CN109757247A - 紫菜多糖在提高植物抗旱性能中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了紫菜多糖在植物抗旱中的应用，属于植物生长调节技术领域。本发明中，紫菜多糖能够调节干旱胁迫下植物细胞渗透压，保证叶片含水量；还能够提高植物体内抗氧化酶活性，缓解干旱胁迫造成的细胞质膜过氧化，进而提高植物对干旱胁迫的综合抵抗力，保证植物正常生长发育。本发明以紫菜为原料，来源丰富，成本低廉，环境友好。

Description

紫菜多糖在提高植物抗旱性能中的应用

技术领域

本发明涉及植物生长调节剂技术领域，尤其涉及紫菜多糖在提高植物抗旱性能中的应用。

背景技术

干旱是农业生产中的主要环境胁迫之一，严重影响了农作物的生长发育及产量，其对农作物造成的损失在所有非生物胁迫中占首位。小麦是我国第二大粮食作物，其产量一直受干旱胁迫的影响。因此，提高作物的抗旱能力对保证作物高产稳产、保证全国粮食安全和可持续生产具有重要的现实意义与应用价值。

“脱落酸”是最为重要的植物激素之一，广泛存在于植物体内，参与调控植物生长发育的各个阶段。在缺水的情况下，植物体内的“脱落酸”水平迅速升高，通过控制植物叶子上的气孔关闭，减少水分蒸发，从而起到抗旱的作用。但是“脱落酸”的作用效果单一，并不能达到全面抗旱的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供紫菜多糖在提高植物抗旱性能中的应用，紫菜多糖能够提高植物对干旱胁迫的综合抵抗力，保证植物正常生长发育。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了紫菜多糖在提高植物抗旱性能中的应用。

优选的，所述紫菜多糖采用以下方法制备获得：

1)将紫菜粉与水混合，进行提取，过滤，得到上清液；

2)对步骤1)所述上清液进行透析，浓缩，得到的浓缩液与乙醇混合，静置，离心，得到沉淀；

3)对步骤2)所述沉淀进行干燥，得到紫菜多糖。

优选的，所述紫菜多糖的分子量为1～370.5kDa。

优选的，所述植物包括谷物作物和蔬菜。

本发明还提供了一种植物抗旱剂，所述植物抗旱剂包括上述方案所述紫菜多糖和水；所述植物抗旱剂中紫菜多糖的浓度为1～100mg/L。

优选的，所述植物抗旱剂还包括表面活性剂。

优选的，所述植物抗旱剂中表面活性剂的浓度为1000～20000mg/L。

优选的，所述表面活性剂包括吐温系列、司盘系列、OP系列和NP系列中的一种或多种。

本发明提供了上述方案所述植物抗旱剂的使用方法，步骤为：在植物的种子萌发期和/或幼苗期，将所述植物抗旱剂施用于植物。

优选的，所述施用的方式包括浸种、灌根和喷施。

本发明的有益效果：本发明提供了紫菜多糖在提高植物抗旱性能中的应用。本发明中，紫菜多糖能够调节干旱胁迫下植物细胞渗透压，保证叶片含水量；还能够提高植物体内抗氧化酶活性，缓解干旱胁迫造成的细胞质膜过氧化，进而提高植物对干旱胁迫的综合抵抗力，保证植物正常生长发育。本发明以紫菜为原料，来源丰富，成本低廉，环境友好。

附图说明

图1为干旱胁迫下小麦叶片含水量的变化；

图2为干旱胁迫下小麦叶片相对电导率的变化；

图3为干旱胁迫下小麦根系活力的变化；

图4为干旱胁迫对黄瓜叶片叶绿素含量的影响；

图5为干旱胁迫对黄瓜叶片丙二醛含量的影响；

图6为干旱胁迫对黄瓜叶片SOD活性的影响。

具体实施方式

本发明提供了紫菜多糖在提高植物抗旱性能中的应用；所述紫菜多糖的分子量优选为1～370.5kDa，更优选为48.8kDa；所述紫菜多糖优选的通过水提醇沉法制备获得。本发明具体实施过程中，所述紫菜多糖优选采用以下方法制备获得：

