宛氏拟青霉提取物ZNC对生姜品质和产量的影响

王珊珊， 王洪凤， 丁新华， 耿全政， 张晓英

(1.山东蓬勃生物科技有限公司 山东泰安 271018； 2.山东农业大学作物生物学国家重点实验室 山东泰安 271018)

0 前言

生姜属姜科多年生的草本宿根植物。我国是生姜的发源地，已有2 000多年的种植历史，广泛种植在我国中部、东南部等地区。生姜具辛辣味，常用作食品调料，同时因其具有解毒、祛湿驱寒、抗氧化、抗衰老、增加自身免疫能力等功能，被广泛运用到医药领域[1]。黄酮是生姜中主要的化学成分，是一种天然的抗氧化剂。作为药材，生姜能大幅减轻自由基对人体细胞造成的伤害，具有防癌、抗癌等作用[2-3]；作为调味品，生姜块茎中的蛋白质、维生素C以及糖含量的变化对其风味有影响，特别是对于姜块的加工品质和产品的口感影响较大[4]。

山东省是农业大省，莱芜生姜又是我国的优良品种[5]，茎肥大、皮薄味美、新鲜润泽。与同类生姜相比，莱芜生姜的维生素含量丰富，营养价值居全国首位[6]。生姜生长周期较长，对营养的需求量较大，但因种植者规范使用化肥的意识浅薄，大量甚至超量使用化肥，导致出现了土壤恶化、环境污染等问题[7]，如磷肥施用过多，会导致维生素C、有机酸的含量降低，影响果蔬的品质[8]；氮肥施用过多，可诱发植物病害[9]。

据报道，从野生沙棘分离、纯化的内生真菌宛氏拟青霉菌丝体中提取的超高活性物质Paecilomycesvariotiiextracts，商品名为智能聪(ZNC)，具有促进植物生长和根系发育、提高作物产量等作用[10]。该研究表明，ZNC质量浓度为25 ng/mL时，对小麦萌发和生根有显著的促进作用，对葡萄也有显著的促进早熟作用。Wang等[11]的研究表明，ZNC与控释尿素配施，能提高水稻对氮的吸收，增产率可达10%；与磷酸二铵混合施用后，可促进玉米根系生长，进而显著提高其产量[12]。此外，对黄瓜、马铃薯、茄子、烟草等作物，也有一定的促生作用[13]。

随着食品、医学领域的需求量不断增加，生姜种植面积不断扩大。因种植者化肥规范使用意识的不强以及田间管理措施的不合理，大量甚至超标使用化肥，对作物产量和品质、土壤、环境造成了影响，严重威胁了生姜产业的可持续发展。因此，在生产上，高品质、高产量且不破环土壤和环境的种植理念越来越引起种植者的重视。虽然施肥过多有弊端，但生姜的高品质、高质量的可持续生产始终离不开化肥的科学使用。ZNC作为内生真菌提取物，在合适的浓度下能够显著促进植物生长且对土壤和环境无害。因此本文以莱芜生姜为供试材料，研究真菌宛氏拟青霉菌发酵提取的ZNC对生姜营养物质含量、生长特性以及产量与品质的影响，为ZNC的合理应用及推广提供科学依据，为生姜产业的可持续发展探求一条有效的经济途径。

1 材料与方法

1.1 田间试验

1.1.1 供试作物与药剂

供试作物为莱芜生姜。供试药剂为ZNC原液(5 mg/mL)，由泰安蓬勃生物科技有限公司提供。

1.1.2 试验地点与日期

试验在山东省泰安市高新区天宝镇天宝四村种植区进行，试验日期为2020年5月1日至10月20日。

1.1.3 土壤性质

供试土壤为棕壤土，肥力中等，土壤理化性状见表1。

表1 供试土壤理化性状

1.1.4 试验小区施肥情况

供试肥料：有机肥，w(N+P2O5+K2O)≥5%，w(有机质)≥45%，w(黄腐酸)≥5%，w(氨基酸)≥4%，施可丰化工股份有限公司；复合肥(硫酸钾型)，N-P2O5-K2O=15-15-15，w(N+P2O5+K2O)≥45%，鲁西化工集团股份有限公司。

试验小区施肥情况：底肥，有机肥120 kg/亩(1亩=667 m2)、复合肥50 kg/亩；种肥，有机肥100 kg/亩、复合肥50 kg/亩。

1.1.5 试验药剂处理

试验共设6个处理，每个处理重复3次。用水将5 mg/mL的ZNC原液分别稀释为10、25、50、100、200 ng/mL的ZNC溶液(处理1～5)，以喷施清水为空白对照(CK)。

