朱云林++顧大路++王偉中+杜小鳳++楊文飛++孫愛(ài)俠

摘要：為了研究殼聚糖對(duì)水稻幼苗抗低溫能力的影響，以水稻品種淮稻11為對(duì)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(lái)處理水稻幼苗，研究不同濃度的殼聚糖溶液對(duì)水稻幼苗體內(nèi)可溶性糖、脯氨酸等生理指標(biāo)的影響。結(jié)果表明，噴施殼聚糖后遇到低溫時(shí)，與對(duì)照相比，可以促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，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(qiáng)水稻苗體內(nèi)超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶等抗氧化酶的活性。說(shuō)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(duì)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(lèi)號(hào)：S511.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：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(guó)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(jìn)行育苗，而水稻屬于溫度敏感型作物，在2葉期時(shí)其胚乳物質(zhì)基本消耗光，此時(shí)是水稻抗性最弱的時(shí)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(zhǎng)，且對(duì)水稻后期的生長(zhǎng)發(fā)育帶來(lái)不利的影響。苗期低溫冷害是影響水稻成苗和秧苗生長(zhǎng)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(jìn)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(shí)期用外源物質(zhì)來(lái)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酰化產(chǎn)物，是非常經(jīng)濟(jì)易得的化學(xué)物質(zhì)，近來(lái)研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用殼聚糖能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，提高抗?jié)B透物質(zhì)的合成，增強(qiáng)清除自由基的能力，保護(hù)膜系統(tǒng)，使植物體自身抗體增強(qiáng)[6]。近年來(lái)一些學(xué)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(duì)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(bào)道很少。為了研究水稻苗期使用殼聚糖對(duì)幼苗抗冷性的影響，2016年4月6日在江蘇省植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑工程技術(shù)研究中心試驗(yàn)室安排本試驗(yàn)，旨在探討殼聚糖對(duì)水稻秧苗受低溫脅迫的防御效果和作用機(jī)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(jí)）。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理

殼聚糖濃度試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個(gè)處理，分別為：A1，0%（清水處理，CK）；A2，0.1%；A3，0.3%；A4，0.5%。試驗(yàn)選擇籽粒飽滿、大小均勻的種子，經(jīng)過(guò)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(jìn)行培養(yǎng)，設(shè)置溫度25 ℃，白天光照12 h。待水稻長(zhǎng)到2葉期時(shí)，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(duì)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(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目

農(nóng)藝指標(biāo)主要測(cè)株高、根長(zhǎng)和株干質(zhì)量；生理生化指標(biāo)主要測(cè)游離脯氨酸、丙二醛、可溶性糖、超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶和過(guò)氧化氫酶。其中水稻秧苗的株高、根長(zhǎng)、株干質(zhì)量按常規(guī)方法進(jìn)行測(cè)定；游離脯氨酸、丙二醛（MDA）含量參照張憲政的方法[7]測(cè)定；可溶性糖參照熊慶娥的方法[8]測(cè)定，超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）活性參照李忠光的方法[9]測(cè)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(duì)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(jìn)水稻植株的生長(zhǎng)，水稻秧苗的株高、根長(zhǎng)、干質(zhì)量都隨著殼聚糖濃度的增加而呈增加的趨勢(shì)。經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)：在水稻秧苗株高上，與對(duì)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(méi)有達(dá)到顯著水平，0.3%、0.5%殼聚糖溶液處理的水稻秧苗增加達(dá)到極顯著水平；在水稻秧苗根長(zhǎng)方面，0.3% 殼聚糖溶液處理的水稻秧苗增加達(dá)到顯著水平，0.5%殼聚糖溶液處理的水稻秧苗增加達(dá)到極顯著水平；在水稻秧苗株干質(zhì)量方面，與對(duì)照相比，0.3%、0.5%殼聚糖溶液處理的水稻秧苗增加達(dá)到極顯著水平。由此可見(jiàn)，在水稻遭受低溫時(shí)，噴施一定量的殼聚糖能促進(jìn)植株的生長(zhǎng)。

2.2低溫脅迫下不同濃度殼聚糖處理對(duì)水稻幼苗活性物質(zhì)含量的影響

可溶性糖為植物的生長(zhǎng)發(fā)育提供能量和代謝中間產(chǎn)物，而且具有信號(hào)功能，是植物生長(zhǎng)發(fā)育和基因表達(dá)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(hù)物質(zhì)，因此，可溶性糖的增加對(duì)提高水稻的抗冷性具有重要意義。由表2可見(jiàn)，在水稻2葉期噴施殼聚糖溶液后遇到低溫時(shí)，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(shì)，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(duì)照差異達(dá)顯著水平，說(shuō)明殼聚糖可以提高水稻秧苗的抗性。

脯氨酸作為植物細(xì)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(xì)胞酸性、解除氨毒以及作為能量庫(kù)調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原勢(shì)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(duì)照的差異達(dá)極顯著水平。說(shuō)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(xì)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(guò)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(xì)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(shì)，經(jīng)方差分析發(fā)現(xiàn)，0.3%和0.5%殼聚糖溶液處理與對(duì)照的差異達(dá)極顯著水平。說(shuō)明，在低溫情況下，噴施殼聚糖可以減輕水稻秧苗細(xì)胞膜受損程度。因此，殼聚糖對(duì)細(xì)胞膜有保護(hù)作用，可增強(qiáng)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(duì)水稻秧苗體內(nèi)酶活性的影響

超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)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(lái)的危害，保護(hù)水稻免受低溫傷害[10]。因此，本試驗(yàn)對(duì)水稻秧苗體內(nèi)超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶的活性進(jìn)行檢測(cè)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(guò)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(qiáng)，因此，超氧化物歧化酶（SOD）在植物體的自我保護(hù)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(duì)照的差異達(dá)極顯著水平。說(shuō)明在水稻秧苗上噴施殼聚糖能起到抗冷害的自我保護(hù)作用。

過(guò)氧化氫酶（CAT）是一種酶類(lèi)清除劑，可促使H2O2分解為分子氧和水，清除作物體內(nèi)的過(guò)氧化氫，減輕過(guò)氧化氫對(duì)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(duì)照）

過(guò)氧化物酶（POD）是作物內(nèi)在重要的保護(hù)酶之一，是以過(guò)氧化氫為電子受體催化底物氧化的酶，可催化過(guò)氧化氫，氧化酚類(lèi)和胺類(lèi)化合物，具有消除過(guò)氧化氫和酚類(lèi)、胺類(lèi)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(biāo)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(qiáng)，經(jīng)方差分析，0.3%、0.5%的殼聚糖溶液處理與對(duì)照的差異達(dá)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(shí)，與對(duì)照相比，殼聚糖處理能促使水稻幼苗較好地生長(zhǎng)，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(qiáng)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(duì)水稻秧苗的危害。

本試驗(yàn)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(qiáng)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(hào)物質(zhì)來(lái)誘導(dǎo)與抗冷物質(zhì)有關(guān)酶的基因表達(dá)，還是通過(guò)其他作用機(jī)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(jī)理外，還應(yīng)積極開(kāi)展大田應(yīng)用試驗(yàn)，爭(zhēng)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)。

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