水分胁迫下壳聚糖对菜豆种子萌发的影响

刘化涛，黄明镜，黄学芳，韩彦龙，张伟

（山西省农业科学院旱地农业研究中心，太原030031）

水分胁迫下壳聚糖对菜豆种子萌发的影响

刘化涛，黄明镜，黄学芳，韩彦龙，张伟

（山西省农业科学院旱地农业研究中心，太原030031）

针对生产中菜豆出苗难、保苗难等问题，在盆栽条件下，通过控制土壤水分来模拟干旱胁迫环境，研究了壳聚糖不同浓度和药种比处理对菜豆种子萌发的影响；结果表明：壳聚糖能促进种子萌发，对菜豆种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等均有提高作用，当浓度为2%、药种比1:50时，发芽率最高；浓度为1.5%、药种比1:50时的发芽势最高，相同药种比下，浓度为1.5%和2%的发芽指数最高；浓度为1.5%和2%、药种比为1:50时，活力指数达到最大。因此，当壳聚糖浓度为1.5%～2%，药种比为1:50时，其处理效果最好，可为菜豆抗旱种衣剂的进一步研究提供基础。

壳聚糖；菜豆；萌发；水分胁迫

0 引言

壳聚糖(Chitosan)也叫脱乙酰几丁质，是甲壳素的脱乙酰基产物，在自然界广泛存在。壳聚糖是可再生资源，且无毒无害、制备简单，是新型的环保型材料，正广泛应用于农业、工业、生物医学等领域[1-4]。研究发现，壳聚糖也是一种植物生长调节物质，可明显提高种子的发芽率及活力，可以发根促茎、增加作物产量并诱发植物的防御机制；并且壳聚糖本身具有良好的成膜性、附着性和吸湿性。因此，将壳聚糖作为种子包衣材料会在农业生产中有很大的开发和应用价值[5-7]。

菜豆又称芸豆，在世界上栽培面积仅次于大豆，为山西省主要种植的蔬菜。菜豆播种出苗对水分要求十分敏感，在许多干旱区，土壤水分不足造成播种难、出苗难，进而耗费大量的人力物力进行补苗、放苗。因此，增加菜豆种子的活力，提高出苗率，成为当前生产中亟待解决的问题。

采用种衣剂包衣种子是解决上述问题的有效方法之一，而目前还没有菜豆专门的抗旱种衣剂。壳聚糖能够控制种衣剂活性物质缓慢释放，同时自身还有抗菌杀虫的作用。前人研究主要集中在壳聚糖包衣处理后对玉米、杂交水稻、油菜等种子萌发和幼苗生长的影响，结果发现其对抗旱性和耐盐性均具有促进作用；但目前尚未见有壳聚糖对菜豆种子萌发和幼苗生长作用的相关研究报道[8-12]。因此，笔者在盆栽条件下，通过控制土壤水分来模拟干旱胁迫环境，用壳聚糖包衣种子，研究其不同浓度和药种比处理对菜豆种子萌发的影响，进而确定壳聚糖适宜的使用浓度和药种比，以期提高菜豆种子的活力和出苗率，为菜豆的抗旱种衣剂配方研究提供基础。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

盆栽试验于2014年4—9月在山西农科院旱农中心旱作节水实验室内进行。

1.2 试验材料

菜豆种子选用河北科瑞德种子公司的‘爱丰嫩龙王’，壳聚糖由北京索莱宝科技有限公司提供。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计将一定量的壳聚糖溶于0.5%的醋酸溶液中，分别配制1%、1.5%、2%的壳聚糖溶液，将挑选过整齐一致的菜豆种子分别按照药种比1:15、1:30、1:50放入，用玻璃棒搅拌，待种子全部被种衣剂包覆后，阴干备用，具体处理见表1。

表1 试验设计与处理

采用长方形塑料盆(45 cm×30 cm)进行盆栽，取大田表土适量过筛烘干称重，根据前期试验表明，土壤水分重量含水量为10%时，菜豆种子吸水达到临界值，低于此值则种子不能发芽。因此，试验按照10%的土壤重量含水量加入水，然后搅拌均匀装盆，每处理100粒，3次重复。播种后覆膜，置于温度为15～28℃的房间内，5天后揭膜观察记录，每天浇适量水保证幼苗生长。

