壳寡糖对硬水灌溉下黄瓜育苗效果的影响

王嘉欣，高艳明，李建设，李露露，李稼润，王 花

（宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021)

黄瓜作为一种深受消费者喜爱的蔬菜，其栽培面积逐年增加，而培育壮苗是确保黄瓜移栽成活率、早产、高产、优质、减少病虫害等的关键技术。穴盘育苗是以穴盘作为容器，采用育苗基质，在合适的环境下培育幼苗的方法，是现代化育苗的主要方式之一；但是，由于设施栽培往往存在温度高、湿度大、透光性差等问题，加之穴盘育苗空间小，极易导致幼苗徒长、纤弱、品质差等现象。

硬水是含有过多的钙、镁离子的水。宁夏自治区的灌溉水属于硬水，其含钙离子过多，pH值高，往往会影响植株对Ca的吸收，产生胁迫作用，从而影响生长发育，致使产量降低，品质变劣，尤其大大降低蔬菜的商品价值，进而减少农民收入。

壳寡糖是一种以海洋生物中富含的甲壳素为主要原料，经过酶解等方法加工而成的海洋生物制剂。研究表明，壳寡糖具有广谱抑菌活性，对人体无毒性；能够改良土壤的团粒结构，增强土壤透气性及保水保肥能力，提升植株根系对水分养分的吸收利用效率，同时具有促进植株生长，增强抗逆性等作用。当作物处于胁迫环境下，壳寡糖能够激活作物的免疫系统做出防御反应，调控作物的生长发育和生理生化反应，产生具有抗性的活性物质，抑制病害发生。另外，寡糖信号分子能够通过调节光合产物运输分配和次生物质代谢，直接或间接参与到作物的能量转化与体内代谢，从而提高生长速率。因此，如何应用壳寡糖培育健壮的黄瓜幼苗，成为穴盘育苗的关键技术。

本研究采用不同浓度的壳寡糖溶液，通过不同的浸种和叶面喷施方式来调控硬水灌溉下穴盘黄瓜苗的生长，以期减缓硬水对黄瓜幼苗的影响，达到培育壮苗的目的，为壳寡糖在黄瓜工厂化穴盘育苗中的应用提供理论支持，并为黄瓜壮苗化学调控技术提供示范。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试黄瓜品种为‘津春4号’，由天津科润农业科技股份有限公司生产；供试壳寡糖（含壳寡糖5%，氨基酸≥100 g/L，Zn＋B≥20 g/L，脱乙酰度（D.D）＞80%），由烟台水禾土生物科技有限公司生产；供试基质为商品基质，由宁夏中青农业科技有限公司生产。试验中所用硬水指当地常用灌溉水（总硬度150～500 mg/L，pH值8.0～8.6，EC值633～1 010 μS/cm，矿化度0.5 g/L)。

1.2 试验设计

试验于2020年9—10月在宁夏大学农学院农科实训基地进行，采用72孔穴盘育苗，育苗期间保持白天23～25 ℃，夜间15～16 ℃。试验设7个处理，具体处理方式如表1所示。每个处理浸种8 h，苗期叶面喷施处理共3次，分别在子叶平展期、1叶1心期、2叶1心期进行，每次喷洒量为50 mL/穴盘，以将所有的叶片均匀喷洒至滴水为准。所有处理统一用硬水灌溉，每处理播种1盘，重复3次，共播种21盘，随机区组排列。

表1 试验设计

1.3 指标测定

1.3.1 生长指标

黄瓜齐苗后，每个重复选取长势均匀的秧苗10株，分别在齐苗期、1叶1心期、2叶1心期测定株高、茎粗、最大叶面积、叶绿素含量。株高采用直尺测量黄瓜茎基部至生长点的高度；茎粗采用游标卡尺测量子叶下1 cm处的直径；最大叶面积A＝0.743bl（b、l分别指黄瓜幼苗最大叶的宽和长）；叶绿素含量采用叶绿素计（SPAD-502 Plus）测定最新完全展开叶的SPAD值。

1.3.2 生物量

2020年10月25日，育苗期结束，每个重复选取10株长势均匀的秧苗，将植株分为地上部和地下部分别称取鲜质量，后于105 ℃杀青15 min，75 ℃烘干至恒质量，称取干质量。根体积采用排水法测定。壮苗指数＝（茎粗/株高＋根干质量/地上部干质量）×全株干质量；根冠比＝根干质量/地上部干质量。

1.3.3 生理指标

育苗期结束后，每个重复选取10株长势均匀的秧苗，烘干称取干质量，计算G值（日均干质量增长量），测定鲜样根系活力、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量。G值＝干质量/育苗天数；根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）还原法测定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定；游离脯氨酸含量采用磺基水杨酸法测定。

1.4 数据处理

采用Excel 2010整理数据，采用SPSS 25.0进行Duncan法单因素方差分析，结果以均值±标准误表示，采用Origin 2019进行绘图，最后采用主成分隶属函数综合评估，具体公式如下：

