宋逸菲 余利军 杜纪富 赵 龙

（嘉鱼千里材料科技有限公司，湖北 嘉鱼 437224）

0 引言

农作物的增产离不开肥料，但传统化学肥料存在养分流失快、利用率低、容易造成环境污染等缺点，因此，应用环境友好且同样具有促进植物生长作用的新型肥料已成为促进农业可持续发展的有效手段，尤其是新型肥料中的生物质肥料，如海藻酸钠、壳聚糖及卡拉胶等。生物质肥料来源于天然物质的提取物或合成物，成本低，对环境、作物和人体无害，增产作用明显，现已成为肥料应用领域的研究热点［1-2］。

海藻酸钠、壳聚糖和卡拉胶等生物质具有很好的生物相容性、成膜性等特点，并对叶菜类蔬菜生长具有促进作用［3］。但大分子的生物质肥料存在黏度大、水溶性差、难以被吸收等缺点，促进植物生长效果不佳。因此，近年来许多研究者对大分子生物质降解后得到的生物质寡糖对植物育种与生长的作用进行了探索。张运红等［2］通过喷施海藻酸钠寡糖，缓解小麦幼苗在干旱或镉胁迫下的生长抑制作用，并通过试验发现海藻酸钠寡糖灌根处理可提高叶片叶绿素含量、气孔导度、胞间CO2浓度等，最高可使小麦产量增加23.3%。黄文佳等［4］对水稻喷施25 mg/L的海藻酸钠寡糖后，水稻增产177.78 kg/hm2，产量增幅1.88%。众多学者的研究表明，海藻酸钠寡糖能够促进植物根系生长和增强植株抗逆性，从而提高植株根系吸收营养物质的能力和叶片叶绿素的含量，利于后期作物生长与营养物质积累，增加作物产量与营养价值［2，4-9］。卡拉胶是由含硫多糖组成的红藻天然亲水胶，具有大量羟基，是一种具有良好凝胶稳定性、稠度等特点的生物基材料。经过射线辐照后，卡拉胶寡糖的生物活性大大增强，具有促进植物生长、增加作物产量和提高植株抗逆性的作用［10-14］。Abad 等［13-14］用辐射后的卡拉胶对花生进行浸种和叶面喷施，改善了不同花生品种的农艺性状，显著提高了花生产量；利用卡拉胶多糖喷洒水稻植株，水稻抗倒伏能力增强，水稻根系更发达，利于营养物质积累，水稻产量提高20%左右。

由于特性优良，生物质寡糖类植物生长添加剂在未来的现代农业中有很好的应用前景。但国内与此相关的研究较少，因此需要进一步开展生物质寡糖对植物生长影响的相关试验。笔者选用了具有代表性的芽菜与叶菜作为研究对象，探索生物质寡糖对其生长的影响作用。黄豆芽与花生芽种植方式简单、生长周期短、所需原料与设备成本低，因此试验中芽菜类植物选用黄豆芽、花生芽。生菜生长周期较短，所需养料少，对种植环境与温度要求不高，因此试验中叶菜类植物选用生菜。笔者采用溶液培养的方式，对叶菜类或芽菜类蔬菜前期进行清水或添加剂浸种［15］，后期生长中喷施含有添加剂的溶液，通过比较采收后植物的根长、茎长与质量等指标，探究海藻酸钠和卡拉胶寡糖对植物生长的促进作用。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料与试验场地

试验材料有绿雅生菜种子（购自上海惠和种业有限公司），黄豆种子（购自嘉鱼县种子公司），花生种子（购自嘉鱼县种子公司），质量分数为5 %的辐照后海藻酸钠溶液、质量分数为5%的辐照后卡拉胶溶液、质量分数为5%的氨基酸溶液。其中，辐照服务由华中科技大学加速器应用与辐射化学课题组提供。

生菜试验场地为玻璃温室大棚，棚内温度恒定为30 ℃；芽菜试验场地为暗房，温度恒定为20 ℃。以上试验场地均由湖北省咸宁市嘉鱼县田野集团田野开心农场提供。田野开心农场是现代农业示范园的科技示范区，具有智能化联栋玻璃温室，并拥有果树根域限制栽培、NFT管道栽培、悬吊种植槽系统等主流设施农业种植技术与设备，为试验顺利进行提供了保障。

