摘要：以大豆品種Williams 82為試驗材料，在10%聚乙二醇（PEG）模擬干旱脅迫下，分析不同濃度殼寡糖（COS）溶液（5、25、50、100、200 mg/L）在進行浸種和灌根處理后，對大豆種子的萌發(fā)以及幼苗生理指標(biāo)的影響，探尋緩解大豆干旱脅迫的最適COS濃度。結(jié)果顯示，10% PEG模擬干旱脅迫下，大豆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、種子胚芽長以及幼苗根長較對照明顯降低，幼苗葉片中超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）的活性也受到嚴(yán)重抑制，游離脯氨酸和丙二醛含量則明顯升高。而外源施加較低濃度的COS處理后，可有效促進大豆種子的萌發(fā)和幼苗的生長，提高葉片中抗氧化酶SOD、POD、CAT和APX的活性，并降低游離脯氨酸、丙二醛含量。結(jié)果表明，100 mg/L的外源COS溶液可最有效地減輕PEG脅迫對種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制，降低大豆幼苗葉片氧化損傷，提高大豆的抗旱能力。

關(guān)鍵詞：大豆；殼寡糖；PEG脅迫；種子萌發(fā)；幼苗生理指標(biāo)

中圖分類號：S565.101""文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1002-1302（2025）01-0046-05

大豆［Glycine max （L.） Merr］原產(chǎn)自中國，其栽培歷史已有5 000年之久，是全球重要的糧油作物，且蛋白質(zhì)含量豐富，是植物界的“蛋白之王”^［1-2］。隨著近年來我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對大豆的需求量急劇增加^［3-4］，我國只能依靠大量進口才能滿足需求，對外依存度高?！丁笆奈濉比珖N植業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，到2025年，要力爭大豆產(chǎn)量達(dá)到 2 300萬t，推動提升大豆自給率。

干旱脅迫是影響植物正常生長發(fā)育并導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降的主要因素之一^［5］。干旱脅迫會導(dǎo)致植物組織嚴(yán)重失水，干擾其正常的生理活動^［6］。大豆是對缺水比較敏感的一類豆科植物，抗旱能力相對較弱，其各個生育期都有可能會受到干旱脅迫的影響，對其產(chǎn)量的影響可高達(dá)40%^［7-8］。在干旱脅迫下，大豆的形態(tài)性狀及許多生理生化指標(biāo)都會相應(yīng)的發(fā)生改變，已有研究表明，大豆種子萌發(fā)率、游離脯氨酸含量、膜脂過氧化作用和抗氧化酶活性等指標(biāo)的變化都與干旱脅迫相關(guān)^［9-12］。因此，進行大豆抗旱生理生化方面的研究，對大豆抗旱育種具有十分重要的意義。

殼寡糖（chitosan oligosaccharide，COS）是2～10個聚合度的寡聚氨基葡萄糖，因其水溶性好、生物活性高等特點，近年來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品工業(yè)、生物工程等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用^［13-16］。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，COS在作物應(yīng)對非生物脅迫、生物脅迫以及促進植物生長發(fā)育等方面都具有重要的調(diào)節(jié)功能^［17-20］。已有研究表明，干旱脅迫下噴施殼寡糖能有效提高小麥、水稻、花生、油菜等作物的生理活性和抗旱能力^［21-24］。羅曉峰等的研究表明，COS拌種可提高大豆的田間出苗率，葉面噴施能提高大豆的株高與莖粗，提高大豆產(chǎn)量^［25］。Costales等研究發(fā)現(xiàn)，在葉面施用COS可以促進大豆植株的生長和結(jié)瘤^［26］。Tang等的研究表明，COS能強烈誘導(dǎo)豆芽中維生素C、酚類和黃酮類物質(zhì)的積累^［27］。但目前有關(guān)外源施加COS溶液緩解大豆干旱脅迫生理機制的研究相對較少，因此筆者研究了在聚乙二醇（PEG）模擬干旱條件下COS對大豆萌發(fā)及幼苗期生理生化指標(biāo)的影響，以此揭示COS對大豆干旱脅迫的緩解機制，以期為大豆抗旱育種提供理論依據(jù)。

1"材料與方法

1.1"試驗材料

供試大豆品種為Williams 82。殼寡糖購自上海源葉生物科技有限公司。

1.2"試驗設(shè)計

試驗于2022年9月在江蘇農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)學(xué)園藝學(xué)院科研溫室中開展。設(shè)置7個處理，處理組合如下：（1）CK：種子萌發(fā)試驗用蒸餾水處理，幼苗生長試驗用霍格蘭氏（Hoagland）營養(yǎng)液灌根處理；（2）DC0：10% PEG+0 mg/L COS；（3）DC5：10% PEG+5 mg/L COS；（4）DC25：10% PEG+25 mg/L COS；（5）DC50：10% PEG+50 mg/L COS；（6）DC100：10% PEG+100 mg/L COS；（7）DC200：10% PEG+200 mg/L COS。

