聚-γ-谷氨酸对黄瓜产量和果实品质的影响

邓桂湖，郑雅颉，王可馨，曾 卓，姜 玲*

（1.武汉光华时代生物科技有限公司，湖北武汉 430040；2.华中农业大学园艺林学学院果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室/国家果树脱毒种质资源室内保存中心/农业部华中地区园艺作物生物学与种质创制重点实验室，湖北武汉 430070）

黄瓜（Cucumis sativusL.）是葫芦科黄瓜属植物，种植持续时间较长，栽培范围较广，具有丰富的营养物质，富含纤维素和多种矿物质元素，深受消费者的喜爱[1]。在黄瓜生产中，普通肥料的利用率低，增加了农民的生产成本，不利于农业的可持续发展，而提高肥料的利用率，减少环境污染，是目前蔬菜生产的热点问题[2]。因此，增加黄瓜产量、改善果实品质、提高其抗病虫害的能力是生产中亟待解决的问题。

聚-γ-谷氨酸（poly-γ-glutamic acid，γ-PGA）是一种新型的肥料增效剂，作为一种水溶性的可生物降解的生物高分子[3]，γ-PGA 及其衍生产品在医药、化工、环保和农业等领域显示出了十分广阔的应用前景[4-5]。研究表明，在农业上，γ-PGA 单独使用或将其添加到复合肥中使用，具有节省肥料、增产增收、提高植物抗病能力、改善土壤的理化性质等特点[6]，添加量少，使用成本低，促进植物生长效果明显，越来越受到人们的重视。γ-PGA 是纯天然的生物制剂，进入土壤后可自然分解，生成谷氨酸，最终被作物吸收利用，不会对环境造成二次污染。很多研究发现，γ-PGA 可作为肥料增效剂提高农产品的产量和品质[7]。如γ-PGA 处理可使小白菜增产20%以上，改善小白菜的品质，显著提高氮的累积量，降低地上部硝酸盐的积累[8]；提高番茄叶片的叶绿素含量，促进番茄生长[9]；相比清水，PGA 处理后，葡萄果实纵径增长了7.7%，可溶性蛋白含量增加了28.7%，维生素C 含量增幅达60%[10]；可见，γ-PGA 处理可以明显改善大棚栽植柑橘的外观品质，使果实整齐一致，果形圆正，着色均匀，提升果实单果质量、榨汁率和维生素C 含量[11]。

本试验在复合肥基础上加入γ-PGA，探讨了γ-PGA对黄瓜生长状况、产量和品质的影响，旨在对γ-PGA 肥料增效剂在黄瓜种植中的应用做出评价，探索黄瓜生产中健康、高效的技术措施。

1 材料与方法

1.1 试验材料

γ-PGA 由华中农业大学农业微生物国家重点实验室作为专利技术支撑，由武汉光华时代生物科技有限公司提供。试验地设在武汉光华集团厂区内，供试品种为‘华北’黄瓜。

1.2 肥料增效剂的准备

功能复合营养液（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/L）购自武汉光华集团，取1 L 复合营养液加1 L 水稀释后备用，记为H1 处理。

H1 水剂：取功能复合营养液1 L，加水1 L。

H2 水剂：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L），PGA 浓度为0。

H3 水剂：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L+3.5%的PGA 发酵液150 mL/L）。

H4 水剂：平衡型水溶肥（N∶P2O5∶K2O=150-150-150 g/2 L+3.5%的PGA 发酵液300 mL/L）。

1.3 试验设计

2021 年5 月下旬至2021 年8 月上旬进行试验。选择耕地栽培条件一致，管理条件相同的试验地进行4 个处理，每个处理种植50 株黄瓜苗做比较试验。移栽时，黄瓜苗按行距50 cm，株距30 cm 定植，各处理在田间随机排列。以清水为对照组。

处理1：黄瓜移栽时，施定根水，取H1 水剂150 mL，加15L 水稀释，每株灌根300mL；在苗期取H1 水剂150mL，加15 L 水稀释，每株灌根300 mL；在初蕾期取H1 水剂250 mL，加25 L 水稀释，每株喷叶+灌根500 mL；在盛果期，取H1 水剂500 mL，加50 L 水稀释，每株喷叶+灌根1 L。种植期和苗期各施1 次；花蕾期和盛果期，间隔10 d 施用一次，各施2 次。共施用6 次。

