2020 20 植物工廠條件下5種十字花科蔬菜的 生長和品質(zhì)比較 武琳苑 李雅旻 劉厚誠 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 廣東廣州 510642 隨著社會進步 全球經(jīng)濟的快速發(fā)展 人們的 生活水平不斷提高 對生活品質(zhì)要求逐漸提高 對 食品的要求不僅停留在綠色無污染的質(zhì)量安全方 面 而且越來越關(guān)注蔬菜的營養(yǎng)與保健功能 蔬菜富含礦物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì) 是人類攝入抗壞 血酸 類胡蘿卜素 酚類等營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源 十 字花科蔬菜具有很強的抗氧化能力 是目前公認(rèn)的 具有防癌 抗癌和美容效果的天然食物之一 十字 花科蔬菜中的蘿卜硫素對肝癌 結(jié)腸癌 乳腺癌 前 列腺癌等有抑制作用 可誘導(dǎo) Phase 型酶 激活抗 癌物質(zhì)的產(chǎn)生 殺死白血細胞 1 增強人體免疫力 2 植物工廠水培蔬菜因具有安全 潔凈 新鮮等特 征 越來越受到大眾的關(guān)注 目前植物工廠栽培的作 物以生菜和香料作物為主 十字花科植物不多 由于 十字花科植物具有保健功能 有必要探索十字花科 基金項目 廣東重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目 2019B020214005 2019B020222003 武琳苑 1997 女 碩士 專業(yè)方向為設(shè)施蔬菜生理生態(tài) E mail 1579767346 劉厚誠 1968 男 通訊作者 博士 教授 專業(yè)方向為蔬菜 生理生態(tài) E mail liuhch 收稿日期 2020 09 01 摘 要 以 5種十字花科蔬菜 廣府油菜心 千寶菜 黃葉白菜 白玫瑰白菜 龍湖 141 奶白菜 為試驗材料 LED 白光 燈板作光源 PPFD 光合光量子密度 為 450 5 mol m 2 s 1 光周期為 12 h d 6 00 18 00 采收后 對蔬菜的生長 和品質(zhì)進行了比較 以期找到較適合植物工廠系統(tǒng)生產(chǎn)的十字花科蔬菜品種 結(jié)果表明 黃葉白菜的產(chǎn)量 地上部鮮 質(zhì)量 顯著高于其他 4 種蔬菜 千寶菜的可溶性糖 抗壞血酸 可溶性蛋白和游離氨基酸含量較高 同時其抗氧化物 質(zhì)類黃酮 總酚含量及 FRAP DPPH 抗氧化能力也顯著優(yōu)于其他蔬菜 十字花科蔬菜中硝酸鹽含量與可溶性糖含量 呈負(fù)相關(guān)性 FRAP 類黃酮 多酚含量具有較強正相關(guān)性 5種十字花科蔬菜均適合于植物工廠生產(chǎn) 黃葉白菜具有 較高的產(chǎn)量 而千寶菜具有更高的營養(yǎng)和保健價值 關(guān)鍵詞 廣府油菜心 千寶菜 白菜 營養(yǎng)品質(zhì) 人工光型植物工廠 中圖分類號 S634 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1001 3547 2020 20 0041 05 DOI 10 3865 j issn 1001 3547 2020 20 014 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院設(shè)施農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程系教授 廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè) 設(shè)施園藝 科技創(chuàng)新中心主任 中國園藝學(xué)會設(shè)施園藝分會常務(wù)理事 中國 農(nóng)業(yè)工程學(xué)會設(shè)施園藝工程專業(yè)委員會委員 中國照明學(xué)會電光源專業(yè)委員 會農(nóng)業(yè)照明委員會副理事長 研究方向為設(shè)施園藝與植物工廠 蔬菜生理生 態(tài) 蔬菜優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)原理與技術(shù) 主持國家重點研發(fā)計劃項目課題 廣東省 重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目等 