杨 睿 ，王子凡 ，李灵芝 ，续建国，段旭锦 ，张国香 ，高清兰

（1.山西农业大学 园艺学院，山西 太谷 030801；2.石家庄市农林科学研究院，河北 石家庄 050041；3.山西省农业种子总站，山西 太原 030001；4.五台县台怀镇综合便民服务中心，山西五台 035515；5.山西省分析科学研究院，山西 太原 030000；6.大同市气象局，山西 大同 037010）

在无土栽培中，营养液为植物提供N、P、K、Ca、Mg、S、Fe、B 等植物生长发育所必需的19 种营养元素，其中铁作为植物所必需的微量元素[1]，大部分存在于叶绿体中，参与光合作用中叶绿素合成过程[2-3]，植株缺铁时常常出现新叶黄化的现象，这是由于叶绿素合成受阻导致[4]。双子叶植物受到铁胁迫时根系分泌H+增多，根际还原能力升高，使基质中的Fe3+被还原为Fe2+，继而被根系吸收[5]。此外，铁还参与植物蛋白质核酸的合成、电子传递或作为酶促反应中心[6]。

目前，通用的商业化营养液配方多用EDTA/Fe2+作为铁素的来源。在实际生产中，营养液中的铁元素常常会随着营养液pH 的变化，形成难溶性FePO4、Fe（OH）3沉淀，使铁的有效性下降，易导致作物缺铁失绿[7-8]。EDTA 螯合剂与Fe2+离子形成的化学键极其紧密，且不易降解，直接排放会造成生态环境污染[9]。

IDHA 螯合铁(亚氨基二琥珀酸铁)是一类氨基多羧酸类螯合物，其具有良好的生物降解性[10]。IDHA 螯合铁作为铁源时，铁离子被植物所吸收利用，而配位体则在植物体内转化成氨基酸被植物所吸 收[11]。LUCENA 等[12]研究表 明，IDHA 螯合铁 在pH 值为7.5 的水培条件下可为黄瓜和大豆提供有效的铁素。LÓPEZ-RAYO 等[13]研究表明，IDHA螯合铁和EDDHA/Fe2+（乙二胺二邻羟苯基乙酸铁）的混合液可替代营养液中的EDTA/Fe2+，为沙培草莓提供铁素。RODRÍGUEZ-LUCENA 等[14]研究表明，配合适当的佐剂在大豆叶面喷施IDHA螯合铁可以作为EDTA/Fe2+的环保替代品。虽然IDHA 作为新型的可降解的螯合剂，在工业方面研究较多，现已证实IDHA 活化Fe2+的程度高于EDTA[15]，并且其螯合碱金属离子的保留效果较好[16]，但IDHA 螯合铁在国内农业上作为螯合铁肥料研究还较少。

本试验设置不同IDHA 螯合铁浓度处理替代原配方中EDTA/Fe2+，研究其对生菜生长及品质的影响，以期为IDHA 螯合铁在无土栽培上应用提供依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试生菜品种为意大利生菜，购于北京市农林科学院。试验所用IDHA 螯合铁由山东远联化工有限公司提供。EDTA 螯合铁由天津市登峰化学试剂厂提供。

1.2 试验方法

试验于2020 年7—12 月在山西省晋中市天生绿科技有限公司日光温室内进行。试验从定植到采收共进 行3 茬：8 月5 日 至9 月10 日、9 月15 日 至10 月21 日、10 月30 日 至12 月5 日。育苗时长15 d左右。试验采用盆栽种植方式，栽培盆为21 cm×17 cm×14 cm 的塑料花盆，花盆中装1.5 L 的基质。基质用草炭、蛭石、珍珠岩按照体积比2∶1∶1 配制而成。定植前用去离子水反复冲洗栽培钵中的基质。

试验共设5 个处理，营养液中IDHA 螯合铁素质量浓度分别为0.75、1.50、3.00、6.00、12.00 mg/L，记为T1～T5 处理；设置2 个 对照，其 中，CK1 为EDTA/Fe2+，铁素浓度按照通用微量元素配方设置为3 mg/L，CK2 为空白对照。每个处理5 盆，共25 盆。各处理营养液元素浓度如表1所示，除铁肥外，各处理大量元素和微量元素均与1/2日本园试配方一致。

