殼寡糖對硬水灌溉下黃瓜育苗效果的影響

王嘉欣，高艷明，李建設(shè)，李露露，李稼潤，王 花

（寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021)

黃瓜作為一種深受消費(fèi)者喜愛的蔬菜，其栽培面積逐年增加，而培育壯苗是確保黃瓜移栽成活率、早產(chǎn)、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、減少病蟲害等的關(guān)鍵技術(shù)。穴盤育苗是以穴盤作為容器，采用育苗基質(zhì)，在合適的環(huán)境下培育幼苗的方法，是現(xiàn)代化育苗的主要方式之一；但是，由于設(shè)施栽培往往存在溫度高、濕度大、透光性差等問題，加之穴盤育苗空間小，極易導(dǎo)致幼苗徒長、纖弱、品質(zhì)差等現(xiàn)象。

硬水是含有過多的鈣、鎂離子的水。寧夏自治區(qū)的灌溉水屬于硬水，其含鈣離子過多，pH值高，往往會影響植株對Ca的吸收，產(chǎn)生脅迫作用，從而影響生長發(fā)育，致使產(chǎn)量降低，品質(zhì)變劣，尤其大大降低蔬菜的商品價(jià)值，進(jìn)而減少農(nóng)民收入。

殼寡糖是一種以海洋生物中富含的甲殼素為主要原料，經(jīng)過酶解等方法加工而成的海洋生物制劑。研究表明，殼寡糖具有廣譜抑菌活性，對人體無毒性；能夠改良土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤透氣性及保水保肥能力，提升植株根系對水分養(yǎng)分的吸收利用效率，同時(shí)具有促進(jìn)植株生長，增強(qiáng)抗逆性等作用。當(dāng)作物處于脅迫環(huán)境下，殼寡糖能夠激活作物的免疫系統(tǒng)做出防御反應(yīng)，調(diào)控作物的生長發(fā)育和生理生化反應(yīng)，產(chǎn)生具有抗性的活性物質(zhì)，抑制病害發(fā)生。另外，寡糖信號分子能夠通過調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物運(yùn)輸分配和次生物質(zhì)代謝，直接或間接參與到作物的能量轉(zhuǎn)化與體內(nèi)代謝，從而提高生長速率。因此，如何應(yīng)用殼寡糖培育健壯的黃瓜幼苗，成為穴盤育苗的關(guān)鍵技術(shù)。

本研究采用不同濃度的殼寡糖溶液，通過不同的浸種和葉面噴施方式來調(diào)控硬水灌溉下穴盤黃瓜苗的生長，以期減緩硬水對黃瓜幼苗的影響，達(dá)到培育壯苗的目的，為殼寡糖在黃瓜工廠化穴盤育苗中的應(yīng)用提供理論支持，并為黃瓜壯苗化學(xué)調(diào)控技術(shù)提供示范。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為‘津春4號’，由天津科潤農(nóng)業(yè)科技股份有限公司生產(chǎn)；供試殼寡糖（含殼寡糖5%，氨基酸≥100 g/L，Zn＋B≥20 g/L，脫乙酰度（D.D）＞80%），由煙臺水禾土生物科技有限公司生產(chǎn)；供試基質(zhì)為商品基質(zhì)，由寧夏中青農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)。試驗(yàn)中所用硬水指當(dāng)?shù)爻Ｓ霉喔人傆捕?50～500 mg/L，pH值8.0～8.6，EC值633～1 010 μS/cm，礦化度0.5 g/L)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020年9—10月在寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)科實(shí)訓(xùn)基地進(jìn)行，采用72孔穴盤育苗，育苗期間保持白天23～25 ℃，夜間15～16 ℃。試驗(yàn)設(shè)7個處理，具體處理方式如表1所示。每個處理浸種8 h，苗期葉面噴施處理共3次，分別在子葉平展期、1葉1心期、2葉1心期進(jìn)行，每次噴灑量為50 mL/穴盤，以將所有的葉片均勻噴灑至滴水為準(zhǔn)。所有處理統(tǒng)一用硬水灌溉，每處理播種1盤，重復(fù)3次，共播種21盤，隨機(jī)區(qū)組排列。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 指標(biāo)測定

1.3.1 生長指標(biāo)

