壳聚糖对葡萄幼苗养分吸收的影响

黄 泳，陈 松，陈庆东，陈庆华，范中菡，夏 丹，廖明安，林立金，胡容平

（1.四川省农业科学院植物保护研究所/农业部西南作物有害生物综合治理重点实验室，成都 610066；2.四川农业大学园艺学院，成都 611130；3.四川省食用菌研究所，成都 610066）

壳聚糖又称为脱乙酰几丁质，具有无毒无味、来源广泛、环境相容性好、易降解等优点，应用前景十分广阔［1］。将海鲜、河鲜的外壳经一定方法提取甲壳素再经脱乙酰制成壳聚糖，并加以合理利用，不仅提高了资源的利用效率，而且减轻了环境的压力，有利于推动可持续农业的发展。施用壳聚糖能够促进种子萌发、植株生长，提高果实品质，改善土壤环境、促进营养吸收，提高植物抗逆性［2-4］。中国研究壳聚糖在农业领域中的应用起步较晚［5］。已有研究表明，无论是将壳聚糖直接施用于土壤还是与其他有机肥混施，都将对土壤环境及土壤养分状况产生显著影响［6］。壳聚糖本身含有大量的C、N 元素，经微生物分解后可供植物利用［7］。施用壳聚糖可以增加土壤中的微量元素有效态养分、钾和速效磷含量［8-10］。壳聚糖因具有调节植物生长、增强植株抗病力、增加产量和提高果实品质等功能已经开始应用于果树的生长调控［11］，现已成为研究热点。如采用壳聚糖喷施番木瓜的最佳浓度为0.5 mg/mL，其果实可溶性糖含量最高，品质和风味最佳［12］；而在喷施番茄叶面时，以分子质量为1 320 kDa、1.25 mg/mL的壳聚糖对番茄植株生长促进效果最明显［13］。研究发现，低分子质量壳聚糖能有效抑制猕猴桃灰霉病［14］，外源壳聚糖可有效缓解盐胁迫下小麦种子的萌发和幼苗的生长［15］。

葡萄（Vitis viniferaL.）是一类经济价值很高的水果，深受消费者的青睐［16］。除鲜食外，葡萄还被加工成葡萄酒、葡萄汁、葡萄干、葡萄籽油等常见产品［17］。尽管目前中国葡萄生产已取得巨大进展，但还存在栽培管理标准化程度低以及农药、化肥和植物生长调节剂使用不合理等问题。葡萄品质与世界顶级产品还存在一定差距，国际影响力和市场竞争力也有待提高［18］。鉴于此，本研究以葡萄幼苗为材料，对其喷施不同浓度壳聚糖，探讨壳聚糖对葡萄幼苗养分吸收的影响，以期筛选出有利于葡萄幼苗养分吸收的壳聚糖浓度，为壳聚糖在葡萄生产中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试葡萄品种为夏黑，材料来源于四川农业大学现代农业研发基地夏黑葡萄园。试验使用一年生扦插苗。

供试壳聚糖购自南京熙美诺生物科技有限公司，脱乙酰度为75%，分子质量为75 kDa。

供试土壤为潮土，基本理化性质为：pH 7.71，有机质15.29 g/kg，全氮0.85 g/kg，全磷11.88 g/kg，全钾15.38 g/kg，碱解氮87.99 mg/kg，速效磷55.78 mg/kg，速效钾41.96 mg/kg，水溶性钙21.32 mg/kg，水溶性镁2.845 mg/kg，水溶性钾1.626 mg/kg，水溶性钠2.938 mg/kg［19］。

