何久興，趙解春**，白文波，鄭 莉，張元成，于萌萌，木元久，齋藤信，呂國華**

葉面噴施寡糖對生菜生長和品質(zhì)的調(diào)節(jié)作用*

何久興1，趙解春1**，白文波1，鄭 莉1，張元成2，于萌萌2，木元久3，齋藤信4，呂國華1**

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，北京 100081；2. 山東寶力生物質(zhì)能源股份有限公司，東營 257067；3. 福井縣立大學生物資源學部，日本福井 910-1195；4. 昭和電工株式會社，日本東京 105-8518）

為探究不同單一寡糖和復配寡糖對作物生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，選擇生長周期較短的生菜品種“意大利耐抽薹”作為研究對象，以80mg·L?1的纖維寡糖（ZH-A）、低聚木糖（ZH-B）、甲殼低聚糖（ZH-C）和以上3種寡糖等質(zhì)量比的復配寡糖（ZH-M）以及多糖海藻酸鈉（GY-D）對定植后的生菜進行4次葉面噴施處理，以噴清水為對照（CK）。從定植后的第3天（三葉一心）開始，每隔2d連續(xù)噴施4次，至采收期（定植23d）測定生菜的生長特征（生物量、葉面積、熒光光合）、根系表型特征（根長、根表面積、根體積）以及品質(zhì)特征（可溶性糖、葉綠素、Vc、硝酸鹽）。結(jié)果表明：單一寡糖、復配寡糖及海藻酸鈉多糖處理均能顯著增加生菜生物量；纖維寡糖（ZH-A）對促進根系生長及降低硝酸鹽含量具有顯著效果；甲殼低聚糖（ZH-C）對葉綠素含量、最大光化學效率Fv/Fm及可溶性糖含量有顯著的提高作用；復配寡糖對生菜地上部、地下部及品質(zhì)的增長和提升效果明顯優(yōu)于單一寡糖和多糖，采收期地上部鮮重及葉面積分別增加52.58%和57.60%，根干重、總根長、總體積及總表面積分別增加35.07%、89.10%、49.23%和40.68%，可溶性糖增加25.20%，葉綠素含量增加21.50%，Vc含量提高12.08%，硝酸鹽含量降低27.65%。綜上可知，不同寡糖對生菜生長特征和生理性狀的作用效果和調(diào)控機制具有明顯差異；復配寡糖對生菜促生長和提品質(zhì)的調(diào)節(jié)效果顯著優(yōu)于單一寡糖。

生菜；低聚糖；復配寡糖；多糖；硝酸鹽

據(jù)統(tǒng)計，中國化肥農(nóng)藥的用量近年一直居于世界第一。每年農(nóng)藥用量在50萬～60萬噸，其中80%～90%流入土壤及大氣環(huán)境，最終通過食物鏈又進入餐桌[1]。不僅造成嚴重的環(huán)境問題，同時也給人類身體健康造成危害。因此，尋找一種新型材料，既能促進作物生長發(fā)育，保證產(chǎn)量，提高品質(zhì)；又能提高作物抗性，應對脅迫環(huán)境，減少化肥農(nóng)藥用量，緩解農(nóng)業(yè)增產(chǎn)與環(huán)境安全的矛盾，顯得尤為重要。

多糖和寡糖來源于自然界中的殼類、藻類、秸稈等天然存在的物質(zhì)，高效安全、無毒易溶且成本較低，通常在極低濃度下就能對作物的生長發(fā)育起到顯著的增益作用[2]。這為解決當前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所面臨的困境提供了一個新的方向。作為生理活性物質(zhì)，可用于作物的生長調(diào)控、抗逆調(diào)節(jié)、品質(zhì)改善、土壤改良等方面的研究。早期相關研究以多糖為主，Ziani等研究表明，施用4%的殼聚糖（MW=149kDa）能有效增進種子活性，提高萌發(fā)勢，促進植株生長[3]。而通過對殼聚糖進行乙?；冉Y(jié)構化學改性，不僅能促進作物的生長發(fā)育，也能提高對不同逆境的耐受能力[4]。Walker等發(fā)現(xiàn)殼聚糖也可作為激發(fā)子信使誘導豌豆作物生成抗毒素[5]，從而提高作物自身的抗病性。而適量殼聚糖處理對作物品質(zhì)也有一定程度的提升，Salachna等對番茄進行一定周期的葉面殼聚糖噴施后發(fā)現(xiàn)，殼聚糖處理的番茄單果更重，果實色澤更好[6]。殼聚糖對根系土壤環(huán)境也有一定的改良作用。將殼聚糖搭配其它元素制成膠體溶液、顆?；蚍蹌?，施加到土壤中，不但能夠有效改善土壤團粒結(jié)構[7]，而且在土壤修復中還可作為螯合劑使用以增強植物對重金屬離子的吸收[8]。

