海藻提取液對小油菜和韭菜生長、產量和品質的影響*

崔維香 林 梅 劉正一 王明鵬 王學江 李 峰 張煥春 張建設 秦 松

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海藻提取液對小油菜和韭菜生長、產量和品質的影響*

崔維香1林 梅1劉正一2王明鵬3王學江4李 峰4張煥春5張建設1秦 松2①

(1. 浙江海洋大學 國家海洋設施養殖工程技術研究中心, 舟山 316022; 2. 中國科學院煙臺海岸帶研究所 海岸帶生物學與生物資源利用重點實驗室, 煙臺 264003; 3. 哈爾濱工業大學 市政環境工程學院, 哈爾濱 150090; 4. 五洲豐農業科技有限公司, 煙臺 264003; 5. 煙臺市農業科學研究院, 煙臺 264003)

采用溫室大棚內露地種植的方式, 研究了葉面噴施海藻提取液對小油菜和韭菜生長、產量及品質的影響。結果表明, 海藻提取液能一定程度上促進小油菜和韭菜生長發育, 提高小油菜和韭菜的產量, 改善小油菜和韭菜的品質, 其中海藻提取液稀釋200倍處理對小油菜的增產效果最明顯, 稀釋400倍處理對韭菜的增產效果最明顯, 可明顯提高其光合色素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量以及維生素含量。

海藻提取液; 小油菜; 韭菜; 生長; 產量; 品質

海藻提取液是以海藻為原料, 通過物理、化學或生物技術破碎海藻細胞壁提取的海藻內容物, 含有豐富的礦物質、維生素、氨基酸、高度不飽和脂肪酸和海藻中所特有的海藻寡糖、海藻酸、甜菜堿及多種天然植物生長調節劑, 如植物生長素、細胞分裂素、脫落酸和赤霉素等。其成分溫和, 對人和動、植物無害無污染。目前大量研究認為褐藻寡糖作為一種生物信號分子, 能夠參與植物的生長調控活動, 調控植物生長、發育和繁殖, 尤其是促進植物根系的生長(Zhang et al., 2013, 2014), 因此, 在新生物技術產品的研發中引起廣泛關注。

近年來, 關于海藻提取液在農業生產中的應用研究取得諸多成果。研究表明, 海藻提取液能促進甜椒、花生、土豆、瓜兒豆、秋葵等作物的生長發育, 提高作物產量及改善作物品質(Thirumaran et al., 2009a, b; Prajapati et al., 2015; Sridhar et al., 2015), 增強卷心菜抵抗蚜蟲的能力(Rengasamy et al., 2015), 減少黃瓜感染真菌疾病的概率(Jayaraman et al., 2011), 減輕洋蘇草在中度缺水條件下, 葉綠素含量的損失(El Kaoaua et al., 2013), 減緩高鹽脅迫下小麥的應激反應(Ibrahim et al., 2014)以及改善土壤性狀(Aitken et al., 1965; Roberts et al., 2014)等, 其功效可概括為: 促進植物生長、增產和改善果實品質、抵抗環境脅迫及預防病蟲害、土壤改良與修復三大主要方面。

為進一步明確海藻提取液在其他蔬菜作物上的增產效果及對作物品質的影響, 本文以小油菜和韭菜為試驗材料, 研究了以銅藻()為原料制備的海藻提取液對小油菜和韭菜生長、產量和品質的影響, 為后續以銅藻為原料的海藻肥的研發及生產提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤與材料

試驗于2016~2017年在煙臺市農業科學研究院綜合實驗場的溫室大棚中進行, 棚內土壤pH值5.6, 有機質21.6mg/kg, 水解性氮73mg/kg, 有效磷(P2O5)273.2mg/kg, 速效鉀(K2O)144mg/kg。

供試小油菜品種為“華王青梗菜”, 于2016年7月8日播種, 7月11日出苗, 8月26日收獲, 生長周期為45天; 韭菜品種為“新世紀雪韭”, 一茬生長周期為45天。

1.2 海藻提取液的制備

將采自山東榮成海域的新鮮銅藻用自來水清洗數次, 直至將附著在銅藻表層的鹽分、貝類、沙土等其他污物清洗干凈, 26°C晾曬2~3d, 60°C烘干48h得到干的銅藻; 用粉碎機將烘干的銅藻粉碎成銅藻細粉, 然后, 將銅藻細粉與蒸餾水按照1∶20(w/v)的比例混合, 即為混合液; 調節混合液pH至適當范圍(6.5~7.5), 121°C滅菌20 min, 待混合液溫度降至室溫后, 接入菌種“海濱芽孢桿菌”發酵10~16h, 發酵結束后, 離心取上清液, 即為海藻提取液(Wang et al., 2016)。

