叶面喷施几丁寡糖对辣椒的生长发育和品质的影响

2019-10-25毛志强辛雪成龙惊惊崔顺艳

中国土壤与肥料 2019年5期

毛志强，辛雪成，周繁，龙惊惊，崔顺艳，王宇，焦姣，王芳

（沈阳化工研究院有限公司，辽宁沈阳 110021）

几丁质（chitin）又称作甲壳素，是自然界中最丰富的生物聚合物之一，它是由N-乙酰基-葡萄糖胺通过β-1，4糖苷键连接而成的直链多聚物［1-2］。几丁寡糖（Chitin Oligosaccharide）是由几丁质降解得到的低聚糖，由2～10个N-乙酰氨基葡萄糖以糖苷键连接而成的一种分子量小，易溶于水，具有多种生物活性的寡糖［3-4］。1985年，“寡糖素（Oligosaccharins）”一词首次被Albersheim提出，他认为寡聚糖具有调控植物生长发育，提高植物的繁殖、防病等生物功能［5］，黄刚良研究认为几丁寡糖能够调节植物生长，诱导植物分泌几丁质酶，促进植物细胞活化，增加植物对病害的防御能力［6］。沈奕等人对烟草研究表明，叶面喷施几丁寡糖能够有效的防治烟草黑胫病，也能够诱导体内的SOD、POD和几丁质酶活性的升高，提高烟草抗性［7］。Mohammedi研究认为几丁寡糖作为种子包衣剂可以有效的防治地下害虫，也能够促进大豆种子的萌发和品质的提高［8］。研究表明几丁寡糖作为一种新型的植物生长调节剂，能够保护环境且不会导致农药残留，因而具有重要的生物防治价值和广阔的开发应用前景。

辣椒（Capsicum annuumL．）又称番椒、青椒、秦椒等，属于茄科辣椒属［9］，是世界范围内广泛种植的蔬菜之一，种植面积和产量分别占所有蔬菜总面积和总产量的9.8%和11.1%，我国辣椒的产量占世界总产量的50.8%，在国民经济中占有重要地位［10］。辣椒是人们日常生活中常见的蔬菜作物和调味品之一［11］，营养价值含量高，富含维生素C和辣椒素［12］。辣椒在整个生育期需肥量较大，但是施用大量的化肥会显著降低辣椒的品质［13-14］。近年来，生物肥料越来越受到重视，生物肥料的施用不仅降低农业成本，而且能够提高作物生长和产量，提高果实品质和肥料利用效率，还能够保护土壤环境，减少病害的发生［15］。

对于几丁寡糖的研究，前人主要集中在几丁寡糖的合成以及植物保护上的防病效应［5-8］，而将几丁寡糖应用到蔬菜作物进行品质改善的研究还鲜有报道。因此，本研究采用盆栽试验，探究了喷施不同浓度几丁寡糖溶液对辣椒植株生物量积累、果实的生长发育、维生素C含量、可溶性糖含量、游离氨基酸含量以及辣椒素含量的影响，旨在揭示几丁寡糖对辣椒生长发育的影响以及品质的改善效应，为几丁寡糖在农业生产方面的应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与试验设计

试验于2018年在沈阳化工研究院玻璃温室中进行，试验材料为嘎啦小尖椒。将草炭土（花卉市场购买）与沙子按1∶1混合均匀装至54 cm×27 cm×6 cm育苗盘中，将种子均匀播撒至育苗盘内并覆盖约0.5 cm厚的土层，从底部进行浇水，24～28℃阳光充裕条件下进行种子发芽育苗。待辣椒植株长至2片真叶后挑选长势一致的辣椒幼苗移栽至花盆中（花盆直径12 cm，高11 cm，每盆装大田土0.9 kg），保持每盆苗生长条件一致，缓苗后施加底肥，底肥为复合肥（N-P2O5-K2O=15-15-15），按用量600 kg/hm2施用。准确称取0.5 g几丁寡糖（中国科学院金属研究所提供）加入到50 mL蒸馏水中，配成浓度为10 g/L的溶液作为母液，用20-20-20（N-P2O5-K2O）的水溶肥溶液将几丁寡糖母液稀释成1、10 mg/L的溶液，配制成几丁寡糖叶面肥，喷施于辣椒叶面，每株辣椒喷施量一致，水溶肥20-20-20（N-P2O5-K2O）剂量按150 kg/hm2折算，移栽后15 d进行喷施，并于结果期（第一批结果）调查辣椒产量和品质。