與多糖相比，功能性寡糖（又稱低聚糖）分子量更小，只含有2～10個糖苷鍵，通常作為益生元、食品添加劑和飼料添加劑等，廣泛應用于食品和飼料行業(yè)。在作物種植中，寡糖應用較少，而相應的寡糖種類也少。陳火君等將低聚木糖作為土壤調(diào)理劑，發(fā)現(xiàn)其能顯著提高土壤微生物數(shù)量和酶活性，改善土壤生態(tài)系統(tǒng)，促進作物生長[9]。低聚木糖處理大豆種子后，大豆抗花葉病毒能力明顯增強[10]。但是，其它類型寡糖，如纖維寡糖、甲殼低聚糖等在作物生產(chǎn)方面的應用研究報道鮮見。本研究選用新工藝生產(chǎn)的纖維寡糖、低聚木糖、甲殼低聚糖，以及三者等質(zhì)量比（1:1:1）均勻混合而成的復配寡糖和海藻酸鈉多糖，在生菜定植后進行葉面噴施，研究不同單一寡糖和復配寡糖對生菜生長及品質(zhì)的作用效果，以期為寡糖產(chǎn)品在農(nóng)業(yè)上的開發(fā)和推廣應用提供新的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年12月?2019年5月在中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所人工氣候室完成。供試作物為生菜（var.Hort.），品種為“意大利耐抽薹”（北京某研究所），寡糖材料為纖維寡糖（ZH-A）、低聚木糖（ZH-B）、甲殼低聚糖（ZH-C），以及由以上3種材料混合配制而成的復配寡糖（ZH-M），三者質(zhì)量比為1:1:1。多糖選用在農(nóng)業(yè)上應用效果較理想[11]的海藻酸鈉（GY-D，化學純）作為參照，分析寡糖與多糖的生長調(diào)節(jié)效果。寡糖（ZH-A、ZH-B、ZH-C）由日本某公司提供，純度90%～95%，平均分子量分別為827、561、1159。

1.2 試驗設計

根據(jù)前期濃度（20、40、80、100、200、400mg·L?1）篩選試驗，將最佳濃度80mg·L?1確定為試驗濃度。人工氣候室環(huán)境條件為：晝（7：00?19：00）/夜（19：00?次日7：00），相對濕度40%，光照強度240umol·m?2·s?1，試驗采用水培法，水培營養(yǎng)液選擇日本山崎配方。母液配置（g·L?1）：35.4Ca（NO3）2·4H2O、40.4KNO3、7.7NH4H2PO4、24.6MgSO4·7H2O、2.78EDTA- 2Na、3.72FeSO4·7H2O、0.286H3BO3、0.213MnSO4·4H2O、0.022ZnSO4·7H2O、0.008CuSO4·5H2O、0.002H32Mo7-N6O2。使用時將母液作100倍稀釋。以容積為1.2L的黑色遮光塑料桶作為培養(yǎng)器皿。營養(yǎng)液每3d更換一次，pH值控制在6.4。

生菜種子浸種后播于育苗盤中，置于人工氣候箱催芽，溫度控制在28℃，待80%種子出芽后，開始正常溫光培養(yǎng)。長至兩葉一心時，挑選上部及根區(qū)長勢基本一致的生菜幼苗進行定植并移入人工氣候室生長。從定植后的第3天（三葉一心）開始，分別以80mg·L?1的纖維寡糖（ZH-A）、低聚木糖（ZH-B）、甲殼低聚糖（ZH-C）和復配寡糖溶液（ZH-M）對整個植株的葉面進行噴施處理，以80mg·L?1的海藻酸鈉（GY-D）溶液作實驗效果參照，以噴清水作為實驗對照處理（CK）。噴施時間選擇9：00，噴施量以葉面下滴為參照?？紤]生菜生長周期短，處理時間宜短，因此，試驗采用等間隔（每次間隔2d）連續(xù)噴施4次。噴施結(jié)束后，所有處理培養(yǎng)至采收期（定植23d）進行測產(chǎn)和品質(zhì)調(diào)查。

