苗参水培及营养液灭菌的研究进展

朱相润 刘越一 莫红旭 曹路 汤宥辑 冯爽 翟铭文 王友鹏 吴荣哲

(延边大学农学院，吉林 延吉 133000)

人参(Panax ginseng C.A.Meyer)为五加科草本植物，喜阴凉，3a开花结实，1～5a的人参可食用，6a以上的人参根、茎干燥后可作为药用[1]。人参具有保护肝脏、补元气、益肾助阳，补脾补血养血、益肺补气生津，降血脂、安神益智等功效。据2019年国际市场的统计，人参的年贸易量在6000～6500t，其中中国人参产量约占国际市场总产量的70%[2]。

苗参(Ginseng Sprouts)是指一至四年生幼叶展开的人参。水培苗参生长周期短、植株内活性物质含量高，具备功能食品的潜力[3]，成为人们生活中鲜食保健的佳品。但是，苗参在生长发育的过程中经常会受到镰刀菌等真菌侵染，使苗参的茎干枯萎蔫，参体腐烂。本文介绍了苗参水培及营养液的灭菌处理，为减轻苗参水培过程中病害的发生、扩大苗参产业化提供参考依据。

1 不同水培模式下苗参的栽培

1.1 水培模式下苗参的栽培

水培蔬菜具有产量高、生产周期短、质量安全可控等诸多优势。研究表明，水培可提高番茄中的可溶性固形物、糖酸比，以及可溶性蛋白质量分数[4]。相比于传统栽培模式，水培生产出的蔬菜产量高，一般可提高0.5～4.0倍，经济效益提高1.0～2.5倍[5]。

我国现阶段的蔬菜水培主要有营养液膜技术、深液流法和浮板毛管技术等。将植株的大部分根系浸在营养液中，营养液的成分包括杂木液、氨基酸、葡萄糖等，采用水培种植技术生产，茎、叶、根均可食用，有助于克服人参连作的障碍。水培时需要不断地向营养液中通氧气，增加营养液中的氧气含量。研究表明，人参水培种植过程中，环境湿度控制在60%左右，温度在22℃左右，培养30d左右，苗参植株即可长出茎叶[6]。

1.2 气雾培模式对苗参栽培的影响

气雾栽培设施主要由栽培系统和营养液供给系统2大部分构成，目前较常见的栽培系统有3种，分别为A型栽培模式、苗床模式和立柱模式。供液系统主要包括水泵、管道、储液池、喷雾装置和控制器[7]。Song等[8]的研究中，苗参的气雾培设施长1.1m、宽1.4m、高2.0m，且配备有一个98L的等离子体处理室，采用容量为28mL·min-1、喷洒压力约为5kgf·cm-2的喷头，间隔58min喷1次，每次喷2min，营养液温度保持在20℃。喷施等离子体处理过的水后，立即从底部排出；等离子体处理过的水中的NO3-和NO2-与K+共同作用下，苗参茎的生物量提高了26.5%。

