殼寡糖對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)·果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

石曉倩，張海軍，王尚龍，劉自民，曹廷鋒，任慧慧*

(1.青島琛藍(lán)生物科技有限公司，山東青島 266200；2.青島琛藍(lán)健康產(chǎn)業(yè)集團(tuán)有限公司，山東青島 266100；3.青島頤圣康和生物制藥有限公司，山東青島 266200)

殼寡糖(chitosan oligosaccharides，COS)是一類低聚合度水溶性糖類活性物質(zhì)，是自然界大量存在的唯一帶正電荷的陽離子堿性氨基低聚糖，由2～20個(gè)氨基葡萄糖通過β-(1，4)-糖苷鍵連接構(gòu)成，化學(xué)式為(C6H11O4N)n，分子量≤3 500 D[1]。殼寡糖易溶于水，無毒、安全、環(huán)保，具有較好的生物活性，容易被生物機(jī)體吸收，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、廢水處理和日用生活品等領(lǐng)域[2]。農(nóng)業(yè)用殼寡糖作為一種新型植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，具有促進(jìn)作物生長(zhǎng)、提高作物品質(zhì)、增強(qiáng)作物抗逆性、減少農(nóng)藥使用量、環(huán)保無公害等特點(diǎn)，符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中綠色植保理念，在農(nóng)業(yè)種植領(lǐng)域引起人們的廣泛關(guān)注[3]。

殼寡糖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，可作為種子處理劑，具有促進(jìn)種子萌發(fā)和作物生長(zhǎng)的特點(diǎn)。研究表明，殼寡糖可促進(jìn)小麥[4]、玉米[5]等種子的萌發(fā)和植株的生長(zhǎng)，提高番茄種子發(fā)芽勢(shì)、種子活力等[6]。殼寡糖處理種子的濃度因作物品種不同而有所差異，在一定的濃度范圍內(nèi)對(duì)種子進(jìn)行處理，種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率及發(fā)芽指數(shù)與殼寡糖處理濃度呈正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)殼寡糖處理濃度過高時(shí)，種子萌發(fā)各項(xiàng)指標(biāo)影響不顯著甚至呈負(fù)相關(guān)關(guān)系[7]。殼寡糖作為植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑可有效提高植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力和逆境脅迫的抵抗能力。研究顯示，目前殼寡糖主要與營(yíng)養(yǎng)元素，如氮、磷、鉀、腐殖酸、微量元素等復(fù)合肥料配制后沖施和葉面噴施，或者與生物有機(jī)肥發(fā)酵后產(chǎn)物進(jìn)行復(fù)配后施用，可有效提高作物產(chǎn)量及品質(zhì)[8]。趙肖瓊等[9]研究表明，100 mg/L殼寡糖處理后的小白菜可緩解1.2% NaCl脅迫，提高抗氧化能力，主要表現(xiàn)為株高、根長(zhǎng)、干物質(zhì)積累量、葉綠素等較對(duì)照顯著提高，硝酸鹽含量顯著下降。

目前關(guān)于殼寡糖在種子萌發(fā)、作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和品質(zhì)方面的研究已有大量研究，但關(guān)于殼寡糖不同配施方式在番茄產(chǎn)量和品質(zhì)方面的研究較少。鑒于此，筆者以青島頤圣康和生物制藥有限公司的殼寡糖為原料，以“齊達(dá)利”番茄種子為試驗(yàn)材料，設(shè)置不同殼寡糖處理濃度和配施方式，探索殼寡糖對(duì)番茄種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)等方面的影響，為殼寡糖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng)用提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況試驗(yàn)于2019年7—12月在山東省青島市平度市南村鎮(zhèn)崖頭村綠色蔬菜生產(chǎn)基地(120°16′E，36°59′N)進(jìn)行。供試場(chǎng)地土壤堿解氮163.8 mg/kg，速效磷42.391 mg/kg，速效鉀329.4 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料供試品種為“齊達(dá)利”番茄。殼寡糖分子量1 024 Da，水分≤10.0%，灰分≤1.0%(青島頤圣康和生物制藥有限公司，批號(hào)N-190604)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)番茄種子萌發(fā)試驗(yàn)以純水處理組為對(duì)照(CK)，設(shè)置殼寡糖濃度分別為25 mg/L(T1)、50 mg/L(T2)、100 mg/L(T3)、150 mg/L(T4)，采用培養(yǎng)皿進(jìn)行培養(yǎng)。每個(gè)培養(yǎng)皿播種50粒，每個(gè)處理重復(fù)3次，對(duì)種子發(fā)芽率、脫帽率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，培養(yǎng)6 d后對(duì)種苗胚根和胚芽長(zhǎng)度、干鮮重進(jìn)行測(cè)定。

