宛氏拟青霉提取物ZNC对生姜品质和产量的影响

Effects of <i>Paecilomyces variotii</i> Extracts (ZNC) on the Quality and Yield of Ginger

王珊珊 Shanshan WANG , 王洪凤 Hongfeng WANG , 丁新华 Xinhua DING , 耿全政 Quanzheng GENG , 张晓英 Xiaoying ZHANG

1 山东蓬勃生物科技有限公司山东泰安 271018 Shandong Pengbo Biotechnology Co., Ltd., Tai′an, Shandong 271018, China 2 山东农业大学作物生物学国家重点实验室山东泰安 271018 State Key Laboratory of Crop Biology, Shandong Agricultural University, Tai′an, Shandong 271018, China

Author notes:

Correspondence to: 张晓英(1986—)，女，硕士，工程师，主要研究方向为植物营养与抗病；xyzhxy@hotmail.com

摘要：

为考察宛氏拟青霉提取物ZNC在不同质量浓度时对生姜生长特性、产量、品质的影响，开展了田间小区试验。试验共设6个处理，在生姜幼苗期和旺盛生长期分别喷施质量浓度为10、25、50、100、200 ng/mL的ZNC溶液，以喷施等量清水为对照，测定了生姜的株高、主茎粗、分枝数、产量、块茎中营养物质含量等指标。结果表明：喷施ZNC处理的生姜，在幼苗期，株高的增加率为6.20%~24.09%，主茎粗的增加率为1.71%~14.71%；在旺盛生长期，株高的增加率为10.87%~18.82%，主茎粗的增加率为0.88%~9.08%，分枝数的增加率为6.76%~36.01%；块茎中总黄酮含量的增加率为7.69%~46.15%，维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白的含量均有所增加；产量的增长率为16.61%~59.60%。喷施适宜质量浓度的ZNC可以显著促进生姜的生长，提高生姜品质及产量。

关键词：

生姜; 宛氏拟青霉; 提取物; 品质; 产量;

Abstract：

In order to investigate the effects of Paecilomyces variotii extracts (ZNC) at different mass concentrations on the growth characteristics, yield and quality of ginger, a field plot experiment has been carried out. Six treatments are set up in the experiment. ZNC solutions with mass concentrations of 10, 25, 50, 100 and 200 ng/mL are sprayed respectively at the seedling stage and vigorous growth stage of ginger. Compared with the control group which sprayed the same amount of water, the plant height, main stem diameter, branch number, yield and nutrient content in tubers of ginger are measured accordingly. The results show that in the seedling stage of ginger sprayed with ZNC, the increase rate of plant height is 6.20%-24.09%, and the increase rate of main stem diameter is 1.71%-14.71%. In the vigorous growth stage, the increase rate of plant height is 10.87%-18.82%, the increase rate of main stem diameter is 0.88%-9.08%, and the increase rate of branch number is 6.76%-36.01%. The increase rate of total flavonoids content in tubers is 7.69%-46.15%, and the contents of vitamin C, soluble sugar and soluble protein increased. The yield increase rate is 16.61%-59.60%. Spraying ZNC with appropriate mass concentration can significantly promote the growth and improve the quality and yield of ginger.

Keyword：

ginger; Paecilomyces variotii; extract; quality; yield;

0 前言

生姜属姜科多年生的草本宿根植物。我国是生姜的发源地，已有2 000多年的种植历史，广泛种植在我国中部、东南部等地区。生姜具辛辣味，常用作食品调料，同时因其具有解毒、祛湿驱寒、抗氧化、抗衰老、增加自身免疫能力等功能，被广泛运用到医药领域^[1]。黄酮是生姜中主要的化学成分，是一种天然的抗氧化剂。作为药材，生姜能大幅减轻自由基对人体细胞造成的伤害，具有防癌、抗癌等作用^[2-3]；作为调味品，生姜块茎中的蛋白质、维生素C以及糖含量的变化对其风味有影响，特别是对于姜块的加工品质和产品的口感影响较大^[4]。

山东省是农业大省，莱芜生姜又是我国的优良品种^[5]，茎肥大、皮薄味美、新鲜润泽。与同类生姜相比，莱芜生姜的维生素含量丰富，营养价值居全国首位^[6]。生姜生长周期较长，对营养的需求量较大，但因种植者规范使用化肥的意识浅薄，大量甚至超量使用化肥，导致出现了土壤恶化、环境污染等问题^[7]，如磷肥施用过多，会导致维生素C、有机酸的含量降低，影响果蔬的品质^[8]；氮肥施用过多，可诱发植物病害^[9]。