2 光照对苗参栽培的影响

苗参喜阴凉，忌强光，不同的光照强度都会对其生长发育造成影响。绿色叶片中的类胡萝卜素可以保护叶绿体进行光合作用，避免强光对叶绿体的伤害，在温度低，光照弱的环境中，类胡萝卜素的含量较高[9]。因此，当光照过强时，类胡萝卜素可能会对苗参叶中的叶绿体起到一定的保护作用。冯春生等[10]研究表明，人参光饱和强度10～20klx，适宜的光照强度为6～20klx；参棚适宜透光率为25%，蓝膜的光合效率高，研究人参光合作用的光补偿点和光饱和点分别在5～20μE·(m2·s)-1和120～480μE·(m2·s)-1。二者测量数据产生偏差，可能是由于测量方法不同导致，根据其研究结果，可以更好地控制设施内的光照环境。曹伍林等[10]的研究表明，在植物生长发育的环境中，当光照强度过大时，植物会使叶片通过卷曲，以减少叶片对光的吸收。以上结论说明苗参展叶后，叶片也会受到光照的影响，水培时应控制光强，避免苗参被日光灼伤，同时，保证光照时间和光照强度使叶片可以正常光合作用。Kim等[11]的研究中发现，不同光的组合对苗参的生长发育有直接影响，红光(656nm)对苗参茎的生长及叶面积变化均有促进作用，红光能有效地提高苗参的生长特性和光合速率。蓝光(451nm)对苗参总皂苷含量的提高有积极的作用，主要增强了皂苷Rb1、Rg1和Re，这也导致了苗参皂苷总含量的增加，蓝光还诱导5-氨基丙酸增加，从而改善叶绿素合成，蓝光照射下会减少苗参茎的长度。添加远红光(740nm)对苗参的茎长没有影响，但能使叶面积增大。在秋冬季节，光周期缩短会影响苗参的生长，根据苗参的生长状况，设置不同的红蓝光比例进行合理的补光，控制补光时长，可以调节苗参根、茎、叶的生长；同时可以利用不同波长的光提高苗参的皂苷含量。李哲浩等[6]研究表明，苗参在水培过程中，会进行2h·d-1的补光，补光会利用红光和蓝光2种LED灯进行，红光和蓝光的比值为3∶1。红光能促进苗参鲜重和干重、株高和叶面积。以上证明了水培模式栽培苗参，可以利用设施随时进行补光，采收所需部位，弥补市场空缺。

3 温度对苗参栽培的影响

温度是植物生长调节最重要的因素之一，高温导致植物细胞膜被破坏、光合作用受抑制，使细胞衰老、死亡。研究表明，温度过高会使气孔闭合，蒸腾作用不相适应，叶片中的叶绿素会最先受到破坏，出现组织焦枯变脆，叶片焦枯、脱落等病态[12]。温度过高还会使苗参进入休眠状态，休眠的苗参长时间浸泡在营养液中会使根部腐烂。在设施内，苗参的生长期最适宜的温度为20～25℃，要稳定在15℃以上。苗参叶片净光合作用最适温度为15～25℃。作为蔬菜类作物，苗参生长发育最适温度与黄瓜接近，但略低于黄瓜，根据董洪霞等[13]的研究，黄瓜的生长适温为25～28℃,低温生长温度为11℃左右,当温度低于10℃时，黄瓜的生长发育将会停止。李哲浩等[6]研究表明，苗参在水培过程中，无菌室内温度控制在15～24℃，培养30d，苗参植株即可长出茎和叶。

4 苗参栽培营养液的灭菌处理

4.1 物理方法灭菌对营养液的影响

根据王伟琳等[14]研究，采用紫外线照射灭菌的方法，通过调节营养液的流速、流量，改变营养液透光率，通过紫外线充分的照射，可杀灭镰刀菌(Fusarium)、疫霉菌(Phytophthora)等，灭菌率达到92%左右。加热消毒机可使灭菌效果更加彻底。宋卫堂等[15]研究中，利用电加热炉，初始营养液(20℃左右)在加热炉中被加热至85℃后，进入滞留罐，滞留3min，排入热交换器高温通道，在热交换器中将余热传给低温通道中的待处理营养液。利用加热消毒机进行番茄萎蔫病病菌、黄瓜枯萎病病菌、番茄细菌性青枯病病菌灭菌，灭菌率可以达到100%。

利用沙粒、活性炭等材料制作成的过滤装置，通过过滤、吸附的作用达到营养液滤菌的效果。研究表明，利用不同粒径的砂层可滤除不同相对分子质量的生物，使用混凝、粉末活性炭等过滤装置可以对真菌、线虫、部分有机物和部分镰孢菌进行过滤。