近年發(fā)表論文 50 多篇 其中 SCI EI 收錄 10 多 篇 參編 中國蔬菜栽培學(xué) 第2版 蔬菜栽培學(xué) 面向21世紀(jì)教材 高 級蔬菜栽培生理 研究生教材 蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)栽培的理論基礎(chǔ) 等 主編 中國野生蔬菜資源 優(yōu)稀蔬菜栽培 野菜栽培與加工 獲科技部 全國優(yōu) 秀科技特派員 稱號和廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣二等獎1項 劉厚誠 41 2020 20 表 2 植物工廠條件下 5種十字花科蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)比較 品種 可溶性糖 g kg 游離氨基酸 g kg 可溶性蛋白 g kg 硝酸鹽 g g 廣府油菜心 1 91 0 03 c 0 20 0 01 a 0 20 0 01 d 2 04 0 05 a 千寶菜 4 12 0 12 a 0 13 0 00 b 0 22 0 00 bc 1 24 0 02 d 黃葉白菜 3 28 0 21 b 0 13 0 00 b 0 21 0 01 c 1 40 0 05 c 白玫瑰白菜 3 09 0 07 b 0 13 0 01 b 0 23 0 00 b 1 56 0 03 b 龍湖奶白菜 3 03 0 16 b 0 12 0 00 b 0 25 0 00 a 1 57 0 01 b 品種 鮮質(zhì)量 g 植株 地上部 根系 地上部 根系 廣府油菜心 45 90 1 11 c 41 69 1 45 c 4 21 0 50 b 2 33 0 08 c 0 36 0 02 ab 千寶菜 71 61 2 61 b 63 91 2 66 b 7 70 0 28 a 3 21 0 14 b 0 45 0 06 a 黃葉白菜 100 66 5 75 a 91 91 5 92 a 8 75 0 83 a 4 06 0 16 a 0 38 0 05 a 白玫瑰白菜 64 49 2 74 b 58 80 2 65 b 5 68 0 56 b 3 13 0 12 b 0 40 0 05 a 龍湖奶白菜 48 99 1 41 c 43 88 1 53 c 5 12 0 49 b 2 38 0 20 c 0 24 0 02 b 表 1 植物工廠條件下 5種十字花科蔬菜生物量比較 干質(zhì)量 g 植株 2 69 0 07 c 3 66 0 20 b 4 44 0 14 a 3 53 0 11 b 2 61 0 19 c 植物在植物工廠中的適用 品種和生長條件 本研究對 5 種十字花科蔬菜的生長 及品質(zhì)進行了比較 以期為 植物工廠系統(tǒng)十字花科蔬 菜生產(chǎn)提供參考 1 材料與方法 1 1 試驗材料與設(shè)計 試驗于2019年6 7月 在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗植物工廠中開展 材料選用華 南地區(qū)常見的5種十字花科蔬菜 廣府油菜心 千寶 菜 黃葉白菜 白玫瑰白菜 龍湖奶白菜 種子由廣東 良種引進服務(wù)公司提供 種子播至育苗海綿塊 25 催芽室催芽 子葉展開后移入植物工廠育苗架 幼苗長至 2 葉 1 心移植至 60 cm 90 cm 泡沫定植 板 每板24株 每種蔬菜3板 光源采用LED白光 燈板 PPFD Photosynthetic Photon Flux Density 光合 光量子密度 為 450 5 mol m 2 s 1 光周期為 12 h d 6 00 18 00 水培采用霍格蘭氏營養(yǎng)液 每 1 h循環(huán)1次 溫度為 25 2 相對濕度為65 1 2 測試方法 移苗定植培養(yǎng)40 d后取樣 各處理隨機取樣18 株 3個重復(fù) 電子天平稱鮮樣質(zhì)量 將植株于烘箱中 105 殺青40 min 75 烘干至恒重后 稱量植株干樣 質(zhì)量 DPPH 自由基清除率測定參照 Tadolini 法 3 多酚含量測定參考Folin Cioealteu法 4 抗壞血酸含 量測定采用鉬藍比色法 5 類黃酮含量測定采用 Mashiba法 6 可溶性蛋白 可溶性糖 游離氨基酸 硝 酸鹽含量測定采用李合生 7 方法 FRAP 值測定采用 Benzie法 8 各指標(biāo)均重復(fù)測定 3 次 1 3 