1.3.2 测定指标播种揭膜后每天都记录发芽数，第3天调查发芽势，第7天确定发芽率，试验数据按照公式(1)～(5)计算。

式中：SN1为种子发芽粒数，SN0为供试种子总粒数。

式中：n为萌发相应各日的正常发芽粒数，SN0为供式种子总数，试验只计算发芽最高日即发芽势。

式中：Gt为在时间t日的发芽个数，Dt为相应的发芽天数(d)。

式中：D为揭膜后的天数，n为相应各日正常发芽粒数。

式中：S为幼苗鲜重(g)。幼苗鲜重为出苗后每处理取中等幼苗30株处理干净后称重。

1.3.3 试验仪器德国赛多利斯科学仪器北京有限公司提供的Quintix-2102型电子天平，读数精度10 mg。

1.3.4 统计分析数据处理及作图采用Excel和DPS软件。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖不同浓度和药种比对菜豆种子发芽率和发芽势的影响

由图1可知，菜豆种子经壳聚糖处理后，发芽率均比对照高。方差分析表明，各处理及对照间差异不显著。其中，以处理9和8的发芽率最高，分别为85%和83%；而对照和处理4的发芽率最低，分别为72%和75%；相同药种比处理下，发芽率随浓度提升而提升，当浓度为2%时，即处理3、6和9效果最好；相同浓度处理下，处理7、8、9即药种比为1:50时发芽率最好；所以在水分胁迫下，虽然处理间差异不显著，但壳聚糖处理过菜豆种子后，发芽率均能高于对照，说明壳聚糖有提高种子发芽率的作用，且随着药种比的减少，种子发芽率增加，在壳聚糖浓度上则是浓度增加，发芽率提高，其中以处理9即浓度为2%、药种比为1:50的发芽率最高，而对照即未经过壳聚糖处理则发芽率最低。

由图2可知，菜豆种子经壳聚糖处理后，各处理间发芽势差异较大，且均能高于对照，其中以处理8、7、9的发芽势最高，分别为67%、65%和65%，而对照和处理4的最低，分别为59%和60%，方差分析表明，对照和处理4均与处理8差异达显著水平(5%)，其余处理间差异不显著，说明壳聚糖包衣处理菜豆种子后对发芽势的提升有明显的促进作用；相同药种比处理中，以处理2、5、8即浓度均为1.5%时，发芽势效果最好；相同浓度处理中，则是处理7、8、9即药种比均为1:50时，效果最好。因此，综上分析说明壳聚糖包衣后能明显提高菜豆种子的发芽势，促进出苗一致，其中以处理8即浓度为1.5%，药种比为1:50时，效果最好。

图1 壳聚糖不同处理对菜豆种子发芽率的影响

图2 壳聚糖不同处理对菜豆种子发芽势的影响

2.2 壳聚糖不同浓度和药种比对菜豆种子发芽指数和萌发进程的影响

由图3可知，壳聚糖处理菜豆种子后，发芽指数均比对照提高。当药种比为1:50时，各处理即7、8、9的发芽指数均高于其他处理，分别为20.97、21.56、21.59，而对照处理的发芽指数则最低，为19.2；相同药种比中，各处理发芽指数随浓度增加而呈抛物线形态，且随着药种比增加，处理发芽指数降低；相同浓度处理中，各处理均以药种比为1:50时的发芽指数最高，当浓度为1.5%时，各处理发芽指数按浓度排序为1:50＞1:30＞1:15，当浓度为2%时，排序则为1:50＞1:15＞1:30，所以，发芽指数以处理8和9，即药种比为1:50，浓度为1.5%和2%的处理效果最好。

图3 壳聚糖不同处理对菜豆种子发芽指数的影响

图4 壳聚糖不同处理对菜豆萌发进程的影响

由图4可知，壳聚糖包衣处理菜豆种子后，处理间种子萌发进程产生差异。其中，以处理7的发芽速度最快，平均发芽时间为8.22天，处理3最慢，平均发芽时间为8.4天，对照的平均发芽时间为8.26天，各处理间随着药种比下降，发芽速度呈增加趋势，在进程第4天时，处理5发芽率达52%，高于其他处理，在第7天时，则是处理9的发芽率最高，达85%；在不同浓度处理上，各处理萌发进程差距不大。因此，与前述分析结果保持一致，当壳聚糖处理菜豆种子药种比为1:50，浓度为1.5%和2%时，可提高菜豆发芽速度，加快种子萌发进程。