具体喷施时期和次数：生姜定植时喷施1次，幼苗期喷施2次，旺盛生长期喷施2次；用量为保证每株叶片都被药液附着。

2020年5月1日播种，株距30 cm，行距70 cm。严格按照随机区组设计，小区面积108 m2，共18个。试验期间，不施用其他化肥。根据当地栽培技术进行管理，2020年10月20日进行测产收获。

1.2 生姜营养物质与生物量测定

1.2.1 鲜干比

参照国家标准《食品安全国家标准 食品中水分的测定》(GB 5009.3—2016)中的方法进行干质量和鲜质量测定，并计算鲜干比。

计算公式：鲜干比=鲜质量(g)/干质量(g)。

1.2.2 营养物质与总黄酮含量

委托山东熠辉检测技术有限公司测定了生姜中可溶性蛋白、可溶性糖、维生素C及总黄酮的含量。

2 结果与分析

2.1 不同喷施处理对生姜株高和主茎粗的影响

植物株高和茎粗是反映其长势强弱的重要指标，不同喷施处理的生姜株高和主茎粗见表2。

由表2可知，不同喷施ZNC处理对生姜的株高和主茎粗有一定的促生作用。在幼苗期，喷施ZNC处理的生姜株高、主茎粗均优于CK处理的，分别增长6.20%～24.09%、1.71%～14.71%；随着生长的进行，到旺盛生长期时，各喷施ZNC处理的生姜株高、主茎粗也优于CK处理的，增长率分别为10.87%～18.82%、0.88%～9.08%。虽然在旺盛生长期喷施ZNC存在促生作用，但相对于幼苗期，促生作用稍有降低。

表2 不同喷施处理的生姜株高和主茎粗

不同喷施处理间对生姜株高、主茎粗的促生作用也存在差异。在幼苗期，处理4的促生效果最好，生姜的株高和主茎粗较CK处理的增长率分别为24.09%、14.71%。在旺盛生长期，处理4的促生效果优于其他处理的，生姜的株高、主茎粗较CK处理的增长率分别为18.82%、9.08%。显然喷施ZNC后可提高生姜的株高、主茎粗，有利于其地上部的生长及其同化器官的形成。

2.2 不同喷施处理对生姜分枝数的影响

根茎是生姜的产品器官，分枝数直接影响其产量[14]。不同喷施处理的旺盛生长期生姜分枝数见表3。

表3 不同喷施处理的旺盛生长期生姜分枝数

由表3可知，喷施ZNC后，可促进生姜的分枝数增加，其中处理4的促分枝作用最明显，分枝数最多，均值为11.67枝，相对于CK处理，增加率可达36.01%。因此，喷施ZNC后，可增加生姜植株的分枝数及其产量。

2.3 不同喷施处理对生姜生物量的影响

植株的鲜质量与干质量的比值能够反映其含水量，体现植株的生命力，也可表示植株自身的蓄水能力。喷施ZNC后，生姜的鲜干比增加，表明ZNC可促进生姜体内含水量的增加，进而通过提高生姜生物量的累积来实现高产(见图1)。

2.4 不同喷施处理对生姜品质的影响

2.4.1 总黄酮含量

不同喷施处理的块茎中总黄酮含量见表4。

表4 不同喷施处理的块茎中总黄酮含量

由表4可知，喷施ZNC后，块茎中总黄酮含量增加，其中处理3的增加率最大，为46.15%。

2.4.2 营养物质含量

不同喷施处理的块茎中营养物质含量见图2。

由图2可知，在适宜的浓度范围内，喷施ZNC可提高块茎中可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白的含量，对提高生姜品质起较大作用。

2.5 不同喷施处理对生姜产量的影响

不同喷施处理的生姜产量见表5。

表5 不同喷施处理的生姜产量

由表5可知，喷施ZNC后，各处理的产量均显著高于CK处理的，其中处理4的增产效果最明显，小区产量为281.63 kg，与CK处理的相比增产率为59.60%。

3 讨论

植物的生长过程往往与外界因素有关，营养不足或过剩、病虫害的发生都会影响植物的正常生长发育及其产量、品质，给相关产业的可持续发展带来严重威胁。通过ZNC参与植物生长多个代谢途径，如诱导生长素、赤霉酸等植物内源激素的增加，促进根系的生长，进而提高根系对营养物质的吸收能力；提高植物对氮、磷的吸收，促进氮、磷相关转运酶如谷氨酰胺合成酶等的合成，从而对植物吸收的营养进行转运和同化[15]。

