殼聚糖對玉米幼苗生長和生理特性的影響

常云霞，高　歌，劉　彬，羅陳萍，胡炳義，李季平

(周口師范學(xué)院 生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院，河南 周口 466001)

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殼聚糖對玉米幼苗生長和生理特性的影響

常云霞*，高歌，劉彬，羅陳萍，胡炳義，李季平

(周口師范學(xué)院 生命科學(xué)與農(nóng)學(xué)學(xué)院，河南 周口 466001)

為探討殼聚糖(CTS)對玉米幼苗生長和生理特性的影響，采用水培方法，用不同濃度(0、1、2、3、4、5 g/L)的CTS溶液分別處理玉米幼苗．結(jié)果表明：不同濃度CTS處理后，玉米幼苗株高、根長、鮮重與干重顯著增加，葉片中葉綠素、可溶性蛋白與可溶性糖含量、NR(硝酸還原酶)活力及幼苗根系活力與對照相比顯著增加．說明CTS處理對玉米幼苗的生長具有促進(jìn)效應(yīng)，其中以3 g/L CTS處理效果最好．

殼聚糖；玉米幼苗；幼苗生長；生理特性

殼聚糖(chitosan，CTS)又叫做脫乙酰幾丁質(zhì)，是甲殼素脫乙酰基后的天然高分子直鏈多糖，具有無毒、無污染和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，近年來備受化學(xué)及農(nóng)學(xué)工作者的青睞[1]．已有研究表明，殼聚糖在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增產(chǎn)和改善作物品質(zhì)方面已有了廣泛的應(yīng)用，可提高作物抗病毒、抗細(xì)菌、抗真菌等方面的抗病性[2-4]，提高作物的抗旱性[5]、抗鹽性[6-7]和抗熱性[8]，促進(jìn)植物生長發(fā)育[9]等．但殼聚糖在玉米上的應(yīng)用研究較少，僅韓玉軍[10]利用不同分子量的殼聚糖對玉米種子萌發(fā)及抗氧化酶活性方面進(jìn)行了初步研究，且沒有關(guān)于適宜玉米生長的CTS的濃度報(bào)道．筆者以玉米幼苗為實(shí)驗(yàn)材料，初步研究了不同濃度的CTS對玉米幼苗生長及生理特性的影響，以期為CTS在玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用提供理論依據(jù)和參考．

1　材料與方法

1.1材料與設(shè)計(jì)

供試玉米為“平玉8號”，由周口市種子公司提供．精挑粒大飽滿的種子，用0.1%HgCl2消毒10 min，去離子水反復(fù)沖洗5次，在30 ℃的蒸餾水中浸泡48 h，然后將玉米種子均勻播種于加有蛭石的300 mm×200 mm×100 mm的托盤中，種子與種子之間的間隔均勻適度，每盤100粒，播種18盤．每天上午9點(diǎn)加入等量的蒸餾水，使蛭石保持濕潤，待玉米幼苗長出2葉1心后，用不同濃度的CTS(0、1、2、3、4、5 g/L)對玉米進(jìn)行葉面噴施，每個(gè)處理重復(fù)3次，噴施效果達(dá)到葉面自動(dòng)滴水為好.每天噴施等量的處理液，在人工氣候箱中培養(yǎng)，人工氣候箱設(shè)置溫度為30 ℃/25 ℃，光照強(qiáng)度4 000～4 500 1x，光/暗周期為14 h/l0 h，處理6 d后進(jìn)行幼苗形態(tài)和生理指標(biāo)的測定．

1.2測定項(xiàng)目與方法

培養(yǎng)6 d后，隨機(jī)取玉米幼苗，用稱量法測定幼苗的鮮重和干重[11]，用直尺測量幼苗的株高和根長．可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法[12]；葉綠素含量的測定采用95%乙醇浸提法[12]；硝酸還原酶(NR)活力的測定采用活體法[12]；可溶性蛋白含量的測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[13]；根系活力的測定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[13]．

1.3數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)均取3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值，然后采用 Microsoft Excel統(tǒng)計(jì)軟件處理數(shù)據(jù)，用SPSS 10.0對不同處理間的數(shù)據(jù)進(jìn)行One-Way ANOVA分析.差異顯著水平設(shè)置為α=0.01和0.05．

2　結(jié)果與分析

2.1不同濃度 CTS處理對玉米幼苗生長的影響

表1　不同濃度 CTS處理對玉米幼苗生長的影響

注：表內(nèi)的大小寫字母分別表示同行處理間在0.01和0.05水平上的差異顯著性，下同.

