葡甘露寡糖對玉米的誘抗促生作用研究

張馨月，許培瑜，張春來，謝咸生，李 敏，張付云

（1.大連海洋大學食品科學與工程學院，遼寧大連 116023；2.中國科學院大連化學物理研究所，遼寧大連 116023；3.山西省農科院 小麥研究所，山西 太原 030031）

0 引言

玉米是世界四大經濟作物之一，是多個國家的重要農作物，是人們生活中不可缺少的一部分[1-2]。中國作為農業大國之一，種植業一直處于農業部門的主導地位[3]，玉米不論是作為糧食產物還是飼料，都發揮著至關重要的作用[4]。隨著社會對玉米的需求不斷增加，玉米的種植面積也逐漸擴大。近年來，由于作物耕作制度的改變和氣候環境的變化，各種病害逐年加重，進一步影響產量[5-6]。

玉米病害是影響玉米產量的主要因素之一。據報道，我國玉米上發生的病害有30 多種，包括矮花葉病、大斑病、小斑病、絲黑穗病等[7-10]，其中玉米矮花葉病和大斑病危害近年來愈發嚴重[11]。玉米矮花葉病是1963 年在美國的俄亥俄州被首次發現的[12]，該病害導致每年玉米產量損失可達20%～80%[13]。玉米大斑病，又被稱為葉枯病、條斑病等，是發生在我國北方和南方山區的重要病害，該病害導致玉米產量的損失可達50%以上[14-17]。玉米矮花葉病和大斑病對玉米產量和品質帶來嚴重的影響，造成了巨大的經濟損失。

為追求高產量，減少作物因病害造成的損失，外源施用化學調控劑被廣泛應用[18]，外施調控劑已成為培育壯苗和提高產量最直接有效的方法[19]，這也造成了一定的環境壓力。近年來，越來越多人開始致力于環境友好型生物農藥[20]，不僅可以促進植物的生長發育，而且減少了化肥和農藥的使用量，為可持續的綠色農業發展提供了保證。寡糖類誘抗劑是一類具有生物調節功能的碳水化合物，多種研究表明殼寡糖在提高植物抵抗逆境脅迫、促進植物生長等方面發揮重要作用[21-22]。孫磊[23]研究發現，水稻幼苗經殼聚糖處理后，葉綠素含量增加，增強了水稻的抗冷性，緩解低溫對水稻的損害。An Q D 等人[24]利用海藻膠降解酶降解得到海藻酸鈉寡糖（AOS），發現AOS 可以誘導大豆產生抗毒素，增強大豆對病菌的抗性。薛改妮等人[25]對氨基寡糖素在小麥上的應用效果進行研究，結果發現氨基寡糖素拌種可提高麥苗的出苗率、株高等，也可以增加小麥的抗逆性，在不同時期進行噴藥，產量均有一定程度增加。葡甘露寡糖（Glucomannan oligosaccharides，GMOS） 是一種功能性低聚糖，是葡甘露聚糖在物理、化學和生物降解后形成的低聚合度糖的混合物[26]。已有研究表明，甘露寡糖可作為激發子激活水稻和本氏煙草的PTI 免疫反應[27]，可作為保護植物免受疾病侵害的引發劑。

截至目前，鮮有關于施用外源性寡糖- 葡甘露寡糖（GMOS） 對玉米生長發育的影響及誘導對玉米矮花葉病和大斑病抗性的報道，試驗通過不同方式，施用不同質量濃度的GMOS，探究玉米株高、莖粗、玉米矮花葉病及大斑病病況和玉米產量的變化，以證實葡甘露寡糖對玉米生長的影響及對玉米矮花葉病和大斑病的誘抗作用，為以葡甘露寡糖為基礎而開發的新型環境友好型生態農藥提供依據，推動農業綠色生產，也能更好地服務于農業高質量發展。

1 材料與方法

1.1 供試材料

葡甘露寡糖（GMOS，粉劑），中國科學院大學大連化學物理研究所天然產物及糖工程研究組提供；玉米，選用山西省農科院小麥研究所培育的“臨玉31”，是當地主要的商品玉米品種，供試材料于2020年種植在山西省臨汾市堯都區山西省農業科學院小麥研究所試驗基地。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