1.2 试验设计

试验于2019 年2—8 月在四川农业大学（成都校区）进行。2019 年2 月下旬，称取3.0 kg 过5 mm 筛后的土壤装入塑料盆（直径15 cm、高18 cm）中，从底部托盘灌水，使盆中土壤完全湿润，备用。2019年3 月中下旬，选择生长健壮、无病虫害且长势基本一致的一年生葡萄扦插苗（株高约15 cm，1 个芽），洗净附着在根上的基质，移栽至塑料盆中。每盆移栽3 株葡萄幼苗。葡萄幼苗置于光照培养室培养，光照培养室设置为：白天（24±0.5）℃，夜晚（10±0.5）℃，光照/黑暗各12 h，光照度为10 000 lx。待葡萄幼苗缓苗15 d 后，对葡萄幼苗整株分别喷施0、1、2、4、6 g/L 的壳聚糖溶液（配制方法：称取12 g 的水溶性壳聚糖，用清水定容至2 L，不断搅拌2 h 至溶液完全溶解透明，再稀释制得浓度为分别1、2、4、6 g/L的壳聚糖溶液）［13］，以喷施去离子水的为对照（0 g/L），共5 个处理，每处理3 次重复，每盆葡萄为1 个重复，共15 盆葡萄幼苗。2019 年4 月8 日起，每隔7 d 喷1次，每次每个处理共喷施60 mL 壳聚糖溶液，共喷施3 次。每次喷施均在上午9：00—10：00 进行，喷施时将壳聚糖溶液均匀喷布于葡萄幼苗正反叶面及茎秆上，以叶面湿润不滴液为度，将不同浓度壳聚糖处理隔开，防止交叉影响。各盆葡萄幼苗（间距约15 cm）随机摆放并不定期随机调换位置，根据葡萄幼苗的需水情况及时浇水，保证土壤湿润，同时注意杂草的清除和病虫害的防治。最后一次处理后10 d，于5月9 日，取样测定葡萄幼苗植株氮、磷、钾、钙、镁、钠含量。土壤测定碱解氮、速效磷、速效钾、钙、镁、钠及土壤有机质含量，电导率，pH 及土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、磷酸酶的活性。

1.3 项目测定方法

用凯氏定氮法测定氮含量，钒钼酸铵比色法测定磷含量，火焰分光光度计测定钾和钠含量，三乙醇胺-氢氧化钠比色法测定钙和镁含量［20］。土壤理化性质测定参照文献［19］和［21］进行。

1.4 数据处理

数据采用SPSS 20.0 进行方差分析（Duncan 新复极差法进行多重比较）。

2 结果与分析

2.1 壳聚糖对葡萄幼苗大量元素含量的影响

从表1 可看出，壳聚糖处理可提高葡萄幼苗各部位氮、磷、钾含量，在浓度为4 g/L 时根系、茎秆、叶片、地上部分和整株氮含量显著高于对照，分别比对照增加28.02%、54.14%、28.01%、24.50%和25.53%，在壳聚糖浓度较低（1 g/L 和2 g/L）时，根系氮含量较对照显著降低，叶片、地上部分和整株葡萄幼苗的氮含量较对照无显著差异。壳聚糖处理后葡萄幼苗根系磷含量无显著变化，但茎秆、叶片、地上部分及整株磷含量较对照增加，在壳聚糖浓度为4 g/L 时分别较对照增加40.13%、28.51%、32.11%和18.67%。壳聚糖对葡萄幼苗各部分钾含量影响较大。其中根系、茎秆和整株钾含量在壳聚糖浓度为4 g/L 显著增高，较对照分别增加24.99%、14.13%和12.63%；就整株钾含量而言，只有壳聚糖浓度为4 g/L 时较对照显著增加，其他处理浓度对葡萄幼苗钾含量无显著影响。

