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可溶性糖、脯氨酸等生理指標的影響。結果表明，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生由非常態逐漸變為常態，尤其是近幾年氣溫的變化更是如此，3—5月我國許多地區已發生連續低溫陰雨天氣[1]，10—11月許多地區氣溫卻偏高[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葉期時其胚乳物質基本消耗光，此時是水稻抗性最弱的時期，遇到低溫極易發生低溫冷害，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]，生產上出現的爛芽和死苗均與之密切相關[4]。因此，提高水稻苗期的抗低溫能力，是確保水稻高產豐收的前提條件。目前水稻生產上一般以噴施抗冷藥劑[5]和進行常規的肥水管理為主。在遇到突發低溫氣候情況下，水稻可在此時期用外源物質來提高水稻的抗低溫能力防御冷害的發生。

殼聚糖是甲殼素的脫乙酰化產物，是非常經濟易得的化學物質，近來研究發現應用殼聚糖能促進植物生長，提高抗滲透物質的合成，增強清除自由基的能力，保護膜系統，使植物體自身抗體增強[6]。近年來一些學者研究發現，殼聚糖在黃瓜、辣椒、香蕉、玉米、草莓等作物上應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節劑工程技術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，為水稻生產防御或減輕低溫冷害提供技術支撐。

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，農業級）。

1.2試驗設計與處理

殼聚糖濃度試驗設計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，經過消毒、清洗后播于自制的帶網格的培養皿內，用木村B培養液在GTOP-268D光照培養箱進行培養，設置溫度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，并用鹽酸調節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。處理后將光照培養箱溫度設置為10 ℃，5 d后取出水稻秧苗測定各項指標。

1.3測定項目

農藝指標主要測株高、根長和株干質量；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、株干質量按常規方法進行測定；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、干質量都隨著殼聚糖濃度的增加而呈增加的趨勢。經方差分析發現：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含量的影響

可溶性糖為植物的生長發育提供能量和代謝中間產物，而且具有信號功能，是植物生長發育和基因表達的重要調節因子。另外，可溶性糖還是預防蛋白質低溫凝固的保護物質，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，經方差分析發現，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內滲透調節物質外，還在穩定生物大分子結構、降低細胞酸性、解除氨毒以及作為能量庫調節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的脯氨酸含量增加，經方差分析，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脯氨酸的含量，維持秧苗體內細胞正常酸堿度和穩定生物膜滲透性，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物之一，植物體內丙二醛含量的高低，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的丙二醛含量呈下降的趨勢，經方差分析發現，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超氧陰離子自由基（ O-2· ）發生歧化反應的活性酶，通過歧化反應清除 O-2· ，在植物體內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，水稻秧苗體內的CAT含量與殼聚糖處理濃度程正相關，即A1（對照）

過氧化物酶（POD）是作物內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、脯氨酸等內源物質的含量，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源物質，并能增強苗體內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來誘導與抗冷物質有關酶的基因表達，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，還應積極開展大田應用試驗，爭取能在水稻生產上得到應用，為水稻抗逆增產提供技術支撐，為水稻安全生產提供服務。

參考文獻：

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