据报道，从野生沙棘分离、纯化的内生真菌宛氏拟青霉菌丝体中提取的超高活性物质Paecilomyces variotii extracts，商品名为智能聪(ZNC)，具有促进植物生长和根系发育、提高作物产量等作用^[10]。该研究表明，ZNC质量浓度为25 ng/mL时，对小麦萌发和生根有显著的促进作用，对葡萄也有显著的促进早熟作用。Wang等^[11]的研究表明，ZNC与控释尿素配施，能提高水稻对氮的吸收，增产率可达10%；与磷酸二铵混合施用后，可促进玉米根系生长，进而显著提高其产量^[12]。此外，对黄瓜、马铃薯、茄子、烟草等作物，也有一定的促生作用^[13]。

随着食品、医学领域的需求量不断增加，生姜种植面积不断扩大。因种植者化肥规范使用意识的不强以及田间管理措施的不合理，大量甚至超标使用化肥，对作物产量和品质、土壤、环境造成了影响，严重威胁了生姜产业的可持续发展。因此，在生产上，高品质、高产量且不破环土壤和环境的种植理念越来越引起种植者的重视。虽然施肥过多有弊端，但生姜的高品质、高质量的可持续生产始终离不开化肥的科学使用。ZNC作为内生真菌提取物，在合适的浓度下能够显著促进植物生长且对土壤和环境无害。因此本文以莱芜生姜为供试材料，研究真菌宛氏拟青霉菌发酵提取的ZNC对生姜营养物质含量、生长特性以及产量与品质的影响，为ZNC的合理应用及推广提供科学依据，为生姜产业的可持续发展探求一条有效的经济途径。

1 材料与方法

1.1 田间试验

1.1.1 供试作物与药剂

供试作物为莱芜生姜。供试药剂为ZNC原液(5 mg/mL)，由泰安蓬勃生物科技有限公司提供。

1.1.2 试验地点与日期

试验在山东省泰安市高新区天宝镇天宝四村种植区进行，试验日期为2020年5月1日至10月20日。

1.1.3 土壤性质

供试土壤为棕壤土，肥力中等，土壤理化性状见表 1。

表 1

供试土壤理化性状

土壤类型	w(有机质)/ (g·kg^-1)	w(全氮)/ (g·kg^-1)	w(碱解氮)/ (mg·kg^-1)	w(全磷)/ (g·kg^-1)	w(速效磷)/ (mg·kg^-1)	w(速效钾)/ (mg·kg^-1)	pH
棕壤土	33.70	1.32	103.23	1.70	80.72	98.21	5.65

1.1.4 试验小区施肥情况

供试肥料：有机肥，w(N+P₂O₅+K₂O)≥5%，w(有机质)≥45%，w(黄腐酸)≥5%，w(氨基酸)≥4%，施可丰化工股份有限公司；复合肥(硫酸钾型)，N-P₂O₅-K₂O=15-15-15，w(N+P₂O₅+K₂O)≥45%，鲁西化工集团股份有限公司。

试验小区施肥情况：底肥，有机肥120 kg/亩(1亩=667 m²)、复合肥50 kg/亩；种肥，有机肥100 kg/亩、复合肥50 kg/亩。

1.1.5 试验药剂处理

试验共设6个处理，每个处理重复3次。用水将5 mg/mL的ZNC原液分别稀释为10、25、50、100、200 ng/mL的ZNC溶液(处理1~5)，以喷施清水为空白对照(CK)。

具体喷施时期和次数：生姜定植时喷施1次，幼苗期喷施2次，旺盛生长期喷施2次；用量为保证每株叶片都被药液附着。

2020年5月1日播种，株距30 cm，行距70 cm。严格按照随机区组设计，小区面积108 m²，共18个。试验期间，不施用其他化肥。根据当地栽培技术进行管理，2020年10月20日进行测产收获。

