富氢水处理对青菜产量和品质的影响

宋韵琼 张 峻 张俊波 顾振西 陆文玉

（1上海市闵行区农业技术服务中心，上海 201199；2上海交通大学设计学院，上海 200240；3上海市农业技术推广服务中心，上海 201103）

作为一种具有还原性的惰性气体，氢气（H2）在自然界中无处不在。直到2007年，日本学者Ohsawa等[1]发现H2能选择性地清除羟自由基和过氧化硝酸阴离子，显示出较强的抗氧化效应，而不影响其他活性氧的功能。这一报道的问世，立即引起国内外学者的高度重视，有关H2生物活性及其在多种疾病防治中的作用迅速成为研究热点。综合考虑H2的安全性以及成本，将H2溶于水得到的富氢水（hydrogen-rich water，HRW），是H2在农业上应用的最主要形式。国内的研究小组率先将HRW应用于农作物生长发育过程中，发现HRW处理既能提高植物抗逆性[2]，延长农产品保鲜期[3]，又能提高作物的产量和品质[4-5]。

青菜又名小白菜、不结球白菜，是十字花科芸薹属植物，是南方地区居民餐桌上不可或缺的绿色蔬菜。青菜具有根系浅、吸收能力弱、喜肥等特点，易导致青菜中硝酸盐积累加重[6]。让市民吃到安全、放心的蔬菜是蔬菜生产的关键。H2施用后，农作物产量和品质的提高可能与H2促进植物光合作用[7]以及碳水化合物积累[8]有关。前期研究发现，施用HRW后，小苍兰叶片的长度和宽度增加，花期提前，种球的鲜重和干重也显著增加[9]，但是关于HRW施用对青菜生产的影响未见报道。由于分子量小、无色无味、H2处理后不会造成任何环境污染和食品安全隐患等特点，2014年，《食品安全国家标准 食品添加剂 氢气》（GB 31633—2014）正式将H2列为食品添加剂。因此，将H2应用于青菜生产上的研究，将为青菜无公害生产探索一条新途径。

1 材料与方法

1.1 HRW的制备

采用电解水的方法[10]，用济南浩伟仪器有限公司SHC-300型氢气发生器制得体积比为99.99%的纯净氢气，然后以150mL/min的速率将制得的氢气通入清水中制成HRW溶液。制成后，立刻将HRW溶液小心而快速地稀释于蒸馏水中，浓度梯度为1%、10%、25%、50%、100%。

1.2 试验方法

试验于2021年3—5月在上海交通大学农业与生物学院温室内进行，供试青菜品种为华耘青1号青梗菜。种子采用常规方法处理后，以去离子水为对照，同时分别采用浓度（体积百分比）为1%、10%、25%、50%和100%的HRW浸泡青菜种子，2 h后捞出晾干，播种。种子播于装有菜园土和泥炭混合基质（体积比为1∶1）的穴盘中，待播种出苗20 d后，挑选长势最好的一组幼苗（10%HRW浸种组）和对照组移栽到高12 cm、直径10 cm的塑料花盆中开展试验。试验共设4个处理，分别为：去离子水对照（CK），即用去离子水浸泡种子，后期采用去离子水喷施植株；50%HRW喷施，即用去离子水浸泡种子，后期采用50%HRW喷施植株；10%HRW浸种，即用10%HRW浸泡种子，后期采用去离子水喷施；10%HRW浸种+50%HRW喷施，即用10%HRW浸泡种子，后期采用50%HRW喷施植株。试验采用完全区组设计。每盆栽植1株青菜，基质为菜园土和泥炭体积比为1∶1的混合基质。喷施组和浸种+喷施组每7～10 d喷1次50%HRW，用量500mL，共喷3次。

1.3 形态和生理指标的测定

1.3.1 采收期形态指标的测定。在青菜采收期，测定株高、开展度、总叶数、最大叶长×叶宽、缺棵率等形态指标。将青菜植株整株从花盆中拔出，洗净根系上的泥土，并用吸水纸吸干后测定单株鲜重、地上部鲜重、地下部鲜重和单位叶鲜重等形态指标，然后将单位鲜叶80℃烘至恒重，测量单位叶干重。干物质含量（%）=单位叶干重/单位叶鲜重×100[11]。

1.3.2 生理指标的测定。采收青菜测定形态指标后，将样品叶片用于测定生理指标。硝酸盐含量采用紫外分光光度法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝显色法测定；VC含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；纤维素含量采用浓酸水解定糖法测定。