表1 壳聚糖对葡萄幼苗大量元素含量的影响

2.2 壳聚糖对葡萄幼苗的中微量元素含量的影响

由表2 可知，壳聚糖在1~4 g/L 时葡萄幼苗的根系钠含量较对照有所降低，在浓度为2 g/L 时根系钠含量最低，较对照降低了38.34%。茎秆钠含量在壳聚糖浓度为1 g/L 时显著增加，较对照增加了58.78%。在壳聚糖浓度为4 g/L 时较对照显著降低。叶片、地上部分和整株钠含量在壳聚糖浓度为2 g/L时达最大值，分别较对照增加28.66%、30.43%和5.69%。葡萄幼苗的根系钙含量在壳聚糖浓度为2 g/L 时较对照降低了25.37%，在浓度达6 g/L 时较对照增加24.28%。茎秆钙含量在壳聚糖浓度为4 g/L时显著高于对照，增加了67.11%；叶片和地上部分钙含量较对照有所降低，且均在2 g/L 时达最低值，分别较对照下降29.27%和25.48%；就葡萄幼苗钙含量而言，壳聚糖浓度为4 g/L 和6 g/L 时有利于葡萄幼苗钙含量提高，而在低浓度（1~2 g/L）时不利于钙的积累。壳聚糖喷施处理总体可提高葡萄幼苗的镁积累量。就根系而言，壳聚糖浓度为1 g/L 时镁含量较对照增加了60.77%，但2 g/L 时根系镁含量较对照降低了50.99%，此后各浓度处理镁含量有所回升但均不超过1 g/L 处理的值。茎秆镁含量在壳聚糖浓度为2 g/L 和4 g/L 时显著增高，较对照增加58.84%和40.78%；叶片、地上部分和整株镁含量变化规律较为相似，均在壳聚糖浓度为1、2 和4 g/L 时显著增加，叶片分别较对照增加了71.62%、68.30%和55.63%，地上部分分别增加了50.35%、59.44%和46.29%，整株分别较对照增加了69.83%、38.53%和35.34%，当浓度达6 g/L 时又开始降低，但其含量仍高于对照。

2.3 壳聚糖对土壤养分有效态含量的影响

从表3 可见，适当浓度壳聚糖处理有助于土壤养分含量的提高。壳聚糖处理后土壤碱解氮含量增高，在壳聚糖浓度为1 g/L 时达最大值，较对照增加59.19%。土壤速效磷含量在壳聚糖浓度为1~2 g/L时降低，4~6 g/L 时增高，在浓度为4 g/L 时达最高，较对照增加13.11%。土壤速效钾含量均显著高于对照，且在浓度6 g/L 时最高，较对照增加124.72%。施加壳聚糖处理后土壤中的水溶性钙和水溶性镁含量均增高，只有水溶性钠含量出现不同程度的降低趋势。壳聚糖处理后土壤水溶性钙含量均显著高于对照。土壤水溶性镁含量在壳聚糖浓度为4 g/L时达最大值，较对照增加了27.27%。壳聚糖处理后土壤水溶性钠含量较对照均显著降低，且总体上随壳聚糖浓度的增大逐渐降低，壳聚糖浓度为1、2、4 和6 g/L 时，较对照分别降低了14.55%、13.41%、15.83%和18.31%。

2.4 壳聚糖对土壤pH、有机质和电导率的影响

由表4 可知，经壳聚糖喷施处理后的葡萄幼苗栽培土壤的pH 降低，但各处理间的土壤pH 无显著差异，说明不同浓度处理对土壤pH 影响不显著。土壤有机质含量较对照均显著增加。壳聚糖处理后土壤电导率有增加也有降低，壳聚糖浓度在6 g/L 时较对照显著增加，2 g/L时较对照显著降低。

表4 壳聚糖对土壤有机质含量、pH 和电导率的影响

2.5 壳聚糖对土壤酶活性的影响

由表5 可知，经壳聚糖处理后的葡萄幼苗栽培土壤的蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性均增高，且均在壳聚糖浓度为4 g/L 时活性最强，此浓度下土壤的蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性分别较对照升高124.33%、197.83%、8.99%和68.29%。其次，壳聚糖浓度为2 g/L 时土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性也较强，分别较对照升高72.99%、186.96%、6.22%和28.43%。

