王啟璋，張廣楠，王麗慧，田 潔，2，*

(1.青海大學 農(nóng)林科學院/青海省蔬菜遺傳與生理重點實驗室，青海 西寧 810016；2.省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室，青海 西寧 810016)

韭菜(AlliumtuberosumRottler ex Spreng.)原產(chǎn)亞洲東南部，是百合科蔥屬多年生宿根草本植物，因其營養(yǎng)價值高、口味獨特，常被作為一種藥食兼用型特色蔬菜[1]。目前，韭菜的傳統(tǒng)栽培方式主要為土壤栽培，但由于土壤栽培極易造成農(nóng)藥殘留和蟲害發(fā)生，近幾年我國韭菜生產(chǎn)相繼采用相對安全的無土栽培(基質(zhì)栽培、營養(yǎng)液栽培等)方式進行，無土栽培可避免韭菜集約化種植對生態(tài)環(huán)境的破壞[2-5]。

評價不同栽培方式下韭菜能否高效生產(chǎn)的指標不僅包括韭菜生長發(fā)育過程中的生長特性，還包括收獲期韭菜的干物質(zhì)含量與產(chǎn)量[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，韭菜產(chǎn)量形成是一個復雜的生理過程，涉及光合作用、碳水化合物積累與分配等。碳水化合物又稱糖類化合物，作為光合作用的主要產(chǎn)物，其組分以蔗糖、葡萄糖、果糖和淀粉為主，是影響產(chǎn)量變化[8]、農(nóng)產(chǎn)品風味和品質(zhì)的重要參考指標[9-11]。碳水化合物能夠為植物生命活動提供能量[12]，具有維持細胞膜結(jié)構(gòu)[13]、促進植物形態(tài)建成等作用[14]。

灰色關(guān)聯(lián)分析是將目標指標視為灰色系統(tǒng)，比較量化后動態(tài)性狀觀測值，得出動態(tài)性狀與目標性狀的關(guān)聯(lián)度排名[15]。近年來，有研究者通過灰色關(guān)聯(lián)分析法篩選出了影響烤煙農(nóng)藝性狀和主要化學成分含量的合理施肥比例，為提高烤煙產(chǎn)量和生產(chǎn)不同品質(zhì)的煙葉提供理論依據(jù)[16]；另外，研究者應用此方法還為無核葡萄胚挽救育種采樣時期的確定提供了科學依據(jù)和理論指導[17]。韭菜單株產(chǎn)量作為評價韭菜能否高效生產(chǎn)的重要標準之一[18-19]，也可利用灰色關(guān)聯(lián)分析法探究不同栽培方式下關(guān)聯(lián)因子對韭菜產(chǎn)量的影響排序。目前在韭菜栽培生產(chǎn)研究中，前人多開展了某一種栽培方式對韭菜生長生理特性與產(chǎn)量的影響，而不同栽培方式對韭菜生長、碳水化合物組分、含量及其產(chǎn)量的影響并未見報道。綜上所述，本研究首先解析了土壤栽培、營養(yǎng)液栽培與基質(zhì)栽培下韭菜農(nóng)藝性狀、可溶性糖組分及其含量的差異，然后通過灰色關(guān)聯(lián)方法分析了不同栽培方式下韭菜產(chǎn)量相關(guān)性狀的主次關(guān)系，以此篩選不同商品性狀需求下韭菜的適宜栽培方式，為通過調(diào)整栽培管理措施來滿足消費需求的韭菜產(chǎn)品提供指導參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試韭菜品種為雪晶208，由河北省邯鄲市海龍種業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗方法

本試驗于2019年6月13日至2019年7月16日在青海省蔬菜遺傳與育種重點實驗室試驗基地(101° 45′ E、36° 42′N，海拔2 320 m)進行。初期完成韭菜育苗工作，挑選健壯、長勢一致的韭菜植株移栽到不同處理。不同處理均在同一溫室中進行，以減少栽培環(huán)境差異帶來的誤差。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)以下3個處理。

(1)土壤栽培：將韭菜植株移栽至溫室土壤中，土壤成分如下：有機質(zhì)含量20.28 g·kg-1，全氮1.17 g·kg-1，全磷218 g·kg-1，全鉀22.50 g·kg-1，速效氮69 mg·kg-1，速效磷65 mg·kg-1，速效鉀229 mg·kg-1。每2 d在1 m2內(nèi)統(tǒng)一澆施3 L營養(yǎng)液，營養(yǎng)液成分同營養(yǎng)液栽培處理。

