殼聚糖對(duì)葡萄幼苗養(yǎng)分吸收的影響

黃 泳，陳 松，陳慶東，陳慶華，范中菡，夏 丹，廖明安，林立金，胡容平

（1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610066；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，成都 611130；3.四川省食用菌研究所，成都 610066）

殼聚糖又稱為脫乙酰幾丁質(zhì)，具有無(wú)毒無(wú)味、來(lái)源廣泛、環(huán)境相容性好、易降解等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景十分廣闊［1］。將海鮮、河鮮的外殼經(jīng)一定方法提取甲殼素再經(jīng)脫乙酰制成殼聚糖，并加以合理利用，不僅提高了資源的利用效率，而且減輕了環(huán)境的壓力，有利于推動(dòng)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。施用殼聚糖能夠促進(jìn)種子萌發(fā)、植株生長(zhǎng)，提高果實(shí)品質(zhì)，改善土壤環(huán)境、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收，提高植物抗逆性［2-4］。中國(guó)研究殼聚糖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用起步較晚［5］。已有研究表明，無(wú)論是將殼聚糖直接施用于土壤還是與其他有機(jī)肥混施，都將對(duì)土壤環(huán)境及土壤養(yǎng)分狀況產(chǎn)生顯著影響［6］。殼聚糖本身含有大量的C、N 元素，經(jīng)微生物分解后可供植物利用［7］。施用殼聚糖可以增加土壤中的微量元素有效態(tài)養(yǎng)分、鉀和速效磷含量［8-10］。殼聚糖因具有調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)、增強(qiáng)植株抗病力、增加產(chǎn)量和提高果實(shí)品質(zhì)等功能已經(jīng)開始應(yīng)用于果樹的生長(zhǎng)調(diào)控［11］，現(xiàn)已成為研究熱點(diǎn)。如采用殼聚糖噴施番木瓜的最佳濃度為0.5 mg/mL，其果實(shí)可溶性糖含量最高，品質(zhì)和風(fēng)味最佳［12］；而在噴施番茄葉面時(shí)，以分子質(zhì)量為1 320 kDa、1.25 mg/mL的殼聚糖對(duì)番茄植株生長(zhǎng)促進(jìn)效果最明顯［13］。研究發(fā)現(xiàn)，低分子質(zhì)量殼聚糖能有效抑制獼猴桃灰霉病［14］，外源殼聚糖可有效緩解鹽脅迫下小麥種子的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)［15］。

葡萄（Vitis viniferaL.）是一類經(jīng)濟(jì)價(jià)值很高的水果，深受消費(fèi)者的青睞［16］。除鮮食外，葡萄還被加工成葡萄酒、葡萄汁、葡萄干、葡萄籽油等常見產(chǎn)品［17］。盡管目前中國(guó)葡萄生產(chǎn)已取得巨大進(jìn)展，但還存在栽培管理標(biāo)準(zhǔn)化程度低以及農(nóng)藥、化肥和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑使用不合理等問(wèn)題。葡萄品質(zhì)與世界頂級(jí)產(chǎn)品還存在一定差距，國(guó)際影響力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力也有待提高［18］。鑒于此，本研究以葡萄幼苗為材料，對(duì)其噴施不同濃度殼聚糖，探討殼聚糖對(duì)葡萄幼苗養(yǎng)分吸收的影響，以期篩選出有利于葡萄幼苗養(yǎng)分吸收的殼聚糖濃度，為殼聚糖在葡萄生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試葡萄品種為夏黑，材料來(lái)源于四川農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)研發(fā)基地夏黑葡萄園。試驗(yàn)使用一年生扦插苗。

