壳寡糖对番茄幼苗生长·果实产量和品质的影响

石晓倩，张海军，王尚龙，刘自民，曹廷锋，任慧慧*

(1.青岛琛蓝生物科技有限公司，山东青岛 266200；2.青岛琛蓝健康产业集团有限公司，山东青岛 266100；3.青岛颐圣康和生物制药有限公司，山东青岛 266200)

壳寡糖(chitosan oligosaccharides，COS)是一类低聚合度水溶性糖类活性物质，是自然界大量存在的唯一带正电荷的阳离子碱性氨基低聚糖，由2～20个氨基葡萄糖通过β-(1，4)-糖苷键连接构成，化学式为(C6H11O4N)n，分子量≤3 500 D[1]。壳寡糖易溶于水，无毒、安全、环保，具有较好的生物活性，容易被生物机体吸收，被广泛应用于农业、畜牧业、废水处理和日用生活品等领域[2]。农业用壳寡糖作为一种新型植物生长调节剂，具有促进作物生长、提高作物品质、增强作物抗逆性、减少农药使用量、环保无公害等特点，符合现代农业生产中绿色植保理念，在农业种植领域引起人们的广泛关注[3]。

壳寡糖在农业领域应用广泛，可作为种子处理剂，具有促进种子萌发和作物生长的特点。研究表明，壳寡糖可促进小麦[4]、玉米[5]等种子的萌发和植株的生长，提高番茄种子发芽势、种子活力等[6]。壳寡糖处理种子的浓度因作物品种不同而有所差异，在一定的浓度范围内对种子进行处理，种子发芽势、发芽率及发芽指数与壳寡糖处理浓度呈正相关关系；当壳寡糖处理浓度过高时，种子萌发各项指标影响不显著甚至呈负相关关系[7]。壳寡糖作为植物生长调节剂可有效提高植物对营养物质的吸收能力和逆境胁迫的抵抗能力。研究显示，目前壳寡糖主要与营养元素，如氮、磷、钾、腐殖酸、微量元素等复合肥料配制后冲施和叶面喷施，或者与生物有机肥发酵后产物进行复配后施用，可有效提高作物产量及品质[8]。赵肖琼等[9]研究表明，100 mg/L壳寡糖处理后的小白菜可缓解1.2% NaCl胁迫，提高抗氧化能力，主要表现为株高、根长、干物质积累量、叶绿素等较对照显著提高，硝酸盐含量显著下降。

目前关于壳寡糖在种子萌发、作物生长、产量和品质方面的研究已有大量研究，但关于壳寡糖不同配施方式在番茄产量和品质方面的研究较少。鉴于此，笔者以青岛颐圣康和生物制药有限公司的壳寡糖为原料，以“齐达利”番茄种子为试验材料，设置不同壳寡糖处理浓度和配施方式，探索壳寡糖对番茄种子萌发、幼苗生长、果实产量和品质等方面的影响，为壳寡糖在农业领域的进一步应用提供理论依据和数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况试验于2019年7—12月在山东省青岛市平度市南村镇崖头村绿色蔬菜生产基地(120°16′E，36°59′N)进行。供试场地土壤碱解氮163.8 mg/kg，速效磷42.391 mg/kg，速效钾329.4 mg/kg。

1.2 试验材料供试品种为“齐达利”番茄。壳寡糖分子量1 024 Da，水分≤10.0%，灰分≤1.0%(青岛颐圣康和生物制药有限公司，批号N-190604)。

1.3 试验设计番茄种子萌发试验以纯水处理组为对照(CK)，设置壳寡糖浓度分别为25 mg/L(T1)、50 mg/L(T2)、100 mg/L(T3)、150 mg/L(T4)，采用培养皿进行培养。每个培养皿播种50粒，每个处理重复3次，对种子发芽率、脱帽率进行统计，培养6 d后对种苗胚根和胚芽长度、干鲜重进行测定。

番茄幼苗试验以正常施肥为对照(CK1)，设置壳寡糖浓度分别为25 mg/L(F1)、50 mg/L(F2)、100 mg/L(F3)、150 mg/L(F4)，采用基质进行培养， 所用基质为德国太阳花营养土，pH 5.5～6.5，种子直播于72孔的穴盘中，每个处理重复3次。待番茄子叶展平后，每天早上进行壳寡糖水溶肥混合液的喷施，其他管理措施保持一致。每隔5 d对番茄幼苗株高、茎粗、叶片数、干重、鲜重进行测定，共培养20 d。

