乳酸菌多糖對水稻種子萌發(fā)及幼苗生長的影響

黃詩宸，王 清，張文平，程 新

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 生物科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330045)

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的日益發(fā)展以及人們對作物產(chǎn)量需求的不斷提高，化肥、農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)的施入量逐年增加，對土壤結(jié)構(gòu)和環(huán)境造成了嚴(yán)重的負(fù)面影響[1]。如何將天然環(huán)境友好型物質(zhì)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，從而達(dá)到提高作物產(chǎn)量、增加生產(chǎn)效率的目的，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究內(nèi)容。

胞外多糖是許多微生物在生長過程中均可以大量合成的代謝產(chǎn)物，在工業(yè)、醫(yī)療、保健等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[2-3]。近年來的研究表明，多糖在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景，不同來源的多糖對作物種子的萌發(fā)及生長均具有較好的促進(jìn)作用，但其作用效果有較大差異[4-5]。

乳酸菌是一類安全的微生物，其菌體及代謝產(chǎn)物在各個(gè)領(lǐng)域均有較為廣泛的應(yīng)用前景[6]。在前期工作的基礎(chǔ)上，本研究采用乳酸菌多糖為對象，研究了其對水稻種子萌發(fā)及幼苗生長的影響，以期為利用天然活性物質(zhì)提高水稻生長特性提供參考。

1　材料與方法

1.1　材料

1.1.1實(shí)驗(yàn)材料菌株：植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)，江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院保藏。水稻品種：準(zhǔn)兩優(yōu)608，用5%的NaClO消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗6次，備用。

1.1.2培養(yǎng)基 改良MRS培養(yǎng)基：用蔗糖替代MRS培養(yǎng)基[7]中的葡萄糖，其他成分與MRS培養(yǎng)基一致。

1.2　實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1發(fā)酵及提取粗多糖將活化的植物乳桿菌接種于改良MRS液體培養(yǎng)基中，37 ℃發(fā)酵24 h，參照Rimada的方法[8]進(jìn)行粗多糖的提取。

1.2.2種子處理準(zhǔn)確稱取一定量的乳酸菌多糖， 用蒸餾水配制濃度為1.0、10.0、100.0、1000.0 mg/L的多糖溶液。選取飽滿的水稻種子分別于上述溶液中浸泡24 h，以蒸餾水作為對照。培養(yǎng)期間每天記錄水稻種子萌發(fā)的數(shù)量，第3天統(tǒng)計(jì)種子的發(fā)芽勢，第8天統(tǒng)計(jì)水稻種子的發(fā)芽率并測定水稻幼苗的根長、芽長等指標(biāo)。發(fā)芽率計(jì)算公式如下：

發(fā)芽勢(%)=3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

發(fā)芽率(%)=8 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%

1.2.3水稻生長測定采用盆栽方式進(jìn)行。在土壤中添加適當(dāng)濃度的微生物多糖，混合均勻后置于盆缽中；播種水稻后在室溫下進(jìn)行光照培養(yǎng)，定期測定苗高及根長等生理指標(biāo)，各處理重復(fù)6次。淀粉酶活性測定參考文獻(xiàn)[9]進(jìn)行；葉綠素含量的測定采用乙醇丙酮混合液法[10]。

1.3　數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用0rigin 8.1和DPS 7.5統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行處理。對不同處理間的數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析和LSD法多重比較，表中數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示，圖表中不同小寫英文字母表示處理在P=0.05水平上差異顯著。

2　結(jié)果與分析

2.1 乳酸菌多糖對水稻種子萌發(fā)的影響

從圖1可以看出，乳酸菌多糖浸種對水稻種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢和萌發(fā)后的芽長沒有顯著性影響(P>0.05)，但對萌發(fā)后的根長有顯著性影響(P<0.05)，特別是當(dāng)多糖濃度為1～10 mg/L時(shí)，對根長的促進(jìn)效果最為明顯。

圖1　不同濃度乳酸菌多糖對水稻種子萌發(fā)的影響

從圖2可以看出，采用乳酸菌多糖浸種對水稻種子中可溶性糖含量沒有顯著性影響(P>0.05)，但適當(dāng)濃度的多糖浸種能顯著提高可溶性蛋白的含量(P<0.05)，同時(shí)種子中淀粉酶活性也顯著上升(P<0.05)。