1.3 海藻提取液中褐藻寡糖的檢測

采用薄層層析法(thin layer chromatography, TLC)檢測海藻提取液中的褐藻寡糖。試驗以青島博智匯力生物科技有限公司生產的聚甘露糖醛酸寡糖(包括: D-甘露糖醛酸二糖、D-甘露糖醛酸三糖、D-甘露糖醛酸四糖)為標準品, 采用Silica Gel 60 F254硅膠板(購自Merck公司), 上樣量為2μL, 展開系統為正丁醇∶甲酸∶水(體積比為4∶5∶1)(聶瑩等, 2012), 顯色劑為10%硫酸乙醇(v/v), 在110°C下顯色10min, 結果顯示海藻提取液中含有聚合度為2~4的褐藻寡糖。

1.4 試驗設計與方法

試驗設置4個處理, 分別是: 海藻提取液稀釋200倍、海藻提取液稀釋400倍、海藻提取液稀釋600倍和對照組(清水處理), 每處理均重復3次。各處理試驗小區面積均為1.5m2, 試驗采用葉面噴施的處理方式, 每試驗小區一次噴施用液量2000mL, 之后每隔2周處理一次, 生長周期內共處理3次, 收獲后計算產量, 同時采集樣品, 測定相關指標。

1.5 測定指標及方法

小油菜的測定指標包括株高、莖粗、葉面積、葉綠素含量、葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素含量。韭菜的測定指標包括葉長、鞘長、葉寬、鞘粗、葉綠素含量、葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素含量?？扇苄蕴呛坎捎幂焱壬y定(趙世杰等, 2002), 可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定, 維生素含量采用滴定法測定(蔡慶生, 2013)。

1.6 數據處理

采用SPSS 19.0對數據進行方差分析, Duncan法(邱念偉, 2015)進行多重比較, 用GraphPad Prism 5和Excel 2010繪圖。

2 結果與分析

2.1 海藻提取液對小油菜和韭菜生長發育的影響

由表1可以看出, 海藻提取液對小油菜生長發育有一定的影響, 能夠提高小油菜的株高、莖粗和葉面積。與對照組相比, 海藻提取液不同濃度處理對小油菜的株高影響不顯著, 但是對小油菜的莖粗和葉面積有明顯的影響, 其中海藻提取液稀釋200倍處理的小油菜莖粗和葉面積均達到顯著水平, 莖粗平均增加13.58%, 葉面積平均增加了11.38%, 其他濃度處理也均好于對照處理。

表1 海藻提取液不同濃度處理對小油菜生長發育指標的影響

注: 表中同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(Duncan法)。

由表2可以看出, 海藻提取液對韭菜生長發育的影響不大, 與對照組相比, 海藻提取液不同濃度處理對韭菜葉長、鞘長、葉寬、鞘粗的影響均未達到顯著水平。但總體來說, 經海藻提取液葉面噴施處理的韭菜各生長指標要優于對照組。

2.2 海藻提取液對小油菜和韭菜產量的影響

由表3可以看出, 葉面噴施不同濃度的海藻提取液對小油菜的產量有明顯的影響。與對照組相比, 海藻提取液稀釋200倍、400倍、600倍處理的小油菜單株重、小區產量、折合產量均明顯增加, 其折合產量依次增加了20.27 %、4.93 %、2.47 %, 增幅順序為稀釋200倍>稀釋400倍>稀釋600倍>對照組, 各處理中以海藻提取液稀釋200倍對小油菜處理效果最顯著。

表2 海藻提取液不同濃度處理對韭菜生長發育指標的影響

注: 表中同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(Duncan法)。

注: 表中同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(Duncan法)。

由表4可以看出, 葉面噴施不同處理濃度的海藻提取液也能顯著提高韭菜的產量。海藻提取液稀釋200倍、400倍、600倍處理的韭菜單株重、小區產量、折合產量也均顯著增加, 其折合產量依次較對照組增加了17.55%、42.66%、32.21%, 增幅順序為稀釋400倍>稀釋600倍>稀釋200倍>對照組, 各處理中以海藻提取液稀釋400倍對韭菜的處理效果最顯著。