1)将紫菜粉与水混合，进行提取，过滤，得到上清液；

2)对步骤1)所述上清液进行透析，浓缩，得到的浓缩液与乙醇混合，静置，离心，得到沉淀；

3)对步骤2)所述沉淀进行干燥，得到紫菜多糖。

本发明首先将紫菜粉与水混合，进行提取，过滤，得到上清液；所述紫菜粉的粒径优选为50～80目，更优选为60～70目；所述紫菜粉和水的质量体积比优选为80～120g:3～5L，更优选为100g:4L；所述水优选为蒸馏水；所述提取的温度优选为90～110℃，更优选为100℃；所述提取的时间优选为3～5h，更优选为4h；所述过滤优选为采用纱娟和硅藻土过滤，

本发明具体实施过程中首先用40目筛绢过滤去掉残渣，再用硅藻土进行抽滤。将滤纸用蒸馏水润湿，打开水泵，让滤纸紧紧地吸附在漏斗上，加入1～2cm厚的硅藻土，尽量铺匀，在加少量蒸馏水润湿后缓慢倒入滤液进行抽滤。

得到上清液后，本发明对上清液进行透析，浓缩，得到的浓缩液与乙醇混合，静置，离心，得到沉淀；所述透析袋截留分子量优选为3000～4000Da，更优选为3500Da；所述透析的时间优选为36～60h，更优选为48h；所述浓缩优选为旋蒸浓缩；所述浓缩后的浓缩液与浓缩前溶液的体积比优选为1:3～4；所述浓缩液与乙醇的体积比优选为1:3～5，更优选为1:4；所述静置的时间优选为9～14h，更优选为12h；所述静置的温度优选为4℃；所述离心的时间优选为5min～10min，更优选为8min；所述离心的转速优选为4000g/min～6000g/min，更优选为5000g/min。

得到沉淀后，本发明对沉淀进行干燥，得到紫菜多糖；所述干燥的方式优选为冷冻干燥；所述冷冻干燥的温度优选为-70℃～-80℃；所述冷冻干燥的时间优选为48h～72h，更优选为60h。

本发明在得到紫菜多糖后，优选的还包括将紫菜多糖、水、浓盐酸和过氧化氢混合，得到混合液，对混合液进行微波降解，得到低分子量紫菜多糖。

本发明中，所述紫菜多糖占水的质量百分比优选为1％～3％，更优选为2％；所述混合液中盐酸的浓度优选为0.05～1mol/L，更优选为0.1mol/L；所述混合液中过氧化氢的体积百分含量优选为0.2％～0.4％，更优选为0.3％；所述微波的功率优选为500～800W，更优选为600～700W；所述降解的温度优选为60～80℃，更优选为70℃；所述降解的时间优选为5～60min，更优选为10～40min。

本发明中，所述植物优选的包括谷物作物和蔬菜；所述谷物作物优选的包括小麦、玉米；所述蔬菜优选的包括黄瓜、油菜。

本发明还提供了一种植物抗旱剂，所述植物抗旱剂包括上述方案所述紫菜多糖和水；所述紫菜多糖的浓度为1～100mg/L。

本发明中，所述植物抗旱剂优选的还包括表面活性剂；所述表面活性剂的浓度优选为1000～20000mg/L，更优选为5000～10000mg/L；所述表面活性剂优选的包括吐温系列、司盘系列、OP系列和NP系列中的一种或多种。

本申请中，所述表面活性剂的作用是作为乳化剂，使多糖在溶液中均匀分散。

本发明中，所述植物抗旱剂优选的采用以下方法制备获得：将紫菜多糖和水混合，得到植物抗旱剂；或者将紫菜多糖、水和表面活性剂混合，得到植物抗旱剂；所述混合的过程优选的伴随搅拌；本发明对所述混合的时间和温度没有特殊限制，以混合均匀为准。

本发明提供了上述方案所述植物抗旱剂的使用方法，步骤为：将所述植物抗旱剂施用于植物；所述施用的时期优选为种子萌发期和/或幼苗期，更优选为幼苗期；所述施用的方式优选的包括浸种、灌根和喷施，更优选为喷施；当所述施用的方式为浸种时，所述浸种的时间优选为6～12h，更优选为8～10h。

本发明具体实施过程中，当植物抗旱剂中不包括表面活性剂时，所述植物抗旱剂的施用方式为浸种；当植物抗旱剂中包括表面活性剂时，所述植物抗旱剂的施用方式为喷施或灌根；所述植物抗旱剂的施用量优选为45～50L/亩。

