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为探究蔬菜生长中微宏量营养素平衡问题，研究人员开展了不同浓度锌（Zn）和钾（K）对水培菠菜（Spinacia oleracea cv. Virofly）生长、营养及生化品质影响的研究。结果表明，5mg/L Zn 和 78mg/L K 组合可提升菠菜品质和耐受性，对水培菠菜生产意义重大。
在现代都市生活中，人们对新鲜、绿色蔬菜的需求与日俱增，水培蔬菜因其清洁、高效的生产方式备受关注。然而，水培过程中，如何精准调控植物所需的营养元素，成为提高蔬菜产量和品质的关键难题。菠菜作为一种营养丰富的叶菜，富含维生素 A、B、C 以及钙（Ca）、铁（Fe）、锰（Mn）等多种营养元素，深受人们喜爱。但在水培菠菜的种植过程中，营养元素的失衡常常导致菠菜品质下降、产量降低。比如，锌（Zn）和钾（K）作为植物生长所必需的重要元素，其浓度的不合理供应会影响菠菜的光合作用、抗氧化能力以及营养物质的积累。为了解决这些问题，来自伊朗马拉盖大学（University of Maragheh）和德黑兰沙希德?贝赫什提大学（Shahid Beheshti University）的研究人员开展了一项关于不同浓度锌（Zn）和钾（K）对水培菠菜（Spinacia oleracea cv. Virofly）生长、营养及生化品质影响的研究，该研究成果发表在《Scientific Reports》上。这一研究对于优化水培菠菜的营养管理，提高其产量和品质具有重要的指导意义，有望为水培蔬菜产业的发展提供关键的技术支持。
研究人员采用了一系列关键技术方法。在实验设计上，运用基于完全随机设计（CRD）的析因设计，设置了锌（Zn）的三个浓度（0.22mg/L、5mg/L、10mg/L）和钾（K）的三个浓度（39mg/L、78mg/L、117mg/L），进行三次重复实验。在样本处理方面，选用荷兰 ROSSEN SEEDS 公司的菠菜种子，经消毒处理后种植在装有洗净沙子的 12 升花盆中。在生长过程中，根据植株生长阶段，依次用不同浓度的 Hoagland 营养液进行灌溉。实验结束后，采集叶片样本，通过多种方法测定各项指标，如用叶绿素仪测定叶绿素指数，采用湿消化法结合原子吸收分光光度法和火焰光度法测定叶片中多种矿物质元素含量等。
一、锌（Zn）和钾（K）对菠菜叶绿素和产量的影响
通过对菠菜叶绿素指数的测定发现，锌（Zn）和钾（K）的交互作用对其影响显著。锌（Zn）的施用使菠菜叶片叶绿素指数显著增加，10mg/L Zn 处理下达到最大值（44.5mg/kg DW）。这是因为锌（Zn）能保护巯基，促进叶绿素前体卟胆原的合成，进而有利于叶绿素的形成。钾（K）的施用同样使叶绿素指数显著上升，78mg/L 和 117mg/L K 处理下达到较高值。在产量方面，锌（Zn）和钾（K）的交互作用也十分显著。5mg/L 和 10mg/L Zn 与 117mg/L K 组合时，菠菜产量最高（2.4g/plant）。由此可见，锌（Zn）和钾（K）在提高菠菜叶绿素含量和产量方面发挥着重要作用。
二、锌（Zn）和钾（K）对菠菜营养浓度的影响
研究发现，补充锌（Zn）和钾（K）对菠菜叶片中锌（Zn）含量影响显著，10mg/L Zn 处理下叶片锌（Zn）含量最高（241.5mg/kg DW）。而随着营养液中钾（K）浓度的增加，叶片锌（Zn）含量有所下降。对于钾（K）含量，仅增加营养液中钾（K）浓度就对其产生显著影响，117mg/L K 处理下叶片钾（K）含量最高（3.12mg/kg DW）。此外，锌（Zn）和钾（K）的增加会使菠菜叶片中钠（Na）、铁（Fe）、铜（Cu）、钙（Ca）、锰（Mn）和镁（Mg）等营养元素的浓度降低。这表明锌（Zn）和钾（K）的添加会影响菠菜对其他营养元素的吸收。
三、锌（Zn）和钾（K）对菠菜生化性状的影响
在脂质过氧化和丙二醛（MDA）生成方面，锌（Zn）和钾（K）对 MDA 含量影响显著。10mg/L Zn 和 117mg/L K 处理下，MDA 含量分别比对照组降低了 51% 和 34%，这说明锌（Zn）和钾（K）能有效减少菠菜的脂质过氧化，保护植物细胞免受氧化损伤。对于过氧化氢（H2O2）含量，随着锌（Zn）和钾（K）浓度的增加，其含量显著降低，在 10mg/L Zn 和 117mg/L K 处理下分别降低了 29% 和 14%。蛋白质含量则随着锌（Zn）和钾（K）浓度的增加而增加，10mg/L Zn 使叶片蛋白质含量提高 47%，117mg/L K 使其提高 21%。在抗氧化酶活性方面，锌（Zn）和钾（K）对超氧化物歧化酶（SOD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性影响显著。10mg/L Zn 与不同浓度 K 组合时，SOD 活性最高；10mg/L Zn 处理下，APX 活性相比对照组提高了 2 倍。
四、主成分分析（PCA）与性状相关性分析
主成分分析（PCA）结果显示，第一和第二主成分解释了总方差的 72.26%，其中镁（Mg）、钠（Na）、丙二醛（MDA）、锌（Zn）、产量和叶绿素含量等特征在主成分中具有较强的载荷，这些特征能较好地代表锌（Zn）和钾（K）不同浓度对菠菜的影响。相关性分析表明，产量与超氧化物歧化酶（SOD）、叶绿素含量、锌（Zn）含量和抗坏血酸过氧化物酶（APX）呈强正相关，与钠（Na）、锰（Mn）、镁（Mg）、铜（Cu）、钙（Ca）、丙二醛（MDA）含量呈负相关。
研究结论表明，补充锌（Zn）对改善菠菜生化性状更为有效，而钾（K）对植物生长表现影响更大。虽然增加锌（Zn）和钾（K）浓度会降低菠菜对铁（Fe）、铜（Cu）、锰（Mn）、镁（Mg）和钙（Ca）等微量元素的积累，但能提高叶绿素含量和产量，同时减少钠（Na）在植物中的积累。综合考虑，在营养液中添加 5mg/L Zn 和 78mg/L K，可通过提高蛋白质含量以及超氧化物歧化酶（SOD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性，增强植物抗性，降低菠菜叶片中丙二醛（MDA）和过氧化氢（H2O2）含量。这一研究为水培菠菜的营养管理提供了科学依据，有助于提高水培菠菜的产量和品质，在水培蔬菜生产中具有重要的应用价值。未来，可进一步研究不同生长环境下锌（Zn）和钾（K）的最佳施用方案，以及探索锌（Zn）和钾（K）与其他营养元素的协同作用，为水培蔬菜产业的可持续发展提供更全面的技术支持。
