殼聚糖—海藻酸鈉不同配比復(fù)合膜對(duì)棉花種子萌發(fā)及幼苗生化特性的影響

王增輝+高瑞+趙蕾+孫紅煒+李凡+楊淑珂+徐曉輝+路興波

摘要：為了研究殼聚糖-海藻酸鈉復(fù)合膜對(duì)棉花種子萌發(fā)以及幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響，分別用殼聚糖與海藻酸鈉濃度比為5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0∶1的復(fù)合膜對(duì)棉花種子進(jìn)行包衣。結(jié)果表明：當(dāng)殼聚糖與海藻酸鈉的濃度比為3∶1、4∶1時(shí)，復(fù)合膜的綜合性能較好。經(jīng)復(fù)合膜包衣的棉花種子的發(fā)芽率、幼苗葉綠素、可溶性糖以及可溶性蛋白含量均比未包膜處理以及單一膜處理的高，隨二者濃度比的降低先增加后減少，且濃度比在3∶1時(shí)，效果最佳。

關(guān)鍵詞：殼聚糖；海藻酸鈉；復(fù)合膜；棉花種子；萌發(fā)；幼苗；生化特性

中圖分類號(hào)：S562.04文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2017）11-0082-04

Effects of Chitosan-Alginate Composite Membrane of Different

Ratios on Seed Germination and Biochemical

Characteristics of Cotton Seedlings

Wang Zenghui1， Gao Rui1， Zhao Lei2， Sun Hongwei1， Li Fan1， Yang Shuke1， Xu Xiaohui1， Lu Xingbo1

（1. Institute of Plant Protection， Shandong Academy of Agriculture Sciences， Jinan 250100， China；

2.Shandong Normal University， Jinan 250014， China）

AbstractIn order to study the effects of chitoson-alginate composite membrane on cotton seed germination and growth and development of seedlings， the cotton seeds were conducted coating treatment with composite membrane of concentration ratios of chitoson to alginate as 5∶1， 4∶1， 3∶1， 2∶1， 1∶1， 0∶1 respectively. The results showed that， when the concentration ratio reached 3∶1 and 4∶1， the properties of composite membrane were the best. The seed germination rate， contents of chlorophyll， soluble sugar and soluble protein of cotton seedlings were all more than those of no coating treatment and single reagent treatment. They firstly increased and then decreased with the decrease of concentration ratio， and the effect was the best when the concentration ratio was 3∶1.

KeywordsChisiton； Alginate； Composite membrane； Cotton seed； Germination； Seedling； Biochemical characteristics

殼聚糖（chitosan，簡(jiǎn)寫(xiě)Cs）是由甲殼素脫乙酰化產(chǎn)生的，學(xué)名為聚氨基葡萄糖。殼聚糖具有良好的成膜性、附著性、吸濕性和抗菌性[1，2]，因而其可用于食品工業(yè)作為無(wú)毒防腐劑和保濕劑。殼聚糖對(duì)環(huán)境無(wú)污染，在農(nóng)業(yè)上還有重要的應(yīng)用價(jià)值，其可作為土壤改良劑、降解性地膜、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑和抑菌劑[3，4]。海藻酸鈉是存在于褐藻類中的天然高分子聚合物，可作為水優(yōu)先透過(guò)的滲透蒸發(fā)膜材料，海藻酸鈉的成膜性被用于制備各種用途的膜材料，但是其膜質(zhì)脆和耐水性差的缺點(diǎn)，限制了其廣泛應(yīng)用。已有殼聚糖對(duì)小麥、玉米、大豆、花生、油菜等種子萌發(fā)的研究[5-9]，但殼聚糖與海藻酸鈉復(fù)合作為包衣劑對(duì)棉花種子的萌發(fā)及生長(zhǎng)的相關(guān)研究很少。為改造海藻酸鈉膜的缺點(diǎn)，將其和殼聚糖按不同比例進(jìn)行混合，尋找最適的成膜配比。本研究通過(guò)對(duì)殼聚糖、海藻酸鈉進(jìn)行不同配比處理，篩選具有良好成膜效果的復(fù)合膜，并研究其對(duì)棉花種子萌發(fā)以及生理生化指標(biāo)的影響，為其在種衣劑上的應(yīng)用提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試種子：脫絨棉花種子（魯棉13號(hào)），由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所提供。

