威蘭膠對(duì)鹽脅迫下水稻生長(zhǎng)和抗逆性的影響

徐曉瀅　牛琛凱　彭冬梅　李莎

[摘要]農(nóng)作物生長(zhǎng)易受到環(huán)境脅迫影響。近年來(lái)，土壤鹽漬化已逐漸成為影響農(nóng)作物生長(zhǎng)、造成農(nóng)作物產(chǎn)量下降和質(zhì)量降低的主要環(huán)境脅迫因子之一。鞘氨醇單胞菌屬（Sphingomonas sp.）經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的多糖威蘭膠（Welan gum）因其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)而被應(yīng)用于食品、化妝品等眾多領(lǐng)域。本文旨在研究威蘭膠對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)和抗逆性的影響。本試驗(yàn)以水稻幼苗為研究對(duì)象，通過在鹽脅迫環(huán)境下加入威蘭膠，觀察并測(cè)定威蘭膠對(duì)水稻幼苗生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)的影響，以探討威蘭膠在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。結(jié)果表明，在0.1mol/L的鹽脅迫條件下，Welan+NaCl處理水稻的莖長(zhǎng)和根長(zhǎng)分別比NaCl處理水稻提高了4.25%和4.98%;葉綠素含量提高了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）、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性分別提高了9.74%、14.64%和6.21%。由此可知，威蘭膠能促進(jìn)作物生長(zhǎng)和提高作物抗逆性，具有農(nóng)業(yè)應(yīng)用潛力。

[關(guān)鍵詞]威蘭膠;水稻;鹽脅迫;抗逆性;農(nóng)業(yè)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202006

代謝過程中的微生物（細(xì)菌和真菌等）會(huì)產(chǎn)生對(duì)微生物具有保護(hù)作用的生物聚合物——微生物多糖[1]。微生物多糖安全無(wú)毒，其在生產(chǎn)中受外界環(huán)境影響較小，生產(chǎn)耗時(shí)短，不但質(zhì)量穩(wěn)定，而且產(chǎn)量高，所以微生物多糖可在人工條件的控制下大批量生產(chǎn)，市場(chǎng)前景比動(dòng)物和植物產(chǎn)生的多糖更為廣闊。目前有三種形式的微生物多糖[2]，其中由于細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞壁多糖提取成本較高，且提取工藝復(fù)雜困難，故對(duì)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞壁多糖的開發(fā)利用較少，而細(xì)胞外多糖因克服了這些困難，所以成為主要的工業(yè)生產(chǎn)對(duì)象。

威蘭膠是細(xì)胞外多糖[3]，結(jié)構(gòu)式見圖1。研究發(fā)現(xiàn)，威蘭膠分子在水溶液中作用力主要是其自身內(nèi)部的范德華力以及存在于主鏈和側(cè)鏈之間氫鍵[4]。因?yàn)橥m膠在常溫的低濃度水溶液中具有較高的粘度，所以在工業(yè)加工中常被用作添加劑（增稠劑）。在輕工業(yè)中，由于威蘭膠具有較好的保濕性而被廣泛應(yīng)用于化妝品制造。

近年來(lái)，農(nóng)藥和化肥的濫用導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境逐漸惡化，河流和土壤遭受到嚴(yán)重的污染[5]。傳統(tǒng)化肥對(duì)大自然的危害已受到世界各地的重視，各國(guó)紛紛出臺(tái)相應(yīng)政策來(lái)降低對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞。我國(guó)近年來(lái)非常重視生態(tài)文明建設(shè)，積極號(hào)召低碳綠色理念，因此無(wú)污染、綠色環(huán)保的新型肥料備受關(guān)注。