圖2　不同濃度乳酸菌多糖對水稻種子生理指標(biāo)的影響

2.2　乳酸菌多糖對水稻秧苗生長特征的影響

在土壤中添加不同濃度的乳酸菌多糖后，對水稻秧苗的多個(gè)生長特性指標(biāo)均產(chǎn)生了較大的影響。秧苗生長25 d后，除根長指標(biāo)各處理之間差異不顯著以外(P=0.502)，胞外多糖的添加對秧苗根數(shù)(P=0.076)和葉長(P=0.051)在0.1的水平上有顯著影響，而對葉寬(P<0.01)、株高(P<0.01)、葉鞘(P=0.033)、假莖寬(P<0.01)等指標(biāo)在0.05的水平上有顯著或極顯著的影響。而當(dāng)培養(yǎng)至35 d時(shí)，除葉寬(P=0.105)和根長(P=0.053)兩個(gè)指標(biāo)在0.05的水平上差異不顯著外，其余指標(biāo)均在0.05的水平上有顯著或極顯著的差異。

從表1可以看出，在土壤中添加乳酸菌多糖后，與對照組相比，水稻秧苗的大部分生長特征指標(biāo)均有一定的提高，但各指標(biāo)的最佳多糖濃度并不完全相同?？傮w來看，高濃度(100～1000 mg/L)的乳酸菌多糖對水稻秧苗生長有較好的促進(jìn)作用。

表1　不同濃度乳酸菌胞外多糖對水稻秧苗生長特征的影響

2.3　乳酸菌多糖對水稻秧苗光合色素的影響

水稻秧苗光合色素的含量受胞外多糖的影響。在培養(yǎng)25 d后，葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量在各處理之間差異極顯著(P<0.01)，類胡蘿卜素含量差異顯著(P=0.022)。而當(dāng)培養(yǎng)到35 d后，4項(xiàng)指標(biāo)在各處理之間差異均為極顯著(P<0.01)。從表2的結(jié)果可以看出，中等濃度(10～100 mg/L)的乳酸菌多糖添加可以顯著增加秧苗中光合色素的含量。

表2　不同濃度乳酸菌胞外多糖對水稻秧苗光合色素的影響

3　討論

種子發(fā)芽是水稻生長的第一步，而提高發(fā)芽勢和發(fā)芽率是培育良好性狀植株的基礎(chǔ)，并直接關(guān)系到水稻的產(chǎn)量[11]。大量研究結(jié)果表明，采用不同類型的活性物質(zhì)，如稀土元素、植物生長調(diào)節(jié)劑等浸種均能提高水稻、小麥、辣椒等種子的發(fā)芽率和活力[12]，并且對植株的生長和抗逆性均可以起到良好的促進(jìn)作用[13-14]。近年來，如何采用廉價(jià)、高效的物質(zhì)，特別是環(huán)境友好型天然物質(zhì)提高作物生長特性已成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[15]。

多糖已被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，其中以殼聚糖的使用最為廣泛，大量研究結(jié)果表明，殼聚糖及其結(jié)構(gòu)類似物對水稻[16]、玉米[17]、小麥[18]等作物的萌發(fā)性能和生長特性均有較好的促進(jìn)作用。近年來，隨著研究的不斷深入，不同來源的多糖，如動物多糖、植物多糖等，均被證實(shí)具有促進(jìn)作物生長、提高作物抗逆性的良好功效，而微生物多糖由于具有生產(chǎn)成本低、可快速大量制備等特點(diǎn)，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。

本研究采用不同濃度的乳酸菌多糖處理水稻種子，結(jié)果表明多糖浸種不能顯著提高水稻的發(fā)芽率和發(fā)芽勢，這可能與水稻種子自身的萌發(fā)率已經(jīng)很高(>90%)有關(guān)；但用適當(dāng)濃度的多糖浸種能顯著提高水稻萌發(fā)的根長，同時(shí)對芽長也有一定的促進(jìn)作用。同時(shí)，在土壤中添加適當(dāng)濃度的微生物多糖后，能顯著提高水稻幼苗的生長特性，葉長、株高等指標(biāo)均顯著高于對照組。

光合色素能夠?qū)饽苓M(jìn)行吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化，其含量直接影響著植物的光合能力，其中葉綠素(Chl)和類胡蘿卜素(Car)與光合作用的關(guān)系較密切[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，微生物多糖浸種能顯著提高水稻幼苗的葉綠素及類胡蘿卜素含量，有利于光合作用的進(jìn)行和糖分積累，對提高植株的生長特性和抗逆性有一定的促進(jìn)作用。

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