1.2 生姜营养物质与生物量测定

1.2.1 鲜干比

参照国家标准《食品安全国家标准食品中水分的测定》(GB 5009.3—2016)中的方法进行干质量和鲜质量测定，并计算鲜干比。

计算公式：鲜干比=鲜质量(g)/干质量(g)。

1.2.2 营养物质与总黄酮含量

委托山东熠辉检测技术有限公司测定了生姜中可溶性蛋白、可溶性糖、维生素C及总黄酮的含量。

2 结果与分析

2.1 不同喷施处理对生姜株高和主茎粗的影响

植物株高和茎粗是反映其长势强弱的重要指标，不同喷施处理的生姜株高和主茎粗见表 2。

表 2

不同喷施处理的生姜株高和主茎粗

处理	幼苗期				旺盛生长期
	株高		主茎粗		株高		主茎粗
	测定值/cm	增加率/%	测定值/mm	增加率/%	测定值/cm	增加率/%	测定值/mm	增加率/%
CK	38.39±1.33 b		7.00±0.21 b		70.83±2.31 b		7.93±0.41 a
1	40.77±2.34 ab	6.20	7.48±0.29 ab	6.86	78.53±2.63 ab	10.87	8.58±0.24 a	8.20
2	41.83±3.28 ab	8.96	7.76±0.34 ab	10.86	78.68±4.29 ab	11.08	8.00±0.54 a	0.88
3	44.40±3.31 ab	15.66	7.52±0.44 ab	7.43	80.14±2.72 ab	13.14	8.02±0.43 a	1.13
4	47.64±2.68 a	24.09	8.03±0.35 a	14.71	84.16±3.42 a	18.82	8.65±0.41 a	9.08
5	43.85±2.50 ab	14.22	7.12±0.30 ab	1.71	80.14±2.72 ab	13.14	8.39±0.23 a	5.80
注：1)同列数据中无相同小写字母，表示P＜0.05水平上差异显著，下同

由表 2可知，不同喷施ZNC处理对生姜的株高和主茎粗有一定的促生作用。在幼苗期，喷施ZNC处理的生姜株高、主茎粗均优于CK处理的，分别增长6.20%~24.09%、1.71%~14.71%；随着生长的进行，到旺盛生长期时，各喷施ZNC处理的生姜株高、主茎粗也优于CK处理的，增长率分别为10.87%~18.82%、0.88%~9.08%。虽然在旺盛生长期喷施ZNC存在促生作用，但相对于幼苗期，促生作用稍有降低。

不同喷施处理间对生姜株高、主茎粗的促生作用也存在差异。在幼苗期，处理4的促生效果最好，生姜的株高和主茎粗较CK处理的增长率分别为24.09%、14.71%。在旺盛生长期，处理4的促生效果优于其他处理的，生姜的株高、主茎粗较CK处理的增长率分别为18.82%、9.08%。显然喷施ZNC后可提高生姜的株高、主茎粗，有利于其地上部的生长及其同化器官的形成。

2.2 不同喷施处理对生姜分枝数的影响

根茎是生姜的产品器官，分枝数直接影响其产量^[14]。不同喷施处理的旺盛生长期生姜分枝数见表 3。

表 3

不同喷施处理的旺盛生长期生姜分枝数

处理	分枝数/枝	增加率/%
CK	8.58±0.66 b
1	11.17±1.07 ab	30.19
2	9.16±0.72 b	6.76
3	9.83±0.82 ab	14.57
4	11.67±1.05 a	36.01
5	11.25±0.83 ab	31.12

由表 3可知，喷施ZNC后，可促进生姜的分枝数增加，其中处理4的促分枝作用最明显，分枝数最多，均值为11.67枝，相对于CK处理，增加率可达36.01%。因此，喷施ZNC后，可增加生姜植株的分枝数及其产量。

2.3 不同喷施处理对生姜生物量的影响

植株的鲜质量与干质量的比值能够反映其含水量，体现植株的生命力，也可表示植株自身的蓄水能力。喷施ZNC后，生姜的鲜干比增加，表明ZNC可促进生姜体内含水量的增加，进而通过提高生姜生物量的累积来实现高产(见图 1)。

图 1

不同喷施处理对生姜生物量的影响

2.4 不同喷施处理对生姜品质的影响

2.4.1 总黄酮含量

不同喷施处理的块茎中总黄酮含量见表 4。

表 4

不同喷施处理的块茎中总黄酮含量

处理	w(总黄酮)/ (mg·g^-1)	增加率/ %
CK	0.26±0.01 b
1	0.28±0.01 b	7.69
2	0.36±0.01 a	38.46
3	0.38±0.01 a	46.15
4	0.36±0.02 a	38.46
5	0.36±0.01 a	38.46

由表 4可知，喷施ZNC后，块茎中总黄酮含量增加，其中处理3的增加率最大，为46.15%。

2.4.2 营养物质含量

不同喷施处理的块茎中营养物质含量见图 2。

图 2

不同喷施处理的块茎中营养物质含量

由图 2可知，在适宜的浓度范围内，喷施ZNC可提高块茎中可溶性糖、维生素C、可溶性蛋白的含量，对提高生姜品质起较大作用。

2.5 不同喷施处理对生姜产量的影响

不同喷施处理的生姜产量见表 5。

表 5

不同喷施处理的生姜产量

处理	小区产量/kg	产量增长率/%
CK	176.46±6.69 d
1	254.82±4.31 b	44.41
2	242.09±2.16 b	37.19
3	245.40±3.37 b	39.07
4	281.63±5.74 a	59.60
5	205.77±5.14 c	16.61