供試殼聚糖購(gòu)自南京熙美諾生物科技有限公司，脫乙酰度為75%，分子質(zhì)量為75 kDa。

供試土壤為潮土，基本理化性質(zhì)為：pH 7.71，有機(jī)質(zhì)15.29 g/kg，全氮0.85 g/kg，全磷11.88 g/kg，全鉀15.38 g/kg，堿解氮87.99 mg/kg，速效磷55.78 mg/kg，速效鉀41.96 mg/kg，水溶性鈣21.32 mg/kg，水溶性鎂2.845 mg/kg，水溶性鉀1.626 mg/kg，水溶性鈉2.938 mg/kg［19］。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2019 年2—8 月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)（成都校區(qū)）進(jìn)行。2019 年2 月下旬，稱取3.0 kg 過(guò)5 mm 篩后的土壤裝入塑料盆（直徑15 cm、高18 cm）中，從底部托盤灌水，使盆中土壤完全濕潤(rùn)，備用。2019年3 月中下旬，選擇生長(zhǎng)健壯、無(wú)病蟲害且長(zhǎng)勢(shì)基本一致的一年生葡萄扦插苗（株高約15 cm，1 個(gè)芽），洗凈附著在根上的基質(zhì)，移栽至塑料盆中。每盆移栽3 株葡萄幼苗。葡萄幼苗置于光照培養(yǎng)室培養(yǎng)，光照培養(yǎng)室設(shè)置為：白天（24±0.5）℃，夜晚（10±0.5）℃，光照/黑暗各12 h，光照度為10 000 lx。待葡萄幼苗緩苗15 d 后，對(duì)葡萄幼苗整株分別噴施0、1、2、4、6 g/L 的殼聚糖溶液（配制方法：稱取12 g 的水溶性殼聚糖，用清水定容至2 L，不斷攪拌2 h 至溶液完全溶解透明，再稀釋制得濃度為分別1、2、4、6 g/L的殼聚糖溶液）［13］，以噴施去離子水的為對(duì)照（0 g/L），共5 個(gè)處理，每處理3 次重復(fù)，每盆葡萄為1 個(gè)重復(fù)，共15 盆葡萄幼苗。2019 年4 月8 日起，每隔7 d 噴1次，每次每個(gè)處理共噴施60 mL 殼聚糖溶液，共噴施3 次。每次噴施均在上午9：00—10：00 進(jìn)行，噴施時(shí)將殼聚糖溶液均勻噴布于葡萄幼苗正反葉面及莖稈上，以葉面濕潤(rùn)不滴液為度，將不同濃度殼聚糖處理隔開，防止交叉影響。各盆葡萄幼苗（間距約15 cm）隨機(jī)擺放并不定期隨機(jī)調(diào)換位置，根據(jù)葡萄幼苗的需水情況及時(shí)澆水，保證土壤濕潤(rùn)，同時(shí)注意雜草的清除和病蟲害的防治。最后一次處理后10 d，于5月9 日，取樣測(cè)定葡萄幼苗植株氮、磷、鉀、鈣、鎂、鈉含量。土壤測(cè)定堿解氮、速效磷、速效鉀、鈣、鎂、鈉及土壤有機(jī)質(zhì)含量，電導(dǎo)率，pH 及土壤蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶、磷酸酶的活性。

1.3 項(xiàng)目測(cè)定方法

用凱氏定氮法測(cè)定氮含量，釩鉬酸銨比色法測(cè)定磷含量，火焰分光光度計(jì)測(cè)定鉀和鈉含量，三乙醇胺-氫氧化鈉比色法測(cè)定鈣和鎂含量［20］。土壤理化性質(zhì)測(cè)定參照文獻(xiàn)［19］和［21］進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0 進(jìn)行方差分析（Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較）。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼聚糖對(duì)葡萄幼苗大量元素含量的影響

