γ-聚谷氨酸对设施草莓的提质增效作用

仝雅娜，张 宏，贾轶丹，李 政，杨丽芳，乔长晟

(1.天津市农业科学院，天津 300192；2.南开大学，天津 300071；3.天津工业大学，天津 300387；4.天津慧智百川生物工程有限公司，天津 300450）

γ-聚谷氨酸(γ-PGA)是由L-谷氨酸和/或D-谷氨酸单体通过酰胺键聚合而成的一种多肽分子，通常是由500～5 000个左右的谷氨酸单体组成，相对分子质量在100～1 000 kD之间。γ-PGA近年来在农业生产上发挥着重要的作用，具有超强的保水能力、提高植物抗逆境能力、促进作物生长发育等功能，结构稳定性强，随着发酵工艺的发展和原材料成本的降低，γ-PGA的成本大幅度降低，非常适合在农业上使用。诸多研究表明，γ-PGA能有效缓解盐胁迫下小白菜的生长，促进番茄穴盘苗、辣椒等蔬菜的生长，桃树的生长发育、玉米化肥减量增效、生姜的生长、根茎发育和有机物积累。此外，γ-PGA还能提高蚜虫胁迫下辣椒叶片的SOD、POD和CAT活性，保障植株在逆境胁迫下仍能正常生长发育。还有研究发现，施用适量的γ-PGA可以有效起到保墒和保温的作用，可为冬菠菜的生长提供良好的生长环境，间接促进了冬菠菜的产量。然而，目前γ-聚谷氨酸对草莓的最佳施用量及其影响机理尚不明确，有必要开展相关研究。

草莓(Duch.)属于蔷薇科(Rosaceae)蔷薇亚科(Rosoideae)草莓属()，为多年生草本植物，是一种营养价值和经济价值较高的小浆果，常被人们誉为“果中皇后”。我国野生草莓资源丰富，分布较广。20世纪末期是草莓生产发展最快的时期，栽培面积迅速扩大，产量迅速提高。现阶段，我国农业资源的消耗明显加剧，各个地方积极开展农业“双减”工作，本研究通过γ-PGA的使用，实现对化肥、农药使用量的控制和降低，减少了水量的使用，同时实现草莓产量的增加及品质的提高。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2020年9月—2021年5月，在天津市农业科学院武清创新基地日光温室内进行土壤栽培试验（土壤理化性质：全氮2.931 g·kg，全磷1.927 g·kg，全钾23.134 g·kg，pH值7.593，EC值1.412 ms·cm，有 机 质42.78 g·kg，碱 解 氮151.333 mg·kg，有效磷63.16 mg·kg，速效钾1 201.667 mg·kg），并进行“双减”、节水增效试验。供试温室长60 m，跨度7 m，面积420 m。试验垄距90 cm，垄台高35 cm，上宽50 cm，下宽70 cm，长7 m。

1.2 供试材料

供试草莓品种：‘津韵1号’，植株生长势较强，果实圆锥形，鲜红色，有光泽，畸形果少，果肉鲜红，甜味略带酸味，有香气，品质优，耐盐碱、耐储运、耐低温，抗白粉病，丰产性能好。

供试γ-聚谷氨酸：由天津慧智百川生物工程有限公司提供。

1.3 试验设计

草莓苗为3叶1心的匍匐茎苗，于2020年9月1日定植。常规管理，蜜蜂授粉，试验过程中苗期、花期定期每周施用海法保力丰平衡肥（20-20-20+TE）、坐果期施用高钾肥（16-8-32+TE），所有处理施肥量、水量参照表1。

表1 不同试验处理的小区方案

试验设置5个处理，分别记为CK、T1、T2、T3、T4，3垄为1个小区，每个处理1个小区，重复3次。生长期其他管理按常规进行。1周施1次肥，平均施肥量：70 g·小区·次，平均水量：0.125 m·小区·次，从10月初开始每1个半月随施肥添加1次γ-PGA，整个生长季使用4次。5个处理的小区方案为CK（70 g肥+0.125 m水、常规打药）、T1（70 g肥+0.125 m常规水量、不打农药）、T2（70 g肥+0.125 m水、农药减量25%+3%的γ-PGA）、T3（59.5 g肥+0.125 m水+1.3 g γ-PGA、常规打药）、T4（70 g肥+0.12 m水+2.2 g γ-PGA、常规打药）。

