植物营养与肥料学报   2017, Vol. 23  Issue (4): 1112-1119 
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引用本文    doi:  http://dx.doi.org/10.11674/zwyf.16339
季延海, 武占会, 钟启文, 于平彬, 刘明池. 不同浓度硫素对韭菜产量和品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(4): 1112-1119.
JI Yan-hai, WU Zhan-hui, ZHONG Qi-wen, YU Ping-bin, LIU Ming-chi. Suitable sulfur concentrations in the nutrient solution used for Chinese chives in hydroponic production[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2017, 23(4): 1112-1119.
不同浓度硫素对韭菜产量和品质的影响
季延海1,3, 武占会1,3, 钟启文2, 于平彬1, 刘明池1,3    
1. 北京市农林科学院蔬菜研究中心，北京 100097;
2. 青海大学农林科学院，青海西宁 810016;
3. 农业部都市农业 (北方) 重点实验室，北京 100097
收稿日期：2016-08-22; 接受日期：2017-02-20
基金项目：农业部公益性行业科研专项（201303133-2）；北京市农林科学院科技创新能力建设专项（KJCX20140408）资助。
作者简介：季延海（1988—），男，山东枣庄人，硕士，研究实习员，主要从事蔬菜栽培与生理研究。E-mail：jiyanhai@nercv.org
通信作者：E-mail：liumingchi@nercv.org
摘要: 【目的】 硫是植物必需的营养元素之一，研究无土栽培营养液中不同浓度硫对韭菜生长和品质的影响，以期为确定合理的韭菜水培营养液配方提供依据。【方法】 试验采用水培方法，以含硫2 mmol/L的日本千叶农试葱营养液 (通用型) 为基础，以硫酸钠作为硫源，设置了硫浓度分别为1、2、3、4、5 mmol/L的 5个处理 (分别用S1、S2、S3、S4和S5表示)。鉴于相对低浓度的Na+ 对植物生长发育影响较小，本试验结果忽略Na+ 的影响。在韭菜第二茬收获时测定了生长、生理、产量、品质指标及含硫化合物的种类和浓度。【结果】 适当增加硫素浓度，对韭菜生长有良好的促进作用。与S1处理相比，S2处理韭菜的株高、叶长、假茎粗、叶宽和叶片数分别增加了2.6%、4.5%、5.6%、10.8%、7.2%，韭菜单株鲜重和干重分别提高6.9%、10.1%。韭菜根系活力以S3处理最高，比S1处理显著增加了25.7%，叶绿素a和叶绿素a + b与S2处理差异不显著，但显著高于S1处理19.0%、19.3%。韭菜Vc、可溶性糖和硝酸盐含量均以S3处理最好，Vc含量显著高于S1处理18.8%，硝酸盐含量比S1处理显著降低33.3%。可溶性蛋白含量以S5处理最高。在韭菜中共检测出29种含硫挥发性化合物，主要是二硫化物和三硫化物，有少量的四硫化物，含硫化合物总含量以S2处理最高。韭菜产量以S3和S2处理最高，分别比S1处理显著提高了3.6%、5.6%。【结论】 在应用日本千叶农试葱配方时，综合考虑韭菜生长、品质、芳香物质等指标，营养液中硫浓度以 2～3 mmol/L 为佳。
关键词: 韭菜     硫素浓度     生长     品质     挥发性物质    
Suitable sulfur concentrations in the nutrient solution used for Chinese chives in hydroponic production
JI Yan-hai1,3, WU Zhan-hui1,3, ZHONG Qi-wen2, YU Ping-bin1, LIU Ming-chi1,3    
1. Vegetable Research Center of Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China;
2. Academy of Agricultural and Forestry Sciences of Qinghai University, Xining 810016, China;
3. Key Laboratory of Urban Agriculture (North), Ministry of Agriculture, Beijing 100097, China
Abstract: 【Objectives】 Sulphur supply affects the yield and quality of Chinese chives. Study of the suitable sulfur concentrations in nutrient solution will provide basis for the optimization of nutrient solution for the hydroponic production of Chinese chives. 【Methods】 A Chinese chive hydroponic experiment was conducted using the Japan Chiba farming vegetable nutrient solution as base solution. Five levels of sulphur concentrations (1, 2, 3, 4, 5 mmol/L, noted as S1, S2, S3, S4 and S5, respectively) were setup with sodium sulfate as S source. The growth, yield, quality and sulfur compounds of chive were measured. 【Results】 Sulphur was found effective to stimulate the growth of chives. Compared with S1 treatment, the plant height, leaf length, stem diameter, leaf width, leaf number, single plant fresh weight and dry weight of S2 treatment were significantly increased by 2.6%, 4.5%, 5.6%, 10.8%, 7.2%, 6.9% and 10.1%, respectively. The peak root activity index was obtained in S3 treatment, which was 25.7% higher than the root activity index of S1 treatment, and the maximum chlorophyll a and chlorophyll a+b contents were obtained in S3 treatment, they were respectively 19.0% and 19.3% higher than those in S1 treatment (P < 0.05). The content of Vc, soluble sugar and nitrate in Chinese chives were detected with the best quality in S3 treatment, with 18.8% more of Vc and 33.3% less of nitrate compounds than the S1 treatment (P < 0.05). The maximum soluble proteins were detected in Chinese chive of S5 treatment. 29 sulfur-containing volatiles were identified in the chives, majority were shown as disulfide and trisulfide with small amount of tetra sulfide. The maximum total content of sulfur-containing volatiles was detected in the Chinese chive of S2 treatment. The highest yields were in the chive of S2 and S3 treatments, they were all significantly higher than that of S1 (3.6% and 5.6% higher, respectively). 【Conclusions】 Comprehensively considering the effect of growth, yield, quality and sulfur-containing volatiles, the optimum concentration of sulfur in Japan Chiba farming vegetable nutrient solution for Chinese chive is 2–3 mmol/L.
Key words: Chinese chive     sulfur concentration     growth     quality     sulfur-containing volatiles    