番茄成苗试验以正常施肥(不添加壳寡糖)为对照(CK2)，设置4个处理，分别为水溶肥配施壳寡糖(S1)、叶面肥配施壳寡糖(S2)、保花保果剂配施壳寡糖(S3)、全生育期配施壳寡糖(S4)；壳寡糖用量为水溶肥2.5‰、叶面肥2.0%、保花保果剂0.5‰。番茄坐果前施用水溶肥(含腐殖酸≥3%，12-5-3)、微生物肥(枯草芽孢杆菌，活菌数≥20亿/g)和叶面肥(20-20-20)，坐果后施用高钾水溶肥(17-9-34)、叶面肥(10-2-40+TE)、铁肥(≥13%)和保花保果剂。2019年8月2日，将番茄幼苗定植于日光温室内，采用大小行定植，双行栽培，大行距140 cm，小行距60 cm，株距30 cm，每行25棵，每个处理2个畦子，共4行。番茄苗定植后缓苗7 d，于8月10日开始进行追肥，每隔7 d追肥一次，11月改为15 d追肥一次，截至12月9日，共施肥15次，其他管理措施保持一致，番茄果实成熟后对产量和品质进行测定。

1.4 测定指标与方法生长指标：参照《国际种子检验规程》计算发芽率、发芽指数、发芽势和活力指数；待幼苗长至子叶展平后，每个处理选择6株长势一致的幼苗，分别于0、5、10、15、20 d测定幼苗株高(采用直尺测定)、茎粗(采用游标卡尺测定)和叶片数；20 d后每个处理选取3株番茄秧苗，对根、茎、叶干鲜重进行称量，计算根冠比和壮苗指数。

产量：每株留6穗果，果实成熟后进行采摘，按行采收，每行采收的番茄分别称重，统计单果重和单株产量。

品质：可溶性固形物含量采用阿贝折光仪直接测定，维生素C含量采用分光光度计法测定，有机酸含量采用酸碱综合滴定法测定，游离氨基酸含量采用高效液相色谱法测定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝 G-250 染色法测定，番茄红素含量采用高效液相色谱法测定。

1.5 数据处理与分析采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0进行数据处理及统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同浓度壳寡糖对番茄种子萌发的影响由图1可知，与对照相比，添加壳寡糖可提高番茄种子的发芽率。培养第2天时，与对照相比，50、100、150 mg/L壳寡糖处理的番茄种子发芽率显著提高，增幅分别为70.0%、62.5%和65.0%；培养第3天时，所有处理的番茄种子发芽率均达90%以上，处理组间无显著差异。在培养第5天和第6天时，与对照相比，50 mg/L壳寡糖处理可显著提高番茄种子的脱帽率(图2)，增幅分别为68.4%和50.9%。

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著(P<0.05)

壳寡糖处理组番茄种子发芽指数和活力指数均高于对照组(表1)。50、100、150 mg/L壳寡糖处理组番茄种子活力指数分别为116.57、131.83和165.02，均显著高于对照组(101.63)，各处理组间发芽指数无显著差异。综上所述，50、100、150 mg/L壳寡糖处理均可促进番茄种子的早期萌发，其中，50 mg/L壳寡糖对番茄种子发芽率和脱帽率的促进效果最佳。

表1 不同浓度壳寡糖对番茄种子萌发的影响

2.2 不同浓度壳寡糖对番茄幼苗生长的影响由图3可知，番茄幼苗定植后，整体株高随定植时间的延长而增加，定植5 d时，25、50、100 mg/L壳寡糖处理下番茄幼苗株高均显著高于对照；定植20 d时，与对照相比，F2、F3处理可显著提高番茄幼苗的株高，增幅分别为28.1%和32.5%。4个处理组的茎粗在定植后均显著高于对照组，定植20 d时，与对照组相比，F4处理组茎粗提高效果最好，增幅为15.5%。平均叶片数随着番茄幼苗生育期的延长而上升，定植20 d时，处理组叶片数均高于对照组，其中以F3处理组叶片数最多。上述结果表明，壳寡糖处理能够有效提高番茄幼苗株高、茎粗和叶片数，其中株高、叶片数以F3处理组效果最好，F4处理组对茎粗提高效果最佳。

图3 不同浓度壳寡糖处理对番茄幼苗株高、茎粗和叶片数的影响

2.3 不同浓度壳寡糖对番茄幼苗生物量的影响植株生物量可以体现植株当前的生长情况，壮苗指数是衡量植株质量的重要数据。从表2可以看出，不同浓度壳寡糖处理条件下，番茄幼苗地上部生物量、地下部生物量和壮苗指数差异较大。不同浓度壳寡糖处理下番茄幼苗生物量和壮苗指数均高于对照处理，F2、F3处理组提高效果相对较好。地上部鲜重以50 mg/L壳寡糖处理组最高，与对照相比提高了70.0%；地上部干重以50、100 mg/L壳寡糖处理组最高，与对照相比提高了77.3%；地下部鲜重和干重均以100 mg/L壳寡糖处理组最高，与对照相比分别提高了80.3%和87.0%。总体来看，F2和F3处理组对番茄幼苗生物量提高效果最好，地下部鲜重和干重与地上部呈较好的相关性，说明不同浓度壳寡糖处理番茄幼苗对其根冠生长的影响较为一致。壮苗指数方面，F1～F4处理组均显著高于对照处理，不同浓度壳寡糖处理间无显著差异。