GMOS 拌種和葉面噴霧處理的質量濃度分別為25，50，100，200，400 mg/L，其中拌種處理以未經GMOS 拌種為對照，葉面噴霧處理以噴施等量清水為對照，共12 個處理，每個處理3 次重復，共36 個小區，隨機區組排列，各區之間設立陽性保護行（寬度約2 株玉米），保護行與試驗區玉米同時播種，每個小區長8.0 m，寬2.5 m，面積20 m2，種植玉米120 株。

1.2.2 GMOS 拌種方法

播種前，將GMOS 用蒸餾水溶解，質量濃度分別為25，50，100，200，400 mg/L。將種子加入以上質量濃度的100 mL GMOS 溶液內，充分振蕩30 s，浸泡2 h 后，倒出攤開置于通風處，陰干后播種。

1.2.3 GMOS 葉面噴霧方法

在玉米五葉期和齊穗期各噴施1 次質量濃度分別為25，50，100，200，400 mg/L 的GMOS 溶液。使用電動噴霧器，用噴頭對準玉米喇叭口處噴霧1 s左右，以喇叭口為中心，晃動噴頭噴霧1 圈，確保每株玉米噴施均勻，噴液量為10 mL 左右。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 生長評價

測定指標包括株高、莖粗。在玉米收獲前測量株高和莖粗，用滑桿測量株高（莖基部到植株生長最高處），用游標卡尺測量莖粗（莖基部的粗度）[28]。

1.3.2 枯萎病病情分級及誘抗效果評價

在植株抽雄后20～25 d，以整株為單位，隨機選取25 棵進行調查，按照0，1，3，5，7，9 癥狀級別標準進行調查記載，計算病情指數，確定其癥狀級別[29]。

按照下面公式計算：

1.3.3 產量評價

在成熟期，選擇未取樣的玉米收10 穗玉米籽粒，將籽粒樣品在標準大氣壓環境下在105 ℃下烘干至恒質量，利用籽粒鮮質量和干質量計算籽粒含水率[28]，計算公式為：

按照下面公式計算：

1.4 數據處理

數據處理及繪圖采用Microsoft Excel 2016 和GraphPad Prism 8.0 軟件完成，用SPSS 25.0 進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 葡甘露寡糖可以增加玉米的株高和莖粗

株高和莖粗是表現玉米生長效果的重要指標。結果發現，較低質量濃度的GMOS 拌種或者噴施處理對提高玉米株高作用不明顯，而高質量濃度的GMOS 處理促生效果較好（見圖1），在采用100 mg/L和400 mg/L 的GMOS 拌種時顯著地提高了玉米的株高，與對照組相比均提高了3.64%（p＜0.01），相比之下200 mg/L 的GMOS 拌種效果稍遜色，但顯著地提高了株高，增加了2.55%（p＜0.05），而葉面噴霧處理中只有400 mg/L 的GMOS 處理效果較好，株高提高了1.43%（p＜0.05）。

圖1 不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理下玉米的株高

不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理下玉米的株高見圖1。

不同質量濃度GMOS 在2 種處理方式下對玉米莖粗有一定促進效果。梯度質量濃度的GMOS 拌種和噴施均能夠增加玉米莖粗，但只有200 mg/L 噴施處理下效果顯著（p＜0.05），玉米莖粗增加了11.82%（見圖2）?？偠灾?，GMOS 在拌種和葉面噴霧2 種處理方式下對玉米株高及莖粗均有一定的促進作用，但具體的促生效果受施用方式的影響，并存在著一定的質量濃度依賴性。

圖2 不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理下玉米莖粗

不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理下玉米莖粗見圖2。

2.2 葡甘露寡糖對玉米矮花葉病和大病斑有防治效果

拌種和葉面噴施對玉米矮花葉病均有防治效果。玉米矮花葉病病情指數（見圖3） 顯示，25，50，100，200，400 mg/L GMOS 拌種或者噴施處理下，玉米矮花葉病病情指數相對于對照組都有極顯著的差異，100 mg/L GMOS 的拌種處理和200 mg/L GMOS的噴施處理防治效果最佳，分別下降了64.22%和66.96%（p＜0.001），說明葡甘露寡糖在防治玉米矮花葉病時起著極其重要的作用。

