富氢水对结球生菜幼苗生长和品质的影响
鲁博
（上海市农业科学院农业科技信息研究所，上海 201403）
氢气（H2）是自然界中无处不在的无色、无味、无毒、无害的还原性气体。H2最早作为一种医疗气体被人们广泛关注，早在2007 年，Ohsawa 等研究发现H2能够清除羟自由基，降低缺血再灌注引起的氧化损伤[1]。后来，人们发现H2及其水溶液具有保护细胞、抵御炎症、抑制肿瘤等医学作用[2-5]。由于H2具有易燃易爆性，出于安全性和成本考虑，将H2溶于水或生理盐水制成富氢饱和溶液，即富氢水，是H2应用最主要的形式[6]。大量研究表明，富氢水可以促进植物的生长发育[5]，协助植物抵抗干旱胁迫[7]，缓解盐胁迫伤害[8]，提高植物对重金属胁迫的耐受性[9-10]，参与植物的激素调节[11]，延长农产品保鲜期[12]，修复农药对作物的氧化伤害[13]等。近年来，富氢水对植物生理生化方面的作用逐渐成为研究热点。赵银萍等[14]报道，50%和100%饱和度的富氢水可以明显促进黄瓜外植体不定根数量的增加和长度的增长。宋韵琼等[15]在青梗菜上研究发现，10%富氢水浸种+50%富氢水喷施能够提高青菜的产量、维生素C 和可溶性蛋白含量，降低纤维素含量，提升青菜食用口感。李嘉炜等[16]研究表明，富氢水对菜心、番茄、冬瓜、黄瓜种子发芽及幼苗生长均有促进作用。可见，富氢水对植物生长的促进作用已被证实，成为一种新型的植物生长促进物质。2014 年，《食品安全国家标准食品添加剂氢气》（GB 31633-2014）正式将H2列为食品添加剂[17]。随着人们食品安全意识的不断增强，让消费者吃到安全、放心的蔬菜是生产中亟需解决的问题。因此，利用富氢水安全、无污染的特性，充分发挥其在促进蔬菜生长上的调节作用，可以为蔬菜绿色生产开辟新的途径。
生菜（Lactuca sativaL.）为菊科莴苣属叶用莴苣的俗称，1～2 年生草本作物[18]。生菜分为散叶生菜、结球生菜和半结球生菜[19]。结球生菜又称西生菜、圆生菜等，原产地中海沿岸，喜冷凉湿润的气候，富含蛋白质、糖类、维生素和丰富的矿物质，是市民餐桌上常见的绿叶蔬菜。迄今，有关富氢水在结球生菜上应用效果的报道还很少见。该研究采用不同浓度富氢水对结球生菜进行叶面喷施，通过测定生菜幼苗生长和品质相关指标，研究富氢水对结球生菜生长和品质的影响，明确富氢水对结球生菜的适宜浓度，为富氢水在结球生菜生产上的应用提供参考。
1.1 试验材料
供试材料：结球生菜‘西斯科’，种子由日本TAKII 公司提供。富氢水原液由杭州和尔深科技有限公司提供。
1.2 试验方法
试验于2022 年10 月设在上海市农业科学院庄行综合试验站。试验设置上午和下午2 个时间段，即9：00 和14：00，研究上午和下午喷施富氢水对生菜幼苗生长和品质影响的差异。用蒸馏水将富氢水配制成浓度为10%、25%、50%和75%共4 种溶液，以蒸馏水为对照（CK）。选取饱满、健康的生菜种子，经消毒、浸种、催芽后，将发芽一致的种子播于装有营养土的50 孔穴盘中，每穴1 粒，每处理50 粒，3 次重复。将苗子分为2 部分，一部分用于上午喷施，另一部分用于下午喷施。当植株长至1 叶1 心时，分别于9：00 和14：00 进行叶片喷施，每隔7 d 喷1 次，共3 次，以清水为对照（CK）。每次每处理试剂用量一致，并于最后1次喷施7 d 后每个处理随机取5 株，测定植株株高、地上部鲜质量、地下部鲜质量、干质量、维生素C 含量、总糖含量、纤维素含量、粗蛋白含量，最后取平均值。
1.3 测定指标及方法
采用直尺测量植株株高；
用分析天平分别称取地上部鲜质量和地下部鲜质量，然后将地上部和根部分别装入牛皮纸袋放入烘箱，在80℃下烘干至恒重，测定植株干质量；
维生素C 含量采用紫外分光光度法测定；
采用3，5-二硝基水杨酸法测定总糖含量[20]；
纤维素含量测定采用蒽酮比色法[21]；
采用考马斯亮蓝染色法测定粗蛋白含量[21]。
1.4 数据处理与统计分析
采用Excel 2010 软件对数据进行处理和制图，用DPS统计软件Duncan’s 新复极差多重比较法进行差异显著性分析。
2.1 不同浓度富氢水对结球生菜幼苗生长的影响
由图1～4 可知，与清水（CK）相比，外源喷施不同浓度富氢水对生菜的生长有一定程度的影响。株高方面（图1），上午、下午喷施，株高均高于或等于对照，且下午喷施对株高的促进作用大于上午喷施；
其中10%和25%处理的促进作用最大，50%和75%处理促进作用降低。富氢水对干质量的作用表现为低浓度促进、高浓度抑制的变化趋势，但未达到显著水平，当浓度为25%时，干质量达到最大值，而后随着浓度增加，干质量降低（图2）。