1.4 测定方法

植株地上部指标测定：分别在现蕾期、始花期、初果期、果实转色期和盛果期各测定1次草莓植株的株高、假茎粗、叶面积、叶片数、花序数、花序长等生长指标。每种模式选取30株进行测量，设3次重复，每个重复10株。

单果质量和单株产量测定：在采收期每个处理随机选10株草莓，3次重复，进行单果质量和单株产量的测定，取其平均值。采收产量为3茬果的总数。

果实品质测定：每组随机取样调查果实品质，可溶性固形物含量用ATAGO PAL-BX/ACID4便携式草莓糖酸一体机测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可滴定酸含量采用酸碱滴定法测定；维生素C含量采用2，6－二氯酚靛酚比色法测定。水分、干物质采用GB5009.3—2016《食品中水分的测定》标准测定。

病虫害调查方法：蚜虫调查方法。调查采取5点取样，每点定5株，共取样25株，调查虫口数量和危害情况，计算有蚜株率和单株蚜率。按照有蚜株率的分级指标，确定危为害程度。

红蜘蛛调查方法。各小区对角线五点定点取样，每点定点调查5片复叶(正反面调查)，记录草莓红蜘蛛数量。

地老虎调查方法。调查选取不同处理的小区，以对角线5点取样，每点范围1m，调查草莓的总株数和被害株数，以及地老虎幼虫数，统计虫口密度和被害株率。

以被害株率作为危害程度的分级标准：0级表示被害株率为0，1级表示被害株率<25%，2级表示被害株率25.1%~50%，3级表示被害株率50.1%~75%，4级表示被害株率>75%。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel对测定数据进行整理与绘图，用SPSS 25.0数据处理系统进行差异显著性分析（Duncan多重比较法），显著水平为＜0.05和＜0.01。

2 结果与分析

2.1 γ-PGA对草莓生长的影响

γ-PGA使用量不同植株生长、根系吸收的情况也不同。由表2可知，T2的植株除叶片数低于对照，其他指标均高于对照，株高、假茎粗、叶面积、花序数、花序长分别高出对照4.89%，8.95%，4.40%，13.33%，15.69%。其他几个处理大部分生长指标低于对照，除了T1假茎粗低于对照9.12%，T2、T3、T4高于对照8.95%，0.47%，1.42%。T3处理因减少肥料15%，株高、叶面积、花序数、花序长略比其他处理差，但是假茎粗生长未受太大影响，比对照和不打药处理粗壮。

表2 γ-PGA对草莓生长的影响

由于T3、T4 2个处理分别减少了水和肥的使用量，土壤含水量在整个生长季会有很大区别，所以针对这个问题进行了根系的测量，由表3可知，除了T1各项指标均低于其他处理，T2、T3、T4均高于对照。T2的根长、根表面积、根体积、根尖数分别比对照高出6.54%，10.13%，18.13%，24.41%；T3分别比对照高出5.61%，6.93%，3.62%，31.50%；T4分别 比 对照高出11.81%，16.06%，6.52%，42.05%。由此可见，减少水分、添加γ-PGA后，根长、根表面积、根尖数均增长明显，由于根平均直径低于T2，故根体积也低于T2处理。

表3 γ-PGA对草莓根系的影响

2.2 γ-PGA对草莓产量和品质的影响

γ-PGA使用方法不同，对草莓的产量和品质影响也不一致。其中平均单果质量、平均产量、可溶性固形物、可溶性糖含量均高于对照。T2测定结果分别高出对照16.74%，10.76%，9.18%，12.00%；T3分别高于对照1.69%，8.42%，1.02%，6.00%；T4分别高出对照21.48%，12.02%，5.10%，10.00%。T2、T3、T4糖酸比分别比对照提高5.41%，6.00%，5.60%。其中，节水处理的产量最高。由此可见，使用γ-PGA可以增加肥力的吸收，同时适当减少浇水量更有利于根系的吸收，促进产量的增加。

表4 γ-PGA对草莓产量和品质的影响

2.3 病虫害种类调查

草莓整个生育期容易发生的病虫害种类很多。本研究开展过程中未出现病害，虫害略有发生，发生的总体情况与不同时期虫害的发生情况分别见表5。本研究发生虫害种类3种，分别为蚜虫、红蜘蛛和地老虎，发生规律为：10—11月，地老虎的危害情况相对比较严重，在很大程度上危害了幼苗的成活率；4—5月，主要虫害为蚜虫、红蜘蛛，危害植株和果实，使其失去商业品价值。