1.2 试验设计

试验组所用的添加剂种类、编号及质量浓度如表1所示。试验空白组为清水浸种、清水喷洒。

表1 添加剂种类、编号及质量浓度

1.2.1 黄豆芽试验。试验分为两部分，第一部分探究清水浸种条件下，添加剂对黄豆芽生长的影响；第二部分探究不同质量浓度添加剂浸种对黄豆芽生长的影响。

①设置13组清水浸种处理，每组称取20 g饱满、无虫蛀的黄豆种子，清水浸种6 h，捞出黄豆种子，静置12 h出芽；在后期生长阶段，分别使用表1所示的不同种类及不同质量浓度的添加剂与清水进行喷洒，每天间隔4 h喷洒相应溶液20 mL，连续喷洒5～7 d；黄豆芽达采收标准后，记录各组整体质量，并随机抽取3株测量其茎长和根长。

②设置13组添加剂浸种处理，每组称取20 g饱满、无虫蛀的黄豆种子，分别使用表1所示的不同种类及不同质量浓度的添加剂与清水浸种6 h，捞出黄豆种子，静置12 h出芽；在后期生长阶段，继续使用同种类、同质量浓度添加剂进行喷洒，喷洒方式及后续处理同上。

1.2.2 生菜试验。生菜种子较小且生长周期比芽菜长，浸种方式对其后期生长影响较小，因此浸种方式只设置清水浸种。生菜的种植分为浸种和生长两个阶段。

①浸种阶段。设置13组清水浸种处理，每组取80粒生菜种子播种到湿润的海绵内，静置出芽；出芽后，分别使用表1所示的不同种类及不同质量浓度的添加剂与清水进行喷洒，每天喷洒2次100 mL含相应添加剂的溶液或清水，连续喷洒17～20 d；记录各组生菜根系与叶片的生长状况，并将其移栽到管道式水培种菜机。

②生长阶段。移栽后，除了在循环泵中加入添加剂外，每天喷洒2次100 mL相应浓度添加剂溶液或者水；连续喷洒45 d，生菜成熟后，记录各组整体质量，并随机抽取3株记录生菜生长高度和叶片数量。

1.2.3 花生芽试验。设置5组清水与8组添加剂溶液（100 mg/L的1号、2号、3号、4号各2组）浸种。每组称取100 g饱满、无虫蛀的花生种子，浸泡12 h后捞出花生种子，用湿毛巾包裹催芽36 h，静置12 h后出芽。后期生长阶段，清水浸种组分别使用清水与4种不同添加剂溶液（100 mg/L的1号、2号、3号、4号）进行喷洒，探究添加剂类型对花生芽生长的影响。选用4种不同添加剂浸种的试验组4组使用清水喷洒，另外4组使用与浸种相同的添加剂喷洒。每天间隔4 h喷洒相应的溶液20 mL，连续喷洒5～7 d。花生芽达采收标准后，记录各组整体质量，并随机抽取3株测量花生芽的茎长和根长。

2 试验结果与分析

2.1 黄豆芽试验

由图1（a）和图2可知，与空白组相比，喷施不同质量浓度的海藻酸钠寡糖和卡拉胶寡糖均可明显促进黄豆芽生长，其茎长、根长和质量均较空白组明显增加。对于同种添加剂处理，黄豆芽的相关生长数据不单纯随着添加剂质量浓度的增加而增加或减少。结合性价比综合考虑，100 mg/L是促进黄豆芽生长的最适质量浓度。

图1 1号和3号对比空白组黄豆芽生长状况

图2 不同处理组黄豆芽生长情况

由图1（b）和图3可知，无论采用哪种方式浸种，喷施添加剂均可促进黄豆芽生长。100 mg/L添加剂浸种+喷洒后黄豆芽的茎长、根长和质量平均分别增加66.2%、19.7%和21.3%，清水浸种+100 mg/L添加剂喷洒后黄豆芽的茎长、根长和质量分别平均增加64.9%、29.2%和21.3%。结果表明，清水浸种的黄豆芽后期生长效果更好。与同时添加了促进植物生长的氨基酸溶液试验组相比，海藻酸钠与卡拉胶寡糖添加剂试验组的促生长效果仍较好。这与张晓军等［15］的浸种试验结论一致。

图3 100 mg/L质量浓度下不同浸种方式对黄豆芽生长的影响

综合以上分析可知，海藻酸钠寡糖和卡拉胶寡糖均可促进黄豆芽生长，使得黄豆芽的苗长、根长和质量显著增加，且采用清水浸种+添加剂喷洒的种植方法促进效果更好。

2.2 生菜试验

由图4可知，育苗阶段结束后，喷洒添加剂的生菜根更多且呈现为健康的白色。该试验结果与张运红等［2］的试验结果一致，使用海藻酸钠寡糖灌根处理可促进植物根系生长、促进小麦对养分的吸收和利用。育苗结束后，将生菜苗分开培育，培育过程中施加培养液。由图5可知，喷施添加剂的试验组叶片更大，叶片数量更多，根系更发达。生菜生长45 d后，比较试验组生菜的生长状况，4组试验组中100 mg/L质量浓度下生菜的生长状况较好，因此将其与作为对比的空白组移栽到管道式水培种菜装置。