從表1 可看出，殼聚糖處理可提高葡萄幼苗各部位氮、磷、鉀含量，在濃度為4 g/L 時(shí)根系、莖稈、葉片、地上部分和整株氮含量顯著高于對(duì)照，分別比對(duì)照增加28.02%、54.14%、28.01%、24.50%和25.53%，在殼聚糖濃度較低（1 g/L 和2 g/L）時(shí)，根系氮含量較對(duì)照顯著降低，葉片、地上部分和整株葡萄幼苗的氮含量較對(duì)照無(wú)顯著差異。殼聚糖處理后葡萄幼苗根系磷含量無(wú)顯著變化，但莖稈、葉片、地上部分及整株磷含量較對(duì)照增加，在殼聚糖濃度為4 g/L 時(shí)分別較對(duì)照增加40.13%、28.51%、32.11%和18.67%。殼聚糖對(duì)葡萄幼苗各部分鉀含量影響較大。其中根系、莖稈和整株鉀含量在殼聚糖濃度為4 g/L 顯著增高，較對(duì)照分別增加24.99%、14.13%和12.63%；就整株鉀含量而言，只有殼聚糖濃度為4 g/L 時(shí)較對(duì)照顯著增加，其他處理濃度對(duì)葡萄幼苗鉀含量無(wú)顯著影響。

表1 殼聚糖對(duì)葡萄幼苗大量元素含量的影響

2.2 殼聚糖對(duì)葡萄幼苗的中微量元素含量的影響

由表2 可知，殼聚糖在1~4 g/L 時(shí)葡萄幼苗的根系鈉含量較對(duì)照有所降低，在濃度為2 g/L 時(shí)根系鈉含量最低，較對(duì)照降低了38.34%。莖稈鈉含量在殼聚糖濃度為1 g/L 時(shí)顯著增加，較對(duì)照增加了58.78%。在殼聚糖濃度為4 g/L 時(shí)較對(duì)照顯著降低。葉片、地上部分和整株鈉含量在殼聚糖濃度為2 g/L時(shí)達(dá)最大值，分別較對(duì)照增加28.66%、30.43%和5.69%。葡萄幼苗的根系鈣含量在殼聚糖濃度為2 g/L 時(shí)較對(duì)照降低了25.37%，在濃度達(dá)6 g/L 時(shí)較對(duì)照增加24.28%。莖稈鈣含量在殼聚糖濃度為4 g/L時(shí)顯著高于對(duì)照，增加了67.11%；葉片和地上部分鈣含量較對(duì)照有所降低，且均在2 g/L 時(shí)達(dá)最低值，分別較對(duì)照下降29.27%和25.48%；就葡萄幼苗鈣含量而言，殼聚糖濃度為4 g/L 和6 g/L 時(shí)有利于葡萄幼苗鈣含量提高，而在低濃度（1~2 g/L）時(shí)不利于鈣的積累。殼聚糖噴施處理總體可提高葡萄幼苗的鎂積累量。就根系而言，殼聚糖濃度為1 g/L 時(shí)鎂含量較對(duì)照增加了60.77%，但2 g/L 時(shí)根系鎂含量較對(duì)照降低了50.99%，此后各濃度處理鎂含量有所回升但均不超過(guò)1 g/L 處理的值。莖稈鎂含量在殼聚糖濃度為2 g/L 和4 g/L 時(shí)顯著增高，較對(duì)照增加58.84%和40.78%；葉片、地上部分和整株鎂含量變化規(guī)律較為相似，均在殼聚糖濃度為1、2 和4 g/L 時(shí)顯著增加，葉片分別較對(duì)照增加了71.62%、68.30%和55.63%，地上部分分別增加了50.35%、59.44%和46.29%，整株分別較對(duì)照增加了69.83%、38.53%和35.34%，當(dāng)濃度達(dá)6 g/L 時(shí)又開始降低，但其含量仍高于對(duì)照。

