果相似。目前，我们在柠檬、沙糖桔、金柑等果树上利用PGA进行试验，均表现出良好的效果，因此，PGA在多种芸香科植物上具有广泛的应用前景。在未来的实验中，我们应进一步扩大研究范围，对PGA的作用作详细探讨，为PGA在水果上的应用提供更详实的参考依据。

3.3 本实验存在的问题和未来研究方向

PGA虽然十几年前就开始研究，但主要集中在医学和材料领域，在农作物上的研究已有一些报道，如：烟草[10]、小白菜[15]、草莓[11]、温州蜜柑[14]、水稻[9]、玉米[16]、棉花[17]、葡萄[18]等。而引入果树只是近几年的事情，因此现今在果树特别是柑橘上的研究处于试验探索阶段，针对不同的品种和类型，探讨最佳的使用方法，势在必行。

充分发挥PGA的作用在提高肥料利用率，还有待进一步的研究。其一，研究施用方式，比如：采用叶面喷肥或者滴灌，在节约成本的同时，还可以研究生长促进机制。其二，深入研究PGA增效剂在植物生产上表现出的节肥效果、节水效果和提高抗逆境和抗病虫的效果。其三，从分子水平上，研究PGA提高果实品质的机制。这些可做为我们进一步研究PGA的方向。

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Study of Poly-γ-glutam ic Acid on the Quality of Newhall Navel Orange in the South of Jiangxi Province

HUANG Su-chan1,XIE Jin-chang1,YAN Xiang2,FANG Yi-wen2,JIANG Ling1*
(1.Department of Horticulture and Forestry,Huazhong Agricultural University,Wuhan 430070,China; 2.Institute of Citrus in Ganzhou City of Jiangxi Province,341000,China)

Poly-γ-glutamic acid(γ-PGA)is a water soluble poly amino acids which have excellent characters such as completely biodegradable,non-toxic to human and environment.This experiment were carried out research of PGA on appearance and internal quality of Jiangxi newhall navel orange.The results were as follows：(1)PGA could increase the fruit weight of Newhall navel orange significantly,the growth rate could amount to 17.26%～19.13%.Especially when adding 100mg/L PGA with spring fertilizer application of irrigation,it could increase the yield of newhall navel orange per unit area. (2)PGA could promote the longitudinal diameter growth of Newhall navel orange,and increase the fruit edible rate.The effect of 200mg/L PGA irrigation root was obvious which applied with the spring fertilizer and strong fruit fertilizer.(3)Although PGA made the TSS small change,the spring fertilizer and strong fruit fertilizer with 200mg/L PGA irrigation root could increase TSS amount to 0.6%on newhall navel orange.PGA could reduce the titratable acid in newhall navel orange.So PGA could significant reduce the soild-acid ratio.Especially the spring fertilizer and strong fruit fertilizer with 200mg/L PGA irrigation root,the titratable acid reduced by 15.6%and 11.8%.The size of fruit are uniform and the surface is smooth.

Newhall navel orange;poly-γ-glutamic acid(PGA);fruit quality;fertilizer synergist

S666.4

A

1008-1038(2017)05-0022-06

10.19590/j.cnki.1008-1038.2017.05.007

2016-12-21

国家自然科学基金（NO.31272146）

黄素婵（1980—），女，农艺师，主要从事植物营养技术研究与推广应用工作*

姜玲（1964—），博士，教授，研究方向为果树生物技术