番茄幼苗試驗(yàn)以正常施肥為對(duì)照(CK1)，設(shè)置殼寡糖濃度分別為25 mg/L(F1)、50 mg/L(F2)、100 mg/L(F3)、150 mg/L(F4)，采用基質(zhì)進(jìn)行培養(yǎng)， 所用基質(zhì)為德國(guó)太陽花營(yíng)養(yǎng)土，pH 5.5～6.5，種子直播于72孔的穴盤中，每個(gè)處理重復(fù)3次。待番茄子葉展平后，每天早上進(jìn)行殼寡糖水溶肥混合液的噴施，其他管理措施保持一致。每隔5 d對(duì)番茄幼苗株高、莖粗、葉片數(shù)、干重、鮮重進(jìn)行測(cè)定，共培養(yǎng)20 d。

番茄成苗試驗(yàn)以正常施肥(不添加殼寡糖)為對(duì)照(CK2)，設(shè)置4個(gè)處理，分別為水溶肥配施殼寡糖(S1)、葉面肥配施殼寡糖(S2)、?；ū９麆┡涫す烟?S3)、全生育期配施殼寡糖(S4)；殼寡糖用量為水溶肥2.5‰、葉面肥2.0%、?；ū９麆?.5‰。番茄坐果前施用水溶肥(含腐殖酸≥3%，12-5-3)、微生物肥(枯草芽孢桿菌，活菌數(shù)≥20億/g)和葉面肥(20-20-20)，坐果后施用高鉀水溶肥(17-9-34)、葉面肥(10-2-40+TE)、鐵肥(≥13%)和?；ū９麆?。2019年8月2日，將番茄幼苗定植于日光溫室內(nèi)，采用大小行定植，雙行栽培，大行距140 cm，小行距60 cm，株距30 cm，每行25棵，每個(gè)處理2個(gè)畦子，共4行。番茄苗定植后緩苗7 d，于8月10日開始進(jìn)行追肥，每隔7 d追肥一次，11月改為15 d追肥一次，截至12月9日，共施肥15次，其他管理措施保持一致，番茄果實(shí)成熟后對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行測(cè)定。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法生長(zhǎng)指標(biāo)：參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)；待幼苗長(zhǎng)至子葉展平后，每個(gè)處理選擇6株長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗，分別于0、5、10、15、20 d測(cè)定幼苗株高(采用直尺測(cè)定)、莖粗(采用游標(biāo)卡尺測(cè)定)和葉片數(shù)；20 d后每個(gè)處理選取3株番茄秧苗，對(duì)根、莖、葉干鮮重進(jìn)行稱量，計(jì)算根冠比和壯苗指數(shù)。

產(chǎn)量：每株留6穗果，果實(shí)成熟后進(jìn)行采摘，按行采收，每行采收的番茄分別稱重，統(tǒng)計(jì)單果重和單株產(chǎn)量。

品質(zhì)：可溶性固形物含量采用阿貝折光儀直接測(cè)定，維生素C含量采用分光光度計(jì)法測(cè)定，有機(jī)酸含量采用酸堿綜合滴定法測(cè)定，游離氨基酸含量采用高效液相色譜法測(cè)定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測(cè)定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán) G-250 染色法測(cè)定，番茄紅素含量采用高效液相色譜法測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度殼寡糖對(duì)番茄種子萌發(fā)的影響由圖1可知，與對(duì)照相比，添加殼寡糖可提高番茄種子的發(fā)芽率。培養(yǎng)第2天時(shí)，與對(duì)照相比，50、100、150 mg/L殼寡糖處理的番茄種子發(fā)芽率顯著提高，增幅分別為70.0%、62.5%和65.0%；培養(yǎng)第3天時(shí)，所有處理的番茄種子發(fā)芽率均達(dá)90%以上，處理組間無顯著差異。在培養(yǎng)第5天和第6天時(shí)，與對(duì)照相比，50 mg/L殼寡糖處理可顯著提高番茄種子的脫帽率(圖2)，增幅分別為68.4%和50.9%。

