輻照后生物質(zhì)寡糖對(duì)植物生長(zhǎng)的影響

宋逸菲 余利軍 杜紀(jì)富 趙 龍

（嘉魚千里材料科技有限公司，湖北 嘉魚 437224）

0 引言

農(nóng)作物的增產(chǎn)離不開(kāi)肥料，但傳統(tǒng)化學(xué)肥料存在養(yǎng)分流失快、利用率低、容易造成環(huán)境污染等缺點(diǎn)，因此，應(yīng)用環(huán)境友好且同樣具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)作用的新型肥料已成為促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效手段，尤其是新型肥料中的生物質(zhì)肥料，如海藻酸鈉、殼聚糖及卡拉膠等。生物質(zhì)肥料來(lái)源于天然物質(zhì)的提取物或合成物，成本低，對(duì)環(huán)境、作物和人體無(wú)害，增產(chǎn)作用明顯，現(xiàn)已成為肥料應(yīng)用領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［1-2］。

海藻酸鈉、殼聚糖和卡拉膠等生物質(zhì)具有很好的生物相容性、成膜性等特點(diǎn)，并對(duì)葉菜類蔬菜生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用［3］。但大分子的生物質(zhì)肥料存在黏度大、水溶性差、難以被吸收等缺點(diǎn)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)效果不佳。因此，近年來(lái)許多研究者對(duì)大分子生物質(zhì)降解后得到的生物質(zhì)寡糖對(duì)植物育種與生長(zhǎng)的作用進(jìn)行了探索。張運(yùn)紅等［2］通過(guò)噴施海藻酸鈉寡糖，緩解小麥幼苗在干旱或鎘脅迫下的生長(zhǎng)抑制作用，并通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)海藻酸鈉寡糖灌根處理可提高葉片葉綠素含量、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等，最高可使小麥產(chǎn)量增加23.3%。黃文佳等［4］對(duì)水稻噴施25 mg/L的海藻酸鈉寡糖后，水稻增產(chǎn)177.78 kg/hm2，產(chǎn)量增幅1.88%。眾多學(xué)者的研究表明，海藻酸鈉寡糖能夠促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)和增強(qiáng)植株抗逆性，從而提高植株根系吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力和葉片葉綠素的含量，利于后期作物生長(zhǎng)與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，增加作物產(chǎn)量與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值［2，4-9］?？ɡz是由含硫多糖組成的紅藻天然親水膠，具有大量羥基，是一種具有良好凝膠穩(wěn)定性、稠度等特點(diǎn)的生物基材料。經(jīng)過(guò)射線輻照后，卡拉膠寡糖的生物活性大大增強(qiáng)，具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)、增加作物產(chǎn)量和提高植株抗逆性的作用［10-14］。Abad 等［13-14］用輻射后的卡拉膠對(duì)花生進(jìn)行浸種和葉面噴施，改善了不同花生品種的農(nóng)藝性狀，顯著提高了花生產(chǎn)量；利用卡拉膠多糖噴灑水稻植株，水稻抗倒伏能力增強(qiáng)，水稻根系更發(fā)達(dá)，利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，水稻產(chǎn)量提高20%左右。

由于特性優(yōu)良，生物質(zhì)寡糖類植物生長(zhǎng)添加劑在未來(lái)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中有很好的應(yīng)用前景。但國(guó)內(nèi)與此相關(guān)的研究較少，因此需要進(jìn)一步開(kāi)展生物質(zhì)寡糖對(duì)植物生長(zhǎng)影響的相關(guān)試驗(yàn)。筆者選用了具有代表性的芽菜與葉菜作為研究對(duì)象，探索生物質(zhì)寡糖對(duì)其生長(zhǎng)的影響作用。黃豆芽與花生芽種植方式簡(jiǎn)單、生長(zhǎng)周期短、所需原料與設(shè)備成本低，因此試驗(yàn)中芽菜類植物選用黃豆芽、花生芽。生菜生長(zhǎng)周期較短，所需養(yǎng)料少，對(duì)種植環(huán)境與溫度要求不高，因此試驗(yàn)中葉菜類植物選用生菜。筆者采用溶液培養(yǎng)的方式，對(duì)葉菜類或芽菜類蔬菜前期進(jìn)行清水或添加劑浸種［15］，后期生長(zhǎng)中噴施含有添加劑的溶液，通過(guò)比較采收后植物的根長(zhǎng)、莖長(zhǎng)與質(zhì)量等指標(biāo)，探究海藻酸鈉和卡拉膠寡糖對(duì)植物生長(zhǎng)的促進(jìn)作用。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)材料有綠雅生菜種子（購(gòu)自上?；莺头N業(yè)有限公司），黃豆種子（購(gòu)自嘉魚縣種子公司），花生種子（購(gòu)自嘉魚縣種子公司），質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5 %的輻照后海藻酸鈉溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的輻照后卡拉膠溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的氨基酸溶液。其中，輻照服務(wù)由華中科技大學(xué)加速器應(yīng)用與輻射化學(xué)課題組提供。