表1 不同处理营养液中营养元素的浓度Tab.1 Concentration of nutrient elements in nutrient solutions of different treatments mg/L

1.3 测定指标及方法

在生菜生长中期从心部向外取第5 片叶使用LI-6800 光合仪（LI－COR 美国）进行光合指标测定；处理结束后，对生菜的株幅、株高、茎粗、叶片数、地上部干鲜质量、地下部干质量以及叶绿素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白质含量、维生素C 含量、硝酸盐含量等进行测定。叶绿素含量采用96%乙醇浸提法测定；可溶性糖含量采用蒽酮法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定；维生素C含量采用分光光度计法测定；硝酸盐含量采用水杨酸比色法测定[17]。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2016 和SPSS 25.0 进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同质量浓度IDHA 螯合铁处理对生菜生长势的影响

2.1.1 不同质量浓度IDHA 螯合铁处理对生菜株高的影响 由图1 可知，与CK1 生菜相比，T2、T3、T4、T5 处理生菜的株高不及CK1，分别较CK1 降低11.22%、9.08%、5.28%、14.52%，但与之相比无显著差异。与CK2 相比，IDHA 螯合铁处理的生菜株高仅T4 处理高于CK2，提高1.07%，且其余各处理与CK2 相比差异并不显著。此外，T1、T2、T3、T4 和T5 处理间相比均未达到显著水平。由此可见，不同质量浓度的IDHA 螯合铁对生菜株高的影响并不显著。

图1 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜株高的影响Fig.1 Effect of different mass concentrations of IDHA chelated iron on plant height of lettuce

2.1.2 不同质量浓度IDHA 螯合铁处理对生菜茎粗的影响 由图2 可知，与CK1 生菜相比，T1、T3、T4 处理生菜的茎粗差异不显著，且CK1 的生菜茎粗最大，为9.73 mm，其次为T4 处理（9.59 mm）。与CK2 相比，只有CK1 和T4 处理与之差异显著，且分别显著提高14.24%、12.52%（P＜0.05）。说明T4 处理的IDHA 螯合铁浓度对生菜生长有明显的促进作用。

图2 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜茎粗的影响Fig.2 Effect of different mass concentrations of IDHA chelated iron on stem diameter of lettuce

2.1.3 不同质量浓度IDHA 螯合铁处理对生菜叶片数的影响 从图3 可以看出，在一定范围内提高IDHA 螯合铁处理质量浓度能提高生菜的叶片数，而质量浓度过高则会降低其叶片数，其中，CK1 的叶片数最多。在IDHA 螯合铁处理的生菜中只有T4 处理的叶片数与CK1 间无显著差异，但不及CK1，较CK1 小7.32%。虽然T1、T2、T3 和T5 处理间的叶片数差异不显著，均高于CK2，但是也均低于CK1。说明一定质量浓度IDHA 螯合铁对生菜的叶片数无显著影响，适当的IDHA 螯合铁质量浓度有利于生菜叶片数的提高。

图3 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜叶片数的影响Fig.3 Effect of different mass concentrations of IDHA chelated iron on leaf number of lettuce

2.1.4 不同质量浓度IDHA 螯合铁处理对生菜株幅的影响 从图4 可以看出，与CK1 相比，T3、T4处理生菜株幅虽然小于CK1，但与之差异不显著，T1、T2、T5 处理生菜株幅显著低于CK1，分别较CK1 显著降低12.00%、6.57%、6.17%（P＜0.05）。与CK2 缺铁处理相比，各处理生菜株幅均与之差异显著，T1、T2、T3、T4 和T5 处理株幅分别较CK2提高7.45%、14.08%、16.94%、20.21%和14.57%。说明营养液中适当IDHA 螯合铁质量浓度能够增加生菜的株幅，但是与EDTA/Fe2+相比，对生菜株幅并无显著差异。