(2)基質(zhì)栽培：將韭菜植株移栽至溫室基質(zhì)槽中，在4.0 m×1.0 m×0.4 m槽體中裝填配比為V(基質(zhì)土)：V(珍珠巖)：V(蛭石)：V(菊芋秸稈)=12：4：4：5的基質(zhì)。每2 d在1 m2內(nèi)統(tǒng)一澆施3 L營養(yǎng)液，營養(yǎng)液成分同營養(yǎng)液栽培處理。

3種栽培方式種植密度均為576株·m-2，每處理重復3次。在完成不同處理的前3茬韭菜收割后，以第4茬韭菜為試材測定不同時期韭菜的相關(guān)指標。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 韭菜農(nóng)藝性狀調(diào)查

依據(jù)韭菜生育期，農(nóng)藝性狀調(diào)查持續(xù)時間約為35 d，采樣間隔為7 d。從3種栽培方式取得的樣品中隨機挑選10株韭菜，分別測定不同時期、不同栽培方式下單株韭菜株高(植株自然狀態(tài)下其最高點到地面的距離)、假莖長(植株地上部假莖最高處到地面的垂直距離)、最大葉長(生長發(fā)育正常且完整的最大葉片從葉鞘頂端到葉尖的長度)、假莖粗(植株地上部假莖的寬度)、葉寬(生長發(fā)育正常且完整的最大葉片葉身的寬度)、葉片數(shù)(單株平均葉片數(shù))、單株鮮重(地上部鮮樣質(zhì)量)、單株干重(地上部干樣質(zhì)量)[20]。

1.4.2 韭菜可溶性糖提取

割取適量供試韭菜樣品，清洗后用濾紙擦干，將葉片和假莖剪開區(qū)分，于105 ℃殺青15 min，75 ℃恒溫烘干，粉碎。

精確稱取0.84 g韭菜葉片、假莖干樣各3份，加入17.4 mL ddH2O，定容至20 mL，沸水水解30 min，冷卻至室溫后，反應物過0.2 μm微孔濾膜。通過日本島津高效液相色譜儀分析韭菜可溶性糖組分與含量[21]。

1.5 數(shù)據(jù)處理

前期數(shù)據(jù)整理與制圖采用Excel 2010、Origin 2019，用SPSS 21.0的Duncan方法進行差異顯著性分析，利用DPS 9.0進行灰色關(guān)聯(lián)排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同栽培方式對韭菜農(nóng)藝指標的影響

由圖1可知，隨著生長時間的延長，不同栽培方式下韭菜的株高、葉長、葉寬、葉片數(shù)、假莖長、假莖粗不斷增加。0～7 d，基質(zhì)栽培韭菜株高、葉長、葉寬、葉片數(shù)、假莖長均高于土壤栽培和營養(yǎng)液栽培，說明基質(zhì)栽培有利于韭菜初期生長。韭菜收獲期(第35天)，營養(yǎng)液栽培下韭菜的株高(43.99 cm)、葉片數(shù)(6.90片)、葉長(36.89 cm)、假莖長(8.41 cm)顯著高于土壤栽培和基質(zhì)栽培；但土壤栽培韭菜的莖粗(5.21 mm)和葉寬(0.93 cm)分別比基質(zhì)栽培高4.51%、27.40%，比營養(yǎng)液栽培高16.62%、43.08%。且在培養(yǎng)14～35 d時，葉寬和假莖粗均表現(xiàn)為土壤栽培>基質(zhì)栽培>營養(yǎng)液栽培。

對比不同栽培方式下農(nóng)藝指標增長速度，土壤栽培的韭菜在前期(7～14 d)生長較快，第14天株高達31.32 cm，增幅達到79.18%；最大葉長為28.03 cm，增幅為84.65%；株高和最大葉長分別比基質(zhì)栽培高出16.26%、20.09%，比營養(yǎng)液栽培高8.71%、12.98%。但在土壤栽培的中后期(14～35 d)，韭菜生長勢減緩，而營養(yǎng)液栽培的生長勢最優(yōu)，基質(zhì)栽培適中。其中，營養(yǎng)液栽培下韭菜中后期株高、葉片數(shù)和假莖長的增幅分別達52.69%、60.47%、110.25%，增幅明顯高于土壤栽培(22.16%、52.78%、75.38%)和基質(zhì)栽培(53.45%、46.34%、105.83%)。

綜上分析，營養(yǎng)液栽培能夠促進韭菜株高、最大葉長、葉片數(shù)、假莖長等指標的快速生長；基質(zhì)栽培次之；土壤栽培中以上4個指標均表現(xiàn)最差，但土壤栽培下葉寬和假莖粗指標表現(xiàn)最優(yōu)。