生菜試驗(yàn)場(chǎng)地為玻璃溫室大棚，棚內(nèi)溫度恒定為30 ℃；芽菜試驗(yàn)場(chǎng)地為暗房，溫度恒定為20 ℃。以上試驗(yàn)場(chǎng)地均由湖北省咸寧市嘉魚縣田野集團(tuán)田野開(kāi)心農(nóng)場(chǎng)提供。田野開(kāi)心農(nóng)場(chǎng)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園的科技示范區(qū)，具有智能化聯(lián)棟玻璃溫室，并擁有果樹(shù)根域限制栽培、NFT管道栽培、懸吊種植槽系統(tǒng)等主流設(shè)施農(nóng)業(yè)種植技術(shù)與設(shè)備，為試驗(yàn)順利進(jìn)行提供了保障。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)組所用的添加劑種類、編號(hào)及質(zhì)量濃度如表1所示。試驗(yàn)空白組為清水浸種、清水噴灑。

表1 添加劑種類、編號(hào)及質(zhì)量濃度

1.2.1 黃豆芽試驗(yàn)。試驗(yàn)分為兩部分，第一部分探究清水浸種條件下，添加劑對(duì)黃豆芽生長(zhǎng)的影響；第二部分探究不同質(zhì)量濃度添加劑浸種對(duì)黃豆芽生長(zhǎng)的影響。

①設(shè)置13組清水浸種處理，每組稱取20 g飽滿、無(wú)蟲蛀的黃豆種子，清水浸種6 h，撈出黃豆種子，靜置12 h出芽；在后期生長(zhǎng)階段，分別使用表1所示的不同種類及不同質(zhì)量濃度的添加劑與清水進(jìn)行噴灑，每天間隔4 h噴灑相應(yīng)溶液20 mL，連續(xù)噴灑5～7 d；黃豆芽達(dá)采收標(biāo)準(zhǔn)后，記錄各組整體質(zhì)量，并隨機(jī)抽取3株測(cè)量其莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)。

②設(shè)置13組添加劑浸種處理，每組稱取20 g飽滿、無(wú)蟲蛀的黃豆種子，分別使用表1所示的不同種類及不同質(zhì)量濃度的添加劑與清水浸種6 h，撈出黃豆種子，靜置12 h出芽；在后期生長(zhǎng)階段，繼續(xù)使用同種類、同質(zhì)量濃度添加劑進(jìn)行噴灑，噴灑方式及后續(xù)處理同上。

1.2.2 生菜試驗(yàn)。生菜種子較小且生長(zhǎng)周期比芽菜長(zhǎng)，浸種方式對(duì)其后期生長(zhǎng)影響較小，因此浸種方式只設(shè)置清水浸種。生菜的種植分為浸種和生長(zhǎng)兩個(gè)階段。

①浸種階段。設(shè)置13組清水浸種處理，每組取80粒生菜種子播種到濕潤(rùn)的海綿內(nèi)，靜置出芽；出芽后，分別使用表1所示的不同種類及不同質(zhì)量濃度的添加劑與清水進(jìn)行噴灑，每天噴灑2次100 mL含相應(yīng)添加劑的溶液或清水，連續(xù)噴灑17～20 d；記錄各組生菜根系與葉片的生長(zhǎng)狀況，并將其移栽到管道式水培種菜機(jī)。

②生長(zhǎng)階段。移栽后，除了在循環(huán)泵中加入添加劑外，每天噴灑2次100 mL相應(yīng)濃度添加劑溶液或者水；連續(xù)噴灑45 d，生菜成熟后，記錄各組整體質(zhì)量，并隨機(jī)抽取3株記錄生菜生長(zhǎng)高度和葉片數(shù)量。