由表1可知，在試驗(yàn)設(shè)置的濃度范圍內(nèi)，玉米幼苗的株高、根長、干重和鮮重都隨著CTS濃度的升高而呈現(xiàn)先增加而后降低的趨勢，且均高于對照(0 g/L CTS)．與對照相比，玉米幼苗株高分別增加了1.96%、4.71%、15.37%、13.51%、9.19%，根長分別增加了6.12%、13.31%、31.08%、24.91%、22.46%，鮮重分別增加了4.26%、7.63%、11.56%、10.53%、9.61%，干重分別增加了5.71%、13.70%、26.62%、22.12%、16.49%，增加效果均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)．由試驗(yàn)結(jié)果可知，CTS處理對根長的促進(jìn)效果明顯高于株高，且3 g/L CTS處理促進(jìn)幼苗生長效果最好．

2.2不同濃度CTS處理對玉米幼苗生理特性的影響

2.2.1對葉片內(nèi)葉綠素含量的影響

葉綠素是植物光合作用的重要物質(zhì)，對植物的生產(chǎn)及產(chǎn)量的形成具有重要作用[14]．由圖1可知，玉米幼苗葉片內(nèi)葉綠素含量隨CTS處理濃度的增加呈現(xiàn)先升高而后略微下降的趨勢．與對照相比，葉綠素含量分別增加了23.71%、34.06%、52.04%、43.32%、38.42%，增加效果均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)．CTS處理可有效增加玉米幼苗的葉綠素含量，積累更多的光合產(chǎn)物為玉米幼苗的生長提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)．其中，以3 g/L CTS處理對玉米幼苗中葉綠素含量增加效果最好．

圖1　不同濃度CTS處理對玉米幼苗葉片內(nèi)葉綠素含量的影響

2.2.2對葉片內(nèi)可溶性糖含量的影響

圖2　不同濃度CTS處理對玉米幼苗葉片內(nèi)可溶性糖含量的影響

可溶性糖主要包括蔗糖、葡萄糖等，是碳水化合物中能夠直接運(yùn)轉(zhuǎn)和利用的主要形式，在植物的生命周期中具有重要作用，可以為植物的生長發(fā)育提供能量和代謝中間產(chǎn)物[15]．由圖2可知，玉米幼苗葉片內(nèi)可溶性糖含量與對照相比，分別增加了2.03%、8.21%、20.08%、13.84%、10.96%，除1 g/L CTS處理外，其他處理組與對照相比可溶性糖含量增加效果均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)．實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明CTS處理能有效增加玉米幼苗葉片中可溶性糖的含量，為玉米的生長提供更多的碳素營養(yǎng)物質(zhì)．其中，以3 g/L CTS處理對玉米幼苗中可溶性糖含量增加效果最好．

2.2.3對葉片內(nèi)可溶性蛋白含量的影響

植物體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)大多數(shù)是參與各種代謝的酶類，參與植物多種生理生化代謝過程的調(diào)控，與植物的生長發(fā)育、抗逆性等密切相關(guān)，測其含量是了解植物體總代謝的一個(gè)重要指標(biāo)[16]．由圖3可知，玉米幼苗葉片內(nèi)可溶性蛋白含量隨CTS處理濃度的增加呈現(xiàn)先升高而后下降的趨勢，可溶性蛋白含量與對照相比分別增加了19.11%、36.63%、91.51%、70.88%、56.09%，增加效果均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)．CTS處理有效地增加了玉米幼苗葉片中可溶性蛋白的含量，可以為玉米幼苗的生理代謝活動(dòng)提供物質(zhì)保障．其中，以3 g/L CTS處理對玉米幼苗中可溶性蛋白含量增加效果最好．

