殼聚糖對水稻幼苗抗冷性的影響

朱云林++顧大路++王偉中+杜小鳳++楊文飛++孫愛俠

摘要：為了研究殼聚糖對水稻幼苗抗低溫能力的影響，以水稻品種淮稻11為對象，在水稻2葉期以0%、0.1%、0.3%、0.5%的殼聚糖濃度在低溫下來處理水稻幼苗，研究不同濃度的殼聚糖溶液對水稻幼苗體內(nèi)可溶性糖、脯氨酸等生理指標的影響。結(jié)果表明，噴施殼聚糖后遇到低溫時，與對照相比，可以促進水稻生長，增加苗體內(nèi)可溶性糖、脯氨酸的含量，減少丙二醛的含量，增強水稻苗體內(nèi)超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶等抗氧化酶的活性。說明，在水稻苗期噴施殼聚糖可以提高水稻幼苗的抗冷能力，減輕或避免低溫對水稻秧苗的危害。

關(guān)鍵詞：殼聚糖；水稻；幼苗；抗冷性；抗氧化酶

中圖分類號：S511.01文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2017）08-0066-02

在全球氣候變暖的情況下，各種極端天氣事件的發(fā)生由非常態(tài)逐漸變?yōu)槌B(tài)，尤其是近幾年氣溫的變化更是如此，3—5月我國許多地區(qū)已發(fā)生連續(xù)低溫陰雨天氣[1]，10—11月許多地區(qū)氣溫卻偏高[2]。水稻一般在5月份進行育苗，而水稻屬于溫度敏感型作物，在2葉期時其胚乳物質(zhì)基本消耗光，此時是水稻抗性最弱的時期，遇到低溫極易發(fā)生低溫冷害，影響水稻幼苗的正常生長，且對水稻后期的生長發(fā)育帶來不利的影響。苗期低溫冷害是影響水稻成苗和秧苗生長的重要限制因素之一[3]，生產(chǎn)上出現(xiàn)的爛芽和死苗均與之密切相關(guān)[4]。因此，提高水稻苗期的抗低溫能力，是確保水稻高產(chǎn)豐收的前提條件。目前水稻生產(chǎn)上一般以噴施抗冷藥劑[5]和進行常規(guī)的肥水管理為主。在遇到突發(fā)低溫氣候情況下，水稻可在此時期用外源物質(zhì)來提高水稻的抗低溫能力防御冷害的發(fā)生。

殼聚糖是甲殼素的脫乙?；a(chǎn)物，是非常經(jīng)濟易得的化學物質(zhì)，近來研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用殼聚糖能促進植物生長，提高抗?jié)B透物質(zhì)的合成，增強清除自由基的能力，保護膜系統(tǒng)，使植物體自身抗體增強[6]。近年來一些學者研究發(fā)現(xiàn)，殼聚糖在黃瓜、辣椒、香蕉、玉米、草莓等作物上應(yīng)用可以提高作物抵御低溫逆境脅迫能力，降低低溫對作物的危害。但是，殼聚糖在水稻上應(yīng)用提高水稻防御低溫冷害能力的研究和報道很少。為了研究水稻苗期使用殼聚糖對幼苗抗冷性的影響，2016年4月6日在江蘇省植物生長調(diào)節(jié)劑工程技術(shù)研究中心試驗室安排本試驗，旨在探討殼聚糖對水稻秧苗受低溫脅迫的防御效果和作用機理，為水稻生產(chǎn)防御或減輕低溫冷害提供技術(shù)支撐。

1材料與方法

1.1供試材料

供試水稻品種：淮稻11（江蘇天豐種業(yè)有限公司）。

供試藥劑：殼聚糖（山東省濰坊市東興甲殼制品廠，農(nóng)業(yè)級）。

1.2試驗設(shè)計與處理

殼聚糖濃度試驗設(shè)計4個處理，分別為：A1，0%（清水處理，CK）；A2，0.1%；A3，0.3%；A4，0.5%。試驗選擇籽粒飽滿、大小均勻的種子，經(jīng)過消毒、清洗后播于自制的帶網(wǎng)格的培養(yǎng)皿內(nèi)，用木村B培養(yǎng)液在GTOP-268D光照培養(yǎng)箱進行培養(yǎng)，設(shè)置溫度25 ℃，白天光照12 h。待水稻長到2葉期時，用冰醋酸溶解殼聚糖后配制成0.1%、0.3%、0.5%不同濃度的溶液，并用鹽酸調(diào)節(jié)pH值至5.5～6.5，在不同濃度藥液中加入2滴吐溫-40后噴施水稻秧苗葉面，對照噴等量清水。處理后將光照培養(yǎng)箱溫度設(shè)置為10 ℃，5 d后取出水稻秧苗測定各項指標。