1.2.3 花生芽試驗(yàn)。設(shè)置5組清水與8組添加劑溶液（100 mg/L的1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)各2組）浸種。每組稱取100 g飽滿、無(wú)蟲蛀的花生種子，浸泡12 h后撈出花生種子，用濕毛巾包裹催芽36 h，靜置12 h后出芽。后期生長(zhǎng)階段，清水浸種組分別使用清水與4種不同添加劑溶液（100 mg/L的1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)）進(jìn)行噴灑，探究添加劑類型對(duì)花生芽生長(zhǎng)的影響。選用4種不同添加劑浸種的試驗(yàn)組4組使用清水噴灑，另外4組使用與浸種相同的添加劑噴灑。每天間隔4 h噴灑相應(yīng)的溶液20 mL，連續(xù)噴灑5～7 d?；ㄉ窟_(dá)采收標(biāo)準(zhǔn)后，記錄各組整體質(zhì)量，并隨機(jī)抽取3株測(cè)量花生芽的莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 黃豆芽試驗(yàn)

由圖1（a）和圖2可知，與空白組相比，噴施不同質(zhì)量濃度的海藻酸鈉寡糖和卡拉膠寡糖均可明顯促進(jìn)黃豆芽生長(zhǎng)，其莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和質(zhì)量均較空白組明顯增加。對(duì)于同種添加劑處理，黃豆芽的相關(guān)生長(zhǎng)數(shù)據(jù)不單純隨著添加劑質(zhì)量濃度的增加而增加或減少。結(jié)合性價(jià)比綜合考慮，100 mg/L是促進(jìn)黃豆芽生長(zhǎng)的最適質(zhì)量濃度。

圖1 1號(hào)和3號(hào)對(duì)比空白組黃豆芽生長(zhǎng)狀況

圖2 不同處理組黃豆芽生長(zhǎng)情況

由圖1（b）和圖3可知，無(wú)論采用哪種方式浸種，噴施添加劑均可促進(jìn)黃豆芽生長(zhǎng)。100 mg/L添加劑浸種+噴灑后黃豆芽的莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和質(zhì)量平均分別增加66.2%、19.7%和21.3%，清水浸種+100 mg/L添加劑噴灑后黃豆芽的莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和質(zhì)量分別平均增加64.9%、29.2%和21.3%。結(jié)果表明，清水浸種的黃豆芽后期生長(zhǎng)效果更好。與同時(shí)添加了促進(jìn)植物生長(zhǎng)的氨基酸溶液試驗(yàn)組相比，海藻酸鈉與卡拉膠寡糖添加劑試驗(yàn)組的促生長(zhǎng)效果仍較好。這與張曉軍等［15］的浸種試驗(yàn)結(jié)論一致。

圖3 100 mg/L質(zhì)量濃度下不同浸種方式對(duì)黃豆芽生長(zhǎng)的影響

綜合以上分析可知，海藻酸鈉寡糖和卡拉膠寡糖均可促進(jìn)黃豆芽生長(zhǎng)，使得黃豆芽的苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)和質(zhì)量顯著增加，且采用清水浸種+添加劑噴灑的種植方法促進(jìn)效果更好。

2.2 生菜試驗(yàn)

由圖4可知，育苗階段結(jié)束后，噴灑添加劑的生菜根更多且呈現(xiàn)為健康的白色。該試驗(yàn)結(jié)果與張運(yùn)紅等［2］的試驗(yàn)結(jié)果一致，使用海藻酸鈉寡糖灌根處理可促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)、促進(jìn)小麥對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用。育苗結(jié)束后，將生菜苗分開(kāi)培育，培育過(guò)程中施加培養(yǎng)液。由圖5可知，噴施添加劑的試驗(yàn)組葉片更大，葉片數(shù)量更多，根系更發(fā)達(dá)。生菜生長(zhǎng)45 d后，比較試驗(yàn)組生菜的生長(zhǎng)狀況，4組試驗(yàn)組中100 mg/L質(zhì)量濃度下生菜的生長(zhǎng)狀況較好，因此將其與作為對(duì)比的空白組移栽到管道式水培種菜裝置。

圖4 育苗階段結(jié)束不同處理組生菜生長(zhǎng)情況

圖5 移栽后半個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)不同處理組生菜生長(zhǎng)情況

由圖6和圖7可知，采收階段的生菜植株更高、莖稈更粗壯、葉片面積更大且根系更發(fā)達(dá)。由表2可知，試驗(yàn)組葉片均多于空白組；各試驗(yàn)組（1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)）植株高度比空白組分別增加了36.8%、號(hào)：40.8%、6.7%、32.3%，質(zhì)量比空白組分別提15.3%、68.1%、7.4%、36.4%。根據(jù)張運(yùn)紅等［5-6］對(duì)菜薹的研究，葉菜類植物長(zhǎng)出綠葉后，海藻酸鈉寡糖可調(diào)控類囊體膜的結(jié)構(gòu)和功能，從而促進(jìn)光合作用，增加植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累。在梁利妮［16］、楊玉嶺等［17］人的研究中，噴灑氨基酸液體肥料后，作物產(chǎn)量與質(zhì)量明顯提高，表明氨基酸溶液也具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用。在此次試驗(yàn)中，與同時(shí)添加氨基酸溶液的試驗(yàn)組相比，單純的海藻酸鈉與卡拉膠寡糖添加劑試驗(yàn)組的促生長(zhǎng)效果仍較好。

