干旱胁迫下壳聚糖对苹果幼苗抗旱性生理指标的影响

　南京林业大学学报(自然科学版)

　JournalofNanjingForestryUniversity(NaturalSciencesEdition)

Vol.32,No.6

Nov.,2008

干旱胁迫下壳聚糖对苹果幼苗抗旱性生理指标的影响

杨　峰

1,2

,胡景江

23

,李建龙

13

,武卫敬

3

(1.南京大学生命科学院,江苏　南京　210093;2.西北农林科技大学生命科学院,陕西　扬凌　712100;

3.山西盂县农业局经管站,山西　盂县　045100)

摘要:以“红富士”苹果幼苗为材料,采用盆栽控水的方法研究了干旱胁迫条件下低分子质量的壳聚糖(Chitosan,

CTS)对提高苹果幼苗抗旱性的效应。结果表明,在一定浓度范围内(20、50、100、150、200mg/L)苹果幼苗的抗旱

性效果随壳聚糖浓度的增加而增强。壳聚糖浓度为100mg/L时苹果苗抗旱性达到最佳,与干旱对照(CK2)相比,质膜透性和MDA分别下降29189%和75156%(p<0105),SOD、CAT活性和可溶性糖含量分别提高

79131%、63188%和73185%(p<0105),壳聚糖浓度再增大其作用效果不再提高。由此可知,在干旱胁迫条件

下适宜浓度的壳聚糖可提高苹果幼苗的抗旱性机制可能是能够清除活性氧、保护质膜稳定性、维持或提高SOD和CAT保护酶活性、促进有机渗透调节物质的增加。关键词:苹果幼苗;壳聚糖;水分胁迫;生理指标

中图分类号:S718;S661.1　　　文献标识码:A　　　文章编号:1000-2006(2008)06-0061-04

Effectsofchitosanonsomephysiologicalindicesofapple

seedlingsunderdroughtstress

YANGFeng,HUJing2jiang

1,2

23

,LIJian2long

13

,WUWei2jing

3

(1.SchoolofLifeScienceNanjingUniversity,Nanjing210093,China;2.CollegeofLifeScienceNorthwestA&F

University,Yangling712100,China;3.AgriculturalBureauofYuxianCounty,Yuxian045100,China)

Abstract:Effectsoflowmolecularweightchitosan(CTS)ondroughtresistanceoftheRedFujiappleseedlingsunderwaterstresswerestudiedusingpot2cultureexperiments.TheresultsshowedthatthetreatmentwithCTS(20,50,100,150,200mg/L)couldimprovemembranestability,maintainorenhancetheactivitiesofSODandCAT,andincreasethecontentofsolublesugarundermoderatewaterstress.TheeffectsofCTSondroughtresistanceofappleseedlingsmayberelatedtoconcentration.TheeffectwouldbeimprovedwhentheCTSconcentrationincreasedwithinacertainrange.Thebestconcentrationwas100mg/L,comparedwithCK2.ThepermeabilityofmembraneandMDAcontentdecreasedby29189%and75156%(p<0105).TheactivitiesofSODandCATandcontentofsolublesugarincreasedby79131%,63188%and73185%(p<0105).IfCTSconcentrationcontinuedtoincrease,theeffectofCTSondroughtresistancewouldnotenhance.Therefore,themechanismoflowmolecularweightCTSofappropriateconcentrationthatenhanceddroughtresistancemayscavengeactiveoxygenspecies,protectmembranestability,maintainorincreasetheactivitiesofSODandCAT,increaseaccumulationoforganicsubstance.ThusthismechanismmightbethetheoreticalbasisforapplicationandresearchofCTSinadverseresistance.

Keywords:Appleseedling;Chitosan(CTS);Waterstress;Physiologicalindex

　　目前,水资源短缺是全球性环境问题之一,干旱对农作物造成的损失在所有的非生物胁迫中占首[1]

位。苹果是我国农业生产的主要经济作物之一,大多栽培于丘陵、山地,立地条件较差,无灌溉或灌溉条件落后,水分利用效率也比较低,更易受到水分胁迫,对苹果的产量和品质有极大的影响,因而增强苹果树的抗旱性,提高苹果的产量和品质势在必行。要解决苹果树的水分胁迫问题,选用外源调节物质是提高其

　　收稿日期:2007-01-26　　　　修回日期:2008-04-24　　基金项目:国家自然科学基金资助项目(30230230);国家高技术研究发展计划(2007AA10Z231)　　作者简介:杨　峰(1981—),男,博士生。3通讯作者:胡景江,男,教授,主要研究方向为植物水分与抗早生理,jingjianghu@yahoo.

com.cn;李建龙,男,教授,主要研究方向为植物生理生态与3S应用,jlli2008@nju.edu.cn。

　　引文格式:杨　峰,胡景江,李建龙,等.干旱胁迫下壳聚糖对苹果幼苗抗旱性生理指标的影响[J].南京林业大学学报:自然科学版,

2008,32(6):61264.