试验包括3个处理，分别为CK（喷施水溶肥）、J-1（喷施1 mg/L几丁寡糖水溶肥溶液）、J-10（喷施10 mg/L几丁寡糖水溶肥溶液），于2018年4月10日进行育苗，4月29日进行移栽，5月14日进行第一次喷施，6月2日进行第二次喷施，共喷施两次，喷施量以叶片湿润为准。于2018年7月10日进行第一批辣椒果实调查和收获。试验设计见表1。试验处理的设置是根据本研究室通过对辣椒苗期喷施6种不同浓度的几丁寡糖水溶肥溶液（0.1、0.5、1、10、100、200 mg/L）得出，其中喷施1和10 mg/L几丁寡糖水溶肥溶液效果最为显著，辣椒苗期地上部及地下部的生物量以及SPAD值提高最为明显，因此本研究设置了这两种浓度，研究叶面喷施几丁寡糖对辣椒生长发育及品质的影响。

表1 叶面喷施几丁寡糖试验设计方案

1.2 项目测定与方法

1.2.1 辣椒产量及果实形态

辣椒果肉厚和果径采用游标卡尺进行测量；果长用直尺测量；果形指数：果形指数=果长/果径；单果重量使用天平进行称重。

1.2.2 辣椒植株生物量及SPAD值

辣椒植株将地上部与地下部分开，用蒸馏水洗净，吸去表面水分，称取鲜重，放置在烘箱中105℃杀青30 min，70℃烘干至恒重，称取其干重，记录生物量积累情况。SPAD值测定采用SPAD叶绿素仪进行测定（型号为SPAD-502）。

1.2.3 辣椒果实品质的测定

可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250染色法［16］；维生素C含量测定采用2，6-二氯靛酚滴定法［17］；硝酸盐含量测定采用水杨酸硝化法［18］；类黄酮和总酚的含量测定采用甲醇-盐酸浸提比色法［19］。

1.2.4 辣椒叶片和果实的糖含量和游离氨基酸含量的测定

可溶性糖含量采用硫酸蒽酮显色法［20-21］；蔗糖和果糖含量测定采用间苯二酚显色法［21］；游离氨基酸含量采用酸性茚三酮显色法［22］。

1.2.5 辣椒果实中辣椒素含量的测定

辣椒素和二氢辣椒素含量的测定采用高效液相色谱法［23］。

1.3 数据分析

采用Excel 2010软件对数据进行处理，采用SPSS 20.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验（LSD法，α=0.05）和相关性分析，用Sigmaplot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施几丁寡糖对辣椒植株生物量积累的影响

植株的生物量积累是反映植株长势情况的重要指标之一，经过不同浓度的几丁寡糖叶面喷施后，辣椒植株的生物量表现出一定的差异（表2）。在株高方面，处理J-1和J-10的辣椒植株的高度要大于处理CK，但是未达到差异显著水平；在植株的生物学产量方面，处理J-1和J-10的地上部和地下部鲜重显著大于CK，分别增加了6.60%、9.71%和6.03%、7.74%，而植株的干重也有一定程度的增加，但是并未达到差异显著水平。植株的根冠比能够反映地上部与地下部的相关性，也能够反映根系与地上部生长协调的关系，表2表明，处理J-10的根冠比要大于处理J-1和CK，但是未表现出差异水平。说明叶面喷施几丁寡糖后能够在一定程度上促进辣椒株高的增加和生物量的积累。

表2 叶面喷施几丁寡糖对辣椒植株生物量积累的影响

2.2 叶面喷施几丁寡糖对辣椒植株叶绿素含量的影响

叶绿素含量是衡量叶片光合效率的一个重要指标。通过对辣椒叶片的叶绿素含量测定，结果表明经过不同浓度的几丁寡糖的喷施后，各处理间的叶绿素含量表现出显著的差异（图1）。与CK相比，处理J-10的叶绿素含量显著升高，增加了8.25%；而处理J-1升高了3.94%，但未达到差异显著水平。且表明叶片喷施几丁寡糖后会提高叶片的叶绿素含量，且喷施的几丁寡糖浓度越大，叶绿素含量增加越显著。