圖3　不同濃度CTS處理對玉米幼苗葉片內(nèi)可溶性蛋白含量的影響

2.2.4對葉片內(nèi)NR活性的影響

圖4　不同濃度CTS處理對玉米幼苗葉片內(nèi)NR活性的影響

NR是高等植物氮素同化的限速酶，可直接調(diào)節(jié)硝酸鹽還原，從而調(diào)節(jié)氮代謝，并對植物的生長發(fā)育和作物的產(chǎn)量產(chǎn)生影響[17]．由圖4可知，玉米幼苗葉片內(nèi)NR活性隨CTS處理濃度的增加呈現(xiàn)先增加而后略微降低的趨勢．與對照相比，NR活性分別增加了1.87%、10.43%、15.52%、7.86%、4.33%，與對照相比可溶性蛋白含量增加效果均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)．CTS處理有效地增加了玉米幼苗葉片中NR活性，提高玉米幼苗利用氮素的能力．其中，以3 g/L CTS處理效果最好．

2.2.5對幼苗根系活力的影響

根系是植物吸收和合成養(yǎng)分的器官，其生長情況和活力水平直接影響地上部分的營養(yǎng)狀況、生長和植株產(chǎn)量水平[18]．由圖5可知，玉米幼苗根系活力與對照相比分別增加了11.70 %、21.63%、33.86%、18.81%、15.79%，根系活力增加效果均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)．CTS處理有效地增加了玉米幼苗根系活力，提高玉米幼苗利用水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的能力．其中，以3 g/L CTS處理效果最好．

圖5　不同濃度CTS處理對玉米幼苗根系活力的影響

3　討論與結(jié)論

幼苗的形態(tài)建成是作物生長的關(guān)鍵時(shí)期，本研究條件下，殼聚糖處理后顯著促進(jìn)玉米幼苗的生長，其株高、根長、干重、鮮重與對照相比增加效果均達(dá)到極顯著水平.分析認(rèn)為殼聚糖處理可促進(jìn)幼苗體內(nèi)的能量代謝，增強(qiáng)水解酶的活性，調(diào)節(jié)激素水平，從而促進(jìn)幼苗的生長．

玉米在苗期生長過程中，生長發(fā)育的能量和物質(zhì)來源于光合作用和根系對礦物質(zhì)的吸收[19]，所以葉綠素、可溶性糖及可溶性蛋白含量、根系活力、NR活性的高低是決定植物生長狀況良好與否的重要生理指標(biāo)．本研究結(jié)果說明，施用適當(dāng)濃度的CTS可顯著地提高玉米幼苗葉片中葉綠素和可溶性糖的含量，提高了玉米幼苗的光能利用率，為玉米的生長提供更多的碳素營養(yǎng)物質(zhì)和能量基礎(chǔ)．適當(dāng)濃度的CTS處理也可顯著提高玉米幼苗根系活力及NR活性和可溶性蛋白含量，增加了幼苗吸收水分和營養(yǎng)物質(zhì)的能力，對提高幼苗的生長發(fā)育提供了物質(zhì)保障，使玉米幼苗的株高、根長、莖粗及根粗與對照相比顯著增加．

總之，施用適當(dāng)濃度的CTS能促進(jìn)玉米植株的生長，提高玉米植株葉片中葉綠素、可溶性糖及可溶性蛋白含量，增強(qiáng)植株根系活力及NR活性．在各種處理濃度中，以3 g/L CTS處理效果最佳．

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Effects of chitosan on seedling growth and physiological characteristics of maize

CHANG Yunxia, GAO Ge, LIU Bin, LUO Chenping, HU Bingyi, LI Jiping

(College of Life Science and Agronomy, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001,China)

The research was carried out to study the effects of five different concentration(0、1、2、3、4、5 g/L)on seedling growth and physiological characteristics of maize with the hydroponic method. The results indicated that application of CTS on the leaves significantly increased the length of shoot and root, the weight of fresh and dry, while the content of chlorophyll and soluble proteins and sugar, and the root vigor and nitrate reductase activity were significantly increased(P<0.01).These results showed that CTS can effectively promote of mazie and the effect of 3 g/L CTS was optimal.

chitosan; maize seedlings; seedling growth; physiological property

2016-04-03;

2016-05-22

河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃資助項(xiàng)目(No.16A180055)；周口師范學(xué)院中青年骨干教師培養(yǎng)項(xiàng)目

簡介：常云霞(1978- )，女，河南漯河人，副教授，碩士，主要從事植物抗性生理研究. E-mail：changyx618@126.com

Q945

A

1671-9476(2016)05-0120-04

10.13450/j.cnki.jzknu.2016.05.031