供試藥品：殼聚糖、海藻酸鈉、水溶性淀粉、染色劑、苯酚、丙酮、濃硫酸、乙醇、NaCl等購(gòu)于濟(jì)南恒牛實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1復(fù)合膜的制備按照表1試驗(yàn)設(shè)計(jì)，取一定質(zhì)量的殼聚糖以及海藻酸鈉混合至水溶性淀粉濃度為1%（質(zhì)量體積比）的100 mL溶液中，28℃、250 r/min搖床6 h后取出，以單一海藻酸鈉膜作為對(duì)照。取5 mL復(fù)合膜液置于塑料培養(yǎng)皿中，用涂布器將其均勻分布在整個(gè)塑料培養(yǎng)皿上，室溫靜置6 h。

表1復(fù)合膜配比處理

處理編號(hào)殼聚糖（g）海藻酸鈉（g）殼聚糖∶海藻酸鈉C1515∶1C2414∶1C3313∶1C4212∶1C5111∶1C6010∶1

1.2.2水溶性測(cè)定將制備好的膜于室溫下干燥至恒重（4 h），用刀片取長(zhǎng)4.0 cm、寬2.0 cm的干燥復(fù)合膜放入稱量好的培養(yǎng)皿（W）稱重W0，然后浸入三級(jí)水中18 h，取出后再干燥至恒重，稱其重量W1，計(jì)算其水溶性，重復(fù)3次。

Q水溶性=（W0- W1）/（W0- W）。

1.2.3透水性測(cè)定用毛筆將成膜劑均勻地涂抹在直徑為9 cm的濾紙表面上，干燥后將涂有成膜劑一面朝下蓋在事先稱重的干凈培養(yǎng)皿上，用移液槍將3 mL水滴在濾紙片表面，1 h后稱培養(yǎng)皿重量，計(jì)算濾紙中滲下水重量，重復(fù)3次。

1.2.4脫落率測(cè)定每100 mL膜液中加入4～5滴染色劑搖勻，將200粒脫絨的棉花種子放入含有膜液的錐形瓶中，晃動(dòng)5 min，在攤開(kāi)的紗布上邊移動(dòng)邊倒膜液，使棉花種子均勻分散在紗布上，室溫晾干，重復(fù)3次。

脫落率（%）=未染色種子數(shù)/總種子數(shù)×100。

1.2.5棉花種子的處理及培養(yǎng)取籽粒飽滿的棉花種子，蒸餾水沖洗3遍后晾干，然后用篩選的復(fù)合膜對(duì)其進(jìn)行包衣。待膜晾干后，分別播種在裝有基質(zhì)的塑料盆中，每處理6個(gè)重復(fù)，每重復(fù)10粒種子，恒溫培養(yǎng)箱25℃發(fā)芽培養(yǎng)，同時(shí)每個(gè)處理分別選取60粒種子放在培養(yǎng)皿上，每天補(bǔ)充水分，測(cè)其發(fā)芽勢(shì)以及發(fā)芽率。

發(fā)芽勢(shì)（%）=4 d發(fā)芽數(shù)/種子數(shù)×100；

發(fā)芽率（%）=12 d發(fā)芽數(shù)/種子數(shù)×100。

1.2.6棉花幼苗生化指標(biāo)的測(cè)定葉綠素含量的測(cè)定[10]：準(zhǔn)確稱取一定量培養(yǎng)14 d的幼苗葉片，用80%丙酮提取，于663、645 nm處測(cè)定吸光度，用公式C=8.02×OD663+20.21×OD645計(jì)算葉綠素的含量。

可溶性蛋白的測(cè)定[11]：準(zhǔn)確稱取一定量培養(yǎng)14 d幼苗地上部分，用0.15 mol/L NaCl溶液提取，于260、280 nm處測(cè)定吸光度，用公式C=1.55×OD280-0.76×OD260計(jì)算可溶性蛋白質(zhì)的含量。

可溶性糖的測(cè)定[11]：取一定量培養(yǎng)14 d的幼苗葉片，在110℃烘15 min，然后調(diào)至70℃過(guò)夜，準(zhǔn)確稱取50.0 mg，用80%乙醇提取，吸取提取液0.50 mL，加入水0.50 mL、5%苯酚1 mL和濃硫酸5 mL，搖勻，靜置15 min，在490 nm處測(cè)其吸光度。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2007軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及作圖。

2結(jié)果與分析

2.1不同配比復(fù)合膜的成膜特性比較

由圖1可以看出，當(dāng)殼聚糖與海藻酸鈉的配比為3∶1時(shí)，復(fù)合膜的水溶性最好；當(dāng)二者的配比為5∶1、4∶1時(shí)膜的水溶性較好；當(dāng)二者的配比為1∶1時(shí)復(fù)合膜的水溶性與單一的海藻酸鈉膜水溶性近似。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)復(fù)合膜中殼聚糖具有較高的濃度時(shí)，復(fù)合膜的水溶性均比單一海藻酸鈉膜的好。

