水分脅迫下殼聚糖對菜豆種子萌發的影響

劉化濤，黃明鏡，黃學芳，韓彥龍，張偉

（山西省農業科學院旱地農業研究中心，太原030031）

水分脅迫下殼聚糖對菜豆種子萌發的影響

劉化濤，黃明鏡，黃學芳，韓彥龍，張偉

（山西省農業科學院旱地農業研究中心，太原030031）

針對生產中菜豆出苗難、保苗難等問題，在盆栽條件下，通過控制土壤水分來模擬干旱脅迫環境，研究了殼聚糖不同濃度和藥種比處理對菜豆種子萌發的影響；結果表明：殼聚糖能促進種子萌發，對菜豆種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數等均有提高作用，當濃度為2%、藥種比1:50時，發芽率最高；濃度為1.5%、藥種比1:50時的發芽勢最高，相同藥種比下，濃度為1.5%和2%的發芽指數最高；濃度為1.5%和2%、藥種比為1:50時，活力指數達到最大。因此，當殼聚糖濃度為1.5%～2%，藥種比為1:50時，其處理效果最好，可為菜豆抗旱種衣劑的進一步研究提供基礎。

殼聚糖；菜豆；萌發；水分脅迫

0 引言

殼聚糖(Chitosan)也叫脫乙酰幾丁質，是甲殼素的脫乙酰基產物，在自然界廣泛存在。殼聚糖是可再生資源，且無毒無害、制備簡單，是新型的環保型材料，正廣泛應用于農業、工業、生物醫學等領域[1-4]。研究發現，殼聚糖也是一種植物生長調節物質，可明顯提高種子的發芽率及活力，可以發根促莖、增加作物產量并誘發植物的防御機制；并且殼聚糖本身具有良好的成膜性、附著性和吸濕性。因此，將殼聚糖作為種子包衣材料會在農業生產中有很大的開發和應用價值[5-7]。

菜豆又稱蕓豆，在世界上栽培面積僅次于大豆，為山西省主要種植的蔬菜。菜豆播種出苗對水分要求十分敏感，在許多干旱區，土壤水分不足造成播種難、出苗難，進而耗費大量的人力物力進行補苗、放苗。因此，增加菜豆種子的活力，提高出苗率，成為當前生產中亟待解決的問題。

采用種衣劑包衣種子是解決上述問題的有效方法之一，而目前還沒有菜豆專門的抗旱種衣劑。殼聚糖能夠控制種衣劑活性物質緩慢釋放，同時自身還有抗菌殺蟲的作用。前人研究主要集中在殼聚糖包衣處理后對玉米、雜交水稻、油菜等種子萌發和幼苗生長的影響，結果發現其對抗旱性和耐鹽性均具有促進作用；但目前尚未見有殼聚糖對菜豆種子萌發和幼苗生長作用的相關研究報道[8-12]。因此，筆者在盆栽條件下，通過控制土壤水分來模擬干旱脅迫環境，用殼聚糖包衣種子，研究其不同濃度和藥種比處理對菜豆種子萌發的影響，進而確定殼聚糖適宜的使用濃度和藥種比，以期提高菜豆種子的活力和出苗率，為菜豆的抗旱種衣劑配方研究提供基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

盆栽試驗于2014年4—9月在山西農科院旱農中心旱作節水實驗室內進行。

1.2 試驗材料

菜豆種子選用河北科瑞德種子公司的‘愛豐嫩龍王’，殼聚糖由北京索萊寶科技有限公司提供。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計將一定量的殼聚糖溶于0.5%的醋酸溶液中，分別配制1%、1.5%、2%的殼聚糖溶液，將挑選過整齊一致的菜豆種子分別按照藥種比1:15、1:30、1:50放入，用玻璃棒攪拌，待種子全部被種衣劑包覆后，陰干備用，具體處理見表1。

表1 試驗設計與處理

采用長方形塑料盆(45 cm×30 cm)進行盆栽，取大田表土適量過篩烘干稱重，根據前期試驗表明，土壤水分重量含水量為10%時，菜豆種子吸水達到臨界值，低于此值則種子不能發芽。因此，試驗按照10%的土壤重量含水量加入水，然后攪拌均勻裝盆，每處理100粒，3次重復。播種后覆膜，置于溫度為15～28℃的房間內，5天后揭膜觀察記錄，每天澆適量水保證幼苗生長。