2.3 殼聚糖對(duì)土壤養(yǎng)分有效態(tài)含量的影響

從表3 可見，適當(dāng)濃度殼聚糖處理有助于土壤養(yǎng)分含量的提高。殼聚糖處理后土壤堿解氮含量增高，在殼聚糖濃度為1 g/L 時(shí)達(dá)最大值，較對(duì)照增加59.19%。土壤速效磷含量在殼聚糖濃度為1~2 g/L時(shí)降低，4~6 g/L 時(shí)增高，在濃度為4 g/L 時(shí)達(dá)最高，較對(duì)照增加13.11%。土壤速效鉀含量均顯著高于對(duì)照，且在濃度6 g/L 時(shí)最高，較對(duì)照增加124.72%。施加殼聚糖處理后土壤中的水溶性鈣和水溶性鎂含量均增高，只有水溶性鈉含量出現(xiàn)不同程度的降低趨勢(shì)。殼聚糖處理后土壤水溶性鈣含量均顯著高于對(duì)照。土壤水溶性鎂含量在殼聚糖濃度為4 g/L時(shí)達(dá)最大值，較對(duì)照增加了27.27%。殼聚糖處理后土壤水溶性鈉含量較對(duì)照均顯著降低，且總體上隨殼聚糖濃度的增大逐漸降低，殼聚糖濃度為1、2、4 和6 g/L 時(shí)，較對(duì)照分別降低了14.55%、13.41%、15.83%和18.31%。

2.4 殼聚糖對(duì)土壤pH、有機(jī)質(zhì)和電導(dǎo)率的影響

由表4 可知，經(jīng)殼聚糖噴施處理后的葡萄幼苗栽培土壤的pH 降低，但各處理間的土壤pH 無(wú)顯著差異，說(shuō)明不同濃度處理對(duì)土壤pH 影響不顯著。土壤有機(jī)質(zhì)含量較對(duì)照均顯著增加。殼聚糖處理后土壤電導(dǎo)率有增加也有降低，殼聚糖濃度在6 g/L 時(shí)較對(duì)照顯著增加，2 g/L時(shí)較對(duì)照顯著降低。

表4 殼聚糖對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量、pH 和電導(dǎo)率的影響

2.5 殼聚糖對(duì)土壤酶活性的影響

由表5 可知，經(jīng)殼聚糖處理后的葡萄幼苗栽培土壤的蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和磷酸酶活性均增高，且均在殼聚糖濃度為4 g/L 時(shí)活性最強(qiáng)，此濃度下土壤的蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和磷酸酶活性分別較對(duì)照升高124.33%、197.83%、8.99%和68.29%。其次，殼聚糖濃度為2 g/L 時(shí)土壤蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和磷酸酶活性也較強(qiáng)，分別較對(duì)照升高72.99%、186.96%、6.22%和28.43%。

表5 殼聚糖對(duì)土壤酶活性的影響

3 小結(jié)與討論

殼聚糖水溶性能好，具有一般功能性寡聚糖的特點(diǎn)，寡聚糖可參與植物生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)的初級(jí)和次級(jí)代謝的反應(yīng)，從而調(diào)節(jié)植物根系、莖稈、葉片的生長(zhǎng)發(fā)育，達(dá)到促進(jìn)植株生長(zhǎng)的目的。已有研究表明，殼聚糖能在短時(shí)間內(nèi)促進(jìn)植物毛細(xì)根的生長(zhǎng)，而發(fā)達(dá)的根系有利于植物更好地進(jìn)行水分和養(yǎng)分的吸收［22］。楊峰［23］研究殼聚糖對(duì)蘋果幼苗生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明在一定范圍內(nèi)隨殼聚糖濃度增加其促進(jìn)效應(yīng)增強(qiáng)，當(dāng)殼聚糖濃達(dá)100 mg/L 時(shí)，蘋果幼苗生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài)最好，各項(xiàng)生理生長(zhǎng)指標(biāo)最佳，但濃度超過(guò)100 mg/L 時(shí)殼聚糖作用效果不再增大。