數(shù)據(jù)處理 采用 Excel 2013 進行數(shù)據(jù)處理 SPSS 22 0 軟件 對 3 個重復(fù)的試驗數(shù)據(jù)平均值進行統(tǒng)計 Duncan s 新復(fù)極差法進行多重比較和差異顯著性分析 P 0 05 利用Origin 7 0軟件繪圖 XLSTAT 版本 進行 相關(guān)性分析 2 結(jié)果與分析 2 1 5種十字花科蔬菜的生物量比較 植物工廠條件下不同品種十字花科蔬菜的生 長及產(chǎn)量存在顯著差異 表 1 其中 黃葉白菜的 地上部鮮質(zhì)量顯著高于其他 4種蔬菜 廣府油菜心 最小 黃葉白菜比廣府油菜心重120 47 其他 3 種蔬菜地上部鮮質(zhì)量由大到下為 千寶菜 白玫瑰 白菜 龍湖奶白菜 根系鮮質(zhì)量的表現(xiàn)趨勢與地上 部鮮質(zhì)量一致 黃葉白菜植株干質(zhì)量高于其他4種 蔬菜 千寶菜 白玫瑰白菜植株干質(zhì)量差異不顯著 但顯著高于廣府油菜心和龍湖奶白菜 2 2 5種十字花科蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)比較 5種十字花科蔬菜可溶性糖含量 表 2 差異明 顯 千寶菜含量最高 3種白菜居中且差異不顯著 廣 府油菜心含量最低 千寶菜可溶性糖含量比廣府油 菜心高115 19 游離氨基酸含量 廣府油菜心最高 分別比千寶菜 黃葉白菜 白玫瑰白菜和龍湖奶白菜 高53 65 57 83 59 21 和70 18 其他4種蔬菜 間無顯著差異 可溶性蛋白含量總體都不高 但龍湖 奶白菜可溶性蛋白含量顯著高于其他4種蔬菜 硝 酸鹽含量由高到低依次為 廣府油菜心 龍湖奶白 菜 白玫瑰白菜 黃葉白菜 千寶菜 廣府油菜心硝酸 鹽含量分別比千寶菜 黃葉白菜 白玫瑰白菜和龍湖 奶白菜高64 47 46 64 30 86 和29 65 2 3 5種十字花科蔬菜抗氧化能力比較 植物工廠條件下不同品種十字花科蔬菜的抗 氧化能力存在差異 表 3 其中 抗壞血酸含量千 寶菜顯著高于其他4種蔬菜 分別比黃葉白菜 廣 府油菜心 龍湖奶白菜和白玫瑰白菜高 14 35 15 76 22 73 和34 11 白玫瑰白菜最低 廣府油 菜心和黃葉白菜差異不顯著 千寶菜和廣府油菜心 注 同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在 P白玫瑰白菜 龍湖 奶白菜 千寶菜類黃酮含量比龍湖奶白菜類高 121 14 廣府油菜心和白玫瑰白菜的DPPH自由基 清除率顯著高于其他3種蔬菜 白玫瑰白菜最高 黃 葉白菜最低 白玫瑰白菜比黃葉白菜高28 06 千寶 菜的 FRAP 抗氧化能力顯著高于其他 4 種蔬菜 龍 湖奶白菜最低 千寶菜比龍湖奶白菜高55 2 2 4 十字花科蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)及抗氧化活性相關(guān)性 分析 XLSTAT相關(guān)性分析圖 圖1 2 可說明各變量之 間的關(guān)系 圖中F 1 F 2 百分比表示主成分貢獻率 橫軸 坐標(biāo)數(shù)值表示變量或觀測對象與主成分因素之間的 相關(guān)性系數(shù) 圖中2條射線夾角 90 的向量表示正 相關(guān) 2條射線夾角 90 的向量表示負(fù)相關(guān) 2條射線 夾角越接近90 的向量相關(guān)性越小 若兩品種位于 同一象限 說明綜合圖中所測指標(biāo)后兩者具有相似 性 品種與所測指標(biāo)向量的夾角大小說明含量多 少 夾角越大含量越少 反之 含量越多 若兩品種與 向量夾角相似 則品種坐標(biāo)與軸心的距離說明兩者間 含量區(qū)別 靠近軸心的品種較另一品種含量少 從 5 種蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性 圖 1 分析可知 硝酸鹽含量與游離氨基酸含量呈正相關(guān)性 可 溶性糖與硝酸鹽 游離氨基酸含量呈負(fù)相關(guān)性 但可 溶性糖與硝酸鹽呈強負(fù)相關(guān)性 可溶性蛋白與硝 酸鹽含量幾乎沒有相關(guān)性 位于同一象限的龍湖 奶白菜和白玫瑰白菜在營養(yǎng)品質(zhì)成分方面具有相似 性 可溶性蛋白含量比其他3種蔬菜高 龍湖奶白菜 坐標(biāo)較白玫瑰白菜離軸心較遠 說明可溶性蛋白較 高 黃葉白菜和千寶菜在營養(yǎng)品質(zhì)成分方面具有 相似性且可溶性糖含量比其他3種蔬菜高 千寶菜 