威兰胶对盐胁迫下水稻生长和抗逆性的影响

徐晓滢　牛琛凯　彭冬梅　李莎

[摘要]农作物生长易受到环境胁迫影响。近年来，土壤盐渍化已逐渐成为影响农作物生长、造成农作物产量下降和质量降低的主要环境胁迫因子之一。鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas sp.）经发酵产生的多糖威兰胶（Welan gum）因其特殊的物理化学性质而被应用于食品、化妆品等众多领域。本文旨在研究威兰胶对农作物生长和抗逆性的影响。本试验以水稻幼苗为研究对象，通过在盐胁迫环境下加入威兰胶，观察并测定威兰胶对水稻幼苗生长及生理生化指标的影响，以探讨威兰胶在农业方面的应用。结果表明，在0.1mol/L的盐胁迫条件下，Welan+NaCl处理水稻的茎长和根长分别比NaCl处理水稻提高了4.25%和4.98%;叶绿素含量提高了23.63%;脯氨酸含量提高了6.68%;丙二醛（MDA）含量降低了25.49%;超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性分别提高了9.74%、14.64%和6.21%。由此可知，威兰胶能促进作物生长和提高作物抗逆性，具有农业应用潜力。

[关键词]威兰胶;水稻;盐胁迫;抗逆性;农业应用

中图分类号：S511 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202006

代谢过程中的微生物（细菌和真菌等）会产生对微生物具有保护作用的生物聚合物——微生物多糖[1]。微生物多糖安全无毒，其在生产中受外界环境影响较小，生产耗时短，不但质量稳定，而且产量高，所以微生物多糖可在人工条件的控制下大批量生产，市场前景比动物和植物产生的多糖更为广阔。目前有三种形式的微生物多糖[2]，其中由于细胞内和细胞壁多糖提取成本较高，且提取工艺复杂困难，故对细胞内和细胞壁多糖的开发利用较少，而细胞外多糖因克服了这些困难，所以成为主要的工业生产对象。

威兰胶是细胞外多糖[3]，结构式见图1。研究发现，威兰胶分子在水溶液中作用力主要是其自身内部的范德华力以及存在于主链和侧链之间氢键[4]。因为威兰胶在常温的低浓度水溶液中具有较高的粘度，所以在工业加工中常被用作添加剂（增稠剂）。在轻工业中，由于威兰胶具有较好的保湿性而被广泛应用于化妆品制造。

近年来，农药和化肥的滥用导致生态环境逐渐恶化，河流和土壤遭受到严重的污染[5]。传统化肥对大自然的危害已受到世界各地的重视，各国纷纷出台相应政策来降低对生态环境的破坏。我国近年来非常重视生态文明建设，积极号召低碳绿色理念，因此无污染、绿色环保的新型肥料备受关注。

已有研究表明，在农业生产中，微生物多糖不但可以促进植物的生长发育，而且可以作为一种生物诱抗剂诱导植物产生某些抗逆性能，但目前利用威兰胶促进植物生长和提高植物抗逆性的研究尚未见报道，威兰胶对植物抗逆性的诱导和促生的机理也尚未明确。本研究通过鞘氨醇单胞菌产威兰胶，并初步探究威兰胶对盐胁迫下水稻生长和抗逆性的影响及作用机制，为进一步开发新一代植物肥料提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用经过保藏的鞘氨醇单胞菌NX-3，保存于中国菌种保藏中心，保藏号为CGMCC 2428。鞘氨醇单胞菌NX-3是一种革兰氏阴性杆状细菌，置于平板培养基并在34℃的恒温箱培育72h后，表面出现光滑饱满且粘稠突起的黄色不透明圆形菌落。

试验培养基、菌种培养及威兰胶发酵按照周浩然[6]的方法进行。威兰胶的提取参照刘建国等[7]的方法进行。

1.2 试验方法

1.2.1 水稻生长条件

将水稻种子置于水培盒上，加入自来水，正好浸湿种子，用保鲜膜封好，暗处催芽48～72h。待种子冒出白头后，将种子转移至新的水培盒中，每盆种子100粒，每盆加1L 1/2MS营养液。转移一周后，更换一次营养液并按设计要求处理。威兰胶添加量见表1。

1.2.2 水稻幼苗NaCl胁迫处理方法

待水稻幼苗适应水培环境后，共设计了4组处理（每组共设3个平行），控制其他培养条件相同，每组仅具有不同的NaCl及威兰胶添加量。见表2。依据表2的设计要求，每隔2d更换一次培养液（1L）。一周后，选取形态正常且均匀的幼苗拍照记录并测定相关指标。

1.3 指标测定

1.3.1 植株生长量

采用常规方法测定茎长、根长。

1.3.2 部分生理生化参数的测定

采用分光光度法测定叶绿素含量，具体如下：首先称取0.1g叶组织，在黑暗的室温条件下，将剪碎后的叶组织置于4mL离心管中。缓冲液按照蒸馏水∶无水乙醇∶丙酮=1∶4∶5配置60mL。每管中分别加入2mL缓冲液，放入4℃的冰箱中抽提12h以上（如果叶片没有完全褪色变为白色，则延长时间直到完全褪色）。抽提結束后，将其过滤，离心5min后用移液枪吸取上清液，使用分光光度计测定叶绿素含量。

脯氨酸含量的测定参照Bates L S等[8]的方法，丙二醛（MDA）含量的测定参照雷鹏[9]的方法。采用南京建成生物工程研究所提供的黄嘌呤氧化酶法试剂盒测定超氧化物歧化酶（SOD）活性;采用上海茁彩生物科技有限公司提供的分光光度法试剂盒和紫外分光光度法试剂盒分别测定过氧化物酶（POD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性。

