壳聚糖对玉米幼苗生长和生理特性的影响

常云霞，高　歌，刘　彬，罗陈萍，胡炳义，李季平

(周口师范学院 生命科学与农学学院，河南 周口 466001)



壳聚糖对玉米幼苗生长和生理特性的影响

常云霞*，高歌，刘彬，罗陈萍，胡炳义，李季平

(周口师范学院 生命科学与农学学院，河南 周口 466001)

为探讨壳聚糖(CTS)对玉米幼苗生长和生理特性的影响，采用水培方法，用不同浓度(0、1、2、3、4、5 g/L)的CTS溶液分别处理玉米幼苗．结果表明：不同浓度CTS处理后，玉米幼苗株高、根长、鲜重与干重显著增加，叶片中叶绿素、可溶性蛋白与可溶性糖含量、NR(硝酸还原酶)活力及幼苗根系活力与对照相比显著增加．说明CTS处理对玉米幼苗的生长具有促进效应，其中以3 g/L CTS处理效果最好．

壳聚糖；玉米幼苗；幼苗生长；生理特性

壳聚糖(chitosan，CTS)又叫做脱乙酰几丁质，是甲壳素脱乙酰基后的天然高分子直链多糖，具有无毒、无污染和生物相容性等优点，由于其结构的特殊性，近年来备受化学及农学工作者的青睐[1]．已有研究表明，壳聚糖在农业生产增产和改善作物品质方面已有了广泛的应用，可提高作物抗病毒、抗细菌、抗真菌等方面的抗病性[2-4]，提高作物的抗旱性[5]、抗盐性[6-7]和抗热性[8]，促进植物生长发育[9]等．但壳聚糖在玉米上的应用研究较少，仅韩玉军[10]利用不同分子量的壳聚糖对玉米种子萌发及抗氧化酶活性方面进行了初步研究，且没有关于适宜玉米生长的CTS的浓度报道．笔者以玉米幼苗为实验材料，初步研究了不同浓度的CTS对玉米幼苗生长及生理特性的影响，以期为CTS在玉米生产上的应用提供理论依据和参考．

1　材料与方法

1.1材料与设计

供试玉米为“平玉8号”，由周口市种子公司提供．精挑粒大饱满的种子，用0.1%HgCl2消毒10 min，去离子水反复冲洗5次，在30 ℃的蒸馏水中浸泡48 h，然后将玉米种子均匀播种于加有蛭石的300 mm×200 mm×100 mm的托盘中，种子与种子之间的间隔均匀适度，每盘100粒，播种18盘．每天上午9点加入等量的蒸馏水，使蛭石保持湿润，待玉米幼苗长出2叶1心后，用不同浓度的CTS(0、1、2、3、4、5 g/L)对玉米进行叶面喷施，每个处理重复3次，喷施效果达到叶面自动滴水为好.每天喷施等量的处理液，在人工气候箱中培养，人工气候箱设置温度为30 ℃/25 ℃，光照强度4 000～4 500 1x，光/暗周期为14 h/l0 h，处理6 d后进行幼苗形态和生理指标的测定．

1.2测定项目与方法

培养6 d后，随机取玉米幼苗，用称量法测定幼苗的鲜重和干重[11]，用直尺测量幼苗的株高和根长．可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色法[12]；叶绿素含量的测定采用95%乙醇浸提法[12]；硝酸还原酶(NR)活力的测定采用活体法[12]；可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝G-250法[13]；根系活力的测定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法[13]．

1.3数据分析

所有数据均取3次重复实验的平均值，然后采用 Microsoft Excel统计软件处理数据，用SPSS 10.0对不同处理间的数据进行One-Way ANOVA分析.差异显著水平设置为α=0.01和0.05．

2　结果与分析

2.1不同浓度 CTS处理对玉米幼苗生长的影响

表1　不同浓度 CTS处理对玉米幼苗生长的影响

注：表内的大小写字母分别表示同行处理间在0.01和0.05水平上的差异显著性，下同.

由表1可知，在试验设置的浓度范围内，玉米幼苗的株高、根长、干重和鲜重都随着CTS浓度的升高而呈现先增加而后降低的趋势，且均高于对照(0 g/L CTS)．与对照相比，玉米幼苗株高分别增加了1.96%、4.71%、15.37%、13.51%、9.19%，根长分别增加了6.12%、13.31%、31.08%、24.91%、22.46%，鲜重分别增加了4.26%、7.63%、11.56%、10.53%、9.61%，干重分别增加了5.71%、13.70%、26.62%、22.12%、16.49%，增加效果均达到极显著水平(P<0.01)．由试验结果可知，CTS处理对根长的促进效果明显高于株高，且3 g/L CTS处理促进幼苗生长效果最好．

2.2不同浓度CTS处理对玉米幼苗生理特性的影响

2.2.1对叶片内叶绿素含量的影响

叶绿素是植物光合作用的重要物质，对植物的生产及产量的形成具有重要作用[14]．由图1可知，玉米幼苗叶片内叶绿素含量随CTS处理浓度的增加呈现先升高而后略微下降的趋势．与对照相比，叶绿素含量分别增加了23.71%、34.06%、52.04%、43.32%、38.42%，增加效果均达到极显著水平(P<0.01)．CTS处理可有效增加玉米幼苗的叶绿素含量，积累更多的光合产物为玉米幼苗的生长提供更多的营养物质．其中，以3 g/L CTS处理对玉米幼苗中叶绿素含量增加效果最好．