62南京林业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　第32卷　

抗旱性的重要途径之一。

壳聚糖(Chitosan,CTS)又称几丁聚糖,经过脱乙酰化处理其溶解性能大大改观,特别是分子质量低于

[2]

10000的低聚水溶性壳聚糖,由于其独特的生理活性和物化性质,使得壳聚糖的应用范围扩大。20世纪80年代以来,壳聚糖的研究和应用日益广泛和深入,在污水处理、医药、食品和工业等方面的应用

[324]

取得了一定的成果。已有研究证实壳聚糖对植物的生长、发育有调节作用,可以诱导植物产生广谱抗

[526][728]

病性、抑制多种植物病原菌的生长,能够提高植物的抗冷性和抗盐性。但关于壳聚糖在提高苹果幼苗抗旱性上的效应尚未见报道。笔者通过测定苹果叶片质膜透性、保护酶活性及渗透调节物质等来探讨水分胁迫条件下壳聚糖对苹果幼苗叶片膜脂过氧化、抗氧化酶和有机渗透调节物质可溶性糖的影响以及提高抗旱性的可能性,以期为提高干旱、半干旱地区农业生产的经济效益提供理论及实践依据。

1　材料与方法

111　供试材料

)幼苗,砧木为新疆野苹果。处理用壳聚糖　　试验材料为1年生“红富士”苹果(Maluspumila‘RedFuji’为上海源聚生物科技有限公司产品。112　壳聚糖的降解及回收壳聚糖按1∶20(W/V)比例分散在介质(2%的HAc)中,于75℃水浴中搅拌,按R=210(H2O2与糖单

元摩尔比)滴加H2O2,反应4h后,调节pH为715,过滤,所得滤液即为可溶性壳聚糖溶液。采用醇沉淀法对可溶性壳聚糖进行回收。可溶性壳聚糖溶液中加入2倍体积的无水乙醇使可溶性壳聚糖沉淀,静置,待完全沉淀后弃去上清液,取沉淀在40℃以下干燥2h,然后在真空干燥器中干燥,即获得平均分子质

4[11]

量为015×10的低分子质量可溶性壳聚糖样品。113　苹果幼苗的处理

试验在西北农林科技大学玻璃温室中进行,幼苗放置在温室中央,光照均匀。采用盆栽控水法进行不同程度干旱处理,盆高30cm,盆径28cm,土壤由耕地表土、沙子、底肥(牛粪)组成,比例为7∶2∶1(质量比),盆土重1515kg,田间持水量2615%。盆土入盆时进行杀毒,每盆2株幼苗于2006年3月植入盆中,正常灌水,生长8周后,选取生长正常、一致的幼苗,进行胁迫处理,定时向盆中补充水分。试验设3个处理:(1)正常水分,即控制土壤含水量为田间持水量的75%,作为正常对照(CK1);(2)水分胁迫处理,即控制土壤含水量为田间持水量的50%,作为干旱对照(CK2);(3)壳聚糖处理,在水分胁迫处理条件下喷施壳聚糖(壳聚糖浓度设为20、50、100、150、200mg/L)。以上处理均设5个重复。

待土壤含水量达到田间持水量的50%时,给进行壳聚糖处理的苗木均匀喷施不同浓度壳聚糖于叶面至欲滴为度,每隔1d喷1次,共喷3次,CK1、CK2喷施清水。最后一次喷施后1周取样测定相关指标。114　各指标测定方法

[12]

苹果叶片质膜相对透性采用电导法测定;超氧物歧化酶(SOD)用氯化硝基四氮唑蓝(NBT)光化还

[12]

原法测定,以每克鲜叶抑制NBT光化学还原50%为一个酶活性单位(U/g);过氧化氢酶(CAT)活性测

[12]

定用紫外分光光度法,以每克鲜样每分钟使OD240降低011为一个酶活性单位(U);丙二醛(MDA)含量

[9210]

按高俊凤方法测定;可溶性糖含量用蒽酮比色法测定。

数据处理采用Excel软件进行试验原始数据的整理及示图制作,利用SAS软件进行方差分析和Duncan多重比较。

[12][13]

2　结果与分析

211　壳聚糖对水分胁迫条件下苹果幼苗叶片膜透性的影响

　　正常条件下,生物膜呈流动液晶相,当植物处于逆境时膜脂不饱和脂肪酸发生一系列自由基反应,引起膜流动性下降以致膜相分离和质膜透性加大。由图1A可知,CK2处理使膜透性增大,相对电导率明显提高,与CK1相比增加了52194%(p<0105)。喷施CTS后,可使膜透性降低,其中CTS浓度在100mg/L时达到极显著水平(p<0101),接近正常水分条件下的水平,与宋士清等得到的CTS处理下黄瓜幼苗抗盐

[7]