圖6 采收階段不同處理組生菜生長(zhǎng)情況

圖7 采收階段不同處理組生菜根部生長(zhǎng)情況

表2 成熟階段生菜的高度、質(zhì)量和葉片數(shù)量

綜合上述分析可知，海藻酸鈉寡糖和卡拉膠寡糖促進(jìn)育苗階段生菜根系生長(zhǎng)，促進(jìn)生長(zhǎng)階段營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收與積累，最終使植株高度與質(zhì)量得以增加。與當(dāng)前市場(chǎng)中促進(jìn)植物生長(zhǎng)的氨基酸溶液相比，寡糖溶液的成本更低，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中更具應(yīng)用前景。

2.3 花生芽試驗(yàn)

根據(jù)黃豆芽試驗(yàn)與生菜試驗(yàn)，可知100 mg/L是結(jié)合性價(jià)比考慮的最適質(zhì)量濃度，由此簡(jiǎn)化試驗(yàn)，選用最佳質(zhì)量濃度100 mg/L進(jìn)一步探究輻照后寡糖對(duì)花生芽生長(zhǎng)的影響。由圖8可知，與空白組相比，100 mg/L添加劑浸種+清水噴灑試驗(yàn)組的平均質(zhì)量提高5.6%。結(jié)果表明，添加劑浸種+清水噴灑的種植方式更適合花生芽生長(zhǎng)。由圖9可知，100 mg/L海藻酸鈉寡糖溶液浸種+清水噴灑處理花生芽促生長(zhǎng)效果最好，花生芽的莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和質(zhì)量分別增加10.8%、5.2%和8.0%。試驗(yàn)結(jié)果表明，海藻酸鈉寡糖和卡拉膠寡糖均具有促進(jìn)植物生長(zhǎng)的作用；不同添加劑對(duì)花生芽生長(zhǎng)促進(jìn)作用不同，卡拉膠寡糖溶液促進(jìn)效果更好，花生芽莖長(zhǎng)與根長(zhǎng)增長(zhǎng)明顯，產(chǎn)量增加，且在一定程度上縮短植物的生長(zhǎng)周期。與當(dāng)前市場(chǎng)中促進(jìn)植物生長(zhǎng)的氨基酸溶液花生芽試驗(yàn)組相比，寡糖溶液具有更低的生產(chǎn)成本，且促生長(zhǎng)效果更好，極具應(yīng)用前景。

圖8 不同浸種方式下花生芽的生長(zhǎng)狀況

圖9 不同處理組對(duì)花生芽生長(zhǎng)的影響

3 結(jié)論

與空白組（清水浸種+清水噴灑）相比，采用清水浸種+100 mg/L寡糖溶液處理芽菜類植物黃豆芽后，黃豆芽莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和質(zhì)量分別增加64.9%、29.2%、23.5%；用100 mg/L海藻酸鈉寡糖溶液浸種+清水噴灑處理花生芽后，花生芽莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和質(zhì)量可分別增加8.0、5.2%和10.8%；采用100 mg/L卡拉膠寡糖溶液處理葉菜類植物生菜后，生菜的根系更發(fā)達(dá)，為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累創(chuàng)造更好的條件，采收階段苗長(zhǎng)和質(zhì)量可分別增加40.8%和68.1%。海藻酸鈉寡糖和卡拉膠寡糖對(duì)于生長(zhǎng)周期短且不依賴光合作用的芽菜類植物促生長(zhǎng)作用明顯，植株高度和質(zhì)量明顯增加；對(duì)于生長(zhǎng)周期相對(duì)較長(zhǎng)且可進(jìn)行光合作用的葉菜類植物，可通過(guò)促進(jìn)根系生長(zhǎng)，提高其吸收、積累營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的能力，完成質(zhì)量積累，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。與同時(shí)添加了氨基酸溶液的試驗(yàn)組相比，單純的海藻酸鈉與卡拉膠寡糖添加劑試驗(yàn)組促生長(zhǎng)效果較好。由于氨基酸溶液成本更高且難于保存，因而在實(shí)際生產(chǎn)中寡糖溶液更具有應(yīng)用價(jià)值。