处理2 将H1 水剂更换为H2 水剂，其他操作相同。

处理3 将H1 水剂更换为H3 水剂，其他操作相同。

处理4 将H1 水剂更换为H4 水剂，其他操作相同。

1.4 仪器与设备

电子天平，杭州万特衡器有限公司；色彩色差计（Color meter ZE6000）、果实硬度仪（GY-3），均为杭州托普仪器有限公司生产；SPAD 仪，浙江拓普公司。

1.5 测定指标及方法

黄瓜果实的单果质量、纵径、横径参考刘汉兰等[12]的方法测定。果实硬度用果实硬度仪测定。测定产量时，处理和对照分别统计30 株，采摘从6 月15 日开始到8 月16 日结束。采摘的黄瓜现场称量质量，根据不同批次的数据，计算单位面积的产量。

每个处理选用30 株黄瓜做比较试验，并随机取样送至华中农业大学园艺林学院进行品质分析，果实分析时，每个处理随机取6 个生物学重复。

黄瓜果实表皮的色泽参数使用色彩色差计测定[13]。评判标准为：L为亮度变量，L值越大亮度越高，果实表皮越光滑；a为红绿色值，最大值为199.9，正值偏红、负值偏绿；b为黄蓝色值，最大值为199.9，正值偏黄、负值偏蓝。

VC 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法测定[11]。SPAD 值是叶片在两种波长光学浓度差方式650、940 nm 来确定叶片当前叶绿素的相对数量（两种波长范围内的透光系数来确定叶片当前叶绿素的相对数量）[14]，本试验采用SPAD 仪测定。

1.6 数据分析

数据分析使用SPSS 24.0 和Excel 2016 软件进行。

2 结果与分析

2.1 γ-PGA 对黄瓜果实外观品质的影响

果实外形是果实最为直观的品质，对消费趋势和经济效益有相当重要的影响。图1 显示了进行γ-PGA 试验后的黄瓜果实特征。由图知，对照组果实短小，形状不规则，处理3 和处理4 的果实较对照有显著增长，果实的均一性也明显更好。

图1 不同处理黄瓜的照片Fig.1 Fruit photos of cucumber with different treatments

由表1 可知，黄瓜果实在4 种配方处理后，果实纵径均大于对照，处理3 和处理4 较对照分别提升29.4%和32.9%，差异达到显著水平，而处理1、2 和处理3 的果实横径有所降低，且差异达到极显著，处理4 的果实横径与对照相比降低不明显。可见，处理3 和处理4 的黄瓜果实相较于对照组表现出长度增加、果形整齐一致的特点。

表1 γ-PGA 对黄瓜果实外观和VC 的影响Table 1 Effects of poly-γ-glutamic acid on fruit appearance quality and VC content of cucumber

果实硬度与耐贮运能力和货价寿命密切相关。由表1 可知，处理3 和处理4 黄瓜果实表现为硬度增加。其中处理3 的硬度达到最大，为18.4 N/cm2，但差异不显著。处理1 和处理2 的果实表现出硬度下降。

维生素C 是人体不可或缺的营养物质，黄瓜果实的VC 含量直接影响其内在品质。表1 显示，黄瓜用γ-PGA处理后，果实中的VC 含量均有不同程度的增加，分别提高了104.9%、55.3%、215.9%、74.2%，其中处理3 果实VC含量增加最为明显。黄瓜中的叶绿素主要起提高光合作用效率的作用，为作物产量打好物质基础，提供营养保障。试验结果表明，经过4 种γ-PGA 配方处理后的黄瓜叶绿素分别比对照提高1.9%、7.6%、10.4%、8.4%。处理3叶绿素增量最大，但差异不显著。

2.2 γ-PGA 对果实色泽的影响

黄瓜在PGA 配方处理后的色泽变化结果如表2 所示，各处理组果实a值均为负，b值均为正，说明果实均呈现黄绿色。处理组相比于对照组亮度提高，其中，处理3、4 与对照相比，差异达到极显著水平（P＜0.01）。处理3和处理4 果实的a值与对照和处理1 相比，也表现出极显著差异（P＜0.01），且黄瓜果实的绿色相较于对照组稍浅。而b值在所有样品间的差异不显著。