下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1一种紫菜多糖的制备方法

将100g干燥的紫菜粉末与4L蒸馏水混合，在100℃下提取4h，用纱绢及硅藻土过滤得上清液。滤液透析48h，旋蒸浓缩至原来体积的1/4，浓缩液加入4倍体积乙醇，4℃过夜沉淀后，离心得到沉淀，经冻干制得白色粉状产物，即紫菜多糖，分子量为370.5kDa，该紫菜多糖命名为PP。

实施例2一种低分子量紫菜多糖的制备方法

将实施例1中的紫菜多糖溶于蒸馏水中，紫菜多糖占水的质量百分比为2％，加入浓盐酸，使盐酸终浓度为0.1mol/L，过氧化氢的体积百分含量为0.3％，微波功率设定为600W，反应设定温度为70℃，微波反应器中进行降解，降解时间为10min，得到低分子量紫菜多糖，分子量为29.0kDa，该紫菜多糖命名为DPP1。

实施例3一种低分子量紫菜多糖的制备方法

将实施例1中的紫菜多糖溶于蒸馏水中，紫菜多糖占水的质量百分比为2％，加入浓盐酸，使盐酸终浓度为0.1mol/L，过氧化氢的体积百分含量为0.3％，微波功率设定为600W，反应设定温度为70℃，微波反应器中进行降解，降解时间为5min，得到低分子量紫菜多糖，分子量为48.8kDa，该紫菜多糖命名为DPP2。

实施例4一种低分子量紫菜多糖的制备方法

将实施例1中的紫菜多糖溶于蒸馏水中，紫菜多糖占水的质量百分比为2％，加入浓盐酸，使盐酸终浓度为0.1mol/L，过氧化氢的体积百分含量为0.3％，微波功率设定为600W，反应设定温度为70℃，微波反应器中进行降解，降解时间为60min，得到低分子量紫菜多糖，分子量为3.2kDa，该紫菜多糖命名为DPP3。

实施例5一种植物抗旱剂的制备方法

称取100mg紫菜多糖溶于800mL蒸馏水中溶解，最后用蒸馏水定容至1L，搅拌均匀后制得所述抗盐调节剂。

实施例6一种植物抗旱剂的制备方法

称取100mg的紫菜多糖溶于800mL蒸馏水中制得紫菜多糖溶液，加入1000mg吐温-20并搅拌均匀，最后用蒸馏水定容至1L，搅拌均匀后制得植物抗旱剂。

实施例7

本发明以小麦、黄瓜和玉米为例，对处于幼苗期的小麦幼苗和黄瓜幼苗用实施例6的制备方法制得的植物抗旱剂(分别以PP、DPP1、DPP2和DPP3为原料)分别进行喷洒处理和灌根处理，对玉米种子用实施例5的制备方法制得的植物抗旱剂(分别以PP、DPP1、DPP2和DPP3为原料)进行浸种处理，具体实验如下：

1.以小麦为例

实验方法：

将小麦种子用1％NaClO浸泡10min，蒸馏水反复冲洗干净。在蒸馏水中浸泡6h后，25℃下置于暗处催芽24h，待小麦种子刚刚露白，挑选饱满、均一的种子，播种到水培皿中，每皿30粒。置于光照培养箱中进行培养，培养条件为：光照周期14h/l0h(昼/夜)，温度27/20℃(昼/夜)，光照强度800μmolm^-2s^-1，相对湿度65±5％。

待小麦幼苗生长至2叶1心期时，将小麦幼苗置于含有15％PEG6000的营养液中胁迫24h后，分别以PP、DPP1、DPP2和DPP3为原料，按照实施例6的制备方法制得植物抗旱剂对小麦幼苗叶片进行喷施，使叶片完全湿润，但液体不流下，阴性对照组喷以等量的含有相同浓度表面活性剂的蒸馏水。植物抗旱剂每隔一天喷一次，一共喷三次，期间更换营养液(含有15％PEG6000)，7d后测定干旱胁迫对小麦叶片含水量的影响、对叶片细胞膜透性的影响以及对根系活力的影响。

实验结果：

①干旱胁迫处理小麦幼苗7d后，分别取不同处理组中整株小麦叶片，从叶基部剪下，称量鲜重(初始鲜重)后迅速放入蒸馏水中浸泡6h后，从水中取出，擦拭掉叶片表面多余水分并称取饱和鲜重。经105℃，30min杀青后，75℃下烘到恒重，称重(干重)并计算叶片相对含水量：