1.3 指標測定

1.3.1 生長指標

定植23d后，每個處理隨機挑選4株測定生長指標。從根莖結(jié)合處將植株分為地上部和地下部，地上部主要測定單株產(chǎn)量（鮮重）、干重以及葉面積指數(shù)。每株稱取鮮重后，將所有葉片剝離展開，利用葉面積掃描儀（LI-3000C）獲取葉面積參數(shù)，再105℃殺青10min，70℃烘干24h測干重；將完整根系放入根系掃描盤，使用WinRHIZO根系掃描系統(tǒng)（加拿大產(chǎn)）進行根系成像及數(shù)據(jù)分析。擦干根系表面水分，稱得鮮重，之后再放入烘箱105℃殺青，70℃烘干24h得到干重。

1.3.2 生理品質(zhì)指標

定植23d后，每處理隨機挑選4株長勢均勻的生菜，除去葉柄，液氮速凍后放?80℃冰箱保存，之后測定可溶性糖、葉綠素、Vc以及硝態(tài)氮含量?？扇苄钥偺遣捎帽椒臃y定[12]；葉綠素含量采用丙酮乙醇浸提法測定[13]；硝態(tài)氮含量采用水楊酸法測定[14]；Vc含量采用2，6-二氯靛酚鈉比色法測定[15]。

1.3.3 熒光指標

定植23d后，每處理隨機挑選3株長勢均勻的生菜，20℃暗處理1h后，每株取自下往上數(shù)第7、8成熟葉片，平鋪于熒光成像系統(tǒng)x-y臺上，每葉片選擇4個樣本點，使用Imaging PAM2000熒光成像系統(tǒng)（德國產(chǎn)）進行熒光成像，測定熒光數(shù)據(jù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理和分析

試驗數(shù)據(jù)分析和制圖利用SPSS.24以及Origin9.0，差異性檢驗采用LSD（P<0.05）方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 葉面噴施寡糖對生菜生長發(fā)育的影響

2.1.1 單株地上部鮮重

定植23d后各處理單株地上部鮮重如圖1。由圖可見，噴施清水處理（CK）生菜地上部鮮重最小，其它寡糖和多糖溶液噴施處理地上部鮮重均顯著增加。其中，海藻酸鈉（GY-D）處理采收期地上部鮮重比CK高12.37%（P＜0.05）。噴施單一寡糖各處理（ZH-A、ZH-B和ZH-C）與噴施多糖溶液處理（GY-D）無顯著差異，生菜鮮重分別比對照（CK）提高16.52%、10.61%和13.85%（P＜0.05）。而噴施復配寡糖處理（ZH-M），生菜鮮重顯著增加，比CK提高52.58%（P＜0.05），比噴施海藻酸鈉溶液處理（GY-D）顯著增加35.79%（P＜0.05）?？梢姡趪娛﹩我环N類的寡糖（纖維寡糖、低聚木糖和甲殼低聚糖）與噴施海藻酸鈉多糖均可達到調(diào)節(jié)生長的正向效果，且增加幅度差異不顯著，若將3種寡糖按等質(zhì)量比（1:1:1）混合，促進效果則顯著增加4.25倍。

圖1 濃度為80mg·L?1的不同寡糖溶液葉面噴施處理后采收期生菜單株鮮重的比較

注：生菜定植3d后進行4次（間隔2d）葉面噴施處理，其中，ZH-A為纖維寡糖溶液處理，ZH-B為低聚木糖溶液處理，ZH-C為甲殼低聚糖溶液處理，ZH-M為復配寡糖溶液處理，GY-D為海藻酸鈉多糖處理，CK為噴清水對照。小寫字母表示處理間在0.05水平上的差異顯著性。短線表示均方差。下同。

Note：Three days after planting, freshly made solutions of oligosaccharides were applied to the lettuce plant by spraying four times every three days. ZH-A is cello-oligosaccharide solution; ZH-B is xylooligosaccharide solution; ZH-C is chitosan oligosaccharide solution; ZH-M is compound oligosaccharides solution; GY-D is sodium alginates (polysaccharide) solution; CK is water. Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level. And the short line means mean square error. The same as below.