（1）式中，F（X）指第i个综合指标值，a表示各单一指标的特征值所对应的特征向量，X为各单一指标经标准化处理值。（2）式中，U（X）表示各主因子的隶属函数值；X、X为所有参试处理中第i项指标的最大值和最小值。（3）式中，W表示第j个综合指标的权重，P表示第j个综合指标的方差贡献率。（4）式中，D为各处理的综合评价值。

2 结果与分析

2.1 不同处理对不同时期黄瓜幼苗生长指标的影响

由图1可知，处理A的株高在齐苗期和2叶1心期均显著低于对照，分别降低8.5%、9.0%；处理A在1叶1心期显著高于对照9.8%，说明用壳寡糖浸种加苗期喷洒硬水处理时，用200倍液壳寡糖浸种即可很好地控制黄瓜幼苗徒长，400倍液反而效果不好。处理A、A的茎粗和最大叶面积均与对照无显著差异，说明用壳寡糖浸种对幼苗的茎粗和最大叶面积影响不大。处理A的叶绿素含量在齐苗期和1叶1心期分别显著高于对照6.6%、4.9%；处理A的叶绿素含量在3个生育期均与对照存在显著差异，先后分别高出5.2%、7.0%、4.4%。壳寡糖喷施处理后，处理B的株高在齐苗期和1叶1心期分别显著低于对照11.4%、12.0%。在齐苗期、1叶1心期、2叶1心期，处理B、B的叶绿素含量均显著高于对照，其中B在3个生育期分别高于对照5.8%、9.2%、6.1%；每次喷施后，B的叶绿素含量均高于B，说明喷施500倍液壳寡糖可以控制黄瓜幼苗徒长，喷施800倍液壳寡糖可以提高黄瓜幼苗的叶绿素含量。壳寡糖浸种加壳寡糖喷施处理C、C的株高在3个生育期均高于对照，其中C在齐苗期和1叶1心期分别显著高出22.0%和10.4%，说明400倍液壳寡糖浸种加500倍液壳寡糖苗期喷施处理可以促进幼苗生长；C在齐苗期的叶绿素含量显著高于对照4.5%；在1叶1心期，C、C叶绿素含量均显著高于对照，分别高出7.0%、5.5%。

图1 不同处理对不同时期黄瓜幼苗生长指标的影响

2.2 不同处理对黄瓜幼苗生物量的影响

由表2可知，地上鲜质量、地上干质量各处理皆与对照无显著差异。处理B的地下鲜质量最高，显著高于对照32.4%。不同壳寡糖处理的根体积均高于硬水处理（CK）的幼苗，其中A、A、B、B与对照差异均显著，最大的为B，高于对照39.6%；其次为A，高于对照27.7%。根冠比反映了黄瓜幼苗地上部与地下部的相关性，处理B、C的根冠比分别显著高于对照21.4%、14.3%。壮苗指数是反映黄瓜幼苗质量的综合指标，A、B壮苗指数与对照差异显著，分别比对照提高26.3%、31.6%。

表2 不同处理对黄瓜幼苗生物量的影响

2.3 不同处理对黄瓜幼苗生理指标的影响

由图2可知，不同壳寡糖处理均与对照幼苗的G值存在显著差异，其中B最高，高于对照20.0%，B次之。单纯用壳寡糖浸种或者单纯喷施壳寡糖都可以显著提高幼苗的根系活力，A、A、B、B分别显著高于对照24.0%、25.3%、45.3%、50.7%。植株中游离脯氨酸含量一直是备受关注的抗逆性指标，其具有调节渗透及保护细胞膜结构稳定的作用。单纯用壳寡糖浸种或者单纯喷施壳寡糖都可以显著提高幼苗的游离脯氨酸含量，A、A、B、B分别高于对照25.7%、16.1%、19.1%、67.7%。MDA是植物器官衰老或在逆境下遭受伤害，膜脂过氧化最终的分解产物，其含量的多少可以反映植物遭受逆境伤害的程度及膜系统受损程度，含量越高受到伤害的程度越大。各处理幼苗MDA含量总体表现为CK＞B＞C＞A＞C＞A＞B，不同浓度的壳寡糖处理均能显著降低黄瓜幼苗的MDA含量，A、A、B、B、C、C分别显著低于对照19.0%、43.6%、16.%、45.4%、43.6%、16.6%，说明在一定浓度范围内喷施壳寡糖及壳寡糖浸种均可以减缓逆境对黄瓜幼苗的伤害。

图2 不同处理对黄瓜幼苗G值、根系活力、游离脯氨酸和MDA含量的影响

2.4 主成分分析结果

为确定硬水灌溉下黄瓜育苗最优处理，对黄瓜幼苗的生长指标、生物量和生理指标进行主成分分析，而主成分的特征值与方差贡献率是选择主成分的依据；因此，对黄瓜幼苗的19个指标（表3）进行了主成分分析（即通过SPSS中分析—降维—因子分析—选择主成分等步骤），得到相关矩阵的特征值、特征向量累积贡献率（表3）和成分矩阵（表4）。