图4 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜株幅的影响Fig.4 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on plant width of lettuce

2.1.5 不同质量浓度IDHA 螯合铁处理对生菜单株生物量的影响 从图5 可以看出，随着营养液中IDHA 螯合铁质量浓度的增加，生菜地上部单株鲜质量呈现出上升的趋势，但IDHA 螯合铁质量浓度达到12.00 mg/L（T5 处理）时，地上部单株鲜质量开始下降，且与CK1 相比差异显著。T3、T4 处理与CK1 相比相差较少，分别较CK1 降低7.07%、2.60%，但均未达到显著水平。这说明营养液中适当质量浓度的IDHA 螯合铁可代替EDTA/Fe2+，并不会显著影响生菜的产量。

图5 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜地上部单株鲜质量的影响Fig.5 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on fresh weight of aboveground plant of lettuce

从图6 可以看出，T4 处理的地上部单株干质量最大，为3.24 g，并且较CK1 高8.54%，但并未达到显著水平；此外，T4 处理与T1、T2、T3、T5 处理相比差异显著，分别较T1、T2、T3、T5 处理显著增加26.67%、23.17%、12.67%、21.42%（P＜0.05）。说明一定质量浓度的IDHA 螯合铁能够提高生菜干物质积累。

图6 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜地上部单株干质量的影响Fig.6 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on dry weight of aboveground plant of lettuce

2.2 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜光合指标的影响

2.2.1 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜叶绿素含量的影响 从表2 可以看出，T1、T2、T3、T4 和T5 处理的总叶绿素含量与CK1 相比差异均不显著，且T4 处理的总叶绿素含量最高，为1.54 mg/g，较CK1 高出8.45%；T4 处理的叶绿素a 含量显著高于其他处理（P＜0.05），与CK1 相比，T1、T3 和T5处理差异不显著，但各处理均高于CK2；在叶绿素b含量上，各处理显著高于CK2，且与CK1 相比，T1、T2、T3、T4 和T5 处理均未达到显著水平，且T2 和T5 处理较CK1 分别高26.42%和8.57%；在类胡萝卜素含量上，各处理均不如CK1，其中，T3、T4 和T5 处理与之并无显著差异。说明一定质量浓度的IDHA 螯合铁处理生菜能够提高光合色素的含量，但与EDTA/Fe2+处理生菜相比，并不显著。

表2 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜光合色素的影响Tab.2 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on photosynthetic pigments of lettuce mg/g

2.2.2 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜光合作用的影响 从表3 可以看出，不同质量浓度IDHA螯合铁生菜的蒸腾速率和净光合速率的值均不及CK1，且均优于CK2。在蒸腾速率上T3、T4、T5 处理与CK1 相比差异不显著，且表现为T4＞T5＞T3，T4 处理的蒸腾速率为23.517 1 mmol/（m2·s），较T5、T3 处理分别增加9.12%、11.62%；在净光合速率上，T4 处理与CK1 相比差异不显著，T1、T2、T3、T5 处理净光合速率均 显著低于CK1（P＜0.05），分别降低23.03%、19.94%、16.66%、13.74%，且T4 与T5 处理间差异不显著。

表3 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜光合作用的影响Tab.3 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on photosynthesis of lettuce

在胞间CO2浓度上，T1、T2、T3、T4 处理较CK2 均有所增加，但T1、T2 处理与CK2 间差异不显著，T3、T4 处理分别较CK2 显著增加23.53%、1.97%（P＜0.05），并且T3 处理与CK1 相比差异不显著。在气孔导度上，各处理均显著高于CK2（P＜0.05），T4 处理与CK1 相比差异不显著。

2.3 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜品质的影响

由表4 可知，T3、T4 处理与CK1 相比，在可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C 含量上差异均不显著，且可溶性糖含量在T4 处理下最大，为25.41 mg/g，较CK1 增加14.82%；可溶性蛋白含量在T3 处理下最大，为1.76 mg/g，较CK1 增加12.82%；维生素C含量在CK1 下最大，T2、T3、T4 和T5 处理虽 与CK1 差异不显著，但分别降低9.09%、13.64%、4.55%和13.64%。硝酸盐含量在T3 处理下最大，且与CK1 相比差异显著。总体上看，一定质量浓度的IDHA 螯合铁可以促进生菜可溶性糖和可溶性蛋白的合成。

