壳聚糖—海藻酸钠不同配比复合膜对棉花种子萌发及幼苗生化特性的影响

王增辉+高瑞+赵蕾+孙红炜+李凡+杨淑珂+徐晓辉+路兴波

摘要：为了研究壳聚糖-海藻酸钠复合膜对棉花种子萌发以及幼苗生长发育的影响，分别用壳聚糖与海藻酸钠浓度比为5∶1、4∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0∶1的复合膜对棉花种子进行包衣。结果表明：当壳聚糖与海藻酸钠的浓度比为3∶1、4∶1时，复合膜的综合性能较好。经复合膜包衣的棉花种子的发芽率、幼苗叶绿素、可溶性糖以及可溶性蛋白含量均比未包膜处理以及单一膜处理的高，随二者浓度比的降低先增加后减少，且浓度比在3∶1时，效果最佳。

关键词：壳聚糖；海藻酸钠；复合膜；棉花种子；萌发；幼苗；生化特性

中图分类号：S562.04文献标识号：A文章编号：1001-4942（2017）11-0082-04

Effects of Chitosan-Alginate Composite Membrane of Different

Ratios on Seed Germination and Biochemical

Characteristics of Cotton Seedlings

Wang Zenghui1， Gao Rui1， Zhao Lei2， Sun Hongwei1， Li Fan1， Yang Shuke1， Xu Xiaohui1， Lu Xingbo1

（1. Institute of Plant Protection， Shandong Academy of Agriculture Sciences， Jinan 250100， China；

2.Shandong Normal University， Jinan 250014， China）

AbstractIn order to study the effects of chitoson-alginate composite membrane on cotton seed germination and growth and development of seedlings， the cotton seeds were conducted coating treatment with composite membrane of concentration ratios of chitoson to alginate as 5∶1， 4∶1， 3∶1， 2∶1， 1∶1， 0∶1 respectively. The results showed that， when the concentration ratio reached 3∶1 and 4∶1， the properties of composite membrane were the best. The seed germination rate， contents of chlorophyll， soluble sugar and soluble protein of cotton seedlings were all more than those of no coating treatment and single reagent treatment. They firstly increased and then decreased with the decrease of concentration ratio， and the effect was the best when the concentration ratio was 3∶1.

KeywordsChisiton； Alginate； Composite membrane； Cotton seed； Germination； Seedling； Biochemical characteristics

殼聚糖（chitosan，简写Cs）是由甲壳素脱乙酰化产生的，学名为聚氨基葡萄糖。壳聚糖具有良好的成膜性、附着性、吸湿性和抗菌性[1，2]，因而其可用于食品工业作为无毒防腐剂和保湿剂。壳聚糖对环境无污染，在农业上还有重要的应用价值，其可作为土壤改良剂、降解性地膜、植物生长调节剂和抑菌剂[3，4]。海藻酸钠是存在于褐藻类中的天然高分子聚合物，可作为水优先透过的渗透蒸发膜材料，海藻酸钠的成膜性被用于制备各种用途的膜材料，但是其膜质脆和耐水性差的缺点，限制了其广泛应用。已有壳聚糖对小麦、玉米、大豆、花生、油菜等种子萌发的研究[5-9]，但壳聚糖与海藻酸钠复合作为包衣剂对棉花种子的萌发及生长的相关研究很少。为改造海藻酸钠膜的缺点，将其和壳聚糖按不同比例进行混合，寻找最适的成膜配比。本研究通过对壳聚糖、海藻酸钠进行不同配比处理，筛选具有良好成膜效果的复合膜，并研究其对棉花种子萌发以及生理生化指标的影响，为其在种衣剂上的应用提供依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试种子：脱绒棉花种子（鲁棉13号），由山东省农业科学院植物保护研究所提供。

供试药品：壳聚糖、海藻酸钠、水溶性淀粉、染色剂、苯酚、丙酮、浓硫酸、乙醇、NaCl等购于济南恒牛实验设备有限公司。

1.2试验方法

1.2.1复合膜的制备按照表1试验设计，取一定质量的壳聚糖以及海藻酸钠混合至水溶性淀粉浓度为1%（质量体积比）的100 mL溶液中，28℃、250 r/min摇床6 h后取出，以单一海藻酸钠膜作为对照。取5 mL复合膜液置于塑料培养皿中，用涂布器将其均匀分布在整个塑料培养皿上，室温静置6 h。

表1复合膜配比处理

处理编号壳聚糖（g）海藻酸钠（g）壳聚糖∶海藻酸钠C1515∶1C2414∶1C3313∶1C4212∶1C5111∶1C6010∶1

1.2.2水溶性测定将制备好的膜于室温下干燥至恒重（4 h），用刀片取长4.0 cm、宽2.0 cm的干燥复合膜放入称量好的培养皿（W）称重W0，然后浸入三级水中18 h，取出后再干燥至恒重，称其重量W1，计算其水溶性，重复3次。