1.3測定項目

農(nóng)藝指標主要測株高、根長和株干質(zhì)量；生理生化指標主要測游離脯氨酸、丙二醛、可溶性糖、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶和過氧化氫酶。其中水稻秧苗的株高、根長、株干質(zhì)量按常規(guī)方法進行測定；游離脯氨酸、丙二醛（MDA）含量參照張憲政的方法[7]測定；可溶性糖參照熊慶娥的方法[8]測定，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）活性參照李忠光的方法[9]測定。

2結(jié)果與分析

2.1低溫脅迫下不同濃度殼聚糖處理對水稻幼苗農(nóng)藝性狀的影響

從表1可以看出，不同濃度的殼聚糖溶液噴施到水稻秧苗上能促進水稻植株的生長，水稻秧苗的株高、根長、干質(zhì)量都隨著殼聚糖濃度的增加而呈增加的趨勢。經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)：在水稻秧苗株高上，與對照相比，0.1%殼聚糖溶液處理的水稻秧苗雖然也有增加，但沒有達到顯著水平，0.3%、0.5%殼聚糖溶液處理的水稻秧苗增加達到極顯著水平；在水稻秧苗根長方面，0.3% 殼聚糖溶液處理的水稻秧苗增加達到顯著水平，0.5%殼聚糖溶液處理的水稻秧苗增加達到極顯著水平；在水稻秧苗株干質(zhì)量方面，與對照相比，0.3%、0.5%殼聚糖溶液處理的水稻秧苗增加達到極顯著水平。由此可見，在水稻遭受低溫時，噴施一定量的殼聚糖能促進植株的生長。

2.2低溫脅迫下不同濃度殼聚糖處理對水稻幼苗活性物質(zhì)含量的影響

可溶性糖為植物的生長發(fā)育提供能量和代謝中間產(chǎn)物，而且具有信號功能，是植物生長發(fā)育和基因表達的重要調(diào)節(jié)因子。另外，可溶性糖還是預(yù)防蛋白質(zhì)低溫凝固的保護物質(zhì)，因此，可溶性糖的增加對提高水稻的抗冷性具有重要意義。由表2可見，在水稻2葉期噴施殼聚糖溶液后遇到低溫時，可以提高秧苗體內(nèi)可溶性糖的含量，且隨著殼聚糖處理濃度的增加呈增加的趨勢，經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)，0.3%和0.5%的殼聚糖溶液處理與對照差異達顯著水平，說明殼聚糖可以提高水稻秧苗的抗性。

脯氨酸作為植物細胞質(zhì)內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)外，還在穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)、降低細胞酸性、解除氨毒以及作為能量庫調(diào)節(jié)細胞氧化還原勢等方面起重要作用。表2中不同濃度的殼聚糖溶液處理可以使水稻秧苗體內(nèi)的脯氨酸含量增加，經(jīng)方差分析，0.3%和0.5%處理與對照的差異達極顯著水平。說明，殼聚糖可以提高水稻秧苗體內(nèi)脯氨酸的含量，維持秧苗體內(nèi)細胞正常酸堿度和穩(wěn)定生物膜滲透性，有利于提高水稻秧苗的抗冷性。

丙二醛是膜脂過氧化的主要產(chǎn)物之一，植物體內(nèi)丙二醛含量的高低，在一定程度上反映了細胞膜受損情況。表2中噴施殼聚糖的處理都具有減少丙二醛含量的效果，且隨著殼聚糖處理濃度的增加使水稻秧苗體內(nèi)的丙二醛含量呈下降的趨勢，經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)，0.3%和0.5%殼聚糖溶液處理與對照的差異達極顯著水平。說明，在低溫情況下，噴施殼聚糖可以減輕水稻秧苗細胞膜受損程度。因此，殼聚糖對細胞膜有保護作用，可增強水稻秧苗的抗冷性。

2.3低溫脅迫下不同濃度殼聚糖處理對水稻秧苗體內(nèi)酶活性的影響

超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶是抗氧化酶，其活性與水稻的抗寒性有一定的相關(guān)性，可有效清除自由基帶來的危害，保護水稻免受低溫傷害[10]。因此，本試驗對水稻秧苗體內(nèi)超氧化物歧化酶、過氧化氫酶、過氧化物酶的活性進行檢測與分析。