較黃葉白菜可溶性蛋白更高 廣府油菜心游離氨基 酸含量比其他4種蔬菜高 從 5 種蔬菜的抗氧化物質(zhì)與抗氧 化活性相關(guān)性 圖 2 分析可知 DPPH FRAP 類黃酮 多酚 抗壞血 酸含量具有正相關(guān)性 但 FRAP 類黃 酮 多酚含量具有更強的正相關(guān)性 廣府油菜心和千寶菜在同一象限 表 明 2 種蔬菜在抗氧化性方面相似 且 FRAP 類黃酮 多酚含量較其他 3 種蔬 菜多 千寶菜FRAP 類黃酮 多酚含量最多 間接表 示千寶菜抗氧化能力較其他 4 種蔬菜強 白玫瑰白 菜 龍湖奶白菜在抗氧化能力方面則不具優(yōu)勢 3 討論與結(jié)論 本研究中 5種蔬菜生物量各不相同 根對植物 生長有著重要的作用 但影響根系發(fā)育的原因有許 多 如遺傳因素 內(nèi)源激素 土壤營養(yǎng)元素 生長條件 等 9 不同品種間產(chǎn)生的內(nèi)源激素 對土壤中營養(yǎng)元 素的吸收轉(zhuǎn)化 適應(yīng)外界氣候條件能力有所不同 都 會導(dǎo)致根部對地上部分的營養(yǎng)積累產(chǎn)生影響 葉片 大小 植株形態(tài) 光合作用與根系協(xié)同能力也影響著 葉片的生物量積累 本研究中5種蔬菜的生物量存 在差異 主要是由于遺傳因素導(dǎo)致植株形態(tài)不同 不 表 3 植物工廠條件下 5種十字花科蔬菜抗氧化能力比較 品種 抗壞血酸 g kg 多酚 g kg 類黃酮 g kg DPPH 自由基 清除率 FRAP抗氧化 能力 mmol g 1 廣府油菜心 0 31 0 00 b 0 58 0 01 a 1 46 0 01 a 85 69 0 55 a 9 62 0 06 c 千寶菜 0 36 0 00 a 0 57 0 02 a 1 51 0 04 a 74 32 3 23 b 12 37 0 42 a 黃葉白菜 0 32 0 00 b 0 48 0 01 b 1 30 0 04 b 67 50 2 87 c 10 36 0 29 b 白玫瑰白菜 0 27 0 00 d 0 37 0 01 c 0 96 0 03 c 86 44 0 40 a 8 90 0 10 c 龍湖奶白菜 0 29 0 00 c 0 35 0 00 c 0 68 0 01 d 72 23 0 59 bc 7 97 0 05 d F 1 72 13 F 1 1 9 1 5 F 1 與F 2 91 28 圖1 十字花科蔬菜營養(yǎng)品質(zhì)相關(guān)性分析 圖2 十字花科蔬菜抗氧化物質(zhì)與抗氧化活性相關(guān)性分析 F 1 74 81 F 2 1 4 0 3 F 1 與F 2 88 83 2020 20 43 同品種的根系與葉片有不同的吸收 同化能力 本研究結(jié)果表明 5種蔬菜的營養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)含量 具有顯著差異 其中千寶菜的可溶性糖 抗壞血酸 可 溶性蛋白和游離氨基酸含量較高 且硝酸鹽的含量最 低 黃葉白菜 龍湖奶白菜 白玫瑰白菜營養(yǎng)品質(zhì)差異 不顯著 但黃葉白菜單株質(zhì)量最大 5種蔬菜中 廣府 油菜心的營養(yǎng)品質(zhì)相對較差 且硝酸鹽含量較高 植 物體內(nèi)蛋白質(zhì)含量較低 同時硝酸還原酶的活性會受 到影響 10 但本試驗發(fā)現(xiàn) 硝酸鹽與可溶性蛋白的負(fù)相 關(guān)并不大 相反 硝酸鹽含量與可溶性糖含量呈強負(fù) 相關(guān)性 圖1 光合作用中氧化磷酸化與電解質(zhì)平衡 和光合作用產(chǎn)物 如糖類 某些碳水化合物調(diào)節(jié)NR 基因轉(zhuǎn)錄和翻譯水平提高了NR蛋白的有機物合成 從而達到降低硝酸鹽的目的 11 12 所以硝酸鹽的同化 不僅與某種物質(zhì)有關(guān) 而且與植物體內(nèi)有機物的含量 有關(guān) 本研究發(fā)現(xiàn) 可溶性蛋白 可溶性糖 游離氨基 酸含量都較高的千寶菜硝酸鹽含量則較低 植物體內(nèi)含有抗氧化物質(zhì) 常見的有抗壞血 酸 類黃酮 類胡蘿卜素等 對活性氧自由基具有清 除作用 13 14 從而延緩人體衰老 促進身體健康 本 研究發(fā)現(xiàn) 水培千寶菜抗壞血酸含量比基質(zhì)栽培下 的千寶菜抗壞血酸 可溶性蛋白含量都高 15 因此 栽培方式對植物的營養(yǎng)物質(zhì)積累也有很大的影響 千寶菜不僅抗壞血酸含量高于其他蔬菜 抗氧化物 