图1 叶面喷施几丁寡糖对辣椒叶片SPAD值的影响

2.3 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实生长发育的影响

如表3所示，通过对不同处理下辣椒果实形态和重量的测定表明，喷施不同浓度的几丁寡糖会改变辣椒果实的形态，提高单果的重量。与CK相比，处理J-1和J-10能够显著提高辣椒果实长度和果肉厚度，分别提高了9.92%、13.55%和8.80%、13.15%，且处理J-10提高的幅度更大；同时单果重也显著提高，处理J-10提高的更为显著，提高了26.99%。在果径和果实指数方面，处理J-1和J-10与CK相比，也表现出一定的增加趋势，但是并未达到显著差异水平。说明喷施几丁寡糖能够提高辣椒果实的长度和果肉厚度，进一步提高辣椒的产量。

表3 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实生长发育的影响

2.4 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实品质的影响

由表4可知，叶面喷施不同浓度的几丁寡糖对辣椒果实的品质产生了显著的影响。维生素C是一种重要的维生素，也是鉴定作物优良品质的重要指标之一。随着喷施几丁寡糖浓度的升高，Vc呈现出增加的趋势，且与CK相比，处理J-1和J-10表现出显著差异水平，分别增加了17.83%和27.85%。可溶性蛋白含量的变化与维生素C含量的变化趋势相同，也表现出显著增加的趋势，分别增加了12.71%和20.19%，且处理J-10增加的幅度显著大于J-1。硝酸盐含量是反映蔬菜安全品质的一个重要指标，硝酸盐含量过高会危害人体健康。结果表明随着喷施几丁寡糖浓度的升高，硝酸盐的含量表现为升高的趋势，处理J-1和J-10分别升高了3.44%和8.20%，但与CK相比，并未表现出差异显著水平。总酚和类黄酮的相对含量则表现为显著减少的趋势，随着浓度的升高，减少的幅度越大，与CK相比，处理J-10的总酚和类黄酮含量分别减少了18.71%和20.24%，降低幅度较为显著。表明喷施几丁寡糖后能够显著诱导维生素C和可溶性蛋白含量的升高，进一步提高了辣椒果实的品质。

表4 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实品质的影响

2.5 叶面喷施几丁寡糖对辣椒叶片和果实糖含量及游离氨基酸含量的影响

糖是植物生长发育的重要调节因子，也是能量的来源。由图2、3可知，叶面喷施不同浓度的几丁寡糖对辣椒叶片和果实的糖含量产生了显著的影响。与CK相比，处理J-1和J-10的果实中可溶性总糖、蔗糖、果糖和游离氨基酸含量显著提高（图2），且J-10提高的更为明显，分别增加了23.43%、21.74%、16.03%和20.88%。辣椒叶片的糖含量与辣椒果实变化的趋势基本相同（图3），随着几丁寡糖浓度的升高，叶片中的糖含量呈现升高的趋势，但在游离氨基酸方面，虽然表现为升高的趋势，但是差异并不明显。表明，喷施几丁寡糖能够诱导辣椒叶片和果实糖含量的增加，也能够诱导辣椒果实中游离氨基酸含量的增加，但是对叶片中游离氨基酸含量并无显著影响。

2.6 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实中辣椒素和二氢辣椒素含量的影响

通过对不同处理条件下辣椒果实的辣椒素和二氢辣椒素含量的测定可知，经过不同浓度的几丁寡糖叶片喷施后，各处理间的辣椒素含量表现出显著的差异（图4）。与CK相比，处理J-1和J-10的辣椒素和二氢辣椒素含量显著降低，且喷施的几丁寡糖浓度越大，降低幅度越明显。其中辣椒素含量分别降低了17.04%和31.30%，二氢辣椒素含量降低了25.91%和46.83%。表明叶片喷施几丁寡糖后会显著抑制辣椒素和二氢辣椒素的合成，进而导致含量的下降，且二氢辣椒素的受抑制程度要大于辣椒素。