叶片含水量(％)＝(初始鲜重-干重)/初始鲜重×100％

叶片相对含水量(％)＝(初始鲜重-干重)/(饱和鲜重-干重)×100％

叶片饱和水分亏(％)＝1-叶片相对含水量(％)；

实验结果参见图1，从图1可以看出，干旱胁迫处理组的小麦叶片相对含水量下降幅度大，饱和水分亏增加幅度大，喷植物抗旱剂的干旱胁迫处理组的小麦叶片相对含水量下降幅度小，饱和水分亏增加幅度也小，其中，DPP2处理组的小麦叶片的相对含水量最高，说明本次研究使用的不同分子量的紫菜多糖都能减缓小麦叶片含水量的流失，分子量为48.8kDa的紫菜多糖效果最佳。

②干旱胁迫处理小麦幼苗7d后，测定不同处理组中小麦叶片的电导率。实验结果见图2，从图2可以看出，干旱胁迫下，小麦叶片细胞膜受到伤害，导致叶片相对电导率升高，干旱胁迫组小麦叶片的电导率为52.65％，PP、DPP1、DPP2、DPP3处理组的小麦叶片电导率分别为26.04％、33.34％、23.73％和25.76％，喷植物抗旱剂的干旱胁迫处理组的小麦叶片相对电导率值明显低于未喷植物抗旱剂的干旱胁迫处理组，表明紫菜多糖能保护叶片细胞膜，防止细胞内水分流失，对干旱胁迫具有抵抗能力。

③干旱胁迫处理小麦幼苗7d后，分别取不同处理组中小麦的根，采用TTC法测定其根系活力。实验结果见图3，从图3可以看出，干旱胁迫下小麦的根系活力明显下降，但是PP、DPP1、DPP2、DPP3处理组的小麦根系活力均高于正常组，且分别比正常组高37.75、169.67、204.32和191.64μg g^-1h^-1，DPP2处理组的小麦根系活力最强，说明紫菜多糖具有增强根部脱氢酶的活性，保持根系活力，促进根对水分的吸收能力，提高小麦对干旱的抵抗力。

④干旱胁迫处理小麦幼苗7d后，分别取不同处理组中小麦幼苗各20株，测量统计每组小麦的平均株高、根长、鲜重及干重。实验结果见表1，从表1可以看出，干旱胁迫下小麦的长势弱于喷植物抗旱剂的干旱胁迫处理组，DPP2处理组的小麦平均株高、根长以及鲜重高于其他处理组，由此可见紫菜多糖还具有促进植株生长的作用，分子量为48.8kDa的紫菜多糖更有利于植物生长。

表1干旱胁迫下小麦幼苗生物量变化

2.以黄瓜为例

实验方法：

将黄瓜种子用1％NaClO浸泡10min，蒸馏水反复冲洗干净。在蒸馏水中浸泡6h后，25℃下置于暗处催芽24h，待黄瓜种子刚刚露白，挑选饱满、均一的种子，播种到水培皿中，每皿30粒。置于光照培养箱中进行培养，培养条件为：光照周期10h/l4h(昼/夜)，温度28/18℃(昼/夜)，光照强度300μmolm^-2s^-1，相对湿度65±5％。

待黄瓜幼苗生长至5叶1心期时，分别以PP、DPP1、DPP2和DPP3为原料，按照实施例6的制备方法制得的植物抗旱剂A以1％的浓度分别均匀混合于含有15％PEG6000的营养液中，对黄瓜幼苗进行胁迫处理，植物抗旱剂和营养液(含有15％PEG6000)每隔一天换一次，7d后测定干旱胁迫对黄瓜幼苗的叶绿素含量、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶等生理指标的影响。

实验结果：

①干旱胁迫处理黄瓜幼苗7d后，分别取不同处理组中相同部位的黄瓜叶片，采用乙醇法提取叶绿素，分光光度法测定649、665nm的吸光度，采用下列公式计算叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量：

叶绿素a浓度(mg/L)＝12.71×A665-2.59×A649

叶绿素b浓度(mg/L)＝22.88×A649-4.67×A665；

实验结果见图4，从图4可以看出，干旱胁迫导致黄瓜叶片的叶绿素a和叶绿素b含量下降，但是PP、DPP1和DPP3处理组的黄瓜叶片的叶绿素含量与对照组相比无明显差异，DPP2处理组的黄瓜叶片的叶绿素含量增加，说明紫菜多糖能保护叶片在干旱胁迫下叶绿素含量的减少，分子量为48.8kDa的紫菜多糖提高植物叶绿素含量，进而维持光合作用，提高叶片的抗旱能力。