已有研究表明，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，微生物多糖不但可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，而且可以作為一種生物誘抗劑誘導(dǎo)植物產(chǎn)生某些抗逆性能，但目前利用威蘭膠促進(jìn)植物生長(zhǎng)和提高植物抗逆性的研究尚未見報(bào)道，威蘭膠對(duì)植物抗逆性的誘導(dǎo)和促生的機(jī)理也尚未明確。本研究通過鞘氨醇單胞菌產(chǎn)威蘭膠，并初步探究威蘭膠對(duì)鹽脅迫下水稻生長(zhǎng)和抗逆性的影響及作用機(jī)制，為進(jìn)一步開發(fā)新一代植物肥料提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用經(jīng)過保藏的鞘氨醇單胞菌NX-3，保存于中國(guó)菌種保藏中心，保藏號(hào)為CGMCC 2428。鞘氨醇單胞菌NX-3是一種革蘭氏陰性桿狀細(xì)菌，置于平板培養(yǎng)基并在34℃的恒溫箱培育72h后，表面出現(xiàn)光滑飽滿且粘稠突起的黃色不透明圓形菌落。

試驗(yàn)培養(yǎng)基、菌種培養(yǎng)及威蘭膠發(fā)酵按照周浩然[6]的方法進(jìn)行。威蘭膠的提取參照劉建國(guó)等[7]的方法進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 水稻生長(zhǎng)條件

將水稻種子置于水培盒上，加入自來(lái)水，正好浸濕種子，用保鮮膜封好，暗處催芽48～72h。待種子冒出白頭后，將種子轉(zhuǎn)移至新的水培盒中，每盆種子100粒，每盆加1L 1/2MS營(yíng)養(yǎng)液。轉(zhuǎn)移一周后，更換一次營(yíng)養(yǎng)液并按設(shè)計(jì)要求處理。威蘭膠添加量見表1。

1.2.2 水稻幼苗NaCl脅迫處理方法

待水稻幼苗適應(yīng)水培環(huán)境后，共設(shè)計(jì)了4組處理（每組共設(shè)3個(gè)平行），控制其他培養(yǎng)條件相同，每組僅具有不同的NaCl及威蘭膠添加量。見表2。依據(jù)表2的設(shè)計(jì)要求，每隔2d更換一次培養(yǎng)液（1L）。一周后，選取形態(tài)正常且均勻的幼苗拍照記錄并測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 植株生長(zhǎng)量

采用常規(guī)方法測(cè)定莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)。

1.3.2 部分生理生化參數(shù)的測(cè)定

采用分光光度法測(cè)定葉綠素含量，具體如下：首先稱取0.1g葉組織，在黑暗的室溫條件下，將剪碎后的葉組織置于4mL離心管中。緩沖液按照蒸餾水∶無(wú)水乙醇∶丙酮=1∶4∶5配置60mL。每管中分別加入2mL緩沖液，放入4℃的冰箱中抽提12h以上（如果葉片沒有完全褪色變?yōu)榘咨瑒t延長(zhǎng)時(shí)間直到完全褪色）。抽提結(jié)束后，將其過濾，離心5min后用移液槍吸取上清液，使用分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素含量。

脯氨酸含量的測(cè)定參照Bates L S等[8]的方法，丙二醛（MDA）含量的測(cè)定參照雷鵬[9]的方法。采用南京建成生物工程研究所提供的黃嘌呤氧化酶法試劑盒測(cè)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試劑盒和紫外分光光度法試劑盒分別測(cè)定過氧化物酶（POD）活性和過氧化氫酶（CAT）活性。

2 結(jié)果與分析

2.1 威蘭膠對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和葉綠素含量的影響

無(wú)鹽脅迫條件下，使用Welan處理水稻幼苗，可以促進(jìn)水稻根、莖的生長(zhǎng)。在鹽脅迫條件下，水稻幼苗的根、莖生長(zhǎng)受到抑制;使用Welan+NaCl處理水稻幼苗，威蘭膠的添加可以減少鹽脅迫帶來(lái)的負(fù)面影響，促進(jìn)水稻幼苗根、莖的生長(zhǎng)。威蘭膠對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗生長(zhǎng)的影響見圖2。