黃瓜齊苗后，每個重復(fù)選取長勢均勻的秧苗10株，分別在齊苗期、1葉1心期、2葉1心期測定株高、莖粗、最大葉面積、葉綠素含量。株高采用直尺測量黃瓜莖基部至生長點(diǎn)的高度；莖粗采用游標(biāo)卡尺測量子葉下1 cm處的直徑；最大葉面積A＝0.743bl（b、l分別指黃瓜幼苗最大葉的寬和長）；葉綠素含量采用葉綠素計(jì)（SPAD-502 Plus）測定最新完全展開葉的SPAD值。

1.3.2 生物量

2020年10月25日，育苗期結(jié)束，每個重復(fù)選取10株長勢均勻的秧苗，將植株分為地上部和地下部分別稱取鮮質(zhì)量，后于105 ℃殺青15 min，75 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱取干質(zhì)量。根體積采用排水法測定。壯苗指數(shù)＝（莖粗/株高＋根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量）×全株干質(zhì)量；根冠比＝根干質(zhì)量/地上部干質(zhì)量。

1.3.3 生理指標(biāo)

育苗期結(jié)束后，每個重復(fù)選取10株長勢均勻的秧苗，烘干稱取干質(zhì)量，計(jì)算G值（日均干質(zhì)量增長量），測定鮮樣根系活力、丙二醛（MDA）含量、脯氨酸含量。G值＝干質(zhì)量/育苗天數(shù)；根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）還原法測定；MDA含量采用硫代巴比妥酸法測定；游離脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010整理數(shù)據(jù)，采用SPSS 25.0進(jìn)行Duncan法單因素方差分析，結(jié)果以均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，采用Origin 2019進(jìn)行繪圖，最后采用主成分隸屬函數(shù)綜合評估，具體公式如下：

（1）式中，F(xiàn)（X）指第i個綜合指標(biāo)值，a表示各單一指標(biāo)的特征值所對應(yīng)的特征向量，X為各單一指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理值。（2）式中，U（X）表示各主因子的隸屬函數(shù)值；X、X為所有參試處理中第i項(xiàng)指標(biāo)的最大值和最小值。（3）式中，W表示第j個綜合指標(biāo)的權(quán)重，P表示第j個綜合指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率。（4）式中，D為各處理的綜合評價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對不同時(shí)期黃瓜幼苗生長指標(biāo)的影響

由圖1可知，處理A的株高在齊苗期和2葉1心期均顯著低于對照，分別降低8.5%、9.0%；處理A在1葉1心期顯著高于對照9.8%，說明用殼寡糖浸種加苗期噴灑硬水處理時(shí)，用200倍液殼寡糖浸種即可很好地控制黃瓜幼苗徒長，400倍液反而效果不好。處理A、A的莖粗和最大葉面積均與對照無顯著差異，說明用殼寡糖浸種對幼苗的莖粗和最大葉面積影響不大。處理A的葉綠素含量在齊苗期和1葉1心期分別顯著高于對照6.6%、4.9%；處理A的葉綠素含量在3個生育期均與對照存在顯著差異，先后分別高出5.2%、7.0%、4.4%。殼寡糖噴施處理后，處理B的株高在齊苗期和1葉1心期分別顯著低于對照11.4%、12.0%。在齊苗期、1葉1心期、2葉1心期，處理B、B的葉綠素含量均顯著高于對照，其中B在3個生育期分別高于對照5.8%、9.2%、6.1%；每次噴施后，B的葉綠素含量均高于B，說明噴施500倍液殼寡糖可以控制黃瓜幼苗徒長，噴施800倍液殼寡糖可以提高黃瓜幼苗的葉綠素含量。殼寡糖浸種加殼寡糖噴施處理C、C的株高在3個生育期均高于對照，其中C在齊苗期和1葉1心期分別顯著高出22.0%和10.4%，說明400倍液殼寡糖浸種加500倍液殼寡糖苗期噴施處理可以促進(jìn)幼苗生長；C在齊苗期的葉綠素含量顯著高于對照4.5%；在1葉1心期，C、C葉綠素含量均顯著高于對照，分別高出7.0%、5.5%。

