壳聚糖浸种对高山杜鹃种子萌发及生长的影响研究_李小玲.pdf

江西农业学报 2023，35（01）：6469ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.01.010壳聚糖浸种对高山杜鹃种子萌发及生长的影响研究李小玲，杨紫逸，华智锐（商洛学院 生物医药与食品工程学院，陕西 商洛 726000）摘 要:以秦岭高山杜鹃为研究对象，以不同浓度CTS（0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%）作为引发剂对高山杜鹃浸种处理后种子萌发指标、幼苗生化指标的影响进行了分析，为CTS应用到杜鹃种子的萌发、克服高山杜鹃种子萌发率低、种间差异大以及引种驯化等问题提供了解决途径，并为其扩大培育提供理论参考。结果表明：在0.15%CTS浸种条件下，高山杜鹃的发芽势、发芽率、发芽指数均达到峰值，处理效果最佳，与CK相比分别提高了25个百分点、30个百分点和46%；高山杜鹃幼苗的保护酶SOD、POD、CAT活性与CK相比分别提高了89%、164%、64%；叶绿素含量提高了64%；可溶性蛋白含量提高了92%，且经单因素方差分析显示，以上各生化指标受外源CTS处理的影响显著。综上所述，0.15%CTS溶液作为引发剂能够显著提高种子的代谢水平，加速细胞内物质的转化，提高种子的萌发率；高山杜鹃幼苗喷洒0.15%CTS溶液后，其抗氧化物酶活性、叶绿素含量均呈现明显的上升趋势，植物的抗逆性也得到提高，缓解了因膜脂过氧化程度过高对植物机体造成的氧化损伤，促进了光合产物的积累。关键词:壳聚糖；高山杜鹃；种子萌发；幼苗生长；生化指标 中图分类号：S322 文献标志码：A 文章编号：1001-8581（2023）01-0064-06 Effect of Chitosan on Seed Germination and Growth of Rhododendron lapponicum LIXiao-ling,YANGZi-yi,HUAZhi-rui（CollegeofBiologyPharmacyandFoodEngineering,ShangluoUniversity,Shangluo726000,China）Abstract:InordertoovercometheproblemsoflowseedgerminationrateofRhododendron lapponicum,largeinter-specificdifferences,andintroductionanddomestication,andprovidetheoreticalreferenceforitsexpansioncultivation,theeffectsofdifferentconcentrationsofchitosanCTS(0.05%,0.10%,0.15%,0.20%,0.25%and0.30%)asinitiatorsoakingonseedgerminationindexandseedlingbiochemicalindexofRhododendron lapponicumfromQinlingwerestudied,Theresultsshowedthatundertheconditionof0.15%CTSsoaking,thegerminationpotential,germinationrateandgerminationindexofRhododendron lapponicumreachedthepeakvalue,andthetreatmenteffectwasthebest,whichincreasedby25percentagepoints,30percentagepointsand46%,respectively,comparedwithCK.Comparedwiththecontrol,theactivitiesofprotectiveenzymesSOD,PODandCATinRhododendron lapponicumseedlingsincreasedby89%,164%and64%,respectively.Chlorophyllcontentincreasedby64%,andSolubleproteincontentincreasedby92%.One-wayanalysisofvarianceshowedthattheabovephysiologicalindexesweresignificantlyaffectedbyexogenouschitosantreatment.Inconclusion,0.15%CTSsolutionasinitiatorcouldsignificantlyimprovethemetabolismlevelofseeds,acceleratethetransformationofintracellularsubstances,andimprovethegerminationrateofseeds.Afterspraying0.15%CTSsolutiononRhododendron lapponicumseedlings,theirantioxidantenzymeactivityandchlorophyllcontentshowedanobviousincreasingtrend.Atthistime,thestressresistanceofplantswasenhancedtoalleviatetheoxidativedamagecausedbyexcessivemembranelipidperoxidationdegreeontheplantbodyandincreasetheaccumulationofphotosynthates.Key words:Chitosan;Rhododendron lapponicum;Seedgermination;Seedlinggrowth;Biochemicalindex0 引言高山杜鹃 Rhododendron lapponicum(L.)Wahl.