图2 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实糖含量和游离氨基酸含量的影响

图3 叶面喷施几丁寡糖对辣椒叶片糖含量和游离氨基酸含量的影响

图4 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实中辣椒素和二氢辣椒素含量的影响

2.7 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实品质影响的相关性分析

分别用维生素C、可溶性蛋白、硝酸盐、总酚、类黄酮、可溶性总糖、蔗糖、果糖、游离氨基酸、辣椒素、二氢辣椒素11个品质指标进行相关分析（表5）。结果表明，可溶性蛋白、可溶性总糖、蔗糖、果糖、游离氨基酸及硝酸盐含量与维生素C含量呈极显著正相关（P＜0.01）；辣椒素、二氢辣椒素与维生素C含量呈极显著负相关（P＜0.01）；而可溶性蛋白、可溶性总糖、蔗糖、果糖、游离氨基酸含量分别与辣椒素、二氢辣椒素含量呈极显著负相关（P＜0.01）；总酚、类黄酮相对含量与辣椒素、二氢辣椒素呈极显著正相关（P＜0.01），与其他品质指标则呈显著负相关。

2.8 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实品质的综合评价

参考胡会英［24］对辣椒果实品质的评价方法，对不同处理下辣椒比较重要的品质指标进行综合评价。各个指标以其平均数为基准向两侧等距分级，分级间距=（最大值-最小值）/分级数，每个指标共划分4个等级，由于硝酸盐过高会对人的身体健康产生一定的影响，所以硝酸盐等级是由低到高进行划分（表6），果实品质的综合评价指数越大，表明辣椒的综合品质最好；而综合评价指数小，则说明综合营养品质稍差。由表7可知，通过对不同处理下辣椒果实8种品质指标的评价指数进行计算可以得出，CK的综合评价指数为17，处理J-1和J-10综合评价指数分别为20和23，说明喷施几丁寡糖后能够提高辣椒果实的综合品质，而处理J-10效果更为显著。

表5 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实品质影响的相关性分析

表6 辣椒果实品质的等级划分

表7 辣椒果实品质的综合评价指数

3 讨论

3.1 叶面喷施几丁寡糖对辣椒植株和果实生长发育的影响

寡糖作为一种新型的植物生长调节剂，能够促进植物的生长，提高植物的抗逆能力［25］。Blackwood等研究发现含有乙酰氨基葡萄糖残基的几丁质寡糖能够诱导几丁质寡糖脱乙酰酶和几丁质寡糖合成酶来调节植物细胞的生长发育［26］。李佳琪等研究发现褐藻寡糖喷施在黄瓜幼苗的叶片上，提高了叶绿素含量和净光合速率，促进幼苗的生长和生物量的积累［27］。陈云等研究发现，低聚壳聚糖可提高小麦叶片的叶绿素含量、干物质重及叶片几丁质酶活性［28］。植物的叶绿素是进行光合作用所需要的色素，其含量反映了植物光合作用的能力，是衡量叶片功能强弱的重要指标之一。张佳蕾等在旱薄地条件下以花生为试验材料，经过叶面喷施不同浓度的壳寡糖处理发现花生饱果期叶片的叶绿素含量、单株结果数、饱果率和荚果产量显著提高［29］。本试验结果表明，叶面喷施几丁寡糖有利于辣椒植株的生长发育，尤其喷施浓度为10 mg/L的处理，株高、叶绿素含量、地上部鲜重和地下部的干鲜重显著高于对照，说明喷施几丁寡糖能够促进叶绿素含量升高，提高光合速率，促进生物量的积累，与前人的研究结果相同。

作物产量的高低是衡量作物生产成果的主要指标。研究发现小麦、马铃薯等作物经过几丁寡糖处理后，能够增产10%～30%，并且能够改善品质，并且研究人员对高温灭活几丁质酶与壳聚糖酶的发酵液进行试验，结果发现发酵液中的几丁寡糖对水稻的生长有促进作用［30］。李思等研究发现经过壳寡糖溶液浸泡或包衣玉米种子，能够促进玉米的行粒数和穗粒重的显著增加［31］。孟静静等研究发现壳寡糖处理提高了花生叶片叶绿素含量，显著提高了荚果产量［32］，同时叶面喷施寡糖可通过提高穗粒数和千粒重，促进小麦产量的提高［33］。在本试验中，经过几丁寡糖喷施后，能够显著提高辣椒果实的单果重、果长和果肉厚度，这可能是因为喷施几丁寡糖后，能够诱导叶片叶绿素含量和光合效率升高，提高光合产物积累和转运的能力，促进生物量的积累和果实产量的升高。