2.1.2 單株葉面積和干物質(zhì)量

采收期，各處理單株葉面積和干物質(zhì)量如圖2所示。由圖2a可知，噴施清水處理（CK）生菜葉面積最小，除ZH-B處理之外，其它寡糖溶液噴施處理生菜葉面積均顯著增加。其中，海藻酸鈉多糖（GY-D）葉面噴施4次后，采收期單株生菜葉面積比CK顯著增加16.66%（P＜0.05）。噴施單一纖維寡糖（ZH-A）、甲殼低聚糖（ZH-C）處理，與（GY-D）溶液處理的效果一致，三者差異不顯著，ZH-A和ZH-C處理與CK相比，生菜葉面積分別顯著增加21.04%、20.59%（P＜0.05）。但噴施單一寡糖（ZH-B）處理與CK差異不顯著。而復配寡糖（ZH-M）噴施后，生鮮葉面積明顯增加，比CK提高了57.60%（P＜0.05），比噴施海藻酸鈉（GY-D）溶液處理增加了35.09%（P＜0.05）。圖2c中，采收期生菜冠層圖像也印證了上述結(jié)果。經(jīng)過4次寡糖葉面噴施，生菜冠層伸展度更大，功能葉片更多，復合寡糖（ZH-M）溶液處理尤為顯著。

各處理下，生菜干物質(zhì)量的變化如圖2b所示，清水處理（CK）下，生菜地上部、地下部干物質(zhì)量以及干物質(zhì)總量最小。其它寡糖處理生菜干物質(zhì)量也有不同程度的增加。海藻酸鈉多糖（GY-D）處理下，單株生菜地上部、地下部干物質(zhì)量與CK相比無顯著差異。單一噴施低聚木糖處理（ZH-B）結(jié)果與海藻酸鈉處理（GY-D）相似，亦不具顯著差異。單一噴施纖維寡糖（ZH-A）溶液處理與CK相比，采收期地上部干重顯著增加18.12%（P＜0.05），但地下部無顯著差異。單一噴施甲殼低聚糖處理（ZH-C）生菜地上部和地下部干重分別顯著增加14.93%、32.76%（P＜0.05）。同樣，單一寡糖處理與多糖（GY-D）處理無顯著差異。而復配寡糖（ZH-M）處理，生菜地上部、地下部比CK分別顯著增加46.10%、46.58%（P＜0.05），比多糖處理（GY-D）分別顯著增加35.24%、29.08%（P＜0.05）。

綜上，葉面噴施復配寡糖（ZH-M）對采收期生菜地上部及地下部生物量的增加效果最佳，顯著優(yōu)于海藻酸鈉多糖（GY-D）和單一寡糖處理。另外，單一噴施纖維寡糖（ZH-A）處理對生菜地上部的增加量優(yōu)于地下部，而單一噴施甲殼低聚糖（ZH-C）正好相反。這與不同寡糖對作物生長的調(diào)控機制不同有直接關系，為充分發(fā)揮不同類型寡糖的優(yōu)勢，復配寡糖可能是未來的應用發(fā)展趨勢。

2.1.3 單株根系表型特征

采收期各處理單株生菜根系表型分布特征如表1所示。由表可見，清水處理（CK）下，生菜總根長、總根表面積以及根總體積最小。經(jīng)過寡糖處理的生菜根系總長度和總表面積均顯著提高，多糖（GY-D）溶液葉面噴施4次后，采收期根總長度、總表面積以及總根體積比CK高51.34%（P＜0.05）。單一噴施纖維寡糖（ZH-A）、低聚木糖（ZH-B）和甲殼低聚糖（ZH-C）溶液各處理，與噴施多糖溶液處理（GY-D）效果一致，生菜總根長分別比CK提高78.93%、48.30%、67.51%（P＜0.05），根總表面積分別提升57.55%、29.77%、45.97%，根總體積分別提高38.39%、11.01%、26.32%（P＜0.05）。而復配寡糖噴施處理（ZH-M）促根明顯，根總長、根總表面積和根總體積分別比CK提高89.10%、68.49%和49.23%，比噴施多糖溶液處理（GY-D）顯著增加24.95%、24.96%、25.19%（P＜0.05）。可見，單一寡糖促根效果與多糖（GY-D）無顯著差別，而復配寡糖促進根系生長的效果更為顯著。

表1 各處理生菜根系表型特征的比較（平均值±均方差）

2.1.4 葉片葉綠素熒光參數(shù)