1.2.1"種子萌發(fā)試驗"挑選顆粒飽滿、種皮無病斑、大小一致的大豆種子，經(jīng)10% NaClO溶液消毒20 min，用滅菌蒸餾水沖洗若干次，將大豆種子放置于鋪有雙層濾紙、150 mm直徑的培養(yǎng)皿上，PEG脅迫下用不同濃度的COS溶液進行處理（7個處理），每組50粒種子，重復(fù)3次。萌發(fā)試驗在25 ℃的人工氣候箱中進行，定期補充處理溶液，2 d后測定大豆種子的發(fā)芽勢，7 d后測定種子的發(fā)芽率并測量胚芽長度。

1.2.2"幼苗生長試驗"大豆種子經(jīng)過挑選后播種于配制好的基質(zhì)中。先用蒸餾水澆灌至發(fā)芽后大致1 cm的高度，然后用Hoagland營養(yǎng)液澆灌至第1對真葉完全展開，最后在PEG脅迫下用不同濃度梯度的COS溶液進行處理（7個處理）。每個處理 50株大豆幼苗，重復(fù)3次。每天定時用10% PEG和不同濃度的COS溶液進行灌根處理7 d，讓溶液充分均勻地灌入根部（每個處理都是配制含有10% PEG的營養(yǎng)液進行灌根處理）。

1.3"測定項目和方法

胚芽長度：大豆種子萌發(fā)7 d后用直尺測量。根長：PEG脅迫下，不同濃度COS溶液灌根處理7 d后，每組處理隨機抽取20株幼苗用直尺測量根長。采收經(jīng)處理后的適量大豆葉片，置于液氮中速凍，進行酶活性等相關(guān)指標(biāo)的測定，或暫時保存于超低溫冰箱中備用。

大豆幼苗用10% PEG和不同濃度的COS溶液進行灌根處理7 d后，取其葉片進行活性氧代謝相關(guān)酶的活性及游離脯氨酸和丙二醛含量的測定。超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法；過氧化物酶（POD）活性的測定采用愈創(chuàng)木酚法；過氧化氫酶（CAT）活性的測定采用氧電極法；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性的測定采用紫外吸收法；脯氨酸和丙二醛含量的測定分別采用茚三酮法和硫代巴比妥酸法。以上方法均參考李小方等的《植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)》^［28］。

1.4"數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2010及SPSS 25.0進行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗并作圖。

發(fā)芽勢和發(fā)芽率計算公式如下：

發(fā)芽勢=（2 d內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/試驗大豆種子總數(shù)）×100%；

發(fā)芽率=（7 d內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/試驗大豆種子總數(shù)）×100%。

2"結(jié)果與分析

2.1"COS對PEG脅迫下大豆種子萌發(fā)的影響

由圖1可知，相比于CK，10% PEG模擬干旱處理后大豆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和胚芽長分別降低了17.50%、8.36%和43.09%，表明其萌發(fā)受到了不同程度的抑制。添加不同濃度的COS溶液（5、25、50、100、200 mg/L）處理后，大豆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和胚芽長均明顯提高，濃度100 mg/L的外源COS處理后增幅最大、效果最明顯，種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率和胚芽長較DCO處理分別提高了27.66%、6.23%和31.70%。但是COS濃度過高時（200 mg/L），對大豆種子萌發(fā)的促進作用不顯著。

2.2"COS對PEG脅迫下大豆幼苗根長的影響

由圖2可知，在10% PEG脅迫下，大豆幼苗根的伸長受到了顯著的抑制，與CK相比，根長降低了25.28%。不同濃度的COS進行灌根處理后，PEG脅迫下的大豆根長隨COS濃度的增加呈先升高再降低的趨勢，而且100 mg/L的外源COS處理后增幅最明顯，相較于DC0處理增加了30.60%，緩解PEG脅迫對大豆幼苗根長的抑制效果最顯著。

2.3"COS對PEG脅迫下大豆幼苗游離脯氨酸和丙二醛含量的影響

植物體內(nèi)的脯氨酸作為一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，參與植物的抗逆反應(yīng)^［29］。丙二醛含量的多少則可以反映細(xì)胞膜脂過氧化作用的強弱^［30］。如圖3所示，較低濃度的外源COS（小于100 mg/L）可降低PEG脅迫下（DC0）大豆葉片組織中脯氨酸和丙二醛的含量。外源COS濃度為100 mg/L時，游離脯氨酸和丙二醛含量相對于DC0處理，分別減少了38.07%和25.31%， 而200 mg/L的COS處理使得丙二醛和游離脯氨酸的含量相比于100 mg/L的COS處理又顯著升高。結(jié)果表明，在PEG脅迫下（DC0），大豆體內(nèi)的游離脯氨酸和丙二醛相比于CK會大量累積；適宜濃度的COS溶液處理后，游離脯氨酸和丙二醛的累積量相較于DC0會有不同程度地降低；當(dāng)COS濃度過高時（200 mg/L），脯氨酸和丙二醛的累積量反而升高，對植物的生長產(chǎn)生不利影響。