2 结果与分析

2.1 威兰胶对盐胁迫下水稻幼苗茎长、根长和叶绿素含量的影响

无盐胁迫条件下，使用Welan处理水稻幼苗，可以促进水稻根、茎的生长。在盐胁迫条件下，水稻幼苗的根、茎生长受到抑制;使用Welan+NaCl处理水稻幼苗，威兰胶的添加可以减少盐胁迫带来的负面影响，促进水稻幼苗根、茎的生长。威兰胶对盐胁迫下水稻幼苗生长的影响见图2。

叶绿素含量方面，Welan处理较对照组提高了19.29%，Welan+NaCl处理较NaCl处理提高了23.63%，见表3。这表明威兰胶可以提高水稻的光合作用，为水稻产量的提高奠定了理论基础。

2.2 威蘭胶对盐胁迫下水稻幼苗脯氨酸含量的影响

无胁迫条件下，Welan处理水稻幼苗脯氨酸的含量为1.43μg·mL-1，比对照组高62.5%;盐胁迫条件下，NaCl+Welan处理水稻幼苗脯氨酸的含量为4.47μg·mL-1，亦高于NaCl处理的脯氨酸含量4.19μg·mL-1，见图3。表明威兰胶能促进水稻积累更多的脯氨酸，维持细胞稳定，降低受损程度。

2.3 威兰胶对盐胁迫下水稻幼苗膜脂过氧化的影响

在无胁迫条件下，水稻幼苗MDA含量处于较低水平，但在盐胁迫处理后，MDA含量上升明显，植物细胞受到较大损伤，见图4。NaCl+Welan处理水稻幼苗MDA含量为0.76μg·g-1，NaCl处理为1.02μg·g-1，NaCl+Welan处理较NaCl处理MDA含量降低了25.49%。

SOD活性方面，NaCl+Welan处理最高，为1.69×103 U·g-1，较NaCl处理提高了9.74%;POD活性方面，NaCl+Welan处理最高，为5.56×103 U·g-1，较NaCl处理提高了14.64%;CAT活性方面，NaCl+Welan处理亦最高，为3.08×103 U·g-1，较NaCl处理提高了6.21%。见图4。由此表明，威兰胶能够延缓水稻的氧化和损伤，有益于水稻的生长发育。

3 讨 论

本研究基于传统化肥对环境的污染以及环境污染和土壤盐渍化带来的一系列问题，响应国家绿色生态文明的号召，找寻一种价格低廉、污染小并且操作简便的新型植物肥料。研究首次将威兰胶作为一种“绿色肥料”，以水稻作为试验对象，通过测定茎长、根长和叶绿素含量，证明了威兰胶可以促进植物的生长发育。脯氨酸是维持细胞渗透压，能够保持细胞内膜稳定和酶活性的物质[10-11]，植物细胞膜经过氧化反应后最终会产生MDA[12]，而SOD、POD、CAT是植物体内重要的抗氧化酶[13-14]。试验结果表明，NaCl+Welan处理水稻幼苗的脯氨酸含量较NaCl处理提高了6.68%，MDA含量降低了25.49%，而SOD、POD和CAT活性分别提高了9.74%、14.64%和6.21%，证明了威兰胶可以提高盐胁迫下植物的抗逆能力。

综上所述，威兰胶能促进植物生长，并能提高环境胁迫下植物的抗逆能力。本文亦初步探明了威兰胶提高植物抗逆性的作用机制，为未来其在农业领域的发展和应用奠定了基础。相信未来关于威兰胶的研究将不仅仅局限于水稻，对其他粮食作物和经济作物的研究也将逐渐展开。因威兰胶具有良好的持水保湿性，下一步试验将围绕威兰胶改善农作物枯萎、叶片泛黄和提高产量方面进行，并逐步探讨威兰胶在不同条件下，对于不同作物的最优剂量和最优施加周期。

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Effects of Welan Gum on Growth and Stress Resistance of

Rice under Salt Stress

Xu Xiaoying1，2，Niu Chenkai3，Peng Dongmei1，2，Lisha3

（1. College of Food Science and Engineering，Nanjing University of Finance and Economics，Nanjing，Jiangsu 210023;

2. Jiangsu Modern Grain Circulation and Safety Collaborative Innovation Center，Nanjing University of Finance and Economics，

Nanjing，Jiangsu 210023;3. College of Food Science and Light Industry，Nanjing Tech University，Nanjing，Jiangsu 211816）

Abstract：Crop growth is susceptible to environmental stress.In recent years，soil salinization has gradually become one of main environmental stress factors，reducing grain quality and grain yield.Welan gum produced by the fermentation of Sphingomonas sp.，has been used in many fields，including foodstuffs and cosmetics， duing to its special physical and chemical properties.This study was to investigate the effects of Welan gum on crop growth and stress resistance.The experiment was conducted to study the effects of Welan gum on the growth，physiological and biochemical indexes of rice seedlings under salt stress.Here，we show that the stem length and root length of the rice seedlings treated with Welan+NaCl were 4.25% and 4.98% higher than those treated with NaCl，respectively;Chlorophyll content increased by 23.63%;Proline content increased by 6.68%;Malondialdehyde（MDA） content decreased by 25.49%.The activities of superoxide dismutase（SOD），peroxidase（POD） and catalase（CAT） increased by 9.74%，14.64% and 6.21%，respectively.In conlusion， these results showed that Welan gum could promote crop growth and improve the stress resistance，which implicits the potential application in agriculture.

Key Words：Welan gum，rice，salt stress，stress resistance，agricultural application