3.2 叶面喷施几丁寡糖对辣椒果实品质的影响

辣椒果实品质包括果实的营养品质、感官品质和商品品质3方面。其中，维生素C、可溶性蛋白和可溶性糖含量是反映蔬菜品质的重要指标，其含量的高低决定着蔬菜的口味、营养价值和商品价值［34］。维生素C是一类水溶性的活性物质，能够增强人体的免疫功能和抗衰老，维持人体正常的生理功能，但维生素C不能在人体中合成，必须从膳食中获取，而维生素C主要存在于新鲜的水果和蔬菜中，因此提高维生素C含量是改善果蔬品质的一个重要的目标［35-37］。马雪丽等研究认为叶片喷施一定浓度的寡糖后，能够提高作物维生素C和可溶性总糖的含量，进而改善了农作物的品质［38］。杨普云等发现用5%氨基寡糖溶液喷施果实膨大期的柑橘叶片，能够显著的提升柑橘的维生素C含量［39］。研究发现寡糖能够诱导“营养传感器”细胞活性的升高，促进蛋白质、单糖和二糖的合成［40］；罗兵等用壳聚糖溶液处理黄瓜叶片，结果表明壳聚糖能提高蔗糖合成酶和蔗糖磷酸合成酶的活性，从而促进碳水化合物的合成与积累［41］；也有一系列的研究表明在白菜、黄瓜、花生等作物上进行叶面喷施寡糖能够提高生理活性和抗逆性，增加产量或品质［42-44］。在本试验中，经过几丁寡糖喷施后能够显著提高辣椒果实的维生素C含量、可溶性蛋白含量、可溶性总糖、蔗糖、果糖含量和游离氨基酸含量，糖含量的升高增加了辣椒的甜度，提高辣椒的适口性，进而改善了辣椒的品质，这与前人的研究结果相一致。蔬菜中的总酚和类黄酮含量与其生长发育、色泽、品质等指标密切相关，在本研究中，辣椒果实中类黄酮和总酚的相对含量呈现减少的趋势，这可能是因为喷施几丁寡糖后，能够促进生物量的积累和果实产量的升高，而喷施几丁寡糖后使辣椒单果重高于对照，会产生稀释效应，导致类黄酮和总酚含量的降低［45-46］。除了辣椒果实中的营养成分和果实形态之外，辣椒素含量也是评价辣椒品质的重要指标之一［47］。常晓轲研究发现辣椒果实重量的增加会导致辣椒素含量的降低，而干物质积累、可溶性糖及可溶性蛋白含量与辣椒素呈负相关关系［48］。本研究中，喷施几丁寡糖显著降低了辣椒果实的辣椒素和二氢辣椒素含量，且处理J-10降低更为显著，与前人的研究结果一致。结合相关性分析表明，可溶性总糖、蔗糖、维生素C含量分别与辣椒素、二氢辣椒素含量呈极显著负相关（P＜0.01），总酚、类黄酮相对含量与辣椒素、二氢辣椒素呈极显著正相关（P＜0.01），表明糖含量升高导致辣椒素含量的降低，从而提高辣椒的适口性。

根据联合国粮食组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）的标准，我国提出在蔬菜中硝酸盐含量以低于432 mg/kg为标准，而人体摄入的硝酸盐主要来源于蔬菜［49］。在本研究中，经过几丁寡糖喷施后能够提高辣椒果实的硝酸盐含量，但是并未达到显著差异水平，而且其含量也在安全范围内，保证了辣椒的安全品质。综合辣椒各个重要的品质指标进行综合评价可知，喷施浓度为10 mg/L几丁寡糖溶液能够提高辣椒果实品质的综合评价指数，改善辣椒的果实品质。