定植23d后，取各處理單株生菜第6、7功能葉片觀測葉綠素熒光，結(jié)果見圖3。由圖3b可見，噴施清水處理（CK）生菜葉綠素熒光最大量子產(chǎn)額Fv/Fm值最低，海藻酸鈉多糖溶液處理（GY-D）下，采收期葉綠素熒光量子產(chǎn)額Fv/Fm值與CK無顯著差異。另外，單一噴施纖維寡糖（ZH-A）和低聚木糖（ZH-B）處理與噴施多糖溶液處理（GY-D）無顯著差異。但噴施單一甲殼低聚糖（ZH-C）能明顯提高生菜葉片葉綠素熒光量子產(chǎn)額Fv/Fm值，比CK提高0.76%（P＜0.05，差異顯著），其與噴施多糖處理（GY-D）相比也具顯著性差異。而噴施復配寡糖（ZH-M），生菜葉片F(xiàn)v/Fm值顯著增加，比CK提高了0.75%，但與單一噴施甲殼低聚糖（ZH-C）結(jié)果無差別?？梢姡cCK相比，單一寡糖處理除甲殼低聚糖（ZH-C）外，其余處理對生菜Fv/Fm值無顯著作用。與單一寡糖相比，復配寡糖（ZH-M）對生菜葉片PSⅡ的最大光化學效率具有與甲殼低聚糖（ZH-C）相同效果。

圖3a葉綠素熒光成像圖像也印證了上述結(jié)果。采收期，CK處理和多糖（GY-D）處理下生菜葉片中部有較大范圍的異質(zhì)性斑塊，邊緣也有較多大小不一的橘紅色斑點，整體葉片顏色呈橘紅色（低值）。而生育期葉面噴施寡糖處理的生菜葉片，葉脈中部暗黑色異質(zhì)性斑塊較小，葉片整體熒光圖像顏色偏高光（高值），尤其甲殼低聚糖（ZH-C）和復配寡糖（ZH-M）處理。說明寡糖（纖維寡糖、低聚木糖、甲殼低聚糖以及復配寡糖）生育期葉面噴施處理，生菜葉片能夠保持高水平的光化學效率，光合能力更強。

圖3 采收期各處理生菜葉片葉綠素熒光最大光化學效率Fv/Fm熒光成像圖（a）和觀測值（b）的比較

注：圖3a為不同處理下生菜葉片（Fv/Fm＞0.8）的熒光成像圖像，圖像顏色越接近深綠色表示Fv/Fm值越大，相反，越接近橘紅色，則數(shù)值越小。

Note: Figure 3a is the fluorescence image of（Fv/Fm＞0.8）lettuce leaves under different treatment. In the image, the color is closer to green, the larger the Fv/Fm value is. On the contrary, the color is closer to jacinth, the smaller the Fv/Fm value is.

2.2 葉面噴施寡糖對生菜品質(zhì)的影響

2.2.1 葉綠素含量

采收期，各處理單株生菜葉綠素含量如表2所示。由表可見，葉面噴施清水處理（CK）生菜葉片葉綠素含量較低。除多糖處理（GY-D）外，其余寡糖處理下的生菜葉片，其葉綠素含量均有不同程度的提升，尤其甲殼低聚糖（ZH-C）處理，葉綠素a、葉綠素b以及總色素含量均呈顯著提升，尤以總色素提升幅度最大，達到21.96%（P＜0.05）。單一噴施纖維寡糖（ZH-A）、低聚木糖（ZH-B）溶液處理，與噴施海藻酸鈉溶液處理（GY-D）效果一致，與CK無顯著差異。而噴施復配寡糖溶液處理（ZH-M），生菜葉片總色素明顯提高，比CK提高21.50%（P＜0.05），比噴施海藻酸鈉溶液處理（GY-D）增加23.73%（P＜0.05）。但ZH-M處理對生菜葉片葉綠素含量增加效果不及單一寡糖處理（ZH-C）。

表2 各處理生菜葉綠素含量的比較（平均值±均方差）

2.2.2 可溶性糖含量

可溶性糖含量是評價生菜品質(zhì)的重要指標，采收期不同處理生菜葉片可溶性總糖含量如表3所示。由表可見，噴施清水處理（CK）生菜葉片可溶性總糖含量最低，其它寡糖處理可溶性總糖含量均有一定程度的提高。海藻酸鈉處理（GY-D）生菜葉片可溶性糖含量比CK高21.94%（P＜0.05）。單一噴施低聚木糖（ZH-B）和甲殼低聚糖（ZH-C）與海藻酸鈉處理（GY-D）效果無顯著差異，葉片可溶性糖含量分別比CK提高22.56%、29.70%（P＜0.05）。但噴施單一寡糖（ZH-A）與CK無顯著差異。而噴施復配寡糖溶液處理（ZH-M），生菜葉片可溶性糖含量增加，比CK提高25.20%（P＜0.05），但其與單一寡糖（ZH-C）處理差異不顯著。由此可知，噴施單一寡糖均能一定程度提高生菜葉片可溶性總糖含量，而復配寡糖在提升可溶性總糖含量上具有單一寡糖（ZH-C）相同的功效。