超氧化物歧化酶（SOD）是一種能催化生物體內(nèi)超氧陰離子自由基（ O-2· ）發(fā)生歧化反應(yīng)的活性酶，通過歧化反應(yīng)清除 O-2· ，在植物體內(nèi)活性越高則植物的抗逆能力就越強，因此，超氧化物歧化酶（SOD）在植物體的自我保護系統(tǒng)中起著極為重要的作用。從表3可以看出，不同濃度的殼聚糖溶液處理處理水稻秧苗在遇到低溫情況下，可以提高秧苗體內(nèi)超氧化物歧化酶活性，且隨著殼聚糖處理濃度增加而提高，經(jīng)方差分析，0.3%和0.5%的殼聚糖溶液處理與對照的差異達極顯著水平。說明在水稻秧苗上噴施殼聚糖能起到抗冷害的自我保護作用。

過氧化氫酶（CAT）是一種酶類清除劑，可促使H2O2分解為分子氧和水，清除作物體內(nèi)的過氧化氫，減輕過氧化氫對水稻的傷害。從表3可以看出，在不同濃度的殼聚糖溶液處理后遇到低溫，水稻秧苗體內(nèi)的CAT含量與殼聚糖處理濃度程正相關(guān)，即A1（對照）

過氧化物酶（POD）是作物內(nèi)在重要的保護酶之一，是以過氧化氫為電子受體催化底物氧化的酶，可催化過氧化氫，氧化酚類和胺類化合物，具有消除過氧化氫和酚類、胺類毒性的雙重作用，其活性大小可以作為衡量植物抗冷性大小的指標之一。從表3可以看出，不同濃度的殼聚糖溶液噴施到水稻秧苗上都能提高POD的活性，且隨著殼聚糖濃度的增加而增強，經(jīng)方差分析，0.3%、0.5%的殼聚糖溶液處理與對照的差異達極顯著水平。

3結(jié)論與討論

在水稻2葉期噴施殼聚糖溶液后遇到低溫時，與對照相比，殼聚糖處理能促使水稻幼苗較好地生長，提高具有抗冷意義的可溶性糖、脯氨酸等內(nèi)源物質(zhì)的含量，增強超氧化物歧化酶等抗氧化酶的活性，因此，殼聚糖在水稻苗期應(yīng)用有提高水稻秧苗抵御低溫的作用，可以減輕或避免低溫對水稻秧苗的危害。

本試驗只是揭示殼聚糖能改變水稻幼苗一些內(nèi)源物質(zhì)，并能增強苗體內(nèi)一些抗氧化酶的活性，從而提高水稻抗冷性。但殼聚糖究竟是作為信號物質(zhì)來誘導(dǎo)與抗冷物質(zhì)有關(guān)酶的基因表達，還是通過其他作用機理提高水稻的抗冷性，還須作深入的探討和研究。

除了要深入探索殼聚糖提高水稻抗低溫的作用機理外，還應(yīng)積極開展大田應(yīng)用試驗，爭取能在水稻生產(chǎn)上得到應(yīng)用，為水稻抗逆增產(chǎn)提供技術(shù)支撐，為水稻安全生產(chǎn)提供服務(wù)。

參考文獻：

[1]韓榮青，陳麗娟，李維京，等. 2—5月我國低溫連陰雨和南方冷害時空特征[J]. 應(yīng)用氣象學報，2009，20（3）：312-320.

[2]陳慧，秦成云，劉鴻斌，等. 淮安市10—11月氣溫異常偏高與海氣環(huán)流關(guān)聯(lián)與預(yù)測探討[C]. 第26屆中國氣象學會年會預(yù)測與公共服務(wù)分會場論文集中國會議. 北京：中國氣象學會，2009：178-180.

[3]胡瑩，王奕眾. 水稻RIL群體苗期耐冷性QTL分析[J]. 武漢植物學研究，2005，23（3）：211-215.

[4]唐洪. 高度重視水稻旱育養(yǎng)爛秧[J]. 四川農(nóng)業(yè)科技，2007（4）：22.

[5]黃鳳蓮，戴良英，羅寬. 藥劑誘導(dǎo)水稻抗寒機制研究[J]. 作物學報，2000，26（1）：92-97.

[6]羅兵，孫海燕，徐朗萊，等. 殼聚糖及其衍生物對植物抗性生理的研究進展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35（29）：9171-9172，9177.

[7]張憲政. 作物生理研究法[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1992.

[8]熊慶娥. 植物生理學實驗教程[M]. 成都：四川科學技術(shù)出版社，2003.

[9]李忠光，李江鴻，杜朝昆，等. 在單一提取系統(tǒng)中同時測定五種植物抗氧化酶[J]. 云南師范大學學報（自然科學版），2002，22（6）：44-48.

[10]劉濤，何霞紅，李成云，等. 低溫處理對水稻品種孕穗期抗氧化酶活性的影響[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學學報（自然科學版），2015，30（1）：25-29.