圖1 不同處理對不同時(shí)期黃瓜幼苗生長指標(biāo)的影響

2.2 不同處理對黃瓜幼苗生物量的影響

由表2可知，地上鮮質(zhì)量、地上干質(zhì)量各處理皆與對照無顯著差異。處理B的地下鮮質(zhì)量最高，顯著高于對照32.4%。不同殼寡糖處理的根體積均高于硬水處理（CK）的幼苗，其中A、A、B、B與對照差異均顯著，最大的為B，高于對照39.6%；其次為A，高于對照27.7%。根冠比反映了黃瓜幼苗地上部與地下部的相關(guān)性，處理B、C的根冠比分別顯著高于對照21.4%、14.3%。壯苗指數(shù)是反映黃瓜幼苗質(zhì)量的綜合指標(biāo)，A、B壯苗指數(shù)與對照差異顯著，分別比對照提高26.3%、31.6%。

表2 不同處理對黃瓜幼苗生物量的影響

2.3 不同處理對黃瓜幼苗生理指標(biāo)的影響

由圖2可知，不同殼寡糖處理均與對照幼苗的G值存在顯著差異，其中B最高，高于對照20.0%，B次之。單純用殼寡糖浸種或者單純噴施殼寡糖都可以顯著提高幼苗的根系活力，A、A、B、B分別顯著高于對照24.0%、25.3%、45.3%、50.7%。植株中游離脯氨酸含量一直是備受關(guān)注的抗逆性指標(biāo)，其具有調(diào)節(jié)滲透及保護(hù)細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的作用。單純用殼寡糖浸種或者單純噴施殼寡糖都可以顯著提高幼苗的游離脯氨酸含量，A、A、B、B分別高于對照25.7%、16.1%、19.1%、67.7%。MDA是植物器官衰老或在逆境下遭受傷害，膜脂過氧化最終的分解產(chǎn)物，其含量的多少可以反映植物遭受逆境傷害的程度及膜系統(tǒng)受損程度，含量越高受到傷害的程度越大。各處理幼苗MDA含量總體表現(xiàn)為CK＞B＞C＞A＞C＞A＞B，不同濃度的殼寡糖處理均能顯著降低黃瓜幼苗的MDA含量，A、A、B、B、C、C分別顯著低于對照19.0%、43.6%、16.%、45.4%、43.6%、16.6%，說明在一定濃度范圍內(nèi)噴施殼寡糖及殼寡糖浸種均可以減緩逆境對黃瓜幼苗的傷害。

圖2 不同處理對黃瓜幼苗G值、根系活力、游離脯氨酸和MDA含量的影響

2.4 主成分分析結(jié)果

為確定硬水灌溉下黃瓜育苗最優(yōu)處理，對黃瓜幼苗的生長指標(biāo)、生物量和生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，而主成分的特征值與方差貢獻(xiàn)率是選擇主成分的依據(jù)；因此，對黃瓜幼苗的19個指標(biāo)（表3）進(jìn)行了主成分分析（即通過SPSS中分析—降維—因子分析—選擇主成分等步驟），得到相關(guān)矩陣的特征值、特征向量累積貢獻(xiàn)率（表3）和成分矩陣（表4）。

由表3可知，前5個主成分特征值之和為18.37，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)96.70%，這表明前5個主成分即可以充分反映所有指標(biāo)的信息。

特征向量矩陣能夠反映出各指標(biāo)在各個主成分的荷載，如表3—表4所示，第1主成分的特征值最大，為8.90，貢獻(xiàn)率為46.86%；子葉平展期的莖粗、最大葉面積、葉綠素含量，1葉1心期的莖粗和葉綠素含量，2葉1心期的葉綠素含量、根體積、壯苗指數(shù)、游離脯氨酸含量和根系活力在第1主成分上有較高的載荷，說明第1主成分主要是由這幾項(xiàng)指標(biāo)決定。第2主成分特征值為3.98，貢獻(xiàn)率為20.95%；3個時(shí)期的株高，1葉1心期和2葉1心期的最大葉面積的載荷正向值較大，這一性狀主要與株高和最大葉面積有關(guān)，說明在第2主成分中株高和最大葉面積會制約幼苗品質(zhì)。第3主成分特征值為2.42，貢獻(xiàn)率為12.72%；丙二醛含量載荷正向值最大，主要與幼苗細(xì)胞的受損程度有關(guān)；1葉1心期的莖粗的載荷負(fù)向值最高。第4主成分特征值為1.91，貢獻(xiàn)率為10.04%；G值的載荷正向值最大，2葉1心期的莖粗的載荷負(fù)向值最高。第5主成分特征值為1.16，貢獻(xiàn)率為6.12%；根冠比賦值結(jié)果的載荷負(fù)向值最高，說明在第5主成分中根冠比會制約黃瓜的幼苗品質(zhì)。