1.3.2 測定指標播種揭膜后每天都記錄發芽數，第3天調查發芽勢，第7天確定發芽率，試驗數據按照公式(1)～(5)計算。

式中：SN1為種子發芽粒數，SN0為供試種子總粒數。

式中：n為萌發相應各日的正常發芽粒數，SN0為供式種子總數，試驗只計算發芽最高日即發芽勢。

式中：Gt為在時間t日的發芽個數，Dt為相應的發芽天數(d)。

式中：D為揭膜后的天數，n為相應各日正常發芽粒數。

式中：S為幼苗鮮重(g)。幼苗鮮重為出苗后每處理取中等幼苗30株處理干凈后稱重。

1.3.3 試驗儀器德國賽多利斯科學儀器北京有限公司提供的Quintix-2102型電子天平，讀數精度10 mg。

1.3.4 統計分析數據處理及作圖采用Excel和DPS軟件。

2 結果與分析

2.1 殼聚糖不同濃度和藥種比對菜豆種子發芽率和發芽勢的影響

由圖1可知，菜豆種子經殼聚糖處理后，發芽率均比對照高。方差分析表明，各處理及對照間差異不顯著。其中，以處理9和8的發芽率最高，分別為85%和83%；而對照和處理4的發芽率最低，分別為72%和75%；相同藥種比處理下，發芽率隨濃度提升而提升，當濃度為2%時，即處理3、6和9效果最好；相同濃度處理下，處理7、8、9即藥種比為1:50時發芽率最好；所以在水分脅迫下，雖然處理間差異不顯著，但殼聚糖處理過菜豆種子后，發芽率均能高于對照，說明殼聚糖有提高種子發芽率的作用，且隨著藥種比的減少，種子發芽率增加，在殼聚糖濃度上則是濃度增加，發芽率提高，其中以處理9即濃度為2%、藥種比為1:50的發芽率最高，而對照即未經過殼聚糖處理則發芽率最低。

由圖2可知，菜豆種子經殼聚糖處理后，各處理間發芽勢差異較大，且均能高于對照，其中以處理8、7、9的發芽勢最高，分別為67%、65%和65%，而對照和處理4的最低，分別為59%和60%，方差分析表明，對照和處理4均與處理8差異達顯著水平(5%)，其余處理間差異不顯著，說明殼聚糖包衣處理菜豆種子后對發芽勢的提升有明顯的促進作用；相同藥種比處理中，以處理2、5、8即濃度均為1.5%時，發芽勢效果最好；相同濃度處理中，則是處理7、8、9即藥種比均為1:50時，效果最好。因此，綜上分析說明殼聚糖包衣后能明顯提高菜豆種子的發芽勢，促進出苗一致，其中以處理8即濃度為1.5%，藥種比為1:50時，效果最好。

圖1 殼聚糖不同處理對菜豆種子發芽率的影響

圖2 殼聚糖不同處理對菜豆種子發芽勢的影響

2.2 殼聚糖不同濃度和藥種比對菜豆種子發芽指數和萌發進程的影響

由圖3可知，殼聚糖處理菜豆種子后，發芽指數均比對照提高。當藥種比為1:50時，各處理即7、8、9的發芽指數均高于其他處理，分別為20.97、21.56、21.59，而對照處理的發芽指數則最低，為19.2；相同藥種比中，各處理發芽指數隨濃度增加而呈拋物線形態，且隨著藥種比增加，處理發芽指數降低；相同濃度處理中，各處理均以藥種比為1:50時的發芽指數最高，當濃度為1.5%時，各處理發芽指數按濃度排序為1:50＞1:30＞1:15，當濃度為2%時，排序則為1:50＞1:15＞1:30，所以，發芽指數以處理8和9，即藥種比為1:50，濃度為1.5%和2%的處理效果最好。

圖3 殼聚糖不同處理對菜豆種子發芽指數的影響

圖4 殼聚糖不同處理對菜豆萌發進程的影響

由圖4可知，殼聚糖包衣處理菜豆種子后，處理間種子萌發進程產生差異。其中，以處理7的發芽速度最快，平均發芽時間為8.22天，處理3最慢，平均發芽時間為8.4天，對照的平均發芽時間為8.26天，各處理間隨著藥種比下降，發芽速度呈增加趨勢，在進程第4天時，處理5發芽率達52%，高于其他處理，在第7天時，則是處理9的發芽率最高，達85%；在不同濃度處理上，各處理萌發進程差距不大。因此，與前述分析結果保持一致，當殼聚糖處理菜豆種子藥種比為1:50，濃度為1.5%和2%時，可提高菜豆發芽速度，加快種子萌發進程。

2.3 殼聚糖不同濃度和藥種比對菜豆種子活力指數的影響

種子活力指數是種子發芽速率和生長量的綜合反映，是鑒定種子活力的更好指標，因此可作為評判殼聚糖包衣處理菜豆種子后在水分脅迫下萌發及幼苗生長整體表現的重要指標。由表2可知，菜豆種子經殼聚糖處理后，幼苗鮮重均比對照得到不同程度增加，其中以處理9的幼苗鮮重最高，達2.21 g，對照處理的最低，僅為2.09 g；各處理種子活力指數以處理9和8最高，分別為47.7和46.3，對照最低，為37.1，隨著藥種比降低，種子活力指數呈增加趨勢，以1:50時處理效果最好，相同藥種比處理中，種子活力指數變化隨濃度的增加呈拋物線趨勢，以濃度為1.5%和2%時處理效果最好，而方差分析表明，處理8和9與其他處理間種子活力指數差異達顯著水平(5%)，而各處理則都與對照差異達顯著水平(5%)，說明殼聚糖處理后，可明顯提高菜豆種子的活力指數，且當殼聚糖濃度為1.5%和2%，藥種比為1:50時，活力指數達到最大，處理的效果最好。

