几丁寡糖对茶树生长和品质形成的影响

陈凯，毛小涛，魏平慧，程薪宇，张群峰

1.上饶师范学院生命科学学院上饶农业技术创新研究院，江西 上饶 334001；2.中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008

几丁寡糖（Chitooligosaccharide） 是几丁质（Chitin）降解后的产物，其聚合度为2～10。几丁质也被称为甲壳素，是自然界中仅次于纤维素的第二丰富的可再生资源。它是N-乙酰-β-D-葡糖胺的同聚物，广泛存在于节肢动物（虾、蟹）和昆虫的外骨骼，以及真菌的细胞壁中，其分子量可达几十万至几百万道尔顿，是迄今为止发现的唯一的碱性多糖[1]。壳聚糖是甲壳素脱乙酰化形成的线性黏多糖。

几丁寡糖水溶性及生物相容性优异，易被生物机体吸收，具有独特的生物活性，是一种天然绿色的叶面肥，被广泛应用于农林畜牧、保健食品及生物医药等方面[2]。几丁寡糖在农业上应用主要表现有调控植物生长发育、激活植物防御反应、杀菌防病等功能，可以提高植物光合作用，促进碳氮循环，提高作物产量和品质，并提高作物的抗病性[3-5]。研究表明几丁寡糖可以提高棉花、小麦、草莓等植物体内的防御酶活性，增强这些植物对病虫害的抗性[6-7]。喷施几丁寡糖溶液后，梨、花生和菠菜等一系列农作物的产量有很大的提高，同时品质也得到了改善[5-7]。然而，几丁寡糖对茶树生长和品质的影响研究还未见报道。

作为一种聚糖，聚合度和乙酰度是影响几丁寡糖生物活性的两个主要变量。由于受制备和分离技术的限制，以往经常使用复合结构的几丁寡糖混合物来研究其功能。因此，不清楚几丁寡糖农用生物活性的功能单元是几糖，乙酰度多少，构效关系作用机制更不清楚。近年来，单一聚合度和单一乙酰度几丁寡糖的制备和分离取得了重要突破，为深入研究几丁寡糖与其性质的构效关系提供了物质基础[8-10]。

本研究采用不同质量浓度的几丁寡糖作为叶面肥喷施茶树，探究其对茶树生长发育和产量品质的影响。研究相同聚合度、不同乙酰度的几丁寡糖促进茶叶生长机制，从而明确几丁寡糖的乙酰度与其促进茶叶生长活性之间的构效关系。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验茶园位于江西上饶市广信区皂头镇，为地形平整、肥力均匀的丘陵茶园。试验地整体为东西长、南北窄的长方形。地内共有南北向茶垄44 行，垄长13～15 m，垄宽与垄间距约60 cm。茶树品种为龙井43，树龄15年。试验采用区组设计，设置4组不同乙酰度下2种不同质量浓度的几丁寡糖叶面肥喷施处理，分别为：空白对照组（CK）、乙酰度90%质量浓度为3 mg/L 和15 mg/L的几丁寡糖，编号Ⅰ-3、Ⅰ-15；乙酰度50%质量浓度为3 mg/L 和15 mg/L 的几丁寡糖，编号Ⅱ-3、Ⅱ-15；乙酰度10%质量浓度为3 mg/L 和15 mg/L的几丁寡糖，编号Ⅲ-3、Ⅲ-15。各处理间隔1 行茶树作为隔离，每间隔6 d喷施1次，其中空白对照组喷施相同量的水，共喷施3次。

研究中使用的相同聚合度不同乙酰度的几丁寡糖均由中国科学院金属研究所提供。

1.2 叶绿素含量的测定

取每组处理一芽一叶鲜叶0.2 g，剪成碎条放入10 mL塑料离心管中，用80%丙酮定容至刻度，于暗柜中静置24 h[11]，取上清液在波长663 nm、652 nm、646 nm 和470 nm 下测定吸光度[12]，80%丙酮为空白对照。

1.3 叶片光合参数的测定

使用Li-6400xt 光合仪测定不同处理的茶树叶片净光合速率、蒸腾速率、荧光参数。光合参数和荧光参数测定在晴朗天气上午9：00—12：00 进行，使用红蓝光源，光强设置1 500µmol/m2·s，选择第一片完全展开的叶片进行，每个处理测定20片叶片。

1.4 茶多酚含量和游离氨基酸总量的测定

采摘各处理的一芽一叶鲜叶经过90 ℃恒温干燥12 h 后，分别采用国标《茶叶中茶多酚和儿茶素类含量的检测方法》（GB/T 8313—2018）和《茶 游离氨基酸总量的测定》（GB/T 8314—2013）测定茶多酚含量和游离氨基酸总量。

