乳酸菌多糖对水稻种子萌发及幼苗生长的影响

黄诗宸，王 清，张文平，程 新

(江西农业大学 生物科学与工程学院，江西 南昌 330045)

随着农业生产的日益发展以及人们对作物产量需求的不断提高，化肥、农药等化学物质的施入量逐年增加，对土壤结构和环境造成了严重的负面影响[1]。如何将天然环境友好型物质应用于农业生产，从而达到提高作物产量、增加生产效率的目的，是当前农业领域的重点研究内容。

胞外多糖是许多微生物在生长过程中均可以大量合成的代谢产物，在工业、医疗、保健等领域有着广泛的应用[2-3]。近年来的研究表明，多糖在农业领域有着广泛的应用前景，不同来源的多糖对作物种子的萌发及生长均具有较好的促进作用，但其作用效果有较大差异[4-5]。

乳酸菌是一类安全的微生物，其菌体及代谢产物在各个领域均有较为广泛的应用前景[6]。在前期工作的基础上，本研究采用乳酸菌多糖为对象，研究了其对水稻种子萌发及幼苗生长的影响，以期为利用天然活性物质提高水稻生长特性提供参考。

1　材料与方法

1.1　材料

1.1.1实验材料菌株：植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)，江西农业大学生物科学与工程学院保藏。水稻品种：准两优608，用5%的NaClO消毒10 min，然后用蒸馏水冲洗6次，备用。

1.1.2培养基 改良MRS培养基：用蔗糖替代MRS培养基[7]中的葡萄糖，其他成分与MRS培养基一致。

1.2　实验方法

1.2.1发酵及提取粗多糖将活化的植物乳杆菌接种于改良MRS液体培养基中，37 ℃发酵24 h，参照Rimada的方法[8]进行粗多糖的提取。

1.2.2种子处理准确称取一定量的乳酸菌多糖， 用蒸馏水配制浓度为1.0、10.0、100.0、1000.0 mg/L的多糖溶液。选取饱满的水稻种子分别于上述溶液中浸泡24 h，以蒸馏水作为对照。培养期间每天记录水稻种子萌发的数量，第3天统计种子的发芽势，第8天统计水稻种子的发芽率并测定水稻幼苗的根长、芽长等指标。发芽率计算公式如下：

发芽势(%)=3 d内发芽种子数/供试种子数×100%

发芽率(%)=8 d内发芽种子数/供试种子数×100%

1.2.3水稻生长测定采用盆栽方式进行。在土壤中添加适当浓度的微生物多糖，混合均匀后置于盆钵中；播种水稻后在室温下进行光照培养，定期测定苗高及根长等生理指标，各处理重复6次。淀粉酶活性测定参考文献[9]进行；叶绿素含量的测定采用乙醇丙酮混合液法[10]。

1.3　数据处理

实验数据采用0rigin 8.1和DPS 7.5统计分析软件进行处理。对不同处理间的数据进行单因素方差分析和LSD法多重比较，表中数据以平均值±标准差的形式表示，图表中不同小写英文字母表示处理在P=0.05水平上差异显著。

2　结果与分析

2.1 乳酸菌多糖对水稻种子萌发的影响

从图1可以看出，乳酸菌多糖浸种对水稻种子的发芽率、发芽势和萌发后的芽长没有显著性影响(P>0.05)，但对萌发后的根长有显著性影响(P<0.05)，特别是当多糖浓度为1～10 mg/L时，对根长的促进效果最为明显。

图1　不同浓度乳酸菌多糖对水稻种子萌发的影响

从图2可以看出，采用乳酸菌多糖浸种对水稻种子中可溶性糖含量没有显著性影响(P>0.05)，但适当浓度的多糖浸种能显著提高可溶性蛋白的含量(P<0.05)，同时种子中淀粉酶活性也显著上升(P<0.05)。

图2　不同浓度乳酸菌多糖对水稻种子生理指标的影响

2.2　乳酸菌多糖对水稻秧苗生长特征的影响

在土壤中添加不同浓度的乳酸菌多糖后，对水稻秧苗的多个生长特性指标均产生了较大的影响。秧苗生长25 d后，除根长指标各处理之间差异不显著以外(P=0.502)，胞外多糖的添加对秧苗根数(P=0.076)和叶长(P=0.051)在0.1的水平上有显著影响，而对叶宽(P<0.01)、株高(P<0.01)、叶鞘(P=0.033)、假茎宽(P<0.01)等指标在0.05的水平上有显著或极显著的影响。而当培养至35 d时，除叶宽(P=0.105)和根长(P=0.053)两个指标在0.05的水平上差异不显著外，其余指标均在0.05的水平上有显著或极显著的差异。

从表1可以看出，在土壤中添加乳酸菌多糖后，与对照组相比，水稻秧苗的大部分生长特征指标均有一定的提高，但各指标的最佳多糖浓度并不完全相同。总体来看，高浓度(100～1000 mg/L)的乳酸菌多糖对水稻秧苗生长有较好的促进作用。

表1　不同浓度乳酸菌胞外多糖对水稻秧苗生长特征的影响

2.3　乳酸菌多糖对水稻秧苗光合色素的影响

水稻秧苗光合色素的含量受胞外多糖的影响。在培养25 d后，叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量在各处理之间差异极显著(P<0.01)，类胡萝卜素含量差异显著(P=0.022)。而当培养到35 d后，4项指标在各处理之间差异均为极显著(P<0.01)。从表2的结果可以看出，中等浓度(10～100 mg/L)的乳酸菌多糖添加可以显著增加秧苗中光合色素的含量。

表2　不同浓度乳酸菌胞外多糖对水稻秧苗光合色素的影响

3　讨论

种子发芽是水稻生长的第一步，而提高发芽势和发芽率是培育良好性状植株的基础，并直接关系到水稻的产量[11]。大量研究结果表明，采用不同类型的活性物质，如稀土元素、植物生长调节剂等浸种均能提高水稻、小麦、辣椒等种子的发芽率和活力[12]，并且对植株的生长和抗逆性均可以起到良好的促进作用[13-14]。近年来，如何采用廉价、高效的物质，特别是环境友好型天然物质提高作物生长特性已成为农业领域的研究热点[15]。

多糖已被广泛应用于农业领域，其中以壳聚糖的使用最为广泛，大量研究结果表明，壳聚糖及其结构类似物对水稻[16]、玉米[17]、小麦[18]等作物的萌发性能和生长特性均有较好的促进作用。近年来，随着研究的不断深入，不同来源的多糖，如动物多糖、植物多糖等，均被证实具有促进作物生长、提高作物抗逆性的良好功效，而微生物多糖由于具有生产成本低、可快速大量制备等特点，在农业领域中的应用范围不断扩大。

本研究采用不同浓度的乳酸菌多糖处理水稻种子，结果表明多糖浸种不能显著提高水稻的发芽率和发芽势，这可能与水稻种子自身的萌发率已经很高(>90%)有关；但用适当浓度的多糖浸种能显著提高水稻萌发的根长，同时对芽长也有一定的促进作用。同时，在土壤中添加适当浓度的微生物多糖后，能显著提高水稻幼苗的生长特性，叶长、株高等指标均显著高于对照组。

光合色素能够对光能进行吸收、传递和转化，其含量直接影响着植物的光合能力，其中叶绿素(Chl)和类胡萝卜素(Car)与光合作用的关系较密切[20]。本试验结果表明，微生物多糖浸种能显著提高水稻幼苗的叶绿素及类胡萝卜素含量，有利于光合作用的进行和糖分积累，对提高植株的生长特性和抗逆性有一定的促进作用。

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