質(zhì)和抗氧化活性也具有明顯優(yōu)勢 研究表明 植物中的抗氧化能力與酚類化合物呈 現(xiàn)較好的相關(guān)性 但不同蔬果的抗氧化能力又存在巨 大差異 多酚和抗壞血酸是生菜中的主要抗氧化活性 物 其抗氧化活性的貢獻率分別為 64 和 3 2 24 5 16 黃酮化合物 花青素和酚酸是生菜中酚類的 主要組分 其中黃酮化合物含量最高 類黃酮已被證 實具有較強的抗氧化作用 17 18 能有效預(yù)防慢性疾 病 19 20 降低癌癥風(fēng)險 21 以及抵抗神經(jīng)性 22 疾病 同時與 其他物質(zhì)協(xié)同抗氧化 23 本研究發(fā)現(xiàn) DPPH FRAP 類 黃酮 多酚 抗壞血酸含量具有正相關(guān)性 糖是酚類物 質(zhì)合成的前體 可以提供能量和碳架 在多酚合成過程 中 糖還是一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和信號分子 24 可上調(diào)酚 類合成酶的表達量 25 26 已有研究表明 蔗糖可促進多 酚類物質(zhì)的積累 27 本研究中 可溶性糖含量較低的廣 府油菜心抗氧化活性與千寶菜相當(dāng) 可能是因為合成 類黃酮的物質(zhì)不僅與糖有關(guān) 還與遺傳 植物體內(nèi)共同 產(chǎn)生類黃酮的協(xié)同物質(zhì)含量 生長環(huán)境有關(guān) 以及抗氧 化活性的有效酚類種類和含量不同等因素 造成品種 間的類黃酮含量各不相同 研究表明 在生菜中 抗氧 化活性物還存在協(xié)同效應(yīng) 如生菜中 生育酚和槲皮 素 其共同抗氧化活性大于兩者活性之和 28 29 綜上所述 黃葉白菜產(chǎn)量顯著高于其他4種蔬 菜 但抗氧化活性及抗氧化物質(zhì)含量不具明顯優(yōu)勢 5 種蔬菜中 千寶菜的營養(yǎng)品質(zhì)較好 硝酸鹽含量最低 抗氧化能力顯著優(yōu)于其他蔬菜 千寶菜在植物工廠功 能性蔬菜種植與研究中具有很大潛力 改善光環(huán)境可 能對營養(yǎng)物質(zhì)和抗氧化能力有更大的提高 參考文獻 1 Jackson Steven J T Singletary Keith W Sulforaphane a naturally occurring mammary carcinoma mitotic inhibitor which disrupts tubulin polymerization J Carcinogenesis 2004 25 2 219 227 2 Farag M A Abdel Motaal A A Sulforaphane composition cytotoxic and antioxidant activity of cruciferous vegetables J Journal of Advanced Research 2010 1 65 70 3 Tadolino B Juliano C Piu L Resveratrol inhibition of lipid peroxidation J Free Radical Research 2000 33 105 114 4 Singleton V L Rossi J Colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic phosphothungstic acid reagents J American Journal of Enology and Viticultue 1965 16 144 158 5 李軍 鉬藍比色法測定還原型維生素 C J 食品科學(xué) 2000 8 42 45 6 凌關(guān)庭 抗氧化食品與健康 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 7 李合生 植物生理生化實驗原理和技術(shù) M 北京 高等教 育出版社 2000 8 Benzie I F Strain J J The ferric reducing ability of plasma FRAP as a measure of antioxidant power the FRAP assay J Analytical Biochemistry 1996 239 1 70 76 9 孫嬌嬌 蔬菜幼苗根系發(fā)育及鈣調(diào)節(jié)作用 D 北京 中國農(nóng) 業(yè)科學(xué)院 2019 10 Hogewoning