2.2 不同栽培方式對韭菜單株產(chǎn)量的影響

3種栽培方式的韭菜經(jīng)過35 d生長后收獲，通過測定其干重和鮮重來評價韭菜單株產(chǎn)量。由圖2可以看出，整個生長周期中營養(yǎng)液栽培的韭菜干重和鮮重均顯著高于土壤栽培和基質(zhì)栽培。在韭菜培養(yǎng)第7天，營養(yǎng)液栽培的地上部鮮重、干重分別為2.57、0.24 g，而土壤栽培地上部鮮重和干重分別為0.99、0.08 g，基質(zhì)栽培地上部鮮重和干重分別為0.72、0.11 g。至韭菜收獲期(35 d)，營養(yǎng)液栽培的韭菜地上部鮮重較土壤栽培、基質(zhì)栽培分別高50.16%和63.70%，地上部干重較土壤栽培、基質(zhì)栽培分別提高了11.07%、16.04%。說明與土壤栽培和基質(zhì)栽培相比，營養(yǎng)液栽培更容易促進韭菜單株產(chǎn)量的快速增加和產(chǎn)量生成。

2.3 不同栽培方式對可溶性糖組分及其含量的影響

如圖3所示，隨著生育期的推進，3種栽培方式下可溶性總糖含量在韭菜葉、莖中均呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢。整個生長周期，營養(yǎng)液栽培的韭菜葉、莖總糖含量均高于土壤栽培和基質(zhì)栽培。與其他2種栽培方式相比，在營養(yǎng)液栽培35 d時，韭菜葉、假莖中可溶性總糖含量分別比土壤栽培高31.70%、45.34%，比基質(zhì)栽培高9.40%、19.40%。

就韭菜可溶性總糖含量的變化幅度與器官差異性而言，在營養(yǎng)液栽培的7～35 d，韭菜假莖中總糖含量由73.42 mg·g-1增加至303.40 mg·g-1；葉中可溶性總糖含量由62.71 mg·g-1增加至249.15 mg·g-1。另外，不僅收獲期假莖中總糖含量顯著高于葉，生長期假莖的總糖累積速度也更快。說明整個生育期假莖中總糖含量顯著高于葉，且營養(yǎng)液栽培能快速提高假莖的可溶性總糖含量。

如圖4所示，3種栽培方式下，韭菜可溶性糖組分(蔗糖、葡萄糖和果糖)的含量差異顯著。韭菜生育期(7～35 d)內(nèi)，可溶性糖組分含量整體均表現(xiàn)為營養(yǎng)液栽培>基質(zhì)栽培>土壤栽培。營養(yǎng)液栽培下，韭菜蔗糖、葡萄糖、果糖含量在生長前期累積速度較慢，培養(yǎng)14～35 d，3種糖含量增幅變大。營養(yǎng)液栽培7～14 d，韭菜假莖中蔗糖、葡萄糖、果糖含量變化范圍分別為23.55～28.70、10.87～15.42、39.00～55.02 mg·g-1，增幅為21.89%、41.86%、41.09%；14～35 d 3種糖含量增幅依次為191.87%、206.47%、213.24%，明顯高于7～14 d的增幅。同時，韭菜生長前期(7～14 d)葉片中蔗糖、葡萄糖、果糖含量增幅也低于生長后期(14～35 d)。

就可溶性糖組分分布的器官差異性而言，韭菜收獲期(35 d)，營養(yǎng)液栽培假莖中蔗糖、葡萄糖、果糖含量分別為83.77、47.27、172.36 mg·g-1，分別比葉的3種糖含量(73.59、42.09、133.46 mg·g-1)提高13.83%、12.31%、29.14%。說明營養(yǎng)液栽培下假莖蔗糖和果糖對于可溶性糖的構(gòu)成更重要。