表5 壳聚糖对土壤酶活性的影响

3 小结与讨论

壳聚糖水溶性能好，具有一般功能性寡聚糖的特点，寡聚糖可参与植物生长发育密切相关的初级和次级代谢的反应，从而调节植物根系、茎秆、叶片的生长发育，达到促进植株生长的目的。已有研究表明，壳聚糖能在短时间内促进植物毛细根的生长，而发达的根系有利于植物更好地进行水分和养分的吸收［22］。杨峰［23］研究壳聚糖对苹果幼苗生长的影响，结果表明在一定范围内随壳聚糖浓度增加其促进效应增强，当壳聚糖浓达100 mg/L 时，苹果幼苗生长发育状态最好，各项生理生长指标最佳，但浓度超过100 mg/L 时壳聚糖作用效果不再增大。

植物对壳聚糖的吸收不仅取决于植物本身的特性，还取决于土壤环境。在本试验中，对葡萄幼苗喷施壳聚糖后，土壤pH 降低，说明喷施壳聚糖可调节土壤的酸碱度，这与胡祥等［24］研究壳聚糖可影响土壤pH 结果一致。原因可能是壳聚糖处理刺激了葡萄幼苗根系有机物质的释放，导致植物对阳、阴离子吸收利用的不平衡性，也有可能是根际微生物产酸量增加，导致有机阳离子的释放，从而促进了土壤有机酸的合成，降低土壤pH。土壤酶主要来源于植物根系分泌物和土壤微生物活动［25-27］，试验所测定的4 种土壤酶与土壤中碳、磷和钾循环及氧化还原代谢密切相关，其活性不仅影响土壤养分形态的变化，还能调节土壤养分对植物体的供给状况［28，29］。在本试验结果中，经壳聚糖喷施处理的葡萄幼苗栽培土壤中的蔗糖酶、脲酶、酸性磷酸酶和过氧化物酶在壳聚糖浓度为2~4 g/L 时活性显著增高，表明适当浓度的壳聚糖处理植物可提高其栽培土壤酶的活性，促进葡萄幼苗对养分的吸收。

土壤氮、磷、钾、钙、镁、钠等速效养分含量受到土壤母质、水分、微生物活动以及施肥的影响，此外植物根系分泌物也会对土壤养分产生一定影响［30］。在本试验中，喷施壳聚糖后的葡萄幼苗栽培土壤养分较对照有不同程度的增加，土壤速效磷、水溶性钙、水溶性镁、土壤有机质均在壳聚糖浓度为4 g/L时达最大，说明4 g/L 壳聚糖处理可在一定程度上提高速效养分含量，增强土壤肥力。这与刘金凤［10］使用壳聚糖处理番茄和小白菜后土壤速效养分含量显著增加研究结果一致，原因可能是植物根系不断向土壤中分泌大量有机物质，形成根际沉积，为植物生长提供了丰富的营养［25］。良好的土壤养分供应也有利于植株根系的养分吸收，充足的养分吸收对维持植物结构完整性和行使正常生理功能起重要的作用，任何养分的吸收发生变化都会对植物新陈代谢产生不利影响，从而影响植物正常生长和产量形成［31］。氮、磷、钾3 种必需矿质营养元素在调控植株生长发育和作物产量形成中发挥着不可替代的作用，中微量元素是植物体内具有较强专一性酶或辅酶的组成部分，在作物生长发育过程中也不可或缺［32］。本试验中，经壳聚糖处理后，葡萄幼苗各部分及整株大量元素氮、磷、钾均在壳聚糖浓度为4 g/L时含量达最大值，微量元素镁也呈现不同程度的增加，葡萄幼苗根系、茎秆和叶片各部分养分含量随浓度变化与土壤养分含量较为同步，且与生物量各部分表现的总体增减幅也较为相似。因此，4 g/L 的壳聚糖处理可促进葡萄幼苗植株对养分的吸收。

综上所述，喷施不同浓度壳聚糖处理葡萄幼苗后土壤养分有效性和土壤酶活性增加，为植株生长创造了良好的土壤条件，葡萄幼苗各部分氮、磷、钾、镁含量也显著增加，因而壳聚糖处理有利于葡萄幼苗植株大量元素和部分中微量元素的吸收和积累，且在壳聚糖浓度为4 g/L 时最有利于葡萄幼苗养分吸收。