4.2 化学方法灭菌对营养液的影响

水培蔬菜时，营养液中极易滋生绿藻。藻类会在营养液中大量的繁殖，会与苗参竞争营养液中的营养物质，并且会严重影响苗参的生长发育，如苗参生长减缓、产量和品质下降等，采用0.5%的CuSO4溶液可抑制绿藻的生成和减少绿藻的发生。在营养液中添加氧化剂进行灭菌，氧化剂可以与病菌迅速发生氧化还原反应，分解病菌。孙博等[16]研究发现，利用二溴海因灭菌，其中的活性溴等有效成分会影响病原菌的活性，是常用含氯灭菌剂的40倍。二溴海因和次氯酸钠的灭菌效果相似，对藻类的去除效果较好，但是灭菌率不及次氯酸钠。以上采用的化学试剂，如二溴海因等，均在灭菌过程中反应发生快，且不易在水中发生残留，不会影响到苗参的正常生长。

用于营养液灭菌的氧化剂主要是臭氧，过氧化氢价格低廉，作为替代物也用于营养液消毒。臭氧灭菌的效果主要和臭氧与病原菌接触的时间以及臭氧的浓度有关，具有杀菌性广、杀菌速度快。但是，臭氧在水中的溶解率低且易分解，营养液中的病菌与臭氧接触时间短，灭菌效率不高。李哲浩[6]研究表明，在每年的2—4月，苗参易感染蚕豆赤斑病，在无菌室内，日平均温度控制在8～16℃，施用40%咪戊悬浮剂、10%嘧菌酯悬浮剂、75%百菌清可湿性粉剂均可对蚕豆赤斑病均有较好的防效，411项农残未检出，可进行推广应用以促进人参产业的绿色、健康、可持续发展。

4.3 复合方法灭菌对营养液的影响

单一消毒工艺存在各自的缺点，采用2种及2种以上的消毒剂或消毒方法以便加速和强化消毒效果。采用复合方法灭菌可以同时利用物理、化学等方法进行营养液灭菌。如，利用物理方法滤除营养液中的杂质，增加紫外线灯的透射率，使紫外线直接作用到病菌上，进行灭菌；还可以利用臭氧与病菌发生的氧化反应进行灭菌，提升灭菌效果。王冬华等[17]研究表明，利用沙滤灭菌法加紫外线灯灭菌法灭菌，沙滤灭菌法的过滤效率主要与滤膜和细菌浓度有关，随着营养液过滤次数的增加，过滤效率也增加，过滤后的营养液透光度增加，配合紫外线照射，可以彻底过滤掉腐霉属真菌和疫霉属卵菌，还可消除部分线虫及镰刀菌。在使用营养液前，需要进行营养液过滤，除去因长期放置而产生的藻类。配合紫外线照射，使营养液中的细菌、真菌失活，避免污染苗参植株。

宋卫堂等[18]研究表明，利用进气量35L·min-1，臭氧产量10g·h-1的臭氧发生器，配合辐照度为18.3MW·cm-2的紫外线灯组合灭菌，消毒4～6h，可有效抑制细菌、真菌、放线菌，灭菌率可达89.9%。利用微纳米气泡发生技术可提高臭氧在水中的溶解率，延长臭氧在水中的存留时间，提高利用率；调节臭氧浓度为1mg·L-1左右(浓度范围1～8mg·L-1)并通过紫外线光照射可对营养液发挥协同灭菌作用，消毒后采用空压机对残留臭氧进行吹脱处理，使营养液中的臭氧浓度迅速下降到0.1mg·L-1，减少或避免对植物根系产生危害。在水培一段时间后，营养液中残留的病菌、苗参根部携带的病菌会因营养液中养分的充足迅速繁殖，这一研究表明，在水培过程中，通过使用多种灭菌方法，可以最大程度降低病害的发生，不断进行营养液灭菌，同时也可以控制病菌的侵染速度。

5 展望

苗参中含有丰富的活性物质，全株均可鲜食。水培模式可以缩短苗参的生长周期、提高苗参的产量、实现周年供应。目前使用营养液灭菌的效果尚处于广泛应用苗参初期阶段，虽有一定的灭菌效果，但尚未到达预期。随着水培技术及灭菌方法的完善，利用物理、化学、生物抑制剂等方法，会进一步提升营养液灭菌的效果。未来，会探索出更加有效的复合型灭菌方法，从而建立科学、全面、安全的水培模式。