壳聚糖对水稻幼苗抗冷性的影响

朱云林++顾大路++王伟中+杜小凤++杨文飞++孙爱侠

摘要：为了研究壳聚糖对水稻幼苗抗低温能力的影响，以水稻品种淮稻11为对象，在水稻2叶期以0%、0.1%、0.3%、0.5%的壳聚糖浓度在低温下来处理水稻幼苗，研究不同浓度的壳聚糖溶液对水稻幼苗体内可溶性糖、脯氨酸等生理指标的影响。结果表明，喷施壳聚糖后遇到低温时，与对照相比，可以促进水稻生长，增加苗体内可溶性糖、脯氨酸的含量，减少丙二醛的含量，增强水稻苗体内超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等抗氧化酶的活性。说明，在水稻苗期喷施壳聚糖可以提高水稻幼苗的抗冷能力，减轻或避免低温对水稻秧苗的危害。

关键词：壳聚糖；水稻；幼苗；抗冷性；抗氧化酶

中图分类号：S511.01文献标志码：A文章编号：1002-1302（2017）08-0066-02

在全球气候变暖的情况下，各种极端天气事件的发生由非常态逐渐变为常态，尤其是近几年气温的变化更是如此，3—5月我国许多地区已发生连续低温阴雨天气[1]，10—11月许多地区气温却偏高[2]。水稻一般在5月份进行育苗，而水稻属于温度敏感型作物，在2叶期时其胚乳物质基本消耗光，此时是水稻抗性最弱的时期，遇到低温极易发生低温冷害，影响水稻幼苗的正常生长，且对水稻后期的生长发育带来不利的影响。苗期低温冷害是影响水稻成苗和秧苗生长的重要限制因素之一[3]，生产上出现的烂芽和死苗均与之密切相关[4]。因此，提高水稻苗期的抗低温能力，是确保水稻高产丰收的前提条件。目前水稻生产上一般以喷施抗冷药剂[5]和进行常规的肥水管理为主。在遇到突发低温气候情况下，水稻可在此时期用外源物质来提高水稻的抗低温能力防御冷害的发生。

壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，是非常经济易得的化学物质，近来研究发现应用壳聚糖能促进植物生长，提高抗渗透物质的合成，增强清除自由基的能力，保护膜系统，使植物体自身抗体增强[6]。近年来一些学者研究发现，壳聚糖在黄瓜、辣椒、香蕉、玉米、草莓等作物上应用可以提高作物抵御低温逆境胁迫能力，降低低温对作物的危害。但是，壳聚糖在水稻上应用提高水稻防御低温冷害能力的研究和报道很少。为了研究水稻苗期使用壳聚糖对幼苗抗冷性的影响，2016年4月6日在江苏省植物生长调节剂工程技术研究中心试验室安排本试验，旨在探讨壳聚糖对水稻秧苗受低温胁迫的防御效果和作用机理，为水稻生产防御或减轻低温冷害提供技术支撑。

1材料与方法

1.1供试材料

供试水稻品种：淮稻11（江苏天丰种业有限公司）。

供试药剂：壳聚糖（山东省潍坊市东兴甲壳制品厂，农业级）。

1.2试验设计与处理

壳聚糖浓度试验设计4个处理，分别为：A1，0%（清水处理，CK）；A2，0.1%；A3，0.3%；A4，0.5%。试验选择籽粒饱满、大小均匀的种子，经过消毒、清洗后播于自制的带网格的培养皿内，用木村B培养液在GTOP-268D光照培养箱进行培养，设置温度25 ℃，白天光照12 h。待水稻长到2叶期时，用冰醋酸溶解壳聚糖后配制成0.1%、0.3%、0.5%不同浓度的溶液，并用盐酸调节pH值至5.5～6.5，在不同浓度药液中加入2滴吐温-40后喷施水稻秧苗叶面，对照喷等量清水。处理后将光照培养箱温度设置为10 ℃，5 d后取出水稻秧苗测定各项指标。

1.3测定项目

农艺指标主要测株高、根长和株干质量；生理生化指标主要测游离脯氨酸、丙二醛、可溶性糖、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和过氧化氢酶。其中水稻秧苗的株高、根长、株干质量按常规方法进行测定；游离脯氨酸、丙二醛（MDA）含量参照张宪政的方法[7]测定；可溶性糖参照熊庆娥的方法[8]测定，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性参照李忠光的方法[9]测定。

2结果与分析

2.1低温胁迫下不同浓度壳聚糖处理对水稻幼苗农艺性状的影响

从表1可以看出，不同浓度的壳聚糖溶液喷施到水稻秧苗上能促进水稻植株的生长，水稻秧苗的株高、根长、干质量都随着壳聚糖浓度的增加而呈增加的趨势。经方差分析发现：在水稻秧苗株高上，与对照相比，0.1%壳聚糖溶液处理的水稻秧苗虽然也有增加，但没有达到显著水平，0.3%、0.5%壳聚糖溶液处理的水稻秧苗增加达到极显著水平；在水稻秧苗根长方面，0.3% 壳聚糖溶液处理的水稻秧苗增加达到显著水平，0.5%壳聚糖溶液处理的水稻秧苗增加达到极显著水平；在水稻秧苗株干质量方面，与对照相比，0.3%、0.5%壳聚糖溶液处理的水稻秧苗增加达到极显著水平。由此可见，在水稻遭受低温时，喷施一定量的壳聚糖能促进植株的生长。

