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不同浓度壳聚糖处理对玉米种子发芽率的影响

地壳聚糖（chltasn）也被称为脱氧化二甲苯糖（即聚氨糖）。这是甲壳素（或异构酸酪氨酸）的重要衍生物，通过脱甲基甾醇转化为乙酰基。这是氨基多聚葡萄糖的直链糖。壳聚糖是从虾、蟹壳中提取的天然活性高分子化合物,可广泛应用于农业、工业、生物医学等领域。已有研究证明,壳聚糖对植物的生长、发育有调节作用,包括可以诱导植物产生广谱抗病性,抑制多种植物病原菌的生长,可以提高植物的抗冷性等[1~3]。还有研究表明,壳聚糖处理抽穗期玉米穗轴和花丝,能提高玉米种子贮藏蛋白和醇溶蛋白含量,可以作为一种新型蛋白质生物调节剂。由于几丁质及其寡糖都属天然产物,将其应用于农业中不会产生任何毒副作用,可作为一种优良的生态农药如浸种剂、根施剂、叶面喷雾剂应用于农林植物病虫害的防治,还可以作为新型的植物生长调节剂、植物病害的诱抗剂及果蔬保鲜剂等,在植物保护方面具有广阔的应用前景。

壳聚糖对植物的生长发育具有一定的调节作用,在环境胁迫下壳聚糖是否具有调节植物耐受胁迫环境的能力成为研究的热点。已经有研究发现,壳寡糖信号分子被植物细胞识别后,还能参与诱导植物气孔关闭的信号转导。李艳等对干旱胁迫下油菜的光合参数进行了测定,表明壳寡糖有助于减轻气孔限制引起的净光合速率的降低。刘婷等通过低聚壳聚糖对小麦幼苗抗干旱胁迫的研究表明,低聚壳聚糖能够促进小麦的抗旱性。本研究以15%PEG6000溶液模拟干旱胁迫环境,探讨干旱胁迫环境下壳聚糖对玉米种子发芽率及发芽势的影响,研究干旱胁迫下壳聚糖对玉米幼苗根系活力的影响。

1材料和方法

1.1实验材料

实验种子为自选玉米自交系,由本院育种教研室杨万立副教授提供;壳聚糖购自上海生物工程公司。

1.2壳聚糖种子发芽势、发芽率的测定

称取0.3g壳聚糖,用量筒量取0.17mol/L的冰乙酸溶液100mL,配制成3000mg/L的壳聚糖母液,再用蒸馏水稀释成所需浓度的壳聚糖溶液。实验分别采用50、100、150、200mg/L的壳聚糖(CS)溶液对种子进行处理,以蒸馏水作对照(CK)。将种子整齐均匀地摆放在铺有双层滤纸的15cm口径的培养皿中,每个培养皿中加入壳聚糖溶液(或蒸馏水)50mL,并用封口膜封好,将其置于光照培养箱中暗培养,恒温25℃发芽,每处理重复4次,每重复50粒种子。每天记录发芽数,第3天后撤掉封口膜和培养皿盖子,将培养皿及发芽的种子一起称重,每隔12h再次称重并补充水分至重量与上次持平;第4天统计发芽势,第7天统计发芽率。采用DPS2000软件进行方差分析(Duncan新复极差法进行多重比较),确定最佳的壳聚糖浓度,并以此最佳浓度进行下一步耐旱性试验。

1.3种子发芽方法

共设置4个处理,处理1为蒸馏水对照;处理2为150mg/L的壳聚糖溶液;处理3为150mg/L的壳聚糖及15%PEG6000溶液;处理4为15%PEG6000溶液,每处理重复4次。种子发芽方法、发芽率及方差分析同1.2所述,第7天从每个处理中随机取12株(每个重复取3株混样)幼苗测定玉米幼苗的根系活力。根系活力的测定方法采用TTC法。

2结果与分析

2.1壳聚糖种子发芽率的变化

用不同浓度的壳聚糖处理种子后,种子发芽势都有不同程度的提高,且呈现一定的浓度效应,在较低浓度时,发芽势随着浓度的增加而增加(图1),第7天统计发芽率也表现相同的趋势(图2)。0、50、100、150、200mg/L的壳聚糖溶液的发芽率分别为84.5%、90%、90%、96.5%、96%,壳聚糖浓度小于150mg/L时,发芽率随着浓度的增加而增加;壳聚糖浓度为150mg/L时,处理效果最佳,种子发芽率高,出苗整齐度较好。这说明壳聚糖可以极显著地提高玉米种子的发芽势及发芽率,且呈现出较为明显的浓度效应。

2.2干旱胁迫对种子发芽率的影响

PEG6000可以模拟干旱胁迫条件,在本实验中同时添加壳聚糖以探讨壳聚糖在干旱环境中促进发芽的能力,处理1、处理2、处理3和处理4不同处理条件下玉米种子发芽率分别为83.5%、97%、70.5%和48%(图3)。经方差分析表明,与处理1相比,处理4干旱胁迫下,种子的发芽率极显著下降,仅为48%;但在处理3条件下,种子的发芽率比单独的PEG6000干旱胁迫下有极显著的升高,达到70.5%。由此可以认为,壳聚糖具有在干旱胁迫条件下提高种子发芽率的能力。

2.3不同处理对玉米幼苗根系活力的影响

植物的根系既是吸收水分和养分的主要器官,也是许多物质同化、转化、合成的器官,根系活力的强弱是植物生长和发育状况的重要指标之一。处理1、处理2、处理3和处理4的玉米幼苗根系活力分别为1.1425、1.31、0.855、0.6925mg/(g·h)。经方差分析表明,与处理1相比,在处理2条件下,玉米幼苗的