2.2.3 硝酸鹽含量

采收期不同處理生菜葉片硝酸鹽含量如表3所示。由表可見，清水處理（CK）生菜葉片硝酸鹽含量最高，其它處理下生菜葉片硝酸鹽含量呈現(xiàn)大幅下降趨勢。其中，海藻酸鈉（GY-D）溶液4次噴施后，生菜葉片硝酸鹽含量比CK下降19.45%（P＜0.05）。單一噴施纖維寡糖（ZH-A）、低聚木糖（ZH-B）和甲殼低聚糖（ZH-C）溶液與海藻酸鈉（GY-D）處理效果一致，與CK相比，生菜葉片硝酸鹽含量分別下降23.46%、14.60%和15.74%（P＜0.05）。而噴施復配寡糖處理（ZH-M），生菜體內(nèi)硝酸鹽含量明顯降低，比CK下降27.65%（P＜0.05），比GY-D處理下降10.19%（P＜0.05）。可見，生育期噴施單一種類寡糖，與噴施海藻酸鈉多糖均可降低生菜體內(nèi)硝酸鹽含量，而噴施復配寡糖處理硝酸鹽含量則大幅降低，降幅達42.16%。

2.2.4 Vc含量

采收期，不同處理生菜葉片Vc含量如表3所示。由表可見，不同單一寡糖處理與清水處理（CK）效果一致。而復配寡糖處理（ZH-M）能明顯增加葉片Vc含量，比CK提高12.08%（P＜0.05），比噴施多糖（GY-D）增加9.82%?？梢姡瑔我粐娛㈱H寡糖（纖維寡糖、低聚木糖、甲殼低聚糖）處理與海藻酸鈉多糖均對生菜葉片Vc含量無明顯作用，但將3種寡糖按質(zhì)量比1:1:1混合，則能夠顯著提高生菜葉片內(nèi)Vc水平。

表3 各處理生菜品質(zhì)的比較（平均值±均方差）

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

本研究使用80mg·L?1濃度的單一寡糖（纖維寡糖、低聚木糖、甲殼低聚糖）和按等質(zhì)量比均勻混合而成的復配寡糖（ZH-M）以及海藻酸鈉多糖（GY-D）對生菜進行葉面噴施處理（噴施4次，間隔2d）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與清水對照（CK）相比，噴施單一寡糖對生菜生長與多糖（GY-D）處理無顯著差異，都能有效提高水培生菜地上部生長速率，增加生物量；對地下部根系生物量和根系表型特征均有不同程度的促進作用。這與Mondal等使用殼聚糖對菠菜、秋葵和番茄等作物的研究結(jié)果具有一致性[16?17]。El-Miniawy也在其研究中指出，一定濃度的寡糖噴施，能夠增加地上部生物量、葉片數(shù)，同時能夠提高葉面積指數(shù)、根鮮重以及干物質(zhì)量[18]。本研究也再次印證了這一點。單一寡糖溶液噴施后，采收期（定植后23d）生菜地上部鮮重、葉面積增加10%～20%，地下部干重增加20%～30%，地下部根體積增加10%～40%，總根長增加50%～80%。另外，生菜葉片葉綠素熒光Fv/Fm也有一定程度的提升。而葉綠素熒光最大光化學效率的提高可能與寡糖處理下生菜葉片葉綠素含量的增加有關[19?20]。葉綠素最大光化學效率與植株體內(nèi)葉綠素含量可能某種程度上具有一定的關聯(lián)性[21]，葉綠素含量的增加可促使葉片光合速率和體內(nèi)代謝水平提高，促進植物對養(yǎng)分的吸收，加速淀粉以及糖的合成和轉(zhuǎn)運[22?23]。本研究表明，多糖（GY-D）處理相對于其它寡糖處理，最大光化學效率Fv/Fm值最低，生菜體內(nèi)葉綠素含量也最少。當然，也可能與生菜葉片伸展度有關，本試驗中，ZH寡糖處理后，生菜葉面積更大，伸展度更高。相同條件下，較高伸展度的葉片能夠吸收利用更多的光量子并通過光系統(tǒng)反應中心將光能轉(zhuǎn)化為化學能，為作物生長提供更多能量，從而加速生菜生育期的生長。

