聚-γ-谷氨酸提升柠檬产量和品质的研究

刘胜 ，周威 ，王亮 ，何绍国 ，姜玲

（1.华中农业大学园艺林学学院，园艺植物生物学教育部重点实验室，国家果树脱毒种质资源室内保存中心，湖北武汉430070；2.四川省安岳县科学技术研究所，四川安岳642350）

聚-γ-谷氨酸（Poly-γ-glutamic acid，PGA）是微生物发酵产生的阴离子型多聚氨基酸，是一种具有水溶性高、吸附性强、生物相容性好、可食无害、对环境友好等优点的新型生物可降解高分子化合物，已广泛应用于医药、化工、食品和农业等行业[1]。近年来，PGA在农业上已被证明具有提高作物肥料利用率、抑制肥料分解和流失、改善土壤保肥保水能力、节省肥料施用量、提高产量和改良作物品质等多种功能[2]。对小白菜[3]、温州蜜柑[4]、草莓[5]、水稻[6]、玉米[7]、棉花[8]和葡萄[9]等植物具有增产和提高品质的效果。长期以来，在柠檬的种植过程中，不合理的使用化肥，导致肥料利用率下降，果实产量和品质下降，造成投入大、收益低的现象。随着人们环境保护意识的增强和国家大力推行可持续发展战略，环境友好型、可改善环境的产品被逐渐重视[10]。

尤力克是柠檬[Citrus limon(L.)Burm.F.]的优良品种之一，原产于美国，在我国四川安岳、云南德宏等地栽培较多，果色鲜艳，油胞凸出，出油量高，汁多肉脆，是鲜食和加工的首选品种。果皮淡黄，厚且粗，平均单果重约150g，果汁多、香气浓，柠檬酸含量高，适应性广、丰产性好。但在实际生产过程中，尤力克柠檬存在果实品质不高、优质果率低等问题。本文研究了柠檬栽培过程中使用PGA灌根对品质与产量的影响，探索了PGA的最佳使用浓度，为柠檬的品质改善和产量增加提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验场地与材料

试验地选择四川省安岳县鸳大镇五凤村杨福乾果园，该地水肥条件和栽培管理相对一致，柠檬品种为13年生的尤力克。田间试验由四川省安岳县科学技术研究所完成，果品外观和内在品质分析由华中农业大学园艺林学学院完成。

PGA由武汉光华时代生物科技有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 大田试验

本试验设3个处理和1个对照，分别在2015年3月2日沿着树冠滴水线下在 20～30cm深处，沟施复混肥（NPK比例为10:6:9）0.4kg/株，2015年6月28日沿着树冠滴水线下20～30cm沟施复混肥（NPK比例10:6:9）0.4kg/株。同时处理A用50mg/L的PGA溶液灌根，处理B用100mg/L的PGA溶液灌根，处理C用200mg/L的PGA溶液灌根；每个小区灌根5株，每株灌根3L，重复3次。当果实成熟后，从每株树外围中部的东南西北四个方向各取1个果实，用于品质的分析。

1.2.2 品质分析

果形指数：按照文献[11]方法进行测定。

单果重：对每个果实称重，求平均值。

果实色度：用果实色度测量仪（日本 CE公司生产）测定每个果实的果皮与果肉的特征值，测出L、a、b值，L表示亮度变量值，L越大表明所测样品表面越亮；a表示红色或绿色值，最大值为199.99，正值为红色，负值偏绿；b表示黄色或蓝色值，最大值为199.99，正值为黄色，负值偏蓝；用 L、a、b 值，再算出 C 值（C2=a2+b2），最后求出每个处理的平均值[12]。

可溶性固形物含量：将每一处理的果实榨汁，使用手持测糖仪对各重复的混合果汁进行可溶性固形物含量的测定，求出平均值。

可滴定酸含量：吸取5mL果汁于锥形瓶中，加入适量蒸馏水，加入3滴酚酞，溶液不变色，然后用0.1mol/L标准NaOH溶液进行滴定，边滴定边震荡，直到溶液出现粉红色并且30s内不褪色，根据所用NaOH的量算出可滴定酸的含量，求出平均值[13]。

VC含量：采用2,6-二氯酚靛酚滴定法进行测定，根据公式（1）计算出VC的含量[14]。

式中，A表示VC的含量；V为体积，mL；T为换算系数，为0.0848mg/mL；m为称量质量，g。

还原糖含量：采用蒽酮比色法测定。

蛋白质含量：采用考马斯亮蓝G-250法（Brangford法）测定。

1.3 数据分析

采用Excel软件进行数据分析，用新复极差法（SSR）对数据进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 PGA对柠檬外观品质的影响