硫是植物必需营养元素之一[1]，是目前公认的仅次于氮磷钾对植物第四重要的元素。在作物的营养物质合成、代谢等方面发挥着重要的作用。植物体内含硫氨基酸中的硫占到总硫的90%以上，所以硫素营养水平对植物生理生化功能有很大影响。硫还在植物的叶绿素、酶等的合成过程中起着重要的作用[1–2]。植物吸收利用硫元素主要是通过根系主动吸收SO42–，并还原为有机硫化合物[3–4]。长期以来，在我国长期施用氮磷钾肥的习惯，使得硫营养的合理施用未受重视。随着作物产量的不断提高，从土壤中带走的硫越来越多，有机肥和含硫肥料的施用量却在减少，导致了土壤严重缺硫[5]。

硫素营养可以显著改善作物品质和提高产量[6–10]。刘中良等[11]通过在Hoagland配方基础上的营养液栽培试验，发现大蒜鳞茎和蒜薹中大蒜素、可溶性糖、游离氨基酸和维生素含量均以添加2.25 mmol/L硫的处理最高，且显著高于不添加硫处理。葱属植物含有挥发性硫化物，具有特殊的气味，是重要的活性物质[12–14]。Randle[15]认为挥发性物质形成前体的浓度和比率随着硫营养的改变而变化。Freeman等[16]认为沙培大蒜加硫处理的硫营养和挥发性物质强度远远大于不加硫处理，可见硫素浓度对葱属植物的品质，尤其是风味物质有着重要的影响。

目前在洋葱和大蒜上关于硫素对于大蒜素、辣味等品质影响已有较多的研究，表明硫素对其挥发性芳香物质具有重要意义。而韭菜 (Allium tuberosum Rottl.ex Spr.) 是典型的葱属植物，在我国蔬菜市场供应上有着重要意义。目前国内外关于韭菜芳香物质的研究结果表明，韭菜挥发物质成分主要是含硫化合物，特别是二硫化物和三硫化物含量较多。王彩芬等[17]研究表明，硫素可提高韭菜维生素C、可溶性蛋白的含量，并降低硝酸盐含量，并且已有的研究表明，韭菜特征性芳香物质主要是含硫化合物，其中包括二硫化物、三硫化物以及一些硫醚类物质[18–22]，因此，在韭菜的生长过程中，硫元素对韭菜的品质有着重要的意义。