表2 γ-PGA 处理后果实色泽的比较Table 2 Comparison of fruit color after poly-γ-glutamic acid treatment

2.3 γ-PGA 对黄瓜产量的影响

由表3 可知，4 种γ-PGA 配方处理的黄瓜单位面积产量均高于对照，各处理组相较于对照组的增幅分别为11.4%、16.8%、53.2%、47.1%，从处理3 和处理4 结果可以看出，产量随着γ-PGA 处理的浓度增加而增加，由此证实，PGA 处理对黄瓜有明显的增产效果。

表3 γ-PGA 对黄瓜产量的影响Table 3 Effect of poly-γ-glutamic acid on cucumber yield

4 种处理后的单株挂果数与对照组相比均有增加，且均达到差异极显著水平（P＜0.01）。但处理1、2 和处理4 处理后的黄瓜单果质量有所下降，而处理3 的单果质量相比于对照组有所增加，综合效果是单株挂果数增加，果实适当地减小，但果实的均一性更好。

3 讨论

黄瓜是种植面积位于全球前十、中国前五的蔬菜，市场需求量大[15]，在全世界都有着重要地位。本研究表明，γ-PGA 通过促进黄瓜对肥料的吸收进而对黄瓜果实的部分生理指标有一定的积极作用，可以在一定程度上提高黄瓜产量，改善黄瓜外观品质，提高黄瓜VC 含量和叶绿素含量等指标，是调节黄瓜生产和品质的有效的手段，开辟了PGA 在黄瓜上应用的新领域。为此，推荐黄瓜生产上使用浓度处理3（复合肥配施150 mL/L、3.5%的PGA发酵液）进行灌根处理，它对于黄瓜生产具有良好的效果。

在产量方面，γ-PGA 能促进黄瓜的壮苗增产。经过γ-PGA 处理，黄瓜藤蔓数和开花数增加，连续结果能力增强，这与γ-PGA 在辣椒上的作用效果一致[16]。从单位面积产量方面看，γ-PGA 处理对黄瓜有明显的增产效果，且增产效果与γ-PGA 浓度呈正相关，处理4 增产最多，为47.1%。根据γ-PGA 处理后的黄瓜单果质量有所下降，推测决定单位面积产量的主要因素是挂果数和连续结果能力，而单果质量与果实外形有关，为次要因素。

外观品质方面，果皮翠绿、新鲜饱满的黄瓜更能吸引消费者，处理后的果实由椭圆形趋向长圆形，直径变窄，长度变长，着色漂亮，硬度变大，耐贮性增强，这些因素都直接影响其经济效益。黄瓜果实的硬度在处理3 条件下达到最大，为18.4 N/cm2，与γ-PGA 在草莓上的应用效果一致[17]，但处理1 与处理2 也表现出硬度下降的现象，在后续实验中，可以在肥料中补充钙元素，以期增加黄瓜果实硬度，进一步观察PGA 是否可以改善黄瓜对肥料中钙的吸收效果。

内在品质方面，黄瓜用γ-PGA 处理后，果实中的VC含量均有所增加，这与γ-PGA 在葡萄上的作用效果一致[9]。黄瓜中的叶绿素主要作用表现为壮根增绿，提高有效分蘖数量和质量，为产量打好基础，提供营养保障，经过γ-PGA 处理后的黄瓜叶绿素含量提高，可以促进黄瓜营养生长，增强黄瓜的抗病能力，促进其生长发育，提高光合作用，增强物质积累。

同时，γ-PGA 以其绿色环保的特点，对提高肥料的利用率、维护生态环境、实现农业可持续发展有着重要的意义[18-19]。γ-PGA 在黄瓜以及其它农作物种植生产方面仍有较大的研究空间，如γ-PGA 促进作物生长的作用机制，γ-PGA 各浓度对黄瓜品质的影响，通过感官评价评测γ-PGA 处理黄瓜的品质，γ-PGA 对植物抗性的影响，γ-PGA 与节水节肥栽培的关系等，还有待之后的试验设计做进一步的探索。