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

注：不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)

殼寡糖處理組番茄種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均高于對(duì)照組(表1)。50、100、150 mg/L殼寡糖處理組番茄種子活力指數(shù)分別為116.57、131.83和165.02，均顯著高于對(duì)照組(101.63)，各處理組間發(fā)芽指數(shù)無顯著差異。綜上所述，50、100、150 mg/L殼寡糖處理均可促進(jìn)番茄種子的早期萌發(fā)，其中，50 mg/L殼寡糖對(duì)番茄種子發(fā)芽率和脫帽率的促進(jìn)效果最佳。

表1 不同濃度殼寡糖對(duì)番茄種子萌發(fā)的影響

2.2 不同濃度殼寡糖對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響由圖3可知，番茄幼苗定植后，整體株高隨定植時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，定植5 d時(shí)，25、50、100 mg/L殼寡糖處理下番茄幼苗株高均顯著高于對(duì)照；定植20 d時(shí)，與對(duì)照相比，F(xiàn)2、F3處理可顯著提高番茄幼苗的株高，增幅分別為28.1%和32.5%。4個(gè)處理組的莖粗在定植后均顯著高于對(duì)照組，定植20 d時(shí)，與對(duì)照組相比，F(xiàn)4處理組莖粗提高效果最好，增幅為15.5%。平均葉片數(shù)隨著番茄幼苗生育期的延長(zhǎng)而上升，定植20 d時(shí)，處理組葉片數(shù)均高于對(duì)照組，其中以F3處理組葉片數(shù)最多。上述結(jié)果表明，殼寡糖處理能夠有效提高番茄幼苗株高、莖粗和葉片數(shù)，其中株高、葉片數(shù)以F3處理組效果最好，F(xiàn)4處理組對(duì)莖粗提高效果最佳。

圖3 不同濃度殼寡糖處理對(duì)番茄幼苗株高、莖粗和葉片數(shù)的影響

2.3 不同濃度殼寡糖對(duì)番茄幼苗生物量的影響植株生物量可以體現(xiàn)植株當(dāng)前的生長(zhǎng)情況，壯苗指數(shù)是衡量植株質(zhì)量的重要數(shù)據(jù)。從表2可以看出，不同濃度殼寡糖處理?xiàng)l件下，番茄幼苗地上部生物量、地下部生物量和壯苗指數(shù)差異較大。不同濃度殼寡糖處理下番茄幼苗生物量和壯苗指數(shù)均高于對(duì)照處理，F(xiàn)2、F3處理組提高效果相對(duì)較好。地上部鮮重以50 mg/L殼寡糖處理組最高，與對(duì)照相比提高了70.0%；地上部干重以50、100 mg/L殼寡糖處理組最高，與對(duì)照相比提高了77.3%；地下部鮮重和干重均以100 mg/L殼寡糖處理組最高，與對(duì)照相比分別提高了80.3%和87.0%?？傮w來看，F(xiàn)2和F3處理組對(duì)番茄幼苗生物量提高效果最好，地下部鮮重和干重與地上部呈較好的相關(guān)性，說明不同濃度殼寡糖處理番茄幼苗對(duì)其根冠生長(zhǎng)的影響較為一致。壯苗指數(shù)方面，F(xiàn)1～F4處理組均顯著高于對(duì)照處理，不同濃度殼寡糖處理間無顯著差異。

表2 不同濃度殼寡糖對(duì)番茄幼苗地上部和地下部發(fā)育的影響

2.4 不同濃度殼寡糖對(duì)番茄品質(zhì)的影響由表3可知，與對(duì)照相比，水溶肥配施殼寡糖(S1)可顯著提高番茄果實(shí)中有機(jī)酸、游離氨基酸、可溶性蛋白和番茄紅素含量，增幅分別為24.1% 、16.3%、75.8%和79.7%；葉面肥配施殼寡糖(S2)可顯著提高番茄果實(shí)中抗壞血酸、有機(jī)酸、可溶性蛋白和番茄紅素含量，與對(duì)照相比增幅分別為22.5%、27.6%、35.2%和30.6%；保花保果劑配施殼寡糖(S3)可顯著提高番茄果實(shí)中有機(jī)酸、游離氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白和番茄紅素含量，與對(duì)照相比增幅分別為37.9%、47.0%、28.3%、130.8%和122.0%；番茄全生育期配施殼寡糖處理組(S4)番茄果實(shí)中可溶性固形物、抗壞血酸、有機(jī)酸、游離氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白和番茄紅素含量均顯著高于對(duì)照組，增幅分別為17.5%、27.1%、17.2%、41.2%、73.3%、138.5%和178.3%。總體來看，不同施肥方式配施殼寡糖對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)具有較好提升效果，其中，全生育期配施殼寡糖(S4)對(duì)番茄品質(zhì)提高效果最好。