目前传统土壤栽培韭菜由于受到韭蛆的危害，致使产品农药残留严重。为了解决该问题北京市农林科学院蔬菜研究中心自主研发了安心韭菜栽培系统，该系统通过营养液水培的方式彻底解决了韭蛆的危害问题，实现了韭菜的安全生产。通过水培的方式能够更好地调控硫素的浓度，确保研究结果的准确性。因此，本研究使用韭菜水培系统研究了不同浓度硫素对韭菜生长和生理特性、产量、品质及含硫挥发物质的影响，以确定营养液栽培中韭菜适宜的硫素浓度，为土壤栽培和水培韭菜品质调控技术提供数据支撑。

1 材料与方法 1.1 试验设计

试验以‘791’韭菜为供试材料，采用营养液栽培的方式进行，于2012年4～9月在北京市农林科学院蔬菜研究中心连栋玻璃温室内进行。营养液使用日本千叶农试葱配方，硫水平为2 mmol/L，微肥为通用配方。

试验设5个硫浓度处理，即营养液中硫素浓度分别为1、2、3、4和5 mmol/L。以硫酸钠作为硫源，鉴于相对低浓度的Na+ 对植物生长发育影响较小，本试验结果忽略Na+ 的影响。营养液用蒸馏水配制，配方为：Ca2+ 1.0 mmol/L、K+ 6 mmol/L、NO3– 8 mmol/L、NH4+ 4 mmol/L、Mg2+ 1 mmol/L、PO43– 2 mmol/L，pH控制在6.0 ± 0.3，除硫含量不同外，其余均按常规管理。

每个处理设置3次重复，每重复为一个72孔无底穴盘。试验中每个格盘每孔播种4粒，格盘是根据常规穴盘样式，设计的无底网格状盘，其规格与常规72孔穴盘一致，为54 cm × 28 cm。试验于2012年8月27日收获第2茬并测定生长指标、生理指标、产量、品质和挥发性物质。

1.2 测定项目与方法

由于韭菜需要养根以保证后续多次的收获，因此从播种到第一茬收获周期较长，为保证指标测定的真实准确，所有指标均在第二茬测定。

生长指标测定韭菜植株的株高、假茎粗、叶长、叶宽、叶片数，测定时每重复测定5株；用电子天平测量单株鲜重和单株干重。测定时先测定鲜重，然后在105℃ 下杀青15分钟，再于75℃ 烘干至恒重，然后测定干重，每个处理设置3次重复，每个重复测定3次，每次测定2株。

生理指标采用乙醇浸提比色法测定光合色素含量[23]；根系活力测定测定参照李合生等的方法[24]。

产量测定是以收获时每个营养液栽培格盘韭菜的收获量，公顷产量是根据收获的一个营养液栽培格盘 (面积为0.1512 m2) 内的韭菜产量 (kg) 换算得到，换算公式为：1 hm2产量 (kg) = (单个营养液栽培格盘收获韭菜重量 × 667 × 15)/格盘面积。

品质指标测定：用2,6–二氯酚靛酚比色法测定维生素C[25]；用蒽酮比色法测定可溶性糖[26]；用考马斯亮蓝比色法测定可溶性蛋白[27]；样品经60% H2SO4消化后以蒽酮比色法测定粗纤维[28]；用紫外分光光度法测定硝酸盐[29]。韭菜挥发性物质含量使用顶空固相微萃取—气质联用 (GCMS-SPME) 法测定[30]。