2.3 海藻提取液對小油菜和韭菜光合色素含量及品質的影響

從圖1a中可以看出, 與對照組相比, 海藻提取液不同濃度處理對小油菜葉片中光合色素含量有明顯的影響, 其中對葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響達到顯著水平, 能明顯提高小油菜葉片中葉綠素和類胡蘿卜素的含量, 其增幅順序為稀釋200倍>稀釋400倍>稀釋600倍>對照組, 但是對小油菜葉片中葉綠素含量的影響不顯著。

注: 表中同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(Duncan法)。

從圖1b中可以看出, 與對照組相比, 海藻提取液不同濃度處理對韭菜葉片中光合色素含量也有明顯的影響, 能明顯提高小油菜葉片中葉綠素、葉綠素和類胡蘿卜素的含量, 其中海藻提取液稀釋400倍處理對韭菜葉片中葉綠素、葉綠素和類胡蘿卜素含量的影響均達到顯著水平, 其他各處理水平下的韭菜葉片光合色素含量也均好于對照組, 各處理間增幅順序為稀釋400倍>稀釋200倍>稀釋600倍>對照組。

由表5可以看出, 海藻提取液不同濃度處理均能顯著提高小油菜和韭菜的品質。試驗結果顯示, 隨著海藻提取液稀釋倍數的增加, 小油菜的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素含量總體上呈逐步下降的趨勢。與對照組相比, 海藻提取液稀釋200倍、400倍、600倍處理的小油菜可溶性糖含量平均分別增加33.58%、16.42%、13.43%, 增幅順序為稀釋200倍>稀釋400倍>稀釋600倍>對照組; 可溶性蛋白含量平均分別增加21.01%、11.59%、13.04%, 增幅順序為稀釋200倍>稀釋600倍>稀釋400倍>對照組; 維生素含量平均分別增加56.77%、26.95%、22.67%, 增幅順序為稀釋200倍>稀釋400倍>稀釋600倍>對照組。另外, 隨著海藻提取液稀釋倍數的增加, 韭菜的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、維生素含量總體上呈先上升后逐步下降的趨勢, 與對照組相比, 海藻提取液稀釋200倍、400倍、600倍處理的韭菜可溶性糖含量平均分別增加32.53%、47.79%、25.30%, 增幅順序為稀釋400倍>稀釋200倍>稀釋600倍>對照組; 可溶性蛋白含量平均分別增加32.69%、39.90%、19.71%, 增幅順序為稀釋400倍>稀釋200倍>稀釋600倍>對照組; 維生素含量分別增加29.55%、37.48%、8.81%, 增幅順序為稀釋400倍>稀釋200倍>稀釋600倍>對照組; 總體來說, 海藻提取液對小油菜品質的影響以稀釋200倍最顯著, 對韭菜品質的影響以稀釋400倍最顯著。

圖1 海藻提取液不同濃度處理對小油菜和韭菜葉片光合色素含量的影響

注: a. 不同濃度海藻提取液對小油菜葉片光合色素含量的影響; b. 不同濃度海藻提取液對韭菜葉片光合色素含量的影響; 柱形圖上不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(Duncan法)。

注: 表中同列數據后不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著(Duncan法)。

3 討論

目前以海藻為原料生產的海藻提取液或成品海藻肥在農業生產中大多表現出良好的效果, 據報道使用海藻葉面肥對菠菜和不結球白菜進行葉面噴施處理, 其結果顯示能顯著提高菠菜和不結球白菜的產量和品質(周英等, 2011)。有研究表明海藻沖施肥能夠顯著提高韭菜的產量并改善韭菜的品質(張曉雷等, 2013)。另有研究發現海藻提取物能夠顯著提高小白菜的生物量及明顯改善小白菜的品質(周紅梅等, 2008)。綜上所述, 海藻提取液或成品海藻肥對作物生長表現出良好的促進效果, 其原因一方面可能是因為海藻提取液或成品海藻肥中含有豐富的營養物質, 能夠為植物的生長發育提供所需的營養成分; 另一方面可能是因為海藻提取液或成品海藻肥中含有許多生物活性物質, 這些生物活性物質能夠參與到植物體內的生理生化過程中, 從而影響植物的生長發育。