可溶性糖、蛋白含量、Vc及氨基酸等是蔬菜的主要品質(zhì)指標，其含量越高，蔬菜的營養(yǎng)價值也越高[24]。本研究發(fā)現(xiàn)，葉片單一寡糖噴施與多糖（GY-D）的功效相似，均可不同程度提升生菜品質(zhì)。與噴清水對照（CK）比較，除纖維寡糖外，其它單一寡糖處理下，生菜葉綠素含量提高10%～20%，可溶性糖含量提高10%～30%。而可溶性糖作為呼吸作用的基質(zhì)，為植物的各種合成過程和生命活動提供能量。體內(nèi)高可溶性糖水平除了維持代謝能力，促進生長發(fā)育，還與植株抗逆能力具有相關性，常作為評價植物抗逆能力的指標[25?26]；各處理Vc含量也有一定程度的提升，Vc在抗氧化、清除自由基、光合作用和光保護、細胞生長和分裂、參與次生代謝合成乙烯方面具有著重要作用，這可能是生菜快速生長的原因之一[27]。另外，本試驗也對葉片硝酸鹽含量進行了測定，發(fā)現(xiàn)單一寡糖處理下，生菜葉片硝酸鹽含量大幅下降，降幅在10%～20%。它的降低可能與氨基酸的合成有關，其影響機制以及在植物體內(nèi)的代謝過程有待更深入研究。作為水培類蔬菜品質(zhì)評價的重要指標，硝酸鹽含量的降低對蔬菜品質(zhì)有著重要意義。

通過單一寡糖（纖維寡糖、低聚木糖及甲殼低聚糖）對生菜生長及品質(zhì)改善的應用實際效果對比，本實驗也發(fā)現(xiàn)不同寡糖對作物生長發(fā)育會產(chǎn)生不同的作用效果，以往研究也有發(fā)現(xiàn)，甚至同種寡糖使用濃度的不同對作物生長會起相反作用[28?29]。以殼聚糖為例，不同分子量，不同脫乙酰度、不同濃度及不同使用方式，對作物生長有著巨大差異[30?32]。本研究中，ZH-A處理對生菜地上部鮮重、葉面積、地下部的根系表型特征以及降低硝酸鹽含量水平表現(xiàn)出極顯著的作用效果。而ZH-C處理對生菜體內(nèi)葉綠素含量、葉綠素最大光化學效率Fv/Fm以及可溶性糖含量水平等效果更優(yōu)。因此，針對不同作物或環(huán)境條件進行優(yōu)化選擇是未來對寡糖材料的研究和產(chǎn)品開發(fā)的一個重要方向。

另外，本研究首次將幾種單一寡糖（纖維寡糖、低聚木糖以及甲殼低聚糖）等質(zhì)量比均勻混合而成的復配寡糖（ZH-M）的應用效果作了對比研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ZH-M處理相較于3類單一寡糖處理，其對生菜促生長提品質(zhì)的綜合效果更優(yōu)。其中，生菜地上部生物量及葉面積均達顯著增加水平。地下部根重、根長、根體積等也明顯增加；同時，復配寡糖在提高Vc以及降低硝酸鹽水平上具有更顯著效果，但可溶性糖以及葉綠素含量水平上卻不及甲殼低聚糖（ZH-C）。由此可以看出，相比單一寡糖，復配寡糖對作物不同部位或某一生理性狀所起到的作用效果具有明顯的增強或降低。本試驗所使用復配比例，對生菜收獲量、收獲時間及生菜品質(zhì)的作用明顯優(yōu)于任何單一種類寡糖。但對諸如葉綠素、可溶性糖等生理活性物質(zhì)含量水平不及ZH-C。綜合來看，復配寡糖的效果更優(yōu)。尤其對人工光源水培蔬菜生產(chǎn)，其倍增的促生長效果，能夠縮短生菜的生長周期，提早上市，從而節(jié)約光電水肥的投入，降低生產(chǎn)成本，提高資源利用效率；同時能夠通過提高蔬菜品質(zhì)，提升農(nóng)產(chǎn)品競爭力，具有實際生產(chǎn)價值。

目前，對寡糖的研究仍側(cè)重于應用實效和寡糖類型的甄選，本研究也僅對部分寡糖的應用效果作了初步探索，對其它材料及其作用機理以及針對不同作物及作物不同生長階段、不同環(huán)境所需，如何進行不同寡糖類型配比還需進一步研究。同時，對單一和復配之后的寡糖是如何影響一些重要的生理過程諸如種子萌發(fā)、幼苗發(fā)育、根葉分化、脅迫環(huán)境的機制機理是下一階段的研究重點。