图4 育苗阶段结束不同处理组生菜生长情况

图5 移栽后半个生长周期内不同处理组生菜生长情况

由图6和图7可知，采收阶段的生菜植株更高、茎秆更粗壮、叶片面积更大且根系更发达。由表2可知，试验组叶片均多于空白组；各试验组（1号、2号、3号、4号）植株高度比空白组分别增加了36.8%、号：40.8%、6.7%、32.3%，质量比空白组分别提15.3%、68.1%、7.4%、36.4%。根据张运红等［5-6］对菜薹的研究，叶菜类植物长出绿叶后，海藻酸钠寡糖可调控类囊体膜的结构和功能，从而促进光合作用，增加植物营养物质的积累。在梁利妮［16］、杨玉岭等［17］人的研究中，喷洒氨基酸液体肥料后，作物产量与质量明显提高，表明氨基酸溶液也具有促进植物生长的作用。在此次试验中，与同时添加氨基酸溶液的试验组相比，单纯的海藻酸钠与卡拉胶寡糖添加剂试验组的促生长效果仍较好。

图6 采收阶段不同处理组生菜生长情况

图7 采收阶段不同处理组生菜根部生长情况

表2 成熟阶段生菜的高度、质量和叶片数量

综合上述分析可知，海藻酸钠寡糖和卡拉胶寡糖促进育苗阶段生菜根系生长，促进生长阶段营养物质吸收与积累，最终使植株高度与质量得以增加。与当前市场中促进植物生长的氨基酸溶液相比，寡糖溶液的成本更低，在农业生产中更具应用前景。

2.3 花生芽试验

根据黄豆芽试验与生菜试验，可知100 mg/L是结合性价比考虑的最适质量浓度，由此简化试验，选用最佳质量浓度100 mg/L进一步探究辐照后寡糖对花生芽生长的影响。由图8可知，与空白组相比，100 mg/L添加剂浸种+清水喷洒试验组的平均质量提高5.6%。结果表明，添加剂浸种+清水喷洒的种植方式更适合花生芽生长。由图9可知，100 mg/L海藻酸钠寡糖溶液浸种+清水喷洒处理花生芽促生长效果最好，花生芽的茎长、根长和质量分别增加10.8%、5.2%和8.0%。试验结果表明，海藻酸钠寡糖和卡拉胶寡糖均具有促进植物生长的作用；不同添加剂对花生芽生长促进作用不同，卡拉胶寡糖溶液促进效果更好，花生芽茎长与根长增长明显，产量增加，且在一定程度上缩短植物的生长周期。与当前市场中促进植物生长的氨基酸溶液花生芽试验组相比，寡糖溶液具有更低的生产成本，且促生长效果更好，极具应用前景。

图8 不同浸种方式下花生芽的生长状况

图9 不同处理组对花生芽生长的影响

3 结论

与空白组（清水浸种+清水喷洒）相比，采用清水浸种+100 mg/L寡糖溶液处理芽菜类植物黄豆芽后，黄豆芽茎长、根长和质量分别增加64.9%、29.2%、23.5%；用100 mg/L海藻酸钠寡糖溶液浸种+清水喷洒处理花生芽后，花生芽茎长、根长和质量可分别增加8.0、5.2%和10.8%；采用100 mg/L卡拉胶寡糖溶液处理叶菜类植物生菜后，生菜的根系更发达，为营养物质的积累创造更好的条件，采收阶段苗长和质量可分别增加40.8%和68.1%。海藻酸钠寡糖和卡拉胶寡糖对于生长周期短且不依赖光合作用的芽菜类植物促生长作用明显，植株高度和质量明显增加；对于生长周期相对较长且可进行光合作用的叶菜类植物，可通过促进根系生长，提高其吸收、积累营养物质的能力，完成质量积累，实现增产。与同时添加了氨基酸溶液的试验组相比，单纯的海藻酸钠与卡拉胶寡糖添加剂试验组促生长效果较好。由于氨基酸溶液成本更高且难于保存，因而在实际生产中寡糖溶液更具有应用价值。