表1（见下页）显示了PGA处理对柠檬果实外观品质的影响。由表可知，50、100、200mg/L 3种浓度的PGA处理使柠檬单株产量比对照组分别提高了13.3%、34.7%和17.7%。经50、100、200mg/L这3种浓度PGA处理后的果实单果重相比CK都有极显著的提高，单果重分别增长62.2%、79.5%和28.3%（见图1）。PGA处理后的果实纵径和横径均比对照增大，50mg/L、100mg/L处理果实纵横径比对照增大17.1%、25.5% 和15.6%、18.9%，增幅达到极显著的水平。

PGA处理后的果实果皮要比CK趋向黄色加深，50mg/L和100mg/L的PGA处理果色比对照更黄且颜色更鲜艳（见图1）。果肉b值和C值的变化并不明显，没有达到差异显著水平；而处理后的果肉L值均增加，果肉亮度值分别增加0.5%、1.7%和5.5%。

表1 PGA处理对柠檬果实外观品质的影响Table 1 Effect on appearance quality of lemon with PGA treatment

表2 PGA处理对柠檬果实内在品质的影响Table 2 Effect on internal quality of lemon with PGA treatment

图1 三种PGA浓度处理在柠檬上的应用效果比较Fig.1 The application effect of PGA with different concentration on lemon

2.2 PGA对柠檬内在品质的影响

由表2可知，PGA处理过的果实其可溶性固形物都比对照低，柠檬是以含酸量越高品质越好。因此，虽然PGA处理使柠檬果实可溶性固性物含量下降，没有达到差异显著水平。但50、100mg/L PGA处理过的果实可滴定酸都比对照高，分别增加4.3%和2.9%。PGA处理过的果实VC含量与未处理的果实差异不大，没有达到显著水平。200mg/L PGA处理果实比对照果实中的还原糖含量增加12.77%，增幅达到极显著水平。PGA处理过的果实蛋白质含量比对照显著地增加，50、100、200mg/L PGA处理后的果实相比于对照，蛋白质含量增幅分别达到了1.8%、5.1%和7.51%。200mg/L PGA处理比对照蛋白质含量提高，达到差异显著水平。

3 讨论

3.1 PGA能够提高柠檬的产量和品质

试验证明，PGA处理可提高柠檬的单株产量和单果重。200mg/L的PGA处理果实比对照果实中的还原糖含量增加了12.8%，增幅达到极显著水平。50、100mg/L PGA处理过的果实蛋白质含量与对照均有增加。50mg/L和100mg/L的PGA处理可滴定酸都比对照提高，分别提高了4.3%和2.9%。50mg/L和100mg/L的PGA使果实表皮的黄色加深，色彩鲜艳，可以提高柠檬的商品性能，使农民增产增收。综合以上产量和外观内质的指标，使用PGA浓度为100mg/L时的单果重比对照提高，并达到差异极显著的水平，从增产效果和外观色泽两方面的表现看，100mg/L的PGA处理最好。

在实际生产过程中，影响尤力克柠檬高产的不利因素通常是冬、春干旱，前期生长受抑制，影响开花、坐果和春梢生长；伏旱则影响果实膨大。而PGA能提高土壤的保水性能。在本试验中，柠檬产量显著提高可能与PGA提高抗旱性能有着密切的关系。可以推测，PGA在干旱区使用效果更好。

3.2 PGA具有在多种植物上推广应用的潜力

PGA能对多种植物和外观和内质有明显的改善作用，如水稻[6,15]、温州蜜柑[4]、草莓[5]、龟井[16]、无籽椪柑和翡翠柚[17]和白菜[18]等。这与本试验中柠檬的研究结果一致，下一步可在柑桔等作物上进行推广。由于柑桔为多年生常绿植物，生长周期长，需肥量大，聚-γ-谷氨酸可以充分调节土壤的微环境，大大提高肥料的利用率。为了使PGA能有效地接触到柑桔的根系，使聚-γ-谷氨酸在柑桔上发挥出更好的作用。还可进一步研究PGA更加有效的施用方式，如配合滴灌方法使用，这样既可节省劳动力成本，又可发提高PGA的使用效果。此外，PGA在提高柑桔的抗逆境和抗病能力方面，还有待作进一步深入的探讨。

本试验进一步证实了聚-γ-谷氨酸使用效果的稳定性，并可能拓展植物的使用范围，可以推测，PGA在柑桔及其它作物上也会具有广泛的应用前景。今后，还可以利用PGA在其它作物上作更深入的效益评估。