2.4"COS對PEG脅迫下大豆幼苗葉片抗氧化酶系統(tǒng)的影響

在干旱脅迫下，植物體內(nèi)的活性氧會大量積累，為了避免過量的活性氧帶來的傷害，植物會通過提高SOD、POD、CAT、APX等抗氧化酶的活性來清除活性氧^［31］。由圖4可知，CK的SOD、POD、CAT和APX活性明顯高于其他處理；相比于CK，COS濃度0 mg/L處理后大豆幼苗葉片中SOD、POD、CAT、APX的活性分別降低了46.88%、43.31%、37.86%、36.99%。除CK外，4種酶活性隨著COS不同濃度整體呈現(xiàn)先增強后減弱的趨勢。100 mg/L的COS處理后SOD、POD、CAT、APX的酶活相對于0 mg/L的處理分別增加了84.65%、69.51%、46.44%、53.76%，200 mg/L的COS處理顯著降低了各個酶的活性。結(jié)果表明，較低濃度的外源COS處理可以極大提高抗氧化酶的活性，從而緩解PEG脅迫對大豆幼苗造成的生理損傷；濃度過高時（200 mg/L）則表現(xiàn)出抑制酶活性的作用，不利于植物生長。

3"討論與結(jié)論

干旱脅迫是影響植物正常生長發(fā)育的重要因素之一，大豆是我國重要的農(nóng)作物，因此研究如何提高大豆抵御干旱脅迫的能力至關(guān)重要。本研究通過分析PEG模擬干旱條件下不同濃度殼寡糖溶液對大豆種子萌發(fā)及幼苗生理的影響，初步解析大豆抗旱的生理機制，為大豆抗旱分子育種奠定基礎(chǔ)。干旱脅迫下，作物種子內(nèi)蛋白質(zhì)、脂類和碳水化合物的代謝活動會明顯減弱，從而影響種子的萌發(fā)率、胚芽的伸長等生理活動^{［9，32-33］}。本研究結(jié)果表明，在PEG脅迫下大豆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、種子胚芽長以及幼苗根長都明顯受到抑制，外源施加不同濃度的COS溶液處理后，大豆種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、胚芽長和幼苗根長均明顯提高，且100 mg/L的外源COS處理后效果最明顯。

植物在干旱條件下會使得活性氧過度積累，從而加劇膜脂過氧化反應(yīng)，丙二醛含量相應(yīng)增多，過量累積的丙二醛會引起植物膜系統(tǒng)受損，從而對植物的正常生長產(chǎn)生不利影響^［34-35］。因此，丙二醛含量是反映植物細(xì)胞受氧化損傷程度的一個指標(biāo)^［36］。本研究中，PEG脅迫下（DC0）大豆幼苗葉片中的丙二醛含量相比對照增加了111.55%，而外源施加適宜濃度的COS處理后，丙二醛的含量相較于DC0有不同程度地降低，以COS濃度為100 mg/L的效果最顯著。

脯氨酸在植物組織中的積累量與其抗逆性有關(guān)。在逆境中，植物細(xì)胞脯氨酸含量的增加，可降低其滲透勢，從而保證植物各種生理生化活動的順利進行^［37］。本研究發(fā)現(xiàn)在PEG脅迫下（DC0），大豆幼苗葉片中的游離脯氨酸的含量顯著增加，5、25、50、100 mg/L的外源COS處理可降低PEG脅迫下大豆植株葉片中的脯氨酸含量，說明適宜濃度的殼寡糖緩解了干旱對大豆幼苗的傷害。

在干旱脅迫下，植物體內(nèi)的活性氧含量會急劇增加，而此時植物自身的活性氧清除系統(tǒng)開始工作，SOD、POD、CAT和APX等抗氧化酶活性增加。已有研究表明，COS處理可提高綠豆、玉米、番茄等作物在干旱脅迫下抗氧化酶的活性^［38-40］。本研究表明，適宜濃度的外源COS處理可極大提高大豆幼苗中SOD、POD、CAT和APX 4種抗氧化酶的活性，從而緩解干旱對細(xì)胞膜系統(tǒng)的損傷，提高大豆植株的抗旱能力。

綜上所述，在10% PEG模擬干旱脅迫下，適宜濃度的外源COS溶液處理可促進大豆種子的萌發(fā)和幼苗生長，增加抗氧化酶SOD、POD、CAT和APX的活性，降低葉片細(xì)胞內(nèi)丙二醛和游離脯氨酸的含量，且濃度為100 mg/L的COS溶液處理后效果最顯著，緩解10% PEG脅迫對種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制效果最明顯，在一定程度上提高了大豆的抗旱性。

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