本研究中使用的海藻提取液是以銅藻為原料, 通過微生物發酵技術提取得到的。銅藻作為一種大型褐藻已經被證明是生產海藻肥料的優質原料(劉雪梅等, 2012), 而微生物發酵技術也是目前廣受關注的一種生物法制備工藝, 其反應條件相比物理、化學提取法更為溫和和環保, 能夠最大限度地保護海藻中的生物活性物質不受破壞。另外, 本研究中通過微生物發酵技術制備的海藻提取液還含有一種特殊功能成分——褐藻寡糖, 能夠對植物生長產生多種有益功效, 因此, 本研究結果很可能是海藻提取液中的褐藻寡糖發揮了重要作用。

4 結論

(1) 葉面噴施海藻提取液對小油菜和韭菜的生長發育有一定的影響, 以海藻提取液不同濃度稀釋液對小油菜和韭菜進行處理, 其促進小油菜和韭菜生長的效果均好于對照組, 但總體促進效果不顯著。

(2) 葉面噴施海藻提取液, 明顯提高了小油菜和韭菜的產量。在海藻提取液對小油菜的不同處理濃度中, 以海藻提取液稀釋200倍增產效果最為明顯, 可使小油菜增產20%以上; 在海藻提取液對韭菜的不同處理濃度中, 以海藻提取液稀釋400倍增產效果最為明顯, 韭菜增產40%以上, 其他處理濃度也能一定程度上促進小油菜和韭菜增產。

(3) 葉面噴施海藻提取液, 明顯改善了小油菜和韭菜的品質。以海藻提取液對小油菜進行葉面噴施處理后, 小油菜葉片中的葉綠素含量、類胡蘿卜素含量較對照處理均明顯提高, 僅對小油菜葉片中葉綠素含量無明顯影響; 海藻提取液對韭菜進行葉面噴施處理后, 韭菜葉片中的葉綠素含量、葉綠素含量、類胡蘿卜素含量較對照處理均顯著提高, 這說明噴施海藻提取液能夠最終增強小油菜和韭菜的光合作用。另外, 與對照相比, 海藻提取液對小油菜和韭菜處理后, 兩種蔬菜的可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和維生素含量均增加, 明顯改善了兩種蔬菜的品質。

綜上所述, 本研究結果能為以銅藻為原料的海藻肥的研發及產品定型提供參考。關于海藻提取液中的有效功能成分如何參與和調控植物體內的生理生化過程, 促進作物生長、提高作物產量或改善作物品質, 其具體的作用機制與機理還有待進一步研究。

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Effects of Seaweed Extract on Growth, Yield and Quality of Rape and Chinese Chive

CUI Wei-Xiang1, LIN Mei1, LIU Zheng-Yi2, WANG Ming-Peng3, WANG Xue-Jiang4, LI Feng4, ZHANG Huan-Chun5, ZHANG Jian-She1, QIN Song2*

(1. National Engineering Research Center for Marine Aquaculture, Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316022, China; 2.Key Laboratory of Coastal Biology and Biological Resource Industry, Yantai Institute of Costal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China; 3. School of Municipal and Environmental Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, China; 4. Worldfull Technology Co., LTD, Yantai 264003, China; 5. Yantai Academy of Agricultural Sciences, Yantai 264003, China)

In this paper, we investigate the effects of foliar spraying of seaweed extract on the growth, yield and quality of rape and Chinese chive that had been cultivated in a greenhouse. The results show that seaweed extract can promote the growth, yield, and quality of rape and Chinese chive. Of the treatments, seaweed extract diluted 200 and 400 times exhibited the best promotions of the growth, yield, and quality of rape and Chinese chive with significant increases in the photosynthetic pigment, soluble sugar, soluble protein, and Vvalues.

Seaweed extract; Rape; Chinese chive; Growth; Yield; Quality

S633.3, S636.9

10.12036/hykxjk20170313001

海洋公益性行業科研專項經費項目(201505022); 中國科學院戰略性先導性科技專項 (XDA11020403); 舟山市海洋經濟創新發展示范工作項目(國?？茖W[2016]496號); 海藻肥新產品開發及標準制訂(Y449031011); 山東省科技發展計劃項目(2010GSF10208)。崔維香, 女, 碩士, 從事海藻生物資源利用研究, E-mail: stevenweixiang@163.com

秦 松, 男, 研究員, 博士生導師, 從事海岸帶植物資源及應用、海洋微生物技術、海藻分子生物技術和海洋藻類等研究, E-mail: sqin@yic.ac.cn

2017-03-13,

2017-04-27