3.2 結(jié)論

80mg·L?1的單一寡糖（纖維寡糖、低聚木糖、甲殼低聚糖）與海藻酸鈉多糖葉面噴施均能顯著增加生菜生物量、根系長度和總表面積，提高葉片葉綠素含量、可溶性糖含量和Vc含量，降低生菜體內(nèi)硝酸鹽含量；但是，低聚木糖和甲殼低聚糖處理的最大光化學效率Fv/Fm顯著高于海藻酸鈉多糖處理。

不同寡糖對生菜生長及品質(zhì)的調(diào)節(jié)作用存在一定差異。其中，纖維寡糖對促進根系生長及降低硝酸鹽含量有顯著效果；甲殼低聚糖對提高葉綠素含量、葉綠素最大光化學效率Fv/Fm和可溶性糖含量具有顯著作用；復配寡糖能夠發(fā)揮多種寡糖的綜合功效，對生菜具有更好的促生長、提品質(zhì)的效果，是未來寡糖產(chǎn)品開發(fā)的重要方向。

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Effect of Different Oligosaccharides by Spraying on Plant Growth and Quality in Lettuce

HE Jiu-xing1, ZHAO Jie-chun1, BAI Wen-bo1, ZHENG Li1, ZHANG Yuan-cheng2, YU Meng-meng2, Kimoto Hisashi3, Saito Makoto4, LV Guo-hua1

(1. Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agricultural Environment, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China; 2. Shandong Bori Bioenergy Joint Stock Company Limited, Dongying 257067, China; 3. Fukui Prefectural University, Fukui 910-1195, Japan; 4. Showa Denko K.K., Tokyo 105-8518, Japan)

Experiments in climate chamber were performed to explore the levels of various components of single and mixed oligosaccharides on growth, yield and performance of lettuce. A short-growing type of lettuce (var.Hort) and three oligosaccharides, such as cello-oligosaccharides (ZH-A), xylo-oligosaccharides (ZH-B), and chitosan oligosaccharides (ZH-C) were selected. The mixed oligosaccharides (ZH-M) (Mass Ratio, ZH-A:ZH-B:ZH-C=1:1:1) and the conventional polysaccharide sodium alginates (GY-D) were prepared for the experiment. 80mg·L?1of each was applied 4 times (every 3 days) to lettuce by foliar spraying after three days of planting and the water (CK) was used as a control. Growth characteristics (biomass, leaf area and fluorescence photosynthetic), root phenotypic characteristics (root length, root surface area and root volume) and the quality characteristics (soluble sugar, chlorophyll, Vc, and nitrate contents) of lettuce were measured at the harvest stage (23 days after planting).The results showed that foliage spraying can significantly increase the biomass of lettuce in all single oligosaccharide treatments and the (GY-D) treatment. The cello-oligosaccharide showed the significant increase in root growth and decrease in nitrate content. The chitosan oligosaccharide showed the substantial increase in chlorophyll content, the maximum photosynthetic efficiency (Fv/Fm) and the soluble sugar content. The mixed oligosaccharides (ZH-M) showed the best effects on lettuce growth, such as the above and underground biomass and the quality characters. In the ZH-M treatment, the fresh weight and leaf area index increased by 52.58% and 57.60% at the harvest stage. And, root dry weight, total root lengths, root total volume and root surface area increased by 35.07%, 89.10%, 49.23% and 40.68%, respectively. The content of soluble sugar, chlorophyll, and Vc rose by 25.20%, 21.50% and 12.08% respectively, while the nitrate content dropped by 27.65%. In conclusion, significant differences in interaction and regulation regime were found among the different oligosaccharides on plant physiology and growth. Compared with the single oligosaccharide, the mixed oligosaccharides showed the multiplying influences on plant growth and quality improving.

Lettuce; Oligosaccharide; Mixed-oligosaccharides; Polysaccharide; Nitrate

10.3969/j.issn.1000-6362.2019.12.005

何久興,趙解春,白文波,等.葉面噴施寡糖對生菜生長和品質(zhì)的調(diào)節(jié)作用[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2020,41(12):783-792

2019?08?22

。E-mail：zhaojiechun@caas.cn；lvguohua@caas.cn

糧食豐產(chǎn)增效科技創(chuàng)新專項（2017YFD0300410-02）

何久興（1994?），碩士生，從事農(nóng)業(yè)新材料應用研究。E-mail：hikerjx@163.com