通過(guò)膜透水性的測(cè)定（圖1）可以看出，當(dāng)二者配比為3∶1、4∶1時(shí)膜的透水性較好，其余配比膜的透水性均比單一海藻酸鈉膜的好。在一定范圍內(nèi)，當(dāng)殼聚糖的濃度較高時(shí)，膜的透水性較高。

由圖1看出，殼聚糖與海藻酸鈉各濃度配比之間的脫落率差距不明顯，當(dāng)濃度配比為2∶1和為1∶1時(shí)，復(fù)合膜的脫落率比單一膜（對(duì)照）的略高，配比為5∶1、4∶1和3∶1時(shí)，脫落率與對(duì)照C6近似，無(wú)明顯差異。

綜合膜的水溶性、透水性以及脫落率的測(cè)定結(jié)果可看出，復(fù)合膜配比為3∶1和4∶1時(shí)膜的綜合性能較好。

透水性及脫落率比較

2.2不同復(fù)合膜包衣對(duì)棉花種子發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽率的影響

為測(cè)定膜對(duì)棉花種子萌發(fā)以及苗期生長(zhǎng)的影響，分別用以上不同配比的復(fù)合膜對(duì)棉花種子進(jìn)行包衣，檢測(cè)最適合種子生長(zhǎng)發(fā)育的膜配比，以未包衣種子作對(duì)照（C7）。從圖2中可以看出，殼聚糖與海藻酸鈉配比為3∶1（C3）時(shí)，棉花種子的發(fā)芽勢(shì)最高，隨著殼聚糖濃度的降低，棉花種子的發(fā)芽勢(shì)逐漸降低；單一膜處理棉種的發(fā)芽勢(shì)比空白對(duì)照的低。播種12 d測(cè)其發(fā)芽率，結(jié)果（圖3）表明，復(fù)合膜的發(fā)芽率要高于單一膜的發(fā)芽率；單一膜的發(fā)芽率與未包衣棉花種子的發(fā)芽率無(wú)明顯差異。當(dāng)殼聚糖與海藻酸鈉的濃度配比為3∶1（C3）時(shí)，棉花種子發(fā)芽率最高。

棉種發(fā)芽率比較

2.3不同復(fù)合膜包衣對(duì)棉花幼苗葉綠素、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影響

2.3.1葉綠素含量葉綠素含量是衡量植物光合能力的重要指標(biāo)，其含量越高植株的光合能力越強(qiáng)，合成物質(zhì)越多，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)越快[12]。從表2中可以看出，在一定范圍內(nèi)，隨著殼聚糖與海藻酸鈉濃度配比降低，棉花幼苗葉綠素含量逐漸增加，當(dāng)其二者配比為3∶1時(shí)，幼苗葉綠素含量達(dá)到最高；隨著殼聚糖含量的減少，棉花幼苗葉綠素含量逐漸減少，但仍比未包衣的棉花幼苗的含量高。殼聚糖溶液在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)棉花葉綠素含量的提高具有促進(jìn)作用，有利于棉株光合能力的提高，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，從而促進(jìn)棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，為植株后期生長(zhǎng)和產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)。

2.3.2可溶性蛋白含量植物幼苗的可溶性蛋白大多數(shù)是參與各種代謝的酶類，其含量是衡量植物總代謝的一個(gè)重要指標(biāo)[13]。從表2中可以看出，包衣后的棉花種子，其幼苗的可溶性蛋白均比未包衣的對(duì)照C7高；在一定范圍內(nèi)，隨著殼聚糖與海藻酸鈉濃度配比降低，其可溶性蛋白含量增加，當(dāng)殼聚糖與海藻酸鈉的配比為3∶1時(shí)（C3），幼苗的可溶性蛋白含量達(dá)到最高，之后隨著殼聚糖與海藻酸鈉濃度配比降低，棉花幼苗可溶性蛋白含量減少，海藻酸鈉對(duì)幼苗可溶性蛋白的形成表現(xiàn)出抑制作用。