②干旱胁迫处理黄瓜幼苗7d后，测定不同处理组中黄瓜叶片的MDA含量。实验结果见图5，从图5可以看出，干旱处理组中黄瓜叶片细胞膜受到伤害，导致叶片的MDA含量明显升高，是对照组的2倍，但是植物抗旱剂处理组的黄瓜叶片的MDA含量无明显变化。说明紫菜多糖能降低干旱胁迫下黄瓜叶片的丙二醛含量，保护植物细胞膜免受氧化损伤，防止细胞质流失，提高对干旱胁迫的抵抗能力。

③干旱胁迫处理小麦幼苗7d后，分别测定不同处理组中黄瓜叶片的SOD活性。实验结果见图6，从图6可以看出，SOD是植物清除活性氧最为重要的酶。在干旱胁迫刺激下，干旱处理组的黄瓜叶片的SOD活性升高，但是植物抗旱剂处理的黄瓜叶片的SOD活性高于干旱胁迫组，其中，DPP2处理组的黄瓜叶片的SOD活性最高。结果表明，紫菜多糖能清除膜脂过氧化产生的过量活性氧，分子量48.8kDa的紫菜多糖清除活性氧的能力最强，能减少细胞膜氧化损伤，提高植物抗旱性。

3.以玉米为例

实验方法：

将玉米种子用1％NaClO浸泡10min，蒸馏水反复冲洗干净。在室温条件下分别分别以PP、DPP1、DPP2和DPP3为原料，按照实施例5的制备方法制得的植物抗旱剂以1％的浓度浸种，挑选饱满、均一的种子于培养皿中，每皿30粒。在25℃恒温箱中浸泡24h，用蒸馏水冲洗3遍，自然风干，再置于铺有2层滤纸的培养皿中，加10mL蒸馏水，在26℃恒温箱中黑暗环境下培养至种子萌发，测定种子萌发率和发芽指数及活力指数。

发芽率(％)＝发芽数/种子数×100(第7d时测定)；

发芽势(％)＝发芽数/种子数×100(前2d测定)；

发芽指数(GI)＝∑Gt/Dt(Gt表示t d的发芽数，Dt表示发芽天数)；

活力指数(VI)＝GI×s(GI表示发芽指数，s表示平均根长)

实验结果见表2，由表2可知，植物抗旱剂处理提高了玉米种子的发芽率、发芽势、发芽指数以及活力指数。其中，DPP2处理组的玉米种子的发芽率、发芽势、发芽指数以及活力指数明显高于对照组，PP、DPP1和DPP3处理组的玉米种子的发芽率、发芽势、发芽指数以及活力指数也高于对照组，但差异不显著。说明，紫菜多糖可以促进种子的萌发，且分子量为48.8kDa的紫菜多糖刺进种子萌发的效果最好。

表2植物抗旱剂对玉米种子发芽指标的影响

使用本发明实施例中所得的植物抗旱剂，应用于其他植物上，也具有良好的抗旱效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.紫菜多糖在提高植物抗旱性能中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述紫菜多糖采用以下方法制备获得：

1)将紫菜粉与水混合，进行提取，过滤，得到上清液；

2)对步骤1)所述上清液进行透析，浓缩，得到的浓缩液与乙醇混合，静置，离心，得到沉淀；

3)对步骤2)所述沉淀进行干燥，得到紫菜多糖。

3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于，所述紫菜多糖的分子量为1～370.5kDa。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述植物包括谷物作物和蔬菜。

5.一种植物抗旱剂，其特征在于，所述植物抗旱剂包括权利要求1～3任意一项所述紫菜多糖和水；所述植物抗旱剂中紫菜多糖的浓度为1～100mg/L。

6.根据权利要求5所述的植物抗旱剂，其特征在于，所述植物抗旱剂还包括表面活性剂。

7.根据权利要求6所述的植物抗旱剂，其特征在于，所述植物抗旱剂中表面活性剂的浓度为1000～20000mg/L。

8.根据权利要求6或7所述的植物抗旱剂，其特征在于，所述表面活性剂包括吐温系列、司盘系列、OP系列和NP系列中的一种或多种。

9.权利要求5～8任意一项所述植物抗旱剂的使用方法，在植物的种子萌发期和/或幼苗期，将所述植物抗旱剂施用于植物。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述施用的方式包括浸种、灌根和喷施。