圖3 不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理下玉米矮花葉病的病情指數統計

不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理下玉米矮花葉病的病情指數統計見圖3。

葡甘露寡糖在拌種和葉面噴霧處理下均可抑制玉米大斑病，且與對照組有顯著差異。由圖4 可知，5 種質量濃度的GMOS 拌種或者葉面噴施都顯著地降低了玉米大斑病的病情指數，25，100，200 mg/L 拌種處理下極顯著地降低了該病的病情指數，分別降低了58.7%，57.72%，57.7%（p＜0.001）；50 mg/L和400 mg/L較顯著地降低大斑病的病情，分別為51.75%和54.71%（p＜0.01）。5 種質量濃度的GMOS噴施處理均極顯著地降低了玉米大斑病的病情，其中100 mg/L GMOS 防治效果最好，降低了54.51%（p＜0.001），說明葡甘露寡糖在防治玉米大斑病時有著非常顯著的作用。

圖4 不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理對玉米大斑病的病情指數統計

不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理對玉米大斑病的病情指數統計見圖4。

2.3 葡甘露寡糖可提高玉米的產量

不同質量濃度的GMOS 拌種和葉面噴施處理都可增加玉米的產量，由圖5 可知，在3 次統計中，只有25 mg/L 噴施處理下能夠較顯著增加10 穗玉米籽粒的質量；拌種處理也可適當增加10 穗玉米籽粒的質量。以上表明GMOS 在拌種和噴霧處理下均可增加玉米的產量，且較小質量濃度的GMOS 噴霧后玉米產量更高，處理效果更顯著。

圖5 不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理下的玉米產量

不同質量濃度葡甘露寡糖在拌種和噴霧處理下的玉米產量見圖5。

3 結論

培育壯苗是栽培農作物的重要部分[30]，而株高和莖粗是檢測玉米生長的重要指標之一，通過株高和莖粗可以觀察玉米生長情況。相關研究結果發現，不同質量濃度褐藻寡糖可提高玉米的株高、莖粗，促進玉米生長發育[31]。王慶燕等人[32]研究表明，適宜質量濃度的冠菌素（COR） 拌種和葉面噴施處理可以促進玉米幼苗期的株高和莖粗；常見的植物生長調節劑（氨基寡糖素可溶液劑，吡唑醚菌酯乳油·蕓苔素內酯可溶液劑） 也可提高玉米的株高、莖粗，降低穗位高，同時可增加玉米的穗質量和百粒質量[33]。試驗結果表明，較高質量濃度的GMOS 拌種或噴霧處理都可增加玉米的株高和莖粗，證實了葡甘露寡糖可作為一種植物生長調節劑，在植物生長中發揮重要作用。

玉米矮花葉病和大斑病作為玉米生產上的一類典型病害，在世界各玉米產區均有發生，長期以來嚴重影響著玉米的產量和品質[5]。外施植物調節劑可有效預防病害的發生，據調查，施用新型植物生長調節劑（木質素酸鈉） 能加強植株的抗病能力，可有效抑制水稻病害[34]；氨基寡糖素在煙草上對TMV的防治效果達50%以上，且在番茄上對番茄葉霉菌的防治效果高達80%[35-36]。郭成瑾[37]研究表明，聚合度為3～10 的殼寡糖能夠誘導煙草植株抗煙草花葉病毒能力的提高。研究也發現，在GMOS 施用下玉米對玉米矮花葉病和大斑病均有顯著的抗性。

產量是一種衡量植物栽培技術及方法手段的重要指標，外界因素的變化會或多或少影響產量[38-39]。研究表明，25 mg/L GMOS 葉面噴施處理的玉米增產效果最佳。根據調查研究表明，在玉米八葉時期噴施生長調節劑可增加玉米的行粒數和出籽率[2，40-41]；在大喇叭口期噴施矮壯素可以增加行粒數和穗粒數[42]。吳瓊[43]研究結果也表明AOS 葉面噴霧處理玉米產量更高，與該研究驗證結果一致。

葡甘露寡糖可作為一種無毒、無害、無殘留的天然植物生長調節劑，在農業生產中的應用前景廣闊。驗證了使用葡甘露寡糖對玉米進行拌種和葉面噴霧處理，在高質量濃度條件下（100，200，400 mg/L） 對玉米的株高、莖粗有良好的促進作用，且25，100，200 mg/L 質量濃度的GMOS 對玉米的抗病有著最佳的效果。綜合分析，在田間生產上，建議施用100，200 mg/L 質量濃度的GMOS，對植物生長與抗病效果最佳，為以其為基礎制備新型生態農藥提供依據。然而，葡甘露寡糖在植物生長發育過程中的作用機制仍有待于從分子水平進一步深入研究。