由表5可以看出，T1的虫害发生较为严重，蚜虫、红蜘蛛和地老虎危害程度均达到2级，T2、T3、T4对照的虫害程度次之，T2、T3、T4虫害发生情况比较接近。调查过程中虫害出现的时间顺序依次是T1-CK-T4-T2-T3。其中T3处理蚜虫和红蜘蛛危为害株率均是最低，为6.0%，9.8%，分别低于对照14.0%，12.5%。其次是T2处理。由此可见，γ-GPA对农药的增效作用显著，在减少25%用药量的情况下可以达到抗虫的效果。T2、T3、T4处理未发生地老虎这种虫害。

表5 γ-PGA对草莓虫害的影响

3 结论与讨论

在草莓生育期中，在水肥管理、喷施农药过程中加入适量γ-PGA，能够提高植株假茎粗，T2高出对照0.09个百分点，假茎粗的提高会间接提高果实产量，故T2、T3、T4产量分别增加10.76%，8.42%，12.02%，糖酸比分别比对照提高了5.41%，6.00%，5.60%。γ-PGA在改进营养生长和果实品质的同时，还能增强植株的抗病和抗虫能力。减肥、减水2个处理没有出现任何病虫害，植株叶片鲜亮，不打药或者没有使用γ-PGA的处理，虽然管理精细，仍出现蚜虫、红蜘蛛和地老虎，且比较严重，T2、T3、T4 3个处理未发生地老虎虫害，出现少量蚜虫和红蜘蛛，造成了一定的经济损失。关于γ-PGA提高草莓的免疫能力并防止或者减轻了草莓病虫害方面调查研究尚不全面，还有待今后进一步深入挖掘。

本研究使用的γ-PGA具有良好的生物可降解性（降解后对土壤无污染性）和强的吸水性，在设施草莓栽培中展示出巨大潜力，既能实现在生产中节水、减肥、减药的效果，又能实现提质增效的作用。γ-PGA带有负电游离羧基，能有效阻止硫酸根、磷酸根等与钙、镁元素的结合，减少低溶解性盐类的产生。本研究发现，γ-PGA可以促进植物根系的生长，通过刺激根毛和新根的生长，更有效地提高草莓地下部分吸收养分的能力，提高了草莓的产量和品质。由于药剂中添加γ-PGA后，可以延长药物在草莓植株表面上的停留时间，故而提高了杀虫效果，增加了药效。若将γ-PGA与栽培土按一定比例混合，这样可以达到减少灌溉次数和降低费用的效果。

γ-PGA不仅对草莓起到提质增效的作用，对玉米、番茄、叶菜类作物同样作用显著，在作物生长过程中使用γ-PGA，既能提高肥料的利用率，降低了生产成本，又能提高作物的产量和品质。γ-PGA对土壤pH值的调节具有一定的缓冲作用，可以有效地平衡土壤pH值，避免长期使用化肥引起的土壤酸化和板结。当γ-PGA应用于土壤酸化的苹果园时，结果发现土壤pH值显著提高，减轻了酸化引起的果树病害程度，提高了苹果的品质。在干旱、涝渍、低温等不利条件下，γ-PGA能有效保证养分和水分的正常吸收。缓冲干旱、涝渍、寒冷等逆境对植物根系的损害。干旱胁迫下，γ-PGA可以通过参与水稻幼苗的渗透调节提高其抗旱性。水稻栽培中，γ-PGA的应用可提高水稻低温传导转录通路的表达，提高水稻的耐寒性。盐胁迫下，γ-PGA不仅可以降低钙镁离子的利用率，还可以促进植物的生长发育，提高植物的耐盐性。绿豆种子萌发试验发现，在种子萌发过程中，脂质过氧化会降低种子的活力，影响其萌发状态，采用γ-PGA浸种，可以消除活性氧引起的过氧化损伤，增加过氧化物酶的活性，提高萌发活力。同时根据土壤中施用适量的γ-PGA产生的保墒和保温的作用，发现γ-PGA可以缩小土壤的昼夜温差变化，达到改良劣质土壤，可为越冬茬作物的生长提供良好的生长环境，实现农作物增产丰收的目的。综上，γ-聚谷氨酸在农业生产上使用甚广，可深入挖掘其功效。