为杜鹃花科杜鹃花属灌木或乔木，与报春、龙胆并称为世界三大高山花卉1。我国作为世界杜鹃花收稿日期：2022-02-07基金项目：陕西省科技厅农业攻关项目（2022NY-150）；中央引导地方科技发展专项（2019ZY-FP-02）；商洛学院根植地方行动计划项目（gz16015）。作者简介：李小玲（1980），女，副教授，硕士，主要从事园林植物生理生态研究。1 期李小玲等：壳聚糖浸种对高山杜鹃种子萌发及生长的影响研究65的发源地以及分布多样性的中心，野生种质资源丰富，野生品种占世界总量的57%，且多分布于西南高海拔地区，具有极高的园艺价值及经济价值。高山杜鹃品种多、花繁色艳，枝叶可入药，尤其对心肺功能具有药理活性，果实也可食用4，是景观植物和生态公园的畅销木本花卉之一，市场需求增长的同时也对高山杜鹃的规范化、园艺化及高质量栽培提出了更高的期望。秦岭野生高山杜鹃耐热性差，喜冷凉3环境，多长于杂林、山地阴坡、林缘草坡上。该品种位于商洛镇安茨沟杜鹃花景区，有28个野生杜鹃花资源，占中国杜鹃花种类的5.1%，素有“杜鹃故里”的美誉4。基于野生苗采挖、扦插嫁接等引种方式，不但对稀缺野生资源品种和生态环境造成了严重破坏，在实际生产中，由于野生苗移栽后适应性差，并且其成活率受到母株条件、气候季节等多种外部因子的制约，成活率普遍不高，故仍需以种子育苗为主3。基于高山杜鹃遗传基因丰富、数量及繁殖系数大的特点，引种相对便捷，故而采取播种育苗的方法，其可作为杜鹃花引种驯化及开发利用的有效手段之一。但在生产实践中发现，由于高山杜鹃种子细小、通常呈现粉末状，自然条件下萌发率比较低，且种类间差异性较大，故成苗率普遍较低，因此，探索提高高山杜鹃种子的萌发率对于播种育苗具有重大意义。壳聚糖(Chitosan，CTS)是甲壳素N-脱乙酰基的产物，其理化性质稳定，具有亲水性、缓释性和生物相容性等特性。基于壳聚糖广泛的生理效应，主要用作种子包衣剂、植物生长调节剂6-7，且已应用于小麦、水稻、玉米、黄芩、长白落叶松等8-21 农作物、药用植物及木本植物上。研究表明，CTS作为种子引发剂，其作用机制是在种子的外表皮具有毛细管通道的生物膜的形成，协同种子吸胀、吸水的过程，活性成分可通过透气膜运输到种子内部中，显著提高了-淀粉酶、赤霉素的活性和含量，提高了种子的萌发率及根系活力7。在幼苗生长发育过程中施外源CTS于植物细胞，可引发基因活化，激活植物体内的自卫系统，从而诱导植物产生抗性酶和光谱抗菌活性，对病原菌感染的防护机制有诱导作用，形成的真菌抗体22对缓解幼苗干旱23、低温24、盐25-26、重金属27等逆境胁迫下造成的机体损伤以及在抵抗植物病害方面效果显著，同时还可以改善幼苗光合性能，促进碳同化能力、干物质积累的提高和增多，为实现作物快繁、增产提供了理论及现实依据。综上所述，外源壳聚糖已广泛应用于作物及药用植物上，且效果显著，而在观赏花卉上应用较少。本研究以秦岭高山杜鹃为研究对象，通过探讨外源CTS对杜鹃种子萌发指标及幼苗生理特性的影响，旨在得出高山杜鹃种子萌发及幼苗生长的最适外源壳聚糖浓度，为CTS作为引发剂应用到杜鹃种子萌发、克服高山杜鹃种子萌发率低、种间差异大以及引种驯化等问题提供解决途径，并为其扩大培育提供理论参考。1 材料与方法1.1 试验材料供试种子采自商洛市镇安木王国家森林公园茨沟景区，CTS采购于上海蓝季生物有限公司，脱乙酰化90%，分析纯级。1.1.1 材料预处理 本试验于2021年46月在商洛学院丹江校区实验开放平台实验室完成。选取成熟、籽粒饱满的高山杜鹃种子，用0.4%酸性高锰酸钾溶液浸泡消毒5min后，用蒸馏水反复清洗35次，经自然晾干后备用，每组50粒，共分为7组。壳聚糖粉末以2%冰乙酸溶解，于50水浴锅中加热搅拌溶解，pH值介于5.06.5之间3。以蒸馏水配置成不同浓度梯度的CTS溶液。本试验以蒸馏水为对照(CK)，设置6个处理：T1：0.05%CTS；T2：0.10%CTS；T3：0.15%CTS；T4：0.20%CTS；T5：0.25%CTS；T6：0.30%CTS。1.1.2 种子萌发试验 设置3次重复，不同体积分数壳聚糖溶液浸种处理24h后，采用纸床发芽法将供试高山杜鹃种子均匀放置于烘干、洗净的培养皿中，下铺双层滤纸，再放至于25生化恒温培养箱中培养观察。培养期间及时向处理组和对照组分别补给不同体积分数的壳聚糖溶液和蒸馏水，滤纸保持湿润状态为宜。每天定时记录发芽情况，第5、15天测定发芽势、发芽率和发芽指数，完成发芽试验。1.1.3 幼苗处理试验 购买株高为20cm左右的高山杜鹃幼苗，选取长势良好的植株移栽至泥炭上面覆盖了一层水苔3 的基质中，置于实验室光照强度较弱、通风阴凉处，分别喷洒蒸馏水和不同体积分数的壳聚糖溶液于对照、处理的植物叶面和叶背部分，连续喷洒7d后，去除叶脉，研磨、离心后提取酶液，测定过氧化物酶活性、超氧化物酶江 西 农 业 学 报35 卷66活性、过氧化氢酶活性、可溶性蛋白含量及叶绿素含量等生化指标。1.2 测定项目与方法1.2.1 萌发指标的测定 种子萌发指标统计参照国际种子检验规程，从种子置床之日观察、记录发芽情况。第15天结束发芽统计，对发芽率、发芽势、种子活力等相关指标进行计算。1.2.2 叶片生化指标的测定 选取长势良好的高山杜鹃幼苗，去除叶脉后精确称取0.5g,剪碎、研磨、离心，提取酶液，进行叶片生化指标的测定。SOD活性、POD活性、CAT活性、叶绿素含量、可溶性蛋白含量的测定方法分别参照氮蓝四唑(Nitro-bluetetrazolium,NBT)光还原法、愈创木酚显色法、紫外吸收法、考马斯亮蓝G-250法、酮碳酸钙法进行，具体参考李合生28的测定方法。1.2.3 数据分析 试验中每组指标的测量重复3次，测得的数据取平均值。应用Excel2010软件进