2.3 壳聚糖不同浓度和药种比对菜豆种子活力指数的影响

种子活力指数是种子发芽速率和生长量的综合反映，是鉴定种子活力的更好指标，因此可作为评判壳聚糖包衣处理菜豆种子后在水分胁迫下萌发及幼苗生长整体表现的重要指标。由表2可知，菜豆种子经壳聚糖处理后，幼苗鲜重均比对照得到不同程度增加，其中以处理9的幼苗鲜重最高，达2.21 g，对照处理的最低，仅为2.09 g；各处理种子活力指数以处理9和8最高，分别为47.7和46.3，对照最低，为37.1，随着药种比降低，种子活力指数呈增加趋势，以1:50时处理效果最好，相同药种比处理中，种子活力指数变化随浓度的增加呈抛物线趋势，以浓度为1.5%和2%时处理效果最好，而方差分析表明，处理8和9与其他处理间种子活力指数差异达显著水平(5%)，而各处理则都与对照差异达显著水平(5%)，说明壳聚糖处理后，可明显提高菜豆种子的活力指数，且当壳聚糖浓度为1.5%和2%，药种比为1:50时，活力指数达到最大，处理的效果最好。

表2 壳聚糖不同处理对菜豆种子活力指数的影响

综合上述分析，认为壳聚糖适宜浓度和药种比处理菜豆种子后，可提升种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、发芽进程等各项指标，因此，当壳聚糖浓度为1.5%～2%，药种比为1:50时，其处理效果最好，可在进一步的菜豆抗旱种衣剂研究中应用。

3 结论与讨论

山西省耕地80%以上为旱地，菜豆播种每年春天都会遭遇因干旱而导致的出苗难、苗不全等问题，对产量造成巨大影响。壳聚糖具有普通多糖类高分子的共性和许多独特功能，且无毒、无害、资源丰富、制备简单和应用范围广泛，是工农业生产的一种宝贵资源[13-17]。目前，有关壳聚糖应用于种衣剂研究的报道已有不少，张红辉等系统研究了不同的相对分子质量和质量分数对种子的影响，结果表明这些处理均能不同程度地提高种子的发芽率；刘正华等的研究表明，壳聚糖配合物可以提高玉米种子的活力和幼苗的耐盐性；周天等研究了不同浓度壳聚糖溶液对玉米种子萌发的影响，结果表明，水分胁迫下壳聚糖对提高种子的发芽率及发芽势具有极显著的效果，同时能极显著提高干旱胁迫下的玉米幼苗的根系活力[18-21]。上述研究证明壳聚糖能明显提高种子活力，促进发芽，且有抗旱作用，这与本试验的研究结果一致，可将其作为抗旱种衣剂的成分来进行更进一步的研究。

为了与生产实际结合，本试验采用盆栽方法，研究了不同浓度和药种比处理对菜豆种子萌发的影响，结果表明，适宜的壳聚糖浓度和药种比处理能提高种子的发芽率、发芽势、发芽指数、萌发进程、活力指数等各项指标，对种子萌发有明显促进作用，当浓度为1.5%～2%，药种比为1:50时，处理效果最好，可为菜豆生产后期的丰产打下基础。但是，目前尚缺乏对壳聚糖提升种子活力的机理研究，因此需要在进一步的试验中，测定更多的生理生化方面的指标，以期了解清楚其机理，为今后菜豆抗旱种衣剂的配方研究，提供更多的理论和实践基础。

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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论文编号：cjas15100018

山西省农科院重点项目“菜豆抗旱保苗关键技术研究与应用”(2013zd04)；山西省科技攻关重点项目“山西旱作节水现代农业样板基地关键技术集成示范”(20120311007)。

刘化涛，男，1982年出生，山西孝义人，助理研究员，硕士，研究方向：旱作节水。通信地址：030031山西省太原市小店区龙城大街81号山西农科院旱地农业研究中心，Tel：0351-7125695，E-mail：taotao3831@sina.com，776859373@qq.com。

2015-10-27，

2015-11-17。