Q水溶性=（W0- W1）/（W0- W）。

1.2.3透水性测定用毛笔将成膜剂均匀地涂抹在直径为9 cm的滤纸表面上，干燥后将涂有成膜剂一面朝下盖在事先称重的干净培养皿上，用移液枪将3 mL水滴在滤纸片表面，1 h后称培养皿重量，计算滤纸中渗下水重量，重复3次。

1.2.4脱落率测定每100 mL膜液中加入4～5滴染色剂摇匀，将200粒脱绒的棉花种子放入含有膜液的锥形瓶中，晃动5 min，在摊开的纱布上边移动边倒膜液，使棉花种子均匀分散在纱布上，室温晾干，重复3次。

脱落率（%）=未染色种子数/总种子数×100。

1.2.5棉花种子的处理及培养取籽粒饱满的棉花种子，蒸馏水冲洗3遍后晾干，然后用筛选的复合膜对其进行包衣。待膜晾干后，分别播种在装有基质的塑料盆中，每处理6个重复，每重复10粒种子，恒温培养箱25℃发芽培养，同时每个处理分别选取60粒种子放在培养皿上，每天补充水分，测其发芽势以及发芽率。

发芽势（%）=4 d发芽数/种子数×100；

发芽率（%）=12 d发芽数/种子数×100。

1.2.6棉花幼苗生化指標的测定叶绿素含量的测定[10]：准确称取一定量培养14 d的幼苗叶片，用80%丙酮提取，于663、645 nm处测定吸光度，用公式C=8.02×OD663+20.21×OD645计算叶绿素的含量。

可溶性蛋白的测定[11]：准确称取一定量培养14 d幼苗地上部分，用0.15 mol/L NaCl溶液提取，于260、280 nm处测定吸光度，用公式C=1.55×OD280-0.76×OD260计算可溶性蛋白质的含量。

可溶性糖的测定[11]：取一定量培养14 d的幼苗叶片，在110℃烘15 min，然后调至70℃过夜，准确称取50.0 mg，用80%乙醇提取，吸取提取液0.50 mL，加入水0.50 mL、5%苯酚1 mL和浓硫酸5 mL，摇匀，静置15 min，在490 nm处测其吸光度。

1.3数据处理

采用Microsoft Excel 2007软件进行试验数据处理及作图。

2结果与分析

2.1不同配比复合膜的成膜特性比较

由图1可以看出，当壳聚糖与海藻酸钠的配比为3∶1时，复合膜的水溶性最好；当二者的配比为5∶1、4∶1时膜的水溶性较好；当二者的配比为1∶1时复合膜的水溶性与单一的海藻酸钠膜水溶性近似。试验结果表明，当复合膜中壳聚糖具有较高的浓度时，复合膜的水溶性均比单一海藻酸钠膜的好。

通过膜透水性的测定（图1）可以看出，当二者配比为3∶1、4∶1时膜的透水性较好，其余配比膜的透水性均比单一海藻酸钠膜的好。在一定范围内，当壳聚糖的浓度较高时，膜的透水性较高。

由图1看出，壳聚糖与海藻酸钠各浓度配比之间的脱落率差距不明显，当浓度配比为2∶1和为1∶1时，复合膜的脱落率比单一膜（对照）的略高，配比为5∶1、4∶1和3∶1时，脱落率与对照C6近似，无明显差异。

综合膜的水溶性、透水性以及脱落率的测定结果可看出，复合膜配比为3∶1和4∶1时膜的综合性能较好。

透水性及脱落率比较

2.2不同复合膜包衣对棉花种子发芽势及发芽率的影响

为测定膜对棉花种子萌发以及苗期生长的影响，分别用以上不同配比的复合膜对棉花种子进行包衣，检测最适合种子生长发育的膜配比，以未包衣种子作对照（C7）。从图2中可以看出，壳聚糖与海藻酸钠配比为3∶1（C3）时，棉花种子的发芽势最高，随着壳聚糖浓度的降低，棉花种子的发芽势逐渐降低；单一膜处理棉种的发芽势比空白对照的低。播种12 d测其发芽率，结果（图3）表明，复合膜的发芽率要高于单一膜的发芽率；单一膜的发芽率与未包衣棉花种子的发芽率无明显差异。当壳聚糖与海藻酸钠的浓度配比为3∶1（C3）时，棉花种子发芽率最高。

棉种发芽率比较

2.3不同复合膜包衣对棉花幼苗叶绿素、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影响

2.3.1叶绿素含量叶绿素含量是衡量植物光合能力的重要指标，其含量越高植株的光合能力越强，合成物质越多，营养生长越快[12]。从表2中可以看出，在一定范围内，随着壳聚糖与海藻酸钠浓度配比降低，棉花幼苗叶绿素含量逐渐增加，当其二者配比为3∶1时，幼苗叶绿素含量达到最高；随着壳聚糖含量的减少，棉花幼苗叶绿素含量逐渐减少，但仍比未包衣的棉花幼苗的含量高。壳聚糖溶液在一定浓度范围内对棉花叶绿素含量的提高具有促进作用，有利于棉株光合能力的提高，促进营养物质的积累，从而促进棉花的营养生长，为植株后期生长和产量奠定基础。