图1 不同浓度富氢水对株高的影响
图2 不同浓度富氢水对植株干质量的影响
上午喷施处理的地上鲜质量均显著高于对照（图3），而下午喷施处理均低于对照；
并且，除CK 外，上午喷施处理的地上鲜质量均高于下午喷施处理，当浓度为10%时，地上鲜质量达最大值，随着富氢水浓度增加，地上鲜质量降低。除75%处理，上午喷施的地下鲜质量均高于下午喷施（图4），且表现为低浓度促进、高浓度抑制的变化趋势；
当浓度为25%时，促进作用最大。
图3 不同浓度富氢水对地上鲜重的影响
图4 不同浓度富氢水对地下鲜重的影响
2.2 不同浓度富氢水对结球生菜品质的影响
2.2.1 不同浓度富氢水对生菜维生素C 含量的影响。由图5 可以看出，浓度为10%、25%和50%富氢水处理，生菜中维生素C 含量增加显著，且上午喷施效果好于下午。与CK 相比，当浓度为10%时，维生素C 含量达到最大值，上午、下午喷施处理分别比对照高出12.18%和33.47%。
图5 不同浓度富氢水对维生素C 含量的影响
2.2.2 不同浓度富氢水对生菜总糖含量的影响。由图6 可见，富氢水处理生菜的总糖含量呈先增加后降低的趋势，上午喷施处理的总糖含量普遍高于下午喷施。上午、下午喷施处理中，当浓度分别为10%和25%时，生菜中总糖含量较高，分别比对照增加了23.82%和46.03%；
当浓度为75%时，生菜中总糖含量较低，分别比对照降低了29.63%和10.99%。
图6 不同浓度富氢水对总糖含量的影响
2.2.3 不同浓度富氢水对生菜纤维素含量的影响。生菜中纤维素含量随着处理浓度增加呈先降低后增加的趋势（图7）。除了50%处理外，上午喷施的纤维素含量低于下午喷施。当浓度为25%时，纤维素含量最低，与对照相比，上午、下午喷施处理分别比对照降低了30.25%和22.04%。
图7 不同浓度富氢水对纤维素含量的影响
2.2.4 不同浓度富氢水对生菜粗蛋白含量的影响。各浓度富氢水处理对生菜粗蛋白含量均起到促进作用（图8）。当浓度为25%时，促进作用最大，分别比对照增加了37.36%和20.95%。与其他品质指标相同，上午喷施富氢水的效果好于下午。
图8 不同浓度富氢水对粗蛋白含量的影响
氢气是一种信号分子，在植物生长发育和逆境修复中起到重要的调节作用。以富氢水形式对植物进行外源添加H2，旨在以绿色、安全的方式调控植物生长发育，提高农产品产量和品质，在农业绿色生产中具有重要的应用价值和前景。宋韵琼等[15]研究发现，不同浓度富氢水处理对青菜的形态指标和生物量都有一定促进作用，但是不同处理间存在差异。该研究中，外源喷施不同浓度富氢水对结球生菜的生长有一定程度的影响，并且喷施时间不同，作用效果不同。总体上看，当浓度为10%和25%时，富氢水对生菜株高、干鲜质量有较大的促进作用；
当浓度大于50%时，富氢水对植株的地下鲜质量和干质量起到抑制作用，并且随着浓度增加，抑制作用增大。这与Zeng等[11]在绿豆上的研究结果相似，即低浓度富氢水促进绿豆根和茎的生长，高浓度则抑制生长。该试验中，包括清水（CK）在内的所有浓度处理，下午喷施的株高均大于上午喷施，这可能是由于下午植株吸水后，夜间高温加速了植株茎的伸长。
除了增加蔬菜生物量、促进蔬菜生长外，富氢水的另一种调控作用是提高蔬菜品质。据报道，外源富氢水能够降低H2O2和O2-含量，增加SOD 和APX 的酶活性，重建ROS 平衡体系，进而提高萝卜芽苗菜中花青苷的含量[22]。魏圣军[23]研究发现，富氢水对大豆中还原型抗坏血酸和总抗坏血酸含量有显著的促进作用。维生素C、总糖和蛋白含量是衡量蔬菜营养品质的重要指标。通常，维生素C、总糖和蛋白含量越高，蔬菜的营养品质越好。纤维素含量是绿叶蔬菜的重要膳食营养指标，通常纤维素含量高，食用口感差。该研究中，各浓度富氢水处理提高了结球生菜的维生素C 和蛋白含量，当浓度小于25%时，结球生菜的总糖含量增加。从总体上看，不同浓度富氢水对生菜营养品质表现为“低促高抑”的作用效果，当浓度为25%时，富氢水对生菜品质提升的促进作用最大。另外，纤维素含量随着处理浓度增加呈先降低后增加的趋势，当处理浓度为25%时，纤维素含量最低，即口感最好。这与宋韵琼等[15]在青菜上的研究结果一致。这可能是由于外源富氢水促进了植物自身H2的产生，与维生素C、总糖、蛋白合成、代谢相关的基因表达上调造成的；
当富氢水浓度过大时，高剂量的H2抑制了生菜体内相关物质的合成及基因的表达[17]。虽然富氢水在植物生长发育和品质调控的研究中取得了一些进展，但是H2的调控途径和分子机理方面的研究仍不是很透彻，还需要进一步深入研究。
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