1.4 数据统计与分析

应用SAS 9.1.2软件，在P=0.05的水平上，采用Fisher′s最小显著差异法（LSD）对试验结果进行统计分析。文章中的图表采用SigmaPlot10.0软件绘制。

2 结果与分析

2.1 HRW处理对青菜形态指标的影响

关于总叶数的结果显示，50%HRW喷施、10%HRW浸种和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理较CK提升幅度分别为2.5%、13.75%和18.75%。其中：10%HRW浸种+50%HRW喷施处理平均叶片数最多，达到11.875片；10%HRW浸种处理次之，平均叶片数为11.375片。由图1（a）可以看出，10%HRW浸种+50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理均较CK显著提升了青菜采收期的总叶数。

由图2（b）可以看出：10%HRW浸种+50%HRW喷施、10%HRW浸种处理最大叶长×叶宽均较CK显著增加，分别比CK增加了46.71%和32.16%，但是2个处理间差异不显著；50%HRW喷施处理最大叶长×叶宽稍低于CK，但与CK差异不显著。

有关HRW对开展度的影响研究结果表明，50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理分别较CK增加了2.74%、13.94%和21.21%，10%HRW浸种+50%HRW喷施处理开展度最大（220.95mm）。由图1（c）可以看出：10%HRW浸种+50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理开展度与CK差异显著，两组间差异性不显著；50%HRW喷施处理开展度显著低于10%HRW浸种+50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理，但与CK差异不显著。

株高方面，50%HRW喷施、10%HRW浸种处理和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理分别比CK增加12.1%、25.52%和37.25%，10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜株高最高，平均为135.08mm。由图1（d）可以看出：10%HRW 浸种+50%HRW 喷施处理和10%HRW浸种处理株高均较CK显著增加，且两组间差异不显著；50%HRW喷施处理较CK株高有所增加，但差异不显著；10%HRW浸种处理株高稍高于50%HRW喷施处理，两者差异不显著。

2.2 HRW处理对青菜生物量的影响

由图2（a）可以看出：10%HRW 浸种+50%HRW喷施处理单株鲜重最大，达到最大值，为10.389 g，显著高于其他处理，较CK增加79.74%；10%HRW浸种处理次之，显著高于50%HRW喷施处理和CK，较CK增加40.76%；50%HRW喷施处理单株鲜重与CK无显著差异。由图2（b）可以看出：10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜地上部鲜重最大，为9.68 g，显著高于其他处理，较CK增加72.23%；10%HRW浸种处理次之，显著高于50%HRW喷施处理和CK，较CK增加37.22%；50%HRW喷施处理青菜地上部鲜重与CK无显著差异。由图2（c）可以看出：10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜地下部鲜重最大，为0.711 g，显著高于其他处理，较CK增加353.53%；10%HRW浸种处理次之，显著高于50%HRW喷施处理和CK，较CK增加171.04%；50%HRW喷施处理青菜地上部鲜重与CK无显著差异。综上可知，不同处理青菜单株鲜重、地上部鲜重和地下部鲜重的变化趋势一致。由图2（d）可以看出，50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理间青菜叶片干物质含量差异不明显，但均显著高于CK，分别较CK增加8.78%、7.81%和7.39%，以50%HRW喷施处理青菜叶片干物质含量最高（8.57%）。

2.3 HRW处理对青菜品质的影响

由图3可以看出，50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜纤维素含均显著低于CK，分别较CK下降了21.52%、13.68%和20.13%，但三者间纤维素含量差异不显著。

由图4可以看出：10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜可溶性糖含量最高，显著高于CK，但是与50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理间差异不显著，3个HRW处理青菜可溶性糖含量较CK增加了14.37%～16.81%。

关于可溶性蛋白含量的分析结果显示，50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜叶片可溶性蛋白含量均显著高于CK，分别较CK增加了66.65%、31.49%和67.70%。比较3个HRW处理发现，50%HRW喷施处理和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理可溶性蛋白含量差异不显著，但均显著高于10%HRW浸种处理（图5）。

关于VC含量的分析结果显示，50%HRW喷施处理青菜叶片VC含量最高，显著高于其他处理；10%HRW浸种处理和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜叶片VC含量与CK差异不显著（图6）。三者青菜叶片VC含量分别较CK增加了28.67%、4.90%和3.07%。

关于硝酸盐含量的分析结果显示，3个HRW处理青菜叶片的硝酸盐含量均较CK显著降低，但三者间没有显著差异（图7），50%HRW喷施处理、10%HRW浸种处理和10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜叶片的硝酸盐含量分别较CK降低了15.88%、10.95%和11.63%。