表3 殼寡糖對(duì)番茄果實(shí)品質(zhì)的影響

2.5 不同濃度殼寡糖對(duì)番茄產(chǎn)量的影響由表4可知，?；ū９麆┡涫す烟翘幚斫M(S3)番茄單株坐果數(shù)最多，與對(duì)照相比差異顯著；對(duì)照組平均單果重和單株產(chǎn)量均顯著低于其他4個(gè)處理，其中，平均單果重最高的為全生育期配施殼寡糖處理組(S4)，與對(duì)照相比提高了24.7%；單株產(chǎn)量最高的為水溶肥配施殼寡糖處理組(S1)，增產(chǎn)率為39.16%。綜上所述，殼寡糖可有效促進(jìn)番茄果實(shí)的生長(zhǎng)，提高番茄產(chǎn)量。

表4 殼寡糖對(duì)番茄果實(shí)產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論與討論

殼寡糖無毒、無害、資源豐富，目前在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中是一種寶貴的資源[2]。顧麗嬙[6]研究表明，適宜濃度殼寡糖處理可提高番茄種子的發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、根鮮重、胚芽鮮重和活力指數(shù)，殼寡糖促進(jìn)番茄種子萌發(fā)的最適濃度為150 mg/L。曾糧斌等[10]研究表明，適宜濃度殼寡糖可促進(jìn)亞麻種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、幼苗活力指數(shù)和胚根的提高，但不同亞麻種子品種對(duì)殼寡糖耐受濃度不一致。扈學(xué)文等[11]研究表明，不同分子量殼寡糖對(duì)黑麥草種子發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均有提高作用。袁建平等[4-5]研究表明殼寡糖對(duì)小麥、玉米具有生長(zhǎng)調(diào)節(jié)作用，0.1 mg/L 殼寡糖可明顯促進(jìn)小麥種子胚芽、胚根生長(zhǎng)，對(duì)幼苗根系活力有顯著提高效果。該研究結(jié)果顯示，50 mg/L殼寡糖可促進(jìn)番茄種子的早期萌發(fā)，且對(duì)番茄幼苗生物量、壯苗指數(shù)均有明顯提高效果，100 mg/L殼寡糖能夠明顯提高番茄幼苗株高和葉片數(shù)，150 mg/L殼寡糖對(duì)番茄幼苗莖粗的提高具有較好的效果。這與前人研究結(jié)果不一致[6]，結(jié)合曾糧斌等[10]的研究猜測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果的差異可能與番茄種子品種、殼寡糖加工工藝不同有關(guān)。

殼寡糖可作為一種新型的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，有效提高植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力，較其他植物刺激素更為安全。目前研究證實(shí)，施用殼寡糖可提高花生[12]、大豆[13]、蜜柑[14]等作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，該試驗(yàn)結(jié)果顯示，水溶肥、葉面肥、?；ū９麆┖头讶谂涫す烟蔷鶎?duì)番茄產(chǎn)量有顯著的提高效果，番茄果實(shí)中可溶性固形物、抗壞血酸、有機(jī)酸、游離氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白和番茄紅素含量同樣顯著上升，這與前人研究結(jié)果較為一致。此外，朱瀟婷等[15]研究發(fā)現(xiàn)，殼寡糖噴施或灌根在促進(jìn)葡萄著色方面效果顯著。該研究結(jié)果顯示添加殼寡糖可顯著提高番茄果實(shí)中番茄紅素含量，番茄紅素是番茄的重要活性部分，在成熟且顏色深的番茄中含量較高[16]，但殼寡糖與果實(shí)色素積累之間的聯(lián)系還有待進(jìn)一步研究。綜上所述，殼寡糖對(duì)番茄種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、產(chǎn)量增長(zhǎng)和品質(zhì)改善等方面均有不同程度的促進(jìn)效果，該研究為殼寡糖在綠色健康發(fā)展的農(nóng)業(yè)領(lǐng)域提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。