3.1 ZNC对生姜植株生长及干物质积累的影响

王庆彬等[16]、曹娟[17]、郭梅燕等[18]的研究表明，施加ZNC对玉米、马铃薯、烟草生长及干物质积累有较大的促进作用，取得了增产效果。

徐坤[19]的研究发现，生姜幼苗期土壤氮含量的增加，提高了叶片的光合速率，可促进生姜植株的生长及生物量积累；但在旺盛生长期，过多的氮肥不利于生姜生长，植株生物量合成也稍有下降。本试验的结果表明，不同质量浓度的ZNC在生姜的不同生长期喷施，对株高、茎粗、分枝数的促生作用均高于CK处理的；但在旺盛生长期，对株高、茎粗、分枝数的促生作用稍低于幼苗期的，这与徐坤[19]的研究结果相似，可能是因为不同质量浓度的ZNC喷施后，导致生姜植株对氮素的吸收量增加，过量的氮素影响了旺盛期生姜的生长。李录久等[20]的研究表明，合理的施磷量能够有效促进生姜茎、叶的生长及生物量的积累，施用适宜质量浓度的ZNC促进生姜植株吸收适量的磷素，有利其生长，与本研究结果相似。

3.2 ZNC对生姜块茎品质的影响

姜的生长过程需要营养全面，缺少某种元素，不仅影响其生长发育和产量，而且根茎中碳水化合物、维生素C、蛋白、黄酮类等营养成分的含量也明显降低，影响生姜的口感及其营养价值。

曹娟[17]研究发现，施用不同质量浓度的ZNC可以提高马铃薯块茎的可溶性糖、可溶性淀粉、维生素C等营养物质的含量，通过田间试验发现，与不施用ZNC相比，1 ng/mL ZNC处理的维生素C和可溶性糖含量增加率达到最高，10 ng/mL ZNC处理的可溶性蛋白和还原糖含量增加率达到最高。郭梅燕等[18]的试验表明，喷施质量浓度500 ng/mL的ZNC处理烟草植株后，可显著提高烟草叶片内总糖和还原糖的含量。本研究发现，与CK处理相比，处理2的生姜块茎中可溶性糖含量最高，处理3的维生素C、可溶性蛋白、总黄酮含量最高。

施用适宜质量浓度的ZNC后均能提高各类蔬菜营养物质的含量，可能是因为ZNC能够改善土壤环境，增强植物根系对各种营养元素的吸收，促进光合作用和碳水化合物的形成，从而提高了营养物质的含量。

综合前人研究发现，不同类型的蔬菜需要的ZNC有效质量浓度不同，可能与蔬菜类型及其品种、土壤及施肥情况、栽培管理措施等有关。虽然不同质量浓度的ZNC效果有差异，但研究均表明，适量施用有效质量浓度的ZNC可以显著提高各类蔬莱的营养品质。

3.3 ZNC对生姜产量的影响

关于ZNC对作物产量的影响,国内已有研究报道。王庆彬等[16]、曹娟[17]、郭梅燕等[18]、王晓琪等[10]的研究表明，对玉米、马铃薯、烟草、水稻等作物施加ZNC，均表现为在适宜质量浓度范围内可显著提高作物产量，但质量浓度过高会导致作物产量增加不明显甚至降低。田间试验结果表明，喷施质量浓度为100 ng/mL的ZNC时，对生姜的促产效果最好，小区产量为281.63 kg，较CK处理的增产59.60%。本试验结果与文献结果存在差异，可能是因为作物本身因素导致所选择的ZNC有效质量浓度不同。试验初步探究了ZNC对于生姜产量及品质的影响，但关于ZNC调控生姜生长和营养物质吸收的作用机理尚未明确，还需要进一步的探讨。

4 结语

喷施质量浓度为10～100 ng/mL的ZNC可有效提高生姜的产量和质量，增大经济收益。选择有效质量浓度的ZNC处理后，可以促进作物对土壤氮、磷肥的利用，进而促进作物的健康生长，此外还可避免出现过量施氮、磷肥造成的土壤和环境恶化问题，为生姜产业的可持续发展提供了一条绿色且经济有效的途径。