葉綠素含量方面，Welan處理較對(duì)照組提高了19.29%，Welan+NaCl處理較NaCl處理提高了23.63%，見表3。這表明威蘭膠可以提高水稻的光合作用，為水稻產(chǎn)量的提高奠定了理論基礎(chǔ)。

2.2 威蘭膠對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗脯氨酸含量的影響

無(wú)脅迫條件下，Welan處理水稻幼苗脯氨酸的含量為1.43μg·mL-1，比對(duì)照組高62.5%;鹽脅迫條件下，NaCl+Welan處理水稻幼苗脯氨酸的含量為4.47μg·mL-1，亦高于NaCl處理的脯氨酸含量4.19μg·mL-1，見圖3。表明威蘭膠能促進(jìn)水稻積累更多的脯氨酸，維持細(xì)胞穩(wěn)定，降低受損程度。

2.3 威蘭膠對(duì)鹽脅迫下水稻幼苗膜脂過氧化的影響

在無(wú)脅迫條件下，水稻幼苗MDA含量處于較低水平，但在鹽脅迫處理后，MDA含量上升明顯，植物細(xì)胞受到較大損傷，見圖4。NaCl+Welan處理水稻幼苗MDA含量為0.76μg·g-1，NaCl處理為1.02μg·g-1，NaCl+Welan處理較NaCl處理MDA含量降低了25.49%。

SOD活性方面，NaCl+Welan處理最高，為1.69×103 U·g-1，較NaCl處理提高了9.74%;POD活性方面，NaCl+Welan處理最高，為5.56×103 U·g-1，較NaCl處理提高了14.64%;CAT活性方面，NaCl+Welan處理亦最高，為3.08×103 U·g-1，較NaCl處理提高了6.21%。見圖4。由此表明，威蘭膠能夠延緩水稻的氧化和損傷，有益于水稻的生長(zhǎng)發(fā)育。

3 討 論

本研究基于傳統(tǒng)化肥對(duì)環(huán)境的污染以及環(huán)境污染和土壤鹽漬化帶來(lái)的一系列問題，響應(yīng)國(guó)家綠色生態(tài)文明的號(hào)召，找尋一種價(jià)格低廉、污染小并且操作簡(jiǎn)便的新型植物肥料。研究首次將威蘭膠作為一種“綠色肥料”，以水稻作為試驗(yàn)對(duì)象，通過測(cè)定莖長(zhǎng)、根長(zhǎng)和葉綠素含量，證明了威蘭膠可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育。脯氨酸是維持細(xì)胞滲透壓，能夠保持細(xì)胞內(nèi)膜穩(wěn)定和酶活性的物質(zhì)[10-11]，植物細(xì)胞膜經(jīng)過氧化反應(yīng)后最終會(huì)產(chǎn)生MDA[12]，而SOD、POD、CAT是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶[13-14]。試驗(yàn)結(jié)果表明，NaCl+Welan處理水稻幼苗的脯氨酸含量較NaCl處理提高了6.68%，MDA含量降低了25.49%，而SOD、POD和CAT活性分別提高了9.74%、14.64%和6.21%，證明了威蘭膠可以提高鹽脅迫下植物的抗逆能力。

綜上所述，威蘭膠能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，并能提高環(huán)境脅迫下植物的抗逆能力。本文亦初步探明了威蘭膠提高植物抗逆性的作用機(jī)制，為未來(lái)其在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。相信未來(lái)關(guān)于威蘭膠的研究將不僅僅局限于水稻，對(duì)其他糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物的研究也將逐漸展開。因威蘭膠具有良好的持水保濕性，下一步試驗(yàn)將圍繞威蘭膠改善農(nóng)作物枯萎、葉片泛黃和提高產(chǎn)量方面進(jìn)行，并逐步探討威蘭膠在不同條件下，對(duì)于不同作物的最優(yōu)劑量和最優(yōu)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