表4 不同质量浓度IDHA 螯合铁对生菜品质的影响Tab.4 Effects of different mass concentrations of IDHA chelated iron on lettuce quality mg/g

与CK2 相比，在可溶性糖含量上，除T4 处理外其他处理均与之差异不显著；T2 处理在可溶性蛋白含量上与之差异不显著；T1、T5 处理在维生素C 和硝酸盐含量上与之差异不显著。这说明IDHA螯合铁处理可能不利于生菜体内维生素C 的合成，且在一定质量浓度范围内会促进硝酸盐合成。

3 结论与讨论

铁作为植物生长所必需的微量元素之一，它影响光合作用中CO2的还原过程和CO2的净吸收速率[18-19]，直接影响植物体光合作用和物质能量的转换。植物缺铁时，叶绿素不能合成，严重时会导致叶片坏死和脱落[20]。直接施用铁肥是改善植物缺铁最常用和最有效的方法[21]。本研究尝试使用绿色环保可降解的IDHA 螯合铁，代替目前无土栽培营养液中广泛使用的EDTA/Fe2+。已有研究表明，植物所需的某种元素供应量过大或过小，都会对植物体造成毒害或缺乏伤害，进而影响植物体的正常生长[22]。本试验发现，T1、T2 和T5 处理在株高、地上部鲜质量和可溶性糖含量等指标上略低于CK1 和T4 处理，这可能是出现缺铁和铁毒害所致。施用适量的铁肥能增加作物的产量[8,23]，虽T3、T4处理的株高、茎粗、地上部鲜质量与EDTA/Fe2+处理相比差异不显著，甚至不如CK1，但均显著高于CK2，因此，施用适当质量浓度的IDHA 螯合铁可以达到与EDTA/Fe2+相同的增产效果。

本研究表明，随着营养液中IDHA 螯合铁质量浓度的增加生菜的可溶性蛋白含量、可溶性糖含量均有所提高，但是IDHA 螯合铁质量浓度过高时，又抑制了可溶性蛋白含量、可溶性糖含量的提高，这与彭春霞[24]和高洪波等[25]的研究结果基本一致；并且IDHA 螯合铁处理生菜的可溶性蛋白含量和可溶性糖含量均优于EDTA/Fe2+处理生菜，说明采用IDHA 螯合铁处理生菜对生菜的品质有一定的改善，但无显著性差异。

植物受到过量铁或缺铁胁迫时可能会影响植物的光合作用[26-27]，与EDTA/Fe2+处理相比，T1、T2 和T5 处理生菜的净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度均差异显著，这可能是缺铁和过量铁的胁迫造成；但T4 处理的蒸腾速率、净光合速率、气孔导度与CK1 相比并无显著性差异，说明T4 处理的IDHA 螯合铁质量浓度对生菜的光合无显著影响。颜廷帅等[28]研究表明，施用外源铁素与缺铁处理相比可提高大白菜的干质量、净光合速率、气孔导度。在本试验中，IDHA 螯合铁处理生菜的地上部干质量、净光合速率和气孔导度虽不如EDTA/Fe2+处理生菜，但均高于缺铁处理，这与颜廷帅等[28]研究结果一致。因此，使用适当质量浓度的IDHA 螯合铁所培育的生菜，在生长、品质及光合指标上可以达到与EDTA/Fe2+处理无显著性差异的效果。

综上所述，在无土栽培条件下，采用新型绿色环保及具优良降解性的IDHA 螯合铁代替EDTA/Fe2+作为营养液中的铁源，可以为生菜提供其生长所必需的铁素。基质培营养液中IDHA 螯合铁的铁质量浓度为6.00 mg/L 时，生菜的各项指标最优，且与EDTA/Fe2+处理生菜无显著性差异。