2.2低温胁迫下不同浓度壳聚糖处理对水稻幼苗活性物质含量的影响

可溶性糖为植物的生长发育提供能量和代谢中间产物，而且具有信号功能，是植物生长发育和基因表达的重要调节因子。另外，可溶性糖还是预防蛋白质低温凝固的保护物质，因此，可溶性糖的增加对提高水稻的抗冷性具有重要意义。由表2可见，在水稻2叶期喷施壳聚糖溶液后遇到低温时，可以提高秧苗体内可溶性糖的含量，且随着壳聚糖处理浓度的增加呈增加的趋势，经方差分析发现，0.3%和0.5%的壳聚糖溶液处理与对照差异达显著水平，说明壳聚糖可以提高水稻秧苗的抗性。

脯氨酸作为植物细胞质内渗透调节物质外，还在稳定生物大分子结构、降低细胞酸性、解除氨毒以及作为能量库调节细胞氧化还原势等方面起重要作用。表2中不同浓度的壳聚糖溶液处理可以使水稻秧苗体内的脯氨酸含量增加，经方差分析，0.3%和0.5%处理与对照的差异达极显著水平。说明，壳聚糖可以提高水稻秧苗体内脯氨酸的含量，维持秧苗体内细胞正常酸碱度和稳定生物膜渗透性，有利于提高水稻秧苗的抗冷性。

丙二醛是膜脂过氧化的主要产物之一，植物体内丙二醛含量的高低，在一定程度上反映了细胞膜受损情况。表2中喷施壳聚糖的处理都具有减少丙二醛含量的效果，且随着壳聚糖处理浓度的增加使水稻秧苗体内的丙二醛含量呈下降的趋势，经方差分析发现，0.3%和0.5%壳聚糖溶液处理与对照的差异达极显著水平。说明，在低温情况下，喷施壳聚糖可以减轻水稻秧苗细胞膜受损程度。因此，壳聚糖对细胞膜有保护作用，可增强水稻秧苗的抗冷性。

2.3低温胁迫下不同浓度壳聚糖处理对水稻秧苗体内酶活性的影响

超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶是抗氧化酶，其活性与水稻的抗寒性有一定的相关性，可有效清除自由基带来的危害，保护水稻免受低温伤害[10]。因此，本试验对水稻秧苗体内超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶的活性进行检测与分析。

超氧化物歧化酶（SOD）是一种能催化生物体内超氧阴离子自由基（ O-2· ）发生歧化反应的活性酶，通过歧化反应清除 O-2· ，在植物体内活性越高则植物的抗逆能力就越强，因此，超氧化物歧化酶（SOD）在植物体的自我保护系统中起着极为重要的作用。从表3可以看出，不同浓度的壳聚糖溶液处理处理水稻秧苗在遇到低温情况下，可以提高秧苗体内超氧化物歧化酶活性，且随着壳聚糖处理浓度增加而提高，经方差分析，0.3%和0.5%的壳聚糖溶液处理与对照的差异达极显著水平。说明在水稻秧苗上喷施壳聚糖能起到抗冷害的自我保护作用。

过氧化氢酶（CAT）是一种酶类清除剂，可促使H2O2分解为分子氧和水，清除作物体内的过氧化氢，减轻过氧化氢对水稻的伤害。从表3可以看出，在不同浓度的壳聚糖溶液处理后遇到低温，水稻秧苗体内的CAT含量与壳聚糖处理浓度程正相关，即A1（对照）

过氧化物酶（POD）是作物内在重要的保护酶之一，是以过氧化氢为电子受体催化底物氧化的酶，可催化过氧化氢，氧化酚类和胺类化合物，具有消除过氧化氢和酚类、胺类毒性的双重作用，其活性大小可以作为衡量植物抗冷性大小的指标之一。从表3可以看出，不同浓度的壳聚糖溶液喷施到水稻秧苗上都能提高POD的活性，且随着壳聚糖浓度的增加而增强，经方差分析，0.3%、0.5%的壳聚糖溶液处理与对照的差异达极显著水平。

3结论与讨论

在水稻2叶期喷施壳聚糖溶液后遇到低温时，与对照相比，壳聚糖处理能促使水稻幼苗较好地生长，提高具有抗冷意义的可溶性糖、脯氨酸等内源物质的含量，增强超氧化物歧化酶等抗氧化酶的活性，因此，壳聚糖在水稻苗期应用有提高水稻秧苗抵御低温的作用，可以减轻或避免低温对水稻秧苗的危害。

本试验只是揭示壳聚糖能改变水稻幼苗一些内源物质，并能增强苗体内一些抗氧化酶的活性，从而提高水稻抗冷性。但壳聚糖究竟是作为信号物质来诱导与抗冷物质有关酶的基因表达，还是通过其他作用机理提高水稻的抗冷性，还须作深入的探讨和研究。

除了要深入探索壳聚糖提高水稻抗低温的作用机理外，还应积极开展大田应用试验，争取能在水稻生产上得到应用，为水稻抗逆增产提供技术支撑，为水稻安全生产提供服务。

参考文献：

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