表2 不同浓度壳寡糖对番茄幼苗地上部和地下部发育的影响

2.4 不同浓度壳寡糖对番茄品质的影响由表3可知，与对照相比，水溶肥配施壳寡糖(S1)可显著提高番茄果实中有机酸、游离氨基酸、可溶性蛋白和番茄红素含量，增幅分别为24.1% 、16.3%、75.8%和79.7%；叶面肥配施壳寡糖(S2)可显著提高番茄果实中抗坏血酸、有机酸、可溶性蛋白和番茄红素含量，与对照相比增幅分别为22.5%、27.6%、35.2%和30.6%；保花保果剂配施壳寡糖(S3)可显著提高番茄果实中有机酸、游离氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白和番茄红素含量，与对照相比增幅分别为37.9%、47.0%、28.3%、130.8%和122.0%；番茄全生育期配施壳寡糖处理组(S4)番茄果实中可溶性固形物、抗坏血酸、有机酸、游离氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白和番茄红素含量均显著高于对照组，增幅分别为17.5%、27.1%、17.2%、41.2%、73.3%、138.5%和178.3%。总体来看，不同施肥方式配施壳寡糖对番茄果实品质具有较好提升效果，其中，全生育期配施壳寡糖(S4)对番茄品质提高效果最好。

表3 壳寡糖对番茄果实品质的影响

2.5 不同浓度壳寡糖对番茄产量的影响由表4可知，保花保果剂配施壳寡糖处理组(S3)番茄单株坐果数最多，与对照相比差异显著；对照组平均单果重和单株产量均显著低于其他4个处理，其中，平均单果重最高的为全生育期配施壳寡糖处理组(S4)，与对照相比提高了24.7%；单株产量最高的为水溶肥配施壳寡糖处理组(S1)，增产率为39.16%。综上所述，壳寡糖可有效促进番茄果实的生长，提高番茄产量。

表4 壳寡糖对番茄果实产量的影响

3 结论与讨论

壳寡糖无毒、无害、资源丰富，目前在农业领域已得到广泛应用，在农业生产中是一种宝贵的资源[2]。顾丽嫱[6]研究表明，适宜浓度壳寡糖处理可提高番茄种子的发芽率、发芽指数、根鲜重、胚芽鲜重和活力指数，壳寡糖促进番茄种子萌发的最适浓度为150 mg/L。曾粮斌等[10]研究表明，适宜浓度壳寡糖可促进亚麻种子发芽率、发芽势、发芽指数、幼苗活力指数和胚根的提高，但不同亚麻种子品种对壳寡糖耐受浓度不一致。扈学文等[11]研究表明，不同分子量壳寡糖对黑麦草种子发芽率、发芽指数和活力指数均有提高作用。袁建平等[4-5]研究表明壳寡糖对小麦、玉米具有生长调节作用，0.1 mg/L 壳寡糖可明显促进小麦种子胚芽、胚根生长，对幼苗根系活力有显著提高效果。该研究结果显示，50 mg/L壳寡糖可促进番茄种子的早期萌发，且对番茄幼苗生物量、壮苗指数均有明显提高效果，100 mg/L壳寡糖能够明显提高番茄幼苗株高和叶片数，150 mg/L壳寡糖对番茄幼苗茎粗的提高具有较好的效果。这与前人研究结果不一致[6]，结合曾粮斌等[10]的研究猜测，试验结果的差异可能与番茄种子品种、壳寡糖加工工艺不同有关。

壳寡糖可作为一种新型的植物生长调节剂，有效提高植物对营养物质的吸收能力，较其他植物刺激素更为安全。目前研究证实，施用壳寡糖可提高花生[12]、大豆[13]、蜜柑[14]等作物的产量和品质，该试验结果显示，水溶肥、叶面肥、保花保果剂和番茄全生育期配施壳寡糖均对番茄产量有显著的提高效果，番茄果实中可溶性固形物、抗坏血酸、有机酸、游离氨基酸、可溶性糖、可溶性蛋白和番茄红素含量同样显著上升，这与前人研究结果较为一致。此外，朱潇婷等[15]研究发现，壳寡糖喷施或灌根在促进葡萄着色方面效果显著。该研究结果显示添加壳寡糖可显著提高番茄果实中番茄红素含量，番茄红素是番茄的重要活性部分，在成熟且颜色深的番茄中含量较高[16]，但壳寡糖与果实色素积累之间的联系还有待进一步研究。综上所述，壳寡糖对番茄种子萌发、幼苗生长、产量增长和品质改善等方面均有不同程度的促进效果，该研究为壳寡糖在绿色健康发展的农业领域提供理论依据和技术支持。