2.4 不同栽培方式下農(nóng)藝性狀、可溶性糖組分與地上部鮮重的灰色關(guān)聯(lián)分析

為確定不同栽培方式下農(nóng)藝性狀與可溶性糖組分對韭菜地上部鮮重的貢獻率，采用灰色關(guān)聯(lián)分析進一步分析。首先對不同指標數(shù)據(jù)做標準化處理，剔除因指標度量標準不統(tǒng)一對關(guān)聯(lián)結(jié)果的影響。關(guān)聯(lián)結(jié)果如表1所示：土壤栽培方式下，地上部鮮重與各指標關(guān)聯(lián)度排名為葉葡萄糖>假莖蔗糖>葉果糖>葉蔗糖>假莖葡萄糖>假莖果糖>葉片數(shù)>假莖長>假莖粗>葉寬>株高>葉長；營養(yǎng)液栽培下，地上部鮮重與各指標關(guān)聯(lián)排名為假莖蔗糖>葉果糖>假莖長>葉蔗糖>假莖果糖>假莖葡萄糖>葉葡萄糖>株高>葉長>葉片數(shù)>假莖粗>葉寬；基質(zhì)栽培下，地上部鮮重與各指標關(guān)聯(lián)排名為葉蔗糖>假莖葡萄糖>葉葡萄糖>假莖蔗糖>假莖果糖>假莖長>葉果糖>株高>葉長>葉片數(shù)>葉寬>假莖粗。可以看出，3種栽培方式下，影響地上部鮮重的相關(guān)性狀主次關(guān)系不一致，土壤栽培、營養(yǎng)液栽培、基質(zhì)栽培方式中影響韭菜產(chǎn)量的首要影響因子分別為葉葡萄糖、假莖蔗糖、葉蔗糖。

表1 不同栽培方式下地上部鮮重與農(nóng)藝指標、可溶性糖組分的關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 1 Correlation coefficient between fresh weight above ground and agronomic index and soluble sugar components under different cultivation methods

3 討論

隨著園藝栽培技術(shù)的不斷發(fā)展，栽培方式呈現(xiàn)多元化發(fā)展局面，基于傳統(tǒng)土壤栽培，基質(zhì)栽培和營養(yǎng)液栽培成為當下應用較為廣泛的栽培方式。其中，園藝作物栽培方式(土壤栽培、基質(zhì)栽培、營養(yǎng)液栽培)與栽培園藝產(chǎn)品的外在品質(zhì)、營養(yǎng)品質(zhì)、貯藏品質(zhì)等特性緊密相關(guān)。本研究中，采用當下應用最廣泛的3種栽培方式來評價韭菜生長狀況，結(jié)果表明，3種栽培方式中韭菜農(nóng)藝指標和產(chǎn)量差異顯著。收獲期(35 d)營養(yǎng)液培養(yǎng)的韭菜地上部鮮重、干重較土壤栽培分別高50.16%、11.07%，較基質(zhì)栽培高63.70%、16.04%。同時，營養(yǎng)液栽培的韭菜株高、葉長、葉片數(shù)、假莖長指標均顯著高于土壤栽培和基質(zhì)栽培；但土壤栽培方式下葉寬和假莖粗卻顯著高于營養(yǎng)液栽培和基質(zhì)栽培。研究發(fā)現(xiàn)，除了基因控制葉部形態(tài)變化，較高的溫度和水分含量也會加快韭菜葉片豎向生長，反之則會使葉片寬度、厚度增加[21]。采用營養(yǎng)液栽培方式，隔絕了韭菜與土壤的直接接觸，減少了熱量的散失，加上較高的比熱容，很大程度上維持了微環(huán)境中溫度的恒定；且營養(yǎng)液栽培方式依托水對韭菜生長提供了營養(yǎng)物質(zhì)，極大地滿足了韭菜生長過程中對水分和養(yǎng)分的需求，可較大程度促進葉片豎向生長；同時該栽培方式能夠均勻溶解營養(yǎng)元素，及時以擴散的形式補充韭菜根際營養(yǎng)，加快了吸收速率。因此，營養(yǎng)液栽培相對于土壤栽培更有利于營養(yǎng)物質(zhì)的吸收轉(zhuǎn)化，維持生長環(huán)境溫度的恒定，為韭菜生長提供了更適宜的生長環(huán)境。進一步說明營養(yǎng)液栽培更利于韭菜主要農(nóng)藝指標的生長，從而達到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)。但是，僅以農(nóng)藝指標的變化判定栽培方式的優(yōu)劣具有局限性，并不能明晰韭菜產(chǎn)量變化的內(nèi)在生理機制。只有探究內(nèi)在生理因子變化，才能更好地為韭菜高產(chǎn)栽培提供理論指導。