由表3可知，前5个主成分特征值之和为18.37，累计贡献率达96.70%，这表明前5个主成分即可以充分反映所有指标的信息。

特征向量矩阵能够反映出各指标在各个主成分的荷载，如表3—表4所示，第1主成分的特征值最大，为8.90，贡献率为46.86%；子叶平展期的茎粗、最大叶面积、叶绿素含量，1叶1心期的茎粗和叶绿素含量，2叶1心期的叶绿素含量、根体积、壮苗指数、游离脯氨酸含量和根系活力在第1主成分上有较高的载荷，说明第1主成分主要是由这几项指标决定。第2主成分特征值为3.98，贡献率为20.95%；3个时期的株高，1叶1心期和2叶1心期的最大叶面积的载荷正向值较大，这一性状主要与株高和最大叶面积有关，说明在第2主成分中株高和最大叶面积会制约幼苗品质。第3主成分特征值为2.42，贡献率为12.72%；丙二醛含量载荷正向值最大，主要与幼苗细胞的受损程度有关；1叶1心期的茎粗的载荷负向值最高。第4主成分特征值为1.91，贡献率为10.04%；G值的载荷正向值最大，2叶1心期的茎粗的载荷负向值最高。第5主成分特征值为1.16，贡献率为6.12%；根冠比赋值结果的载荷负向值最高，说明在第5主成分中根冠比会制约黄瓜的幼苗品质。

表3 主成分的特征值与方差贡献率

表4 成分矩阵

2.5 隶属函数分析结果

由表5可知，单纯用壳寡糖浸种，处理A浸种效果高于处理A；单纯苗期壳寡糖喷施处理效果最好，其中处理B的效果优于处理B；而壳寡糖浸种加苗期喷施壳寡糖处理中C的效果高于C。总体来说，CK的排名最低，说明用壳寡糖处理可以提高黄瓜幼苗的品质，其中B处理最好。

表5 不同处理黄瓜幼苗综合指标值、隶属函数值、综合评价值及排名

3 讨论

郭卫华等研究表明，低浓度的壳寡糖可以使得黄瓜幼苗功能叶的叶绿素含量升高。本研究结果与其相似，单纯苗期喷施低浓度的壳寡糖就可以促进黄瓜幼苗的叶绿素含量积累。陈永快等研究发现在高温胁迫环境下，外源壳聚糖处理能缓解黄瓜幼苗徒长。本研究与其结果相似，在非胁迫条件下，用400倍液壳寡糖浸种，或者只在苗期喷施3次500倍液壳寡糖都可有效控制植株徒长。根系是植物对水分和矿质营养的主要吸收器官，根系的生长情况直接影响植物个体的生长情况，根系活力是衡量根系功能的主要指标之一，顾丽嫱用不同浓度的壳寡糖溶液处理番茄种子发现在150 mg/L的壳寡糖作用下，能提高番茄种子的根鲜质量、幼苗鲜质量、活力指数；宁利敏等研究发现海藻寡糖可促进植物根系生长。与其研究结果相似的是，本研究发现苗期喷施800倍液壳寡糖可以很好地促进根系发育，增大其根冠比、根体积和根系活力，并使得壮苗指数上升。

游离脯氨酸作为一种重要的渗透调节物质，植株体内游离脯氨酸含量可在一定程度上反映植株体内水分状况，游离脯氨酸的积累量越大则植株的抗性越强。与游离脯氨酸相反，MDA增加多表明植物受到胁迫后细胞膜破坏严重，抗逆性弱。狄文伟研究发现，壳寡糖处理在低温下能较大幅度提高黄瓜穴盘苗游离脯氨酸含量，同时降低植株体内的MDA含量，与之结果相似的是，本研究发现单纯用壳寡糖浸种或单纯苗期喷施壳寡糖在非胁迫条件下也能提高黄瓜幼苗根系活力、游离脯氨酸含量，同时降低植株体内的MDA含量，提高黄瓜幼苗的抗逆性，这可能是由于壳寡糖通过响应Ca信号来调控幼苗细胞内的生理变化，提高了细胞膜的渗透调节能力，从而激发了抗性表达。

4 结论

研究结果表明，硬水浸种加喷施3次800倍液壳寡糖，能提高最大叶面积，显著增加黄瓜幼苗叶片的叶绿素含量，对黄瓜幼苗根系影响最大，促进作用最强，其壮苗指数提高了31.6%，G值提高了20.0%，幼苗根冠比提高了21.4%，根体积增加了39.6%，根系活力增加了50.7%，成苗健康程度较高。单纯壳寡糖浸种或者单纯苗期喷施壳寡糖可以显著提高游离脯氨酸含量，同时降低MDA含量，有效地降低逆境对黄瓜幼苗的伤害，其中硬水浸种加苗期喷施3次800倍液壳寡糖处理效果最好，游离脯氨酸含量提高67.7%，丙二醛含量降低45.4%。同时，主成分及隶属函数分析也表明，硬水浸种加苗期3次800倍壳寡糖喷施处理的黄瓜育苗效果最好。