试验数据采用EXCEL 2010进行统计和作图，采用SPSS对数据进行统计分析，并按照Duncan多重比较法以P < 0.05作为差异显著水平进行多重比较。

2 结果与分析 2.1 不同硫素浓度对韭菜生长指标的影响

从表1可以看出，韭菜植株生长指标随硫素浓度的增加先上升后降低。各处理以2 mmol/L 硫浓度处理表现最好，株高、叶长、假茎粗、叶宽和叶片数分别比1 mmol/L 和 3 mmol/L 硫浓度处理增加了2.6%和1.1%、4.5%和0.8%、5.6%和0.5%、10.8%和3.2%、7.2%和7.2%。

表1 不同硫素浓度下韭菜生长指标 Table 1 Effect of different sulfur concentrations on growth of Chinese chive

植物的干鲜重最直接地反映了植株的生长量，由图1可以看出，单株鲜重和干重均以2 mmol/L 硫浓度处理最高，且与 1 mmol/L 硫浓度差异显著，单株鲜重和干重分别提高6.9%、10.1%。单株鲜重和干重均呈现出先增高后降低的趋势。

图1 不同硫素浓度下韭菜单株重量 Fig. 1 Single fresh and dry biomass of Chinese chives under different sulfur levels
2.2 不同硫素浓度对韭菜根系活力的影响

根系的生长情况和活力水平直接影响植物个体的生长情况、营养状况和产量水平。由图2可以看出，韭菜根系活力随硫素浓度增加变化显著。3 mmol/L 硫浓度处理根系活力最高，与其他处理差异显著，比1 mmol/L 硫浓度处理增加了25.7%，2 mmol/L 硫浓度处理次之，且与其他处理差异显著。硫素浓度逐渐升高后 (> 3 mmol/L)，根系活力呈下降的趋势。

图2 不同硫素浓度下韭菜根系活力比较 Fig. 2 Effect of different levels of sulfur on root activity of Chinese chives
2.3 不同硫素浓度对韭菜光合色素含量的影响

由表2可以看出，硫元素浓度可以增加光合色素的含量，但达到一定浓度后又呈现下降的趋势。叶绿素a以3 mmol/L 硫浓度处理最高，与2 mmol/L 硫浓度处理差异不显著但与其他处理差异显著，其含量较1 mmol/L 硫浓度处理增加19.0%。叶绿素a+b含量也以3 mmol/L 硫浓度处理最高，与2 mmol/L 硫浓度处理差异不显著，而显著高于其他处理。叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素a/b各处理间差异不显著。

表2 不同硫素浓度下韭菜光合色素含量 (mg/g, FW) Table 2 Contents of the photosynthetic pigment of Chinese chives under different levels of sulfur supply
2.4 不同硫素浓度对韭菜品质的影响

2.4.1 芳香成分相对含量　通过对韭菜挥发性芳香物质的分析，本试验共检测出含硫挥发物29种，主要是二硫化物和三硫化物，还有少量的四硫化物和烷酯类物质。含硫化合物是韭菜具有特征性芳香气味的主要原因。在5个处理中均检出的物质共17种，各处理中含硫物质相对百分含量总量以2 mmol/L 硫浓度处理最高，1 mmol/L 硫浓度处理最低。

表3 不同硫素浓度下韭菜挥发性物质含量 (%) Table 3 Contents of volatile matter of Chinese chives under different levels of sulfur supply

2.4.2 营养成分　从表4可以看出，韭菜Vc以3 mmol/L 硫浓度处理最高，与2 mmol/L 硫浓度处理差异不显著，显著高于1 mmol/L 硫浓度处理18.8%。可溶性糖以3 mmol/L 硫浓度、5 mmol/L 硫浓度处理最高，3 mmol/L 硫浓度处理显著高于1 mmol/L 硫浓度处理17.5%。粗纤维含量除1 mmol/L 硫浓度处理，各处理差异均不显著。可溶性蛋白含量随硫浓度提高呈上升的趋势，以5 mmol/L 硫浓度处理最高，且与其他处理差异显著，5 mmol/L 硫浓度处理比1 mmol/L 硫浓度处理提高26.2%。