性的效果相似。膜质过氧化导致磷脂性质改变或膜蛋白受损而引起膜透性增加,而CTS能够和金属离

　第6期　　　　　　　　　　　　杨　峰,等:干旱胁迫下壳聚糖对苹果幼苗抗旱性生理指标的影响

[14]

63

子螯合或者与膜脂结合来降低膜质过氧化作用。由此可知,CTS结构特性使得它能够与生物膜上的组分相互作用,保持苹果幼苗叶片细胞质膜结构和功能的稳定,且在浓度为100mg/L时达到最佳。

图1　水分胁迫下壳聚糖对苹果幼苗质膜透性、MDA和保护酶活性的影响

　　Fig.1　EffectsofCTSonthemembranepermeability,MDAcontentandactivitiesofSODandCATof

appleseedlingsunderwaterstress

212　壳聚糖对水分胁迫条件下苹果幼苗叶片中MDA含量的影响

膜脂过氧化作用不仅可使膜相分离,破坏膜的正常功能,而且过氧化产物MDA对植物细胞有直接毒

害作用,可使酶分子间发生交联、聚合,导致酶失活。图1B表明,干旱处理使MDA含量增加,其变化幅度(CK2与CK1相比)增加了81140%(p<0105)。喷施CTS后,可使膜脂过氧化产物MDA含量降低,其中CTS浓度为100mg/L时,MDA含量比干旱对照CK2降低了76156%(p<0105),基本恢复到接近正常条件下的水平,与保护酶活性的变化表现出了极好的相关性,同时与Xu等发现CTS能够降低植物体中MDA含量的结论相一致。说明CTS能够降低MDA含量,保护膜的结构和功能稳定,与其能够清除活性氧,

[16]

特别是超氧阴离子密切相关。213　壳聚糖对水分胁迫条件下苹果幼苗叶片保护酶活性的影响

水分胁迫条件下苹果幼苗的SOD和CAT两种保护酶活性明显降低(图1C,D),与CK1相比,CK2条件下这两种酶的活性分别下降了44132%和36198%(p<0105)。经CTS处理,可使苹果幼苗叶片中SOD和CAT活性恢复,且随CTS浓度增加而升高,浓度为100mg/L时两种酶活性接近或超过正常条件下的水平,分别比CK2增高了79131%和63188%(p<0105),达到显著水平,两种酶表现出极好的一致性,其结果与文献[15]的一致。CTS能够改善保护酶活性,提高活性氧清除能力,这可能是由于CTS为阳离子聚合

[16]

体,含有大量活性羟基和氨基,能够与活性氧作用,特别是超氧阴离子,减缓膜脂过氧化。因此,外源施加低分子质量CTS能够维持或提高保护酶活性,清除苹果幼苗叶片中的活性氧,降低膜脂过氧化程度,其中浓度为100mg/L时达到最佳效果。214　壳聚糖对水分胁迫条件下苹果幼苗叶片中可溶性糖含量的影响

水分胁迫条件下喷施CTS对苹果幼苗可溶性糖含量的影响见图2。在水分胁迫条件下苹果幼苗可溶性糖含量增高,这表明该苹果树种具有一定渗透调节能力。喷施CTS后可溶性糖含量进一步升高,并与CTS的浓度相关,浓度为100mg/L时,达到相对恒定状态。此时与CK2相比,可溶性糖含量增加了

[15]

64南京林业大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　第32卷　

73185%(p<0105)。从结构特性可知,CTS具有成膜

性,能够阻止水分大量散失,减少太阳对植物叶片的

直接辐射,同时对光合作用影响小,有利于有机物质的积累,与Lee等证实CTS能够调节气孔开度和Cuero报道利用CTS处理种子能提高番茄植株叶绿素含量结果

[18219]

相吻合。说明在水分胁迫条件下CTS能够促进糖类物质的积累,同时低分子质量的可溶性CTS能够渗透到叶片组织,降低组织的水势,增强植物的吸水和保水能力,提高抗旱性。

[17]

3　结　论

(1)水分胁迫条件下,苹果幼苗叶片膜脂过氧化程度加重,保护酶活性降低,与正常水分条件下相比差异显著(p<0105)。经CTS处理后,CTS能够维持或提

图2　水分胁迫下壳聚糖对苹果幼苗可溶性糖含量的影响

Fig.2　EffectofCTSoncontentofsolublesugarof

高保护酶活性,防止膜脂过氧化。appleseedlingsunderwaterstress

(2)水分胁迫条件下,经过CTS处理的苹果幼苗可溶性糖含量进一步增加,提高了幼苗的渗透调节能力。

(3)CTS提高苹果幼苗抗旱性的效果与其浓度密切相关。在一定浓度范围内CTS提高苹果幼苗的抗氧化性效果显著(p<0105),但浓度过高效果不再明显,在该研究中浓度为100mg/L时效果最佳。

[参

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(责任编辑　郑琰燚)