由表 5可知，喷施ZNC后，各处理的产量均显著高于CK处理的，其中处理4的增产效果最明显，小区产量为281.63 kg，与CK处理的相比增产率为59.60%。

3 讨论

植物的生长过程往往与外界因素有关，营养不足或过剩、病虫害的发生都会影响植物的正常生长发育及其产量、品质，给相关产业的可持续发展带来严重威胁。通过ZNC参与植物生长多个代谢途径，如诱导生长素、赤霉酸等植物内源激素的增加，促进根系的生长，进而提高根系对营养物质的吸收能力；提高植物对氮、磷的吸收，促进氮、磷相关转运酶如谷氨酰胺合成酶等的合成，从而对植物吸收的营养进行转运和同化^[15]。

3.1 ZNC对生姜植株生长及干物质积累的影响

王庆彬等^[16]、曹娟^[17]、郭梅燕等^[18]的研究表明，施加ZNC对玉米、马铃薯、烟草生长及干物质积累有较大的促进作用，取得了增产效果。

徐坤^[19]的研究发现，生姜幼苗期土壤氮含量的增加，提高了叶片的光合速率，可促进生姜植株的生长及生物量积累；但在旺盛生长期，过多的氮肥不利于生姜生长，植株生物量合成也稍有下降。本试验的结果表明，不同质量浓度的ZNC在生姜的不同生长期喷施，对株高、茎粗、分枝数的促生作用均高于CK处理的；但在旺盛生长期，对株高、茎粗、分枝数的促生作用稍低于幼苗期的，这与徐坤^[19]的研究结果相似，可能是因为不同质量浓度的ZNC喷施后，导致生姜植株对氮素的吸收量增加，过量的氮素影响了旺盛期生姜的生长。李录久等^[20]的研究表明，合理的施磷量能够有效促进生姜茎、叶的生长及生物量的积累，施用适宜质量浓度的ZNC促进生姜植株吸收适量的磷素，有利其生长，与本研究结果相似。

3.2 ZNC对生姜块茎品质的影响

姜的生长过程需要营养全面，缺少某种元素，不仅影响其生长发育和产量，而且根茎中碳水化合物、维生素C、蛋白、黄酮类等营养成分的含量也明显降低，影响生姜的口感及其营养价值。

曹娟^[17]研究发现，施用不同质量浓度的ZNC可以提高马铃薯块茎的可溶性糖、可溶性淀粉、维生素C等营养物质的含量，通过田间试验发现，与不施用ZNC相比，1 ng/mL ZNC处理的维生素C和可溶性糖含量增加率达到最高，10 ng/mL ZNC处理的可溶性蛋白和还原糖含量增加率达到最高。郭梅燕等^[18]的试验表明，喷施质量浓度500 ng/mL的ZNC处理烟草植株后，可显著提高烟草叶片内总糖和还原糖的含量。本研究发现，与CK处理相比，处理2的生姜块茎中可溶性糖含量最高，处理3的维生素C、可溶性蛋白、总黄酮含量最高。

施用适宜质量浓度的ZNC后均能提高各类蔬菜营养物质的含量，可能是因为ZNC能够改善土壤环境，增强植物根系对各种营养元素的吸收，促进光合作用和碳水化合物的形成，从而提高了营养物质的含量。

综合前人研究发现，不同类型的蔬菜需要的ZNC有效质量浓度不同，可能与蔬菜类型及其品种、土壤及施肥情况、栽培管理措施等有关。虽然不同质量浓度的ZNC效果有差异，但研究均表明，适量施用有效质量浓度的ZNC可以显著提高各类蔬莱的营养品质。

3.3 ZNC对生姜产量的影响

关于ZNC对作物产量的影响, 国内已有研究报道。王庆彬等^[16]、曹娟^[17]、郭梅燕等^[18]、王晓琪等^[10]的研究表明，对玉米、马铃薯、烟草、水稻等作物施加ZNC，均表现为在适宜质量浓度范围内可显著提高作物产量，但质量浓度过高会导致作物产量增加不明显甚至降低。田间试验结果表明，喷施质量浓度为100 ng/mL的ZNC时，对生姜的促产效果最好，小区产量为281.63 kg，较CK处理的增产59.60%。本试验结果与文献结果存在差异，可能是因为作物本身因素导致所选择的ZNC有效质量浓度不同。试验初步探究了ZNC对于生姜产量及品质的影响，但关于ZNC调控生姜生长和营养物质吸收的作用机理尚未明确，还需要进一步的探讨。

4 结语

喷施质量浓度为10~100 ng/mL的ZNC可有效提高生姜的产量和质量，增大经济收益。选择有效质量浓度的ZNC处理后，可以促进作物对土壤氮、磷肥的利用，进而促进作物的健康生长，此外还可避免出现过量施氮、磷肥造成的土壤和环境恶化问题，为生姜产业的可持续发展提供了一条绿色且经济有效的途径。

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