表4 不同硫素浓度下韭菜营养成分比较 Table 4 Effect of different levels of sulfur on quality of Chinese chive

2.4.3 硝酸盐含量　由图3可以看出，硫素浓度显著影响韭菜硝酸盐的含量。3 mmol/L 硫浓度处理下硝酸盐含量最低，与各处理差异显著，其次为4 mmol/L 硫浓度处理，1 mmol/L 硫浓度处理硝酸盐含量显著高于其他处理，比3 mmol/L 硫浓度处理高出33.3%。当硫素浓度增加到4 mmol/L后硝酸盐含量又呈上升的趋势。

图3 不同硫素浓度下韭菜硝酸盐含量比较 Fig. 3 Effect of different levels of sulfur on nitrate content of Chinese chives
2.5 不同浓度硫素对韭菜产量的影响

由图4可以看出，韭菜产量随硫素浓度的增加，表现出先上升后下降的趋势。以3 mmol/L 硫浓度和2 mmol/L 硫浓度处理产量较高，但2 mmol/L 硫浓度与3 mmol/L 硫浓度处理间差异不显著，分别比1 mmol/L 硫浓度处理提高了3.6%、5.6%。

图4 不同硫素浓度下的韭菜产量 Fig. 4 Yield of Chinese chives under different levels of sulfur supply
3 讨论与结论

硫素作为蔬菜必需的营养元素之一，对蔬菜的生长发育起着重要的作用。本试验研究结果表明，适宜的硫素浓度可以促进韭菜的生长、提高韭菜的营养品质并增加产量。研究表明，硫素营养在植物光合作用中的作用主要表现在以下几方面：以硫脂方式组成叶绿体基粒片层；硫氧化蛋白半胱氨酸-SH在光合作用中传递电子；形成铁氧还蛋白的铁硫中心，参与暗反应CO2的还原过程[31]。硫是铁氧还蛋白的重要组分，在光合作用及氧化物如亚硝酸根的还原中起电子转移作用[32]，硫素可以促进叶绿素尤其是叶绿素a含量的显著升高，因此硫有助于植物光合能力的改善及有机物的合成[33–34]。本研究表明硫素浓度的增加，提高了叶绿素含量，特别是叶绿素a，本试验中叶绿素a、b、类胡萝卜素均在硫素浓度为3 mmol/L时达到了最大值。

本研究中韭菜硝酸盐含量随着硫素浓度的增加而降低，可溶性蛋白含量呈上升趋势，可能的原因是，硫为甲硫氨酸、半胱氨酸、胱氨酸和蛋氨酸等含硫氨基酸的重要组成成分，其中甲硫氨酸在许多生化反应中可作为甲基的供体[35]，是蛋白质合成的起始物。此外，硫素的增加，提高了硝酸还原酶活性，进而提高了蛋白质含量[36–37]。但硫素浓度超过一定限度时，韭菜营养品质等指标反而呈下降的趋势，表明硫虽对韭菜生长有益，但实际生产中应适量使用。

韭菜挥发性物质主要是二硫化物、三硫化物，主要存在于韭菜挥发油中，是韭菜具有特征性芳香气味的主要原因[38]。药理分析还证实，韭菜所含有的挥发性硫化物不仅使韭菜具有特殊香味，而且对于治疗高血压及冠心病也有一定的疗效。虽然国内外对韭菜的香味来源已有一些报道，但是在结果上存在分歧。本试验通过使用顶空固相微萃取-气质联用的方法，共检测出多种有效含硫物质，主要是二硫化物、三硫化物，并且挥发性硫化物的种类和含量随着硫素浓度的增加表现出先增加后下降的趋势，以2 mmol/L处理下检测出物质的相对百分含量最大。

结合硫对韭菜生长特性、品质效应和芳香物质的分析结果发现，在韭菜的无土优质栽培生产中，应当加强硫在韭菜生产中的应用。在本试验条件下，以营养液硫浓度为2～3 mmol/L的效应为佳。

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