植物對(duì)殼聚糖的吸收不僅取決于植物本身的特性，還取決于土壤環(huán)境。在本試驗(yàn)中，對(duì)葡萄幼苗噴施殼聚糖后，土壤pH 降低，說(shuō)明噴施殼聚糖可調(diào)節(jié)土壤的酸堿度，這與胡祥等［24］研究殼聚糖可影響土壤pH 結(jié)果一致。原因可能是殼聚糖處理刺激了葡萄幼苗根系有機(jī)物質(zhì)的釋放，導(dǎo)致植物對(duì)陽(yáng)、陰離子吸收利用的不平衡性，也有可能是根際微生物產(chǎn)酸量增加，導(dǎo)致有機(jī)陽(yáng)離子的釋放，從而促進(jìn)了土壤有機(jī)酸的合成，降低土壤pH。土壤酶主要來(lái)源于植物根系分泌物和土壤微生物活動(dòng)［25-27］，試驗(yàn)所測(cè)定的4 種土壤酶與土壤中碳、磷和鉀循環(huán)及氧化還原代謝密切相關(guān)，其活性不僅影響土壤養(yǎng)分形態(tài)的變化，還能調(diào)節(jié)土壤養(yǎng)分對(duì)植物體的供給狀況［28，29］。在本試驗(yàn)結(jié)果中，經(jīng)殼聚糖噴施處理的葡萄幼苗栽培土壤中的蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和過(guò)氧化物酶在殼聚糖濃度為2~4 g/L 時(shí)活性顯著增高，表明適當(dāng)濃度的殼聚糖處理植物可提高其栽培土壤酶的活性，促進(jìn)葡萄幼苗對(duì)養(yǎng)分的吸收。

土壤氮、磷、鉀、鈣、鎂、鈉等速效養(yǎng)分含量受到土壤母質(zhì)、水分、微生物活動(dòng)以及施肥的影響，此外植物根系分泌物也會(huì)對(duì)土壤養(yǎng)分產(chǎn)生一定影響［30］。在本試驗(yàn)中，噴施殼聚糖后的葡萄幼苗栽培土壤養(yǎng)分較對(duì)照有不同程度的增加，土壤速效磷、水溶性鈣、水溶性鎂、土壤有機(jī)質(zhì)均在殼聚糖濃度為4 g/L時(shí)達(dá)最大，說(shuō)明4 g/L 殼聚糖處理可在一定程度上提高速效養(yǎng)分含量，增強(qiáng)土壤肥力。這與劉金鳳［10］使用殼聚糖處理番茄和小白菜后土壤速效養(yǎng)分含量顯著增加研究結(jié)果一致，原因可能是植物根系不斷向土壤中分泌大量有機(jī)物質(zhì)，形成根際沉積，為植物生長(zhǎng)提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)［25］。良好的土壤養(yǎng)分供應(yīng)也有利于植株根系的養(yǎng)分吸收，充足的養(yǎng)分吸收對(duì)維持植物結(jié)構(gòu)完整性和行使正常生理功能起重要的作用，任何養(yǎng)分的吸收發(fā)生變化都會(huì)對(duì)植物新陳代謝產(chǎn)生不利影響，從而影響植物正常生長(zhǎng)和產(chǎn)量形成［31］。氮、磷、鉀3 種必需礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素在調(diào)控植株生長(zhǎng)發(fā)育和作物產(chǎn)量形成中發(fā)揮著不可替代的作用，中微量元素是植物體內(nèi)具有較強(qiáng)專一性酶或輔酶的組成部分，在作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中也不可或缺［32］。本試驗(yàn)中，經(jīng)殼聚糖處理后，葡萄幼苗各部分及整株大量元素氮、磷、鉀均在殼聚糖濃度為4 g/L時(shí)含量達(dá)最大值，微量元素鎂也呈現(xiàn)不同程度的增加，葡萄幼苗根系、莖稈和葉片各部分養(yǎng)分含量隨濃度變化與土壤養(yǎng)分含量較為同步，且與生物量各部分表現(xiàn)的總體增減幅也較為相似。因此，4 g/L 的殼聚糖處理可促進(jìn)葡萄幼苗植株對(duì)養(yǎng)分的吸收。

綜上所述，噴施不同濃度殼聚糖處理葡萄幼苗后土壤養(yǎng)分有效性和土壤酶活性增加，為植株生長(zhǎng)創(chuàng)造了良好的土壤條件，葡萄幼苗各部分氮、磷、鉀、鎂含量也顯著增加，因而殼聚糖處理有利于葡萄幼苗植株大量元素和部分中微量元素的吸收和積累，且在殼聚糖濃度為4 g/L 時(shí)最有利于葡萄幼苗養(yǎng)分吸收。