S W Trouwborst G Maljaars H et al Blue light dose responses of leaf photosynthesis morphology and chemical composition of Cucumis sativus grown under different combinations of red and blue light J Journal of Experimental Botany 2010 61 11 3 107 3 117 11 Lillo C Appenroth K J Light regulation of nitrate reductase in higher plants which photoreceptors are involved J Plant Biology 2001 3 5 455 465 12 Huber S C Huber J L Campbell W H et al Comparative studies of the light modulation of nitrate reductase and sucrose phosphate synthase activities in spinach leaves J Plant Physiology 1992 100 2 706 712 2020 20 44 13 Seiquer I Rueda A Olalla M et al Assessing the bioavailability of polyphenols and antioxidant properties of extra virgin argan oil by simulated digestion and Caco 2 cell assays 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studied in artificial light plant factory under the condition of 12 h d 6 00 18 00 photopeirod 450 5 mol m 2 s 1 PPFD photosynthetic photon flux density and white light LED The results showed that the yield of Huangye was significantly higher than those of other four vegetables The contents of soluble sugar ascorbic acid soluble protein and free amino acid in B oleracea B campeseris were higher than those of other vegetables meanwhile the contents of flavonoids total phenols and the antioxidant abilities FRAP and DPPH were also significantly higher than those of other vegetables In cruciferous vegetables there were negative correlation between the contents of nitrate and soluble sugar and strongly positive correlation among FRAP flavonoids and polyphenols contents These 5 cruciferous vegetables are suitable for production in artificial light plant factory among them Huangye has a higher yield and B oleracea B campeseris has higher nutritional and health value Key words B campestris ssp chinensis var utilis cv Guangfu B oleracea B campeseris B chinensis Nutrition quality Artificial light plant factory 45