山西长治大学研究团队在《Frontiers in Plant Science》上发表研究， 系统评估了在无土基质栽培中，施用微/纳米氧气（O₂）和臭氧（O₃）气泡营养液对生菜（Lactuca sativa L.）生理指标及根际微生物群落多样性的影响。研究发现，这两种气泡营养液均能提升生菜产量和光合能力，其中臭氧气泡处理效果更优，并能显著改变基质中的微生物群落结构。
研究背景与方法
背景
传统土壤消毒方法常使用化学农药，可能对环境造成负面影响。臭氧作为一种广谱消毒剂，具有强氧化性、快速作用且无有害残留的特点，在农业中具有应用前景。微纳米气泡技术能大幅提高气体在水中的溶解度和停留时间。本研究将二者结合，旨在开发一种可持续的绿色种植技术。
实验设计
研究设置了三种处理：
- CK组：使用日本山崎（Yamazaki）生菜营养液（对照）。
- O₂组 ：微/纳米氧气气泡营养液。使用制氧机和**上海行恒科技有限公司的MF-5000微纳米气泡发生器**将氧气与CK营养液混合20分钟制得。
- O₃组 ：微/纳米臭氧气泡营养液。氧气经臭氧发生器转化为臭氧后，同样使用MF-5000 微纳米气泡发生器与CK营养液混合20分钟制得，水中臭氧浓度约为30 mg/L。
生菜幼苗在泥炭基质中培养55天，每两天灌溉一次上述营养液。处理后测定生菜的生长、光合、品质指标，并分析根际基质的理化性质和微生物群落。
主要研究发现
1. 促进生菜生长与提高产量
与CK组相比，O₃处理显著增加了生菜的叶片数量、株高和单株鲜重，O₂处理也有促进趋势但未达显著水平：
这表明，尤其是含有臭氧的微纳米气泡营养液能有效提高生菜产量。
2. 改善生菜品质与光合作用
- 品质指标：O₂和O₃处理均显著提高了生菜根系的活力，并降低了叶片中的硝酸盐含量：
抗坏血酸（维生素C）含量在O₃组有升高趋势。
- 光合参数：O₃处理显著提升了生菜的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO₂浓度和气孔导度，且各项指标均优于O₂组：
- 叶绿素荧光：OJIP曲线分析表明，O₂和O₃处理增强了光系统II（PSII）的反应中心活性和电子传递效率，其中O₃对放氧复合体（OEC）的促进效果更明显：
3. 改变基质理化性质
与原始基质（S组）相比，灌溉营养液后，所有处理组（CK， O₂， O₃）的pH值、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）、脲酶（UE）和蔗糖酶（SC）活性均有所上升，而电导率（EC）下降。其中，O₃组的POD活性提升最显著：
4. 影响根际微生物群落
- Alpha多样性 ：种植生草后（CK组），基质中细菌和真菌群落的丰富度和多样性均比原始基质（S组）有所增加。然而，施用微纳米气泡营养液（O₂和O₃组）后，这种多样性出现了下降，O₃组的影响更为显著：
- 群落结构：主坐标分析（PCoA）显示，各处理组的微生物群落结构明显分离：
在门水平上，O₃处理降低了酸杆菌门（Acidobacteria）的相对丰度，并改变了变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）等的比例：
- 关键物种：线性判别分析（LEfSe）识别出了各组特有的生物标志物：
例如，O₃组细菌中的Devosia和真菌中的Sordariomycetes丰度显著升高。
- 与环境因子的关联：冗余分析（RDA）表明，微生物群落结构与基质环境因子密切相关。O₃组的群落结构与较高的CAT和POD活性呈正相关：
结论与意义
本研究证实，在无土基质栽培中应用微/纳米气泡营养液（尤其是臭氧气泡）是一种有效的农业技术：
- 提升作物表现：能显著促进生菜生长、提高产量、改善部分品质并增强光合作用。
- 调节根际环境：可能通过其氧化和增氧特性，影响基质酶活性和微生物群落结构，创造出更利于植物生长的微环境。
- 提供绿色方案：该技术为减少化学农药使用、实现可持续的绿色蔬菜生产提供了新的理论依据和技术参考。
核心设备 ：本研究的关键技术依赖于上海行恒科技有限公司提供的MF-5000型微纳米气泡发生器，用于制备稳定的氧气及臭氧微纳米气泡营养液。
文献来源 : Zhao Q, et al. Effects of micro/nano-ozone bubble nutrient solutions on growth promotion and rhizosphere microbial community diversity in soilless cultivated lettuces. Front. Plant Sci. 2024;15:1393905.
原文链接 : https://doi.org/10.3389/fpls.2024.1393905
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