表2 殼聚糖不同處理對菜豆種子活力指數的影響

綜合上述分析，認為殼聚糖適宜濃度和藥種比處理菜豆種子后，可提升種子發芽率、發芽勢、發芽指數、活力指數、發芽進程等各項指標，因此，當殼聚糖濃度為1.5%～2%，藥種比為1:50時，其處理效果最好，可在進一步的菜豆抗旱種衣劑研究中應用。

3 結論與討論

山西省耕地80%以上為旱地，菜豆播種每年春天都會遭遇因干旱而導致的出苗難、苗不全等問題，對產量造成巨大影響。殼聚糖具有普通多糖類高分子的共性和許多獨特功能，且無毒、無害、資源豐富、制備簡單和應用范圍廣泛，是工農業生產的一種寶貴資源[13-17]。目前，有關殼聚糖應用于種衣劑研究的報道已有不少，張紅輝等系統研究了不同的相對分子質量和質量分數對種子的影響，結果表明這些處理均能不同程度地提高種子的發芽率；劉正華等的研究表明，殼聚糖配合物可以提高玉米種子的活力和幼苗的耐鹽性；周天等研究了不同濃度殼聚糖溶液對玉米種子萌發的影響，結果表明，水分脅迫下殼聚糖對提高種子的發芽率及發芽勢具有極顯著的效果，同時能極顯著提高干旱脅迫下的玉米幼苗的根系活力[18-21]。上述研究證明殼聚糖能明顯提高種子活力，促進發芽，且有抗旱作用，這與本試驗的研究結果一致，可將其作為抗旱種衣劑的成分來進行更進一步的研究。

為了與生產實際結合，本試驗采用盆栽方法，研究了不同濃度和藥種比處理對菜豆種子萌發的影響，結果表明，適宜的殼聚糖濃度和藥種比處理能提高種子的發芽率、發芽勢、發芽指數、萌發進程、活力指數等各項指標，對種子萌發有明顯促進作用，當濃度為1.5%～2%，藥種比為1:50時，處理效果最好，可為菜豆生產后期的豐產打下基礎。但是，目前尚缺乏對殼聚糖提升種子活力的機理研究，因此需要在進一步的試驗中，測定更多的生理生化方面的指標，以期了解清楚其機理，為今后菜豆抗旱種衣劑的配方研究，提供更多的理論和實踐基礎。

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Effect of Chitosan on Seed Germination of Kidney Bean Under Water Stress

Liu Huatao,Huang Mingjing,Huang Xuefang,Han Yanlong,Zhang Wei

(Dryland Agriculture Research Center,Shanxi Academy of Agricultural Sciences,Taiyuan 030031,Shanxi,China)

In order to solve the problem of kidney bean germination in production,under basin culture,the authors simulated drought stress through controlling soil water,and studied the effect of different concentrations and ratios of seed and chitosan on seed germination of kidney bean.The results showed that: chitosan could improve the percentage of germination,germination potential,germination index and vitality index of seed.When the concentration of chitosan was 2%and the ratio of chitosan and kidney bean was 1:50, the germination rate was the highest,and when the concentration of chitosan was 1.5%and the ratio of chitosan and kidney bean was 1:50,the germination potential was the highest.Under the same ratio of chitosan and kidney bean,when the concentrations of chitosan were 1.5%and 2%,the index of germination was the highest, and when the concentrations of chitosan were 1.5%and 2%,the ratio of chitosan and kidney bean was 1:50, the vitality index of seed was the best.So,when the concentration of chitosan was 1.5%-2%,and the ratio of chitosan and kidney bean was 1:50,the effect of chitosan on the kidney bean was the best,and it would build a solid foundation for future research on the seed coating of kidney bean.

Chitosan;Kidney Bean;Germination;Water Stress

S351.1

A論文編號：cjas15100018

山西省農科院重點項目“菜豆抗旱保苗關鍵技術研究與應用”(2013zd04)；山西省科技攻關重點項目“山西旱作節水現代農業樣板基地關鍵技術集成示范”(20120311007)。

劉化濤，男，1982年出生，山西孝義人，助理研究員，碩士，研究方向：旱作節水。通信地址：030031山西省太原市小店區龍城大街81號山西農科院旱地農業研究中心，Tel：0351-7125695，E-mail：taotao3831@sina.com，776859373@qq.com。

2015-10-27，

2015-11-17。