3 结论与讨论

近年来研究发现，H2作为一种重要的信号分子，参与了植物生长发育的调节和植物逆境的修复。富氢水可以通过提高芽苗菜的次生代谢产物和抗坏血酸含量来提高其营养品质[12]；可以提高青菜耐受重金属镉污染能力，减少青菜中重金属水平，提高青菜中抗氧化物质水平[13]；可以通过调节抗氧化防御能力来延缓斑玉蕈贮藏过程中的腐烂[14]。本试验证明了不同的HRW处理对青菜的形态指标、生物量和生理指标都有一定的促进效果，但是不同处理间效果存在差异。HRW处理对青菜形态指标有显著的促进效果，类似于植物生长调节剂的作用。试验数据显示，与去离子水对照相比，无论是用10%HRW浸泡青菜种子并且用50%HRW喷施，还是仅用10%HRW浸泡青菜种子或仅用50%HRW喷施，对青菜总叶数、最大叶长×叶宽、开展度和株高均有一定程度的提高。此外，与去离子水对照相比，HRW处理后青菜纤维素和硝酸盐含量均显著降低，可溶性蛋白含量显著提高；可溶性糖含量只有用10%HRW浸泡青菜种子并50%HRW喷施处理显著提升；VC含量只有仅喷施50%HRW处理显著提升。

在设施条件下，青菜生产不同于露地，灌溉等农事操作不当会引起病害，造成青菜死苗缺棵情况。在本试验中，3个HRW处理的青菜均没有出现死苗缺棵现象，仅有去离子水对照出现缺棵现象（缺棵率为12.5%），说明HRW处理青菜比去离子水对照表现出一定的抗逆性。

用10%HRW浸泡青菜种子并用50%HRW喷施和仅用10%HRW浸泡青菜种子2个处理均显著增加了青菜生物量，且既浸泡种子又喷施处理的效果最好。这说明HRW的不同处理对青菜生长或产量的效应因处理方式不同而异，同时受到HRW用量的影响。在青菜形态学指标中我们也看到类似的结果。将HRW浸泡种子与喷施配合使用，对青菜的增产效果最明显；如果条件有限，仅用10%HRW浸泡青菜种子，也可以达到相对较好的效果。

青菜叶片部分的硝酸盐含量是衡量青菜质量情况的一个重要指标，叶片内积累过量的硝酸盐会对人体健康存在潜在危害。本试验中3个HRW处理相对于去离子水对照均显著降低了叶片中硝酸盐的含量。有研究表明，蔬菜中硝酸盐的含量通常与土壤中氮含量有关[15]。通过查阅相关资料，推测HRW的作用主要体现在信号调控上，抑制青菜吸收并合成硝酸盐。这也比较符合之前关于HRW机理的研究，HRW具有信号传导作用。

VC是衡量蔬菜营养品质的重要指标之一。与去离子水对照相比，不同处理组合中，仅喷施50%HRW处理显著提高了青菜VC含量，仅用10%HRW浸泡种子处理对VC含量不产生显著性影响，而10%HRW浸种+50%HRW喷施处理青菜VC含量也没有显著增加。推测可能高剂量的HRW抑制青菜体内VC代谢，只有合适剂量的HRW使用才会促进青菜体内VC的合成；抑或由试验中存在的误差导致的，需要进一步探究。

3个HRW的处理中，只有用10%HRW浸泡青菜种子并用50%HRW喷施能显著提高青菜可溶性糖的含量，这可能与较高剂量的HRW可以促进叶片内VC代谢或促进光合作用有关。

可溶性蛋白和纤维素含量也是青菜品质及膳食营养指标。其中，可溶性蛋白含量是衡量青菜品质不可或缺的一项指标，3个HRW处理组均显著提升了叶片的可溶性蛋白含量，且10%HRW浸种+50%HRW喷施处理效果最好，表现出HRW处理对可溶性蛋白指标存在叠加效应。高含量的纤维素虽然可以提升青菜的品质，但也在一定程度上影响食用口感。在市场上消费者通常优先选择口感佳的青菜购买，3个HRW处理青菜的纤维素含量均有显著降低，而纤维素含量的显著降低可提升青菜食用口感。

综合考虑青菜的形态指标、生物量指标和品质指标，在条件允许的情况下，推荐选择用10%HRW浸泡青菜种子并喷施50%HRW处理，效果最佳；如果受限制于具体实施条件，可以选择仅用10%HRW浸泡青菜种子，也可取得一定的提升效果。注意这样的推荐方法仅适用于青菜，对于其他品类蔬菜HRW的用法、用量可能会存在差别，还需要进一步验证。