图1　不同浓度CTS处理对玉米幼苗叶片内叶绿素含量的影响

2.2.2对叶片内可溶性糖含量的影响

图2　不同浓度CTS处理对玉米幼苗叶片内可溶性糖含量的影响

可溶性糖主要包括蔗糖、葡萄糖等，是碳水化合物中能够直接运转和利用的主要形式，在植物的生命周期中具有重要作用，可以为植物的生长发育提供能量和代谢中间产物[15]．由图2可知，玉米幼苗叶片内可溶性糖含量与对照相比，分别增加了2.03%、8.21%、20.08%、13.84%、10.96%，除1 g/L CTS处理外，其他处理组与对照相比可溶性糖含量增加效果均达到极显著水平(P<0.01)．实验结果表明CTS处理能有效增加玉米幼苗叶片中可溶性糖的含量，为玉米的生长提供更多的碳素营养物质．其中，以3 g/L CTS处理对玉米幼苗中可溶性糖含量增加效果最好．

2.2.3对叶片内可溶性蛋白含量的影响

植物体内的可溶性蛋白质大多数是参与各种代谢的酶类，参与植物多种生理生化代谢过程的调控，与植物的生长发育、抗逆性等密切相关，测其含量是了解植物体总代谢的一个重要指标[16]．由图3可知，玉米幼苗叶片内可溶性蛋白含量随CTS处理浓度的增加呈现先升高而后下降的趋势，可溶性蛋白含量与对照相比分别增加了19.11%、36.63%、91.51%、70.88%、56.09%，增加效果均达到极显著水平(P<0.01)．CTS处理有效地增加了玉米幼苗叶片中可溶性蛋白的含量，可以为玉米幼苗的生理代谢活动提供物质保障．其中，以3 g/L CTS处理对玉米幼苗中可溶性蛋白含量增加效果最好．

图3　不同浓度CTS处理对玉米幼苗叶片内可溶性蛋白含量的影响

2.2.4对叶片内NR活性的影响

图4　不同浓度CTS处理对玉米幼苗叶片内NR活性的影响

NR是高等植物氮素同化的限速酶，可直接调节硝酸盐还原，从而调节氮代谢，并对植物的生长发育和作物的产量产生影响[17]．由图4可知，玉米幼苗叶片内NR活性随CTS处理浓度的增加呈现先增加而后略微降低的趋势．与对照相比，NR活性分别增加了1.87%、10.43%、15.52%、7.86%、4.33%，与对照相比可溶性蛋白含量增加效果均达到极显著水平(P<0.01)．CTS处理有效地增加了玉米幼苗叶片中NR活性，提高玉米幼苗利用氮素的能力．其中，以3 g/L CTS处理效果最好．

2.2.5对幼苗根系活力的影响

根系是植物吸收和合成养分的器官，其生长情况和活力水平直接影响地上部分的营养状况、生长和植株产量水平[18]．由图5可知，玉米幼苗根系活力与对照相比分别增加了11.70 %、21.63%、33.86%、18.81%、15.79%，根系活力增加效果均达到极显著水平(P<0.01)．CTS处理有效地增加了玉米幼苗根系活力，提高玉米幼苗利用水分和矿质营养的能力．其中，以3 g/L CTS处理效果最好．

图5　不同浓度CTS处理对玉米幼苗根系活力的影响

3　讨论与结论

幼苗的形态建成是作物生长的关键时期，本研究条件下，壳聚糖处理后显著促进玉米幼苗的生长，其株高、根长、干重、鲜重与对照相比增加效果均达到极显著水平.分析认为壳聚糖处理可促进幼苗体内的能量代谢，增强水解酶的活性，调节激素水平，从而促进幼苗的生长．

玉米在苗期生长过程中，生长发育的能量和物质来源于光合作用和根系对矿物质的吸收[19]，所以叶绿素、可溶性糖及可溶性蛋白含量、根系活力、NR活性的高低是决定植物生长状况良好与否的重要生理指标．本研究结果说明，施用适当浓度的CTS可显著地提高玉米幼苗叶片中叶绿素和可溶性糖的含量，提高了玉米幼苗的光能利用率，为玉米的生长提供更多的碳素营养物质和能量基础．适当浓度的CTS处理也可显著提高玉米幼苗根系活力及NR活性和可溶性蛋白含量，增加了幼苗吸收水分和营养物质的能力，对提高幼苗的生长发育提供了物质保障，使玉米幼苗的株高、根长、茎粗及根粗与对照相比显著增加．

总之，施用适当浓度的CTS能促进玉米植株的生长，提高玉米植株叶片中叶绿素、可溶性糖及可溶性蛋白含量，增强植株根系活力及NR活性．在各种处理浓度中，以3 g/L CTS处理效果最佳．

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Effects of chitosan on seedling growth and physiological characteristics of maize

CHANG Yunxia, GAO Ge, LIU Bin, LUO Chenping, HU Bingyi, LI Jiping

(College of Life Science and Agronomy, Zhoukou Normal University, Zhoukou 466001,China)

The research was carried out to study the effects of five different concentration(0、1、2、3、4、5 g/L)on seedling growth and physiological characteristics of maize with the hydroponic method. The results indicated that application of CTS on the leaves significantly increased the length of shoot and root, the weight of fresh and dry, while the content of chlorophyll and soluble proteins and sugar, and the root vigor and nitrate reductase activity were significantly increased(P<0.01).These results showed that CTS can effectively promote of mazie and the effect of 3 g/L CTS was optimal.

chitosan; maize seedlings; seedling growth; physiological property

2016-04-03;

2016-05-22

河南省教育厅自然科学研究计划资助项目(No.16A180055)；周口师范学院中青年骨干教师培养项目

简介：常云霞(1978- )，女，河南漯河人，副教授，硕士，主要从事植物抗性生理研究. E-mail：changyx618@126.com

Q945

A

1671-9476(2016)05-0120-04

10.13450/j.cnki.jzknu.2016.05.031