2.3.2可溶性蛋白含量植物幼苗的可溶性蛋白大多数是参与各种代谢的酶类，其含量是衡量植物总代谢的一个重要指标[13]。从表2中可以看出，包衣后的棉花种子，其幼苗的可溶性蛋白均比未包衣的对照C7高；在一定范围内，随着壳聚糖与海藻酸钠浓度配比降低，其可溶性蛋白含量增加，当壳聚糖与海藻酸钠的配比为3∶1时（C3），幼苗的可溶性蛋白含量达到最高，之后随着壳聚糖与海藻酸钠浓度配比降低，棉花幼苗可溶性蛋白含量减少，海藻酸钠对幼苗可溶性蛋白的形成表现出抑制作用。

2.3.3可溶性糖含量可溶性糖是种子萌发过程中的能源物质、碳源物质，在一定程度上能反映植物各组织器官中的营养状况。从表2中可以看出，壳聚糖浓度过高对棉苗可溶性糖形成表现出抑制作用，壳聚糖与海藻酸钠配比为5∶1的C1处理可溶性糖含量最低，仅为9.60 mg/g，但随着壳聚糖与海藻酸钠浓度配比降低，幼苗可溶性糖含量增加，当壳聚糖与海藻酸钠的配比为3∶1时，幼苗可溶糖含量最高；之后随着壳聚糖含量的降低，幼苗可溶性糖含量又随之减少。因此，本试验结果表明壳聚糖与海藻酸钠配比为3∶1时效果最佳。

壳聚糖促进作物生长可能是通过调控内源激素水平影响酶的含量以及活性实现的，也可能是通过其在代谢途径中形成一些低聚糖来调节植物生长。壳聚糖促进小麦、玉米、大豆等种子萌发以及幼苗生长的研究不少，但是壳聚糖与海藻酸钠制备包衣处理棉花种子的研究较少。壳聚糖对棉花种子萌发以及幼苗生长的作用机制还有待于进一步研究。

参考文献：

[1]蒋小姝，莫海涛，苏海佳，等.甲壳素及壳聚糖在农业领域方面的应用[J].中国农学通报，2013，29（6）：170-174.

[2]冯梦凰，邓联东，张晓丽，等.聚乙二醇单甲醚接枝壳聚糖的合成及结构表征[J].化学工艺与工程，2005，22（2）：79-82.

[3]陆建农.壳聚糖在农业上应用的研究进展[J].中国植保导刊，2008，28（2）：16-17.

[4]刘贵智，朱英波，杜金有，等.壳聚糖在农业上应用的研究进展[J].中国农学通报，2007，23（8）：337-380.

[5]杨越冬，周永国，齐印阁，等.壳聚糖对冬小麦种子萌发过程中生理活性影响[J].种子，2002，21（3）：3-5.

[6]周天，胡永军，姜坤，等.壳聚糖对玉米种子萌发和幼苗生長的影响[J].吉林农业科学，2004，29（3）：8-10，18.

[7]周永国，杨越冬，齐印阁，等.壳聚糖对花生种子萌发过程中某些生理活性的影响[J].花生学报，2002，31（1）：22-25.

[8]姜虎生，石德成.壳聚糖对大豆种子萌发和幼苗生长的影响[J].河南师范大学学报，2006，34（2）：117-119.

[9]隋雪燕，周泽林，张文清，等.壳聚糖包衣对油菜种子萌发和幼苗生长以及几个生理生化指标的影响[J].植物生理学通讯，2002，38（2）：225-227.

[10]汤章城，魏家绵，陈因，等.现代植物生理实验指南[M].北京：科学出版社，1999：95-96.

[11]张志良，瞿伟菁.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2002：127-128，160-169.

[12]孙惠晶，王齐，郭红，等.不同栽培基质下碧玉兰光合指标日变化研究[J].亚热带植物科学，2011，20（4）：16-19.

[13]褚衍亮，王娜，张步军.一株放线菌代谢物对桑种子萌发和幼苗生长的影响[J].种子，2011，30（11）：56-59.山 东 农 业 科 学2017，49（11）：86～90Shandong Agricultural Sciences山 东 农 业 科 学第49卷第11期杨阳，等：利用核桃青皮渣为主料制备生物有机肥及在葡萄上的应用DOI：10.14083/j.issn.1001-4942.2017.11.016

收稿日期：2017-05-18

基金项目：山东省科技发展计划项目“核桃青皮资源化高效利用技术及在葡萄生产中的防控技术研究（2014GGH213003）”

作者简介：杨阳（1982—），女，黑龙江拜泉人，硕士，农艺师，主要从事葡萄栽培、葡萄营养生理研究。E-mail：feixiang0507@126.com

通讯作者：汤小宁（1964—），女，山东荣成人，研究员，主要从事葡萄栽培与酿酒、葡萄生物防控技术研究。E-mail：sdjjxyty@126.com