2.3.3可溶性糖含量可溶性糖是種子萌發(fā)過(guò)程中的能源物質(zhì)、碳源物質(zhì)，在一定程度上能反映植物各組織器官中的營(yíng)養(yǎng)狀況。從表2中可以看出，殼聚糖濃度過(guò)高對(duì)棉苗可溶性糖形成表現(xiàn)出抑制作用，殼聚糖與海藻酸鈉配比為5∶1的C1處理可溶性糖含量最低，僅為9.60 mg/g，但隨著殼聚糖與海藻酸鈉濃度配比降低，幼苗可溶性糖含量增加，當(dāng)殼聚糖與海藻酸鈉的配比為3∶1時(shí)，幼苗可溶糖含量最高；之后隨著殼聚糖含量的降低，幼苗可溶性糖含量又隨之減少。因此，本試驗(yàn)結(jié)果表明殼聚糖與海藻酸鈉配比為3∶1時(shí)效果最佳。

殼聚糖促進(jìn)作物生長(zhǎng)可能是通過(guò)調(diào)控內(nèi)源激素水平影響酶的含量以及活性實(shí)現(xiàn)的，也可能是通過(guò)其在代謝途徑中形成一些低聚糖來(lái)調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)。殼聚糖促進(jìn)小麥、玉米、大豆等種子萌發(fā)以及幼苗生長(zhǎng)的研究不少，但是殼聚糖與海藻酸鈉制備包衣處理棉花種子的研究較少。殼聚糖對(duì)棉花種子萌發(fā)以及幼苗生長(zhǎng)的作用機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣小姝，莫海濤，蘇海佳，等.甲殼素及殼聚糖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域方面的應(yīng)用[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2013，29（6）：170-174.

[2]馮夢(mèng)凰，鄧聯(lián)東，張曉麗，等.聚乙二醇單甲醚接枝殼聚糖的合成及結(jié)構(gòu)表征[J].化學(xué)工藝與工程，2005，22（2）：79-82.

[3]陸建農(nóng).殼聚糖在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].中國(guó)植保導(dǎo)刊，2008，28（2）：16-17.

[4]劉貴智，朱英波，杜金有，等.殼聚糖在農(nóng)業(yè)上應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2007，23（8）：337-380.

[5]楊越冬，周永國(guó)，齊印閣，等.殼聚糖對(duì)冬小麥種子萌發(fā)過(guò)程中生理活性影響[J].種子，2002，21（3）：3-5.

[6]周天，胡永軍，姜坤，等.殼聚糖對(duì)玉米種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響[J].吉林農(nóng)業(yè)科學(xué)，2004，29（3）：8-10，18.

[7]周永國(guó)，楊越冬，齊印閣，等.殼聚糖對(duì)花生種子萌發(fā)過(guò)程中某些生理活性的影響[J].花生學(xué)報(bào)，2002，31（1）：22-25.

[8]姜虎生，石德成.殼聚糖對(duì)大豆種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響[J].河南師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，34（2）：117-119.

[9]隋雪燕，周澤林，張文清，等.殼聚糖包衣對(duì)油菜種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)以及幾個(gè)生理生化指標(biāo)的影響[J].植物生理學(xué)通訊，2002，38（2）：225-227.

[10]湯章城，魏家綿，陳因，等.現(xiàn)代植物生理實(shí)驗(yàn)指南[M].北京：科學(xué)出版社，1999：95-96.

[11]張志良，瞿偉菁.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，2002：127-128，160-169.

[12]孫惠晶，王齊，郭紅，等.不同栽培基質(zhì)下碧玉蘭光合指標(biāo)日變化研究[J].亞熱帶植物科學(xué)，2011，20（4）：16-19.

[13]褚衍亮，王娜，張步軍.一株放線菌代謝物對(duì)桑種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)的影響[J].種子，2011，30（11）：56-59.山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)2017，49（11）：86～90Shandong Agricultural Sciences山 東 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué)第49卷第11期楊陽(yáng)，等：利用核桃青皮渣為主料制備生物有機(jī)肥及在葡萄上的應(yīng)用DOI：10.14083/j.issn.1001-4942.2017.11.016

收稿日期：2017-05-18

基金項(xiàng)目：山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“核桃青皮資源化高效利用技術(shù)及在葡萄生產(chǎn)中的防控技術(shù)研究（2014GGH213003）”

作者簡(jiǎn)介：楊陽(yáng)（1982—），女，黑龍江拜泉人，碩士，農(nóng)藝師，主要從事葡萄栽培、葡萄營(yíng)養(yǎng)生理研究。E-mail：feixiang0507@126.com

通訊作者：湯小寧（1964—），女，山東榮成人，研究員，主要從事葡萄栽培與釀酒、葡萄生物防控技術(shù)研究。E-mail：sdjjxyty@126.com