園藝產(chǎn)品碳水化合物差異是由于源、庫系統(tǒng)協(xié)調(diào)的結(jié)果，源同化物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率和庫的貯存能力是高產(chǎn)的基礎(chǔ)[22-23]。植物體由源端供應同化產(chǎn)物，進而轉(zhuǎn)化到庫，由同化產(chǎn)物的含量差異引起碳水化合物含量變化。可溶性糖含量是植物體內(nèi)體現(xiàn)同化物含量高低的重要指標，是影響作物能否高產(chǎn)的原因之一[24-25]。本研究中，營養(yǎng)液栽培下韭菜各器官的總糖含量始終高于土壤栽培和基質(zhì)栽培，這與營養(yǎng)液栽培的韭菜干鮮重在整個生長期均高于其他栽培方式的結(jié)果一致，說明不同栽培方式合成碳水化合物含量的多少決定了其產(chǎn)量的高低。此外，植物在生長過程中，可溶性糖組分的含量差異及其所在源庫位置均為影響作物產(chǎn)量高低的重要內(nèi)源因素。研究表明，蔗糖、果糖和葡萄糖作為植物光合作用主要同化物質(zhì)，常由葉片等(源端)合成，后經(jīng)韌皮部裝載、維管束長距離運輸和韌皮部卸載3個步驟轉(zhuǎn)運至植株庫器官[26]。因此，不同器官糖組分含量差異與作物產(chǎn)量密切相關(guān)。李國輝等[26-27]研究發(fā)現(xiàn)，蔗糖是保證水稻籽粒灌漿成熟的主要物質(zhì)，影響水稻產(chǎn)量形成的重要因素主要以葉片中光合產(chǎn)物和花前莖鞘儲存的蔗糖為主。本研究中，營養(yǎng)液栽培收獲期假莖中蔗糖、葡萄糖、果糖含量均高于葉，說明假莖是營養(yǎng)液栽培韭菜累積同化產(chǎn)物的重要庫器官。這可能因為營養(yǎng)液栽培模式下韭菜葉片數(shù)、葉長均顯著高于土壤栽培和基質(zhì)栽培，大大增強了韭菜的光合效率和碳水化合物的合成效率。韭菜葉片中由光合作用合成的可溶性糖會不斷向庫單位運輸并存儲，但由于商品性韭菜未要求其達到結(jié)籽成熟時期，假莖便充當了同化物的庫器官，從而存儲了大量的光合產(chǎn)物可溶性糖，進而提高了韭菜產(chǎn)量。

灰色關(guān)聯(lián)分析克服了僅用單一影響因子評價指標的片面性，是具有參考系的綜合性評價[28-30]。葉菜類園藝作物主要食用部位是地上部分，其產(chǎn)量以地上部干鮮重來反映。研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)成韭菜單株產(chǎn)量的因素主要包括株高、假莖長、葉長、莖粗、葉寬、葉片數(shù)、鮮重、干重等農(nóng)藝性狀[8]。本研究結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析，以韭菜生長相關(guān)主要碳水化合物結(jié)合農(nóng)藝指標分析3種栽培方式對韭菜產(chǎn)量(地上部鮮重)的影響。通過關(guān)聯(lián)系數(shù)排名得出3種栽培方式下與地上部鮮重關(guān)聯(lián)的首要指標的皆為可溶性糖，但在不同栽培方式中與單株鮮重關(guān)聯(lián)緊密的指標存在器官和可溶性糖組分差異。營養(yǎng)液栽培中，地上部鮮重與假莖蔗糖關(guān)聯(lián)最緊密；基質(zhì)栽培中，地上部鮮重與葉蔗糖關(guān)聯(lián)緊密；土壤栽培中，地上部鮮重與葉葡萄糖關(guān)聯(lián)緊密。這些差異可能與不同栽培方式下植物庫容的大小有關(guān)。本研究中，收獲期(35d)的韭菜株高、葉片數(shù)、葉長和假莖長均表現(xiàn)為營養(yǎng)液栽培>基質(zhì)栽培>土壤栽培。說明營養(yǎng)液栽培下，韭菜的運輸途徑和庫器官大小均優(yōu)于其他2種栽培方式。與葡萄糖和果糖(單糖)的轉(zhuǎn)運和代謝相比，營養(yǎng)液栽培較佳的轉(zhuǎn)運和庫容條件更有利于假莖蔗糖(雙糖)的合成累積。因此，假莖蔗糖是影響營養(yǎng)液栽培韭菜的關(guān)鍵內(nèi)源因素。綜上，在不同栽培方式中，與產(chǎn)量相關(guān)的首要糖組分不一致，說明不同栽培方式中可溶性糖組分在器官中的含量差異是導致韭菜單株產(chǎn)量(地上部鮮重)差異的影響因素之一。同時韭菜中可溶性糖含量受到外界環(huán)境的制約，引起不同栽培方式的韭菜中可溶性糖含量差異，環(huán)境因素和韭菜可溶性糖含量相互作用，進而影響韭菜產(chǎn)量。根據(jù)以上栽培特性優(yōu)化韭菜栽培方式，可為韭菜生長提供更優(yōu)的環(huán)境，可通過外界環(huán)境的調(diào)控和內(nèi)源生理因子的轉(zhuǎn)化獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的韭菜產(chǎn)品，為韭菜農(nóng)藝性狀和風味的多樣化生產(chǎn)提供指導。