1.5 数据处理

利用Excel 2010 软件对数据进行处理，利用DPS14.5 与SPSS21.0 软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 叶绿素及类胡萝卜素含量

由不同处理下的鲜叶叶绿素及类胡萝卜素含量（表1）可以看出，施用不同乙酰度的几丁寡糖对鲜叶产量无显著影响，但对鲜叶叶绿素a、叶绿素b 和类胡萝卜素的含量大都有提高作用。与对照相比，Ⅱ-15处理显著增加了鲜叶中叶绿素a、叶绿素b 含量（P＜0.05）；乙酰度90%处理鲜叶叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量有所增加，但差异不显著（P＜0.05）。不同乙酰度处理相比，在乙酰度50%情况下，喷施质量浓度15 mg/L的几丁寡糖对增加鲜叶叶绿素含量的作用效果最好。

表1 鲜叶中叶绿素及类胡萝卜素含量

2.2 叶片光合参数

从不同处理对茶树叶片光合参数影响（图1）中可见，相比对照组，不同处理均增加了茶叶净光合速率，Ⅰ-15和Ⅲ-3处理显著增加叶片净光合速率。Ⅲ-15 处理显著增加了叶片气孔导度（P＜0.05）。Ⅰ-3处理显著增加了叶片胞间CO2浓度。Ⅱ-3、Ⅱ-15、Ⅲ-3 等3 个处理均极显著降低了叶片蒸腾速率（P＜0.01），Ⅲ-15 处理显著降低了叶片蒸腾速率（P＜0.05）。

图1 不同处理对叶片光合参数的影响

从不同处理对茶树叶片荧光参数的影响（图2）可以看出，喷施几丁寡糖处理可以显著增加茶叶光系统的有效化学量子产量，但对光化学淬灭效率的影响不明显。Ⅱ-15、Ⅲ-3、Ⅲ-15 处理显著降低了非光化学淬灭效率（P＜0.05）。Ⅲ-3处理显著提高了叶片光合电子传递速率（P＜0.05）。

图2 不同处理对叶片荧光参数的影响

2.3 茶多酚含量和游离氨基酸总量

由茶多酚、氨基酸含量检测结果（表2）可见，与对照组相比，各处理茶叶中茶多酚含量均有不同程度的提高，其中，Ⅲ-15处理茶多酚含量增加最多。

表2 茶多酚含量和游离氨基酸总量检测结果 %

与对照组相比，各处理茶叶中氨基酸总量均有不同程度的增加，Ⅱ-3处理氨基酸总量增幅最大。

3 小结与讨论

当前，我国茶叶产业已成为农民增收的支柱产业和助力中西部欠发达地区乡村振兴的重要产业，但在茶叶种植面积不断扩大，产能相对过剩的情况下，提质增效是茶叶产业可持续发展的关键技术需求。长期以来，为了提高茶叶产量和维持新梢氨基酸含量，茶园氮肥施用量逐年增加，施肥过量带来严重的生态环境恶化、农业面源污染等问题。因此，绿色发展成为当前我国茶叶产业健康可持续发展的必然选择。

几丁寡糖作为一种聚糖，明确其乙酰度与其促进茶叶生长活性之间的构效关系有助于进一步明确其作用机理，并在生产中提高应用效率。本试验采用的几丁寡糖是从虾蟹壳中提取的天然刺激素，可作为一种绿色安全的叶面肥。通过叶面喷施不同乙酰度的几丁寡糖来研究不同结构的几丁寡糖对茶树生长的影响，据试验观察发现，不同结构的几丁寡糖对茶叶品质成分的影响作用具有显著的差异，其中质量浓度15 mg/L 50%乙酰度处理提高叶绿素含量的效果最好，15 mg/L 10%乙酰度处理茶多酚提高的效果最明显，3 mg/L 50%乙酰度处理氨基酸含量增加最明显。此外，在实际运用中所使用的几丁寡糖质量浓度极低，最大仅为15 mg/L，不仅安全性更有保障，也具有极高的经济效益。在生产中，可根据茶叶实际需求，有目标性地选择不同乙酰度的几丁寡糖，针对性地靶向调节茶叶新梢中品质成分的含量。

综上，几丁寡糖应用于茶叶生产具有较好的品质改善效果，可以专一性调控茶叶特定品质成分含量，施用浓度极低、成本低、效益高，具有广泛的应用前景。