表3 主成分的特征值與方差貢獻(xiàn)率

表4 成分矩陣

2.5 隸屬函數(shù)分析結(jié)果

由表5可知，單純用殼寡糖浸種，處理A浸種效果高于處理A；單純苗期殼寡糖噴施處理效果最好，其中處理B的效果優(yōu)于處理B；而殼寡糖浸種加苗期噴施殼寡糖處理中C的效果高于C?？傮w來說，CK的排名最低，說明用殼寡糖處理可以提高黃瓜幼苗的品質(zhì)，其中B處理最好。

表5 不同處理黃瓜幼苗綜合指標(biāo)值、隸屬函數(shù)值、綜合評價(jià)值及排名

3 討論

郭衛(wèi)華等研究表明，低濃度的殼寡糖可以使得黃瓜幼苗功能葉的葉綠素含量升高。本研究結(jié)果與其相似，單純苗期噴施低濃度的殼寡糖就可以促進(jìn)黃瓜幼苗的葉綠素含量積累。陳永快等研究發(fā)現(xiàn)在高溫脅迫環(huán)境下，外源殼聚糖處理能緩解黃瓜幼苗徒長。本研究與其結(jié)果相似，在非脅迫條件下，用400倍液殼寡糖浸種，或者只在苗期噴施3次500倍液殼寡糖都可有效控制植株徒長。根系是植物對水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的主要吸收器官，根系的生長情況直接影響植物個體的生長情況，根系活力是衡量根系功能的主要指標(biāo)之一，顧麗嬙用不同濃度的殼寡糖溶液處理番茄種子發(fā)現(xiàn)在150 mg/L的殼寡糖作用下，能提高番茄種子的根鮮質(zhì)量、幼苗鮮質(zhì)量、活力指數(shù)；寧利敏等研究發(fā)現(xiàn)海藻寡糖可促進(jìn)植物根系生長。與其研究結(jié)果相似的是，本研究發(fā)現(xiàn)苗期噴施800倍液殼寡糖可以很好地促進(jìn)根系發(fā)育，增大其根冠比、根體積和根系活力，并使得壯苗指數(shù)上升。

游離脯氨酸作為一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，植株體內(nèi)游離脯氨酸含量可在一定程度上反映植株體內(nèi)水分狀況，游離脯氨酸的積累量越大則植株的抗性越強(qiáng)。與游離脯氨酸相反，MDA增加多表明植物受到脅迫后細(xì)胞膜破壞嚴(yán)重，抗逆性弱。狄文偉研究發(fā)現(xiàn)，殼寡糖處理在低溫下能較大幅度提高黃瓜穴盤苗游離脯氨酸含量，同時(shí)降低植株體內(nèi)的MDA含量，與之結(jié)果相似的是，本研究發(fā)現(xiàn)單純用殼寡糖浸種或單純苗期噴施殼寡糖在非脅迫條件下也能提高黃瓜幼苗根系活力、游離脯氨酸含量，同時(shí)降低植株體內(nèi)的MDA含量，提高黃瓜幼苗的抗逆性，這可能是由于殼寡糖通過響應(yīng)Ca信號來調(diào)控幼苗細(xì)胞內(nèi)的生理變化，提高了細(xì)胞膜的滲透調(diào)節(jié)能力，從而激發(fā)了抗性表達(dá)。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，硬水浸種加噴施3次800倍液殼寡糖，能提高最大葉面積，顯著增加黃瓜幼苗葉片的葉綠素含量，對黃瓜幼苗根系影響最大，促進(jìn)作用最強(qiáng)，其壯苗指數(shù)提高了31.6%，G值提高了20.0%，幼苗根冠比提高了21.4%，根體積增加了39.6%，根系活力增加了50.7%，成苗健康程度較高。單純殼寡糖浸種或者單純苗期噴施殼寡糖可以顯著提高游離脯氨酸含量，同時(shí)降低MDA含量，有效地降低逆境對黃瓜幼苗的傷害，其中硬水浸種加苗期噴施3次800倍液殼寡糖處理效果最好，游離脯氨酸含量提高67.7%，丙二醛含量降低45.4%。同時(shí)，主成分及隸屬函數(shù)分析也表明，硬水浸種加苗期3次800倍殼寡糖噴施處理的黃瓜育苗效果最好。