低溫下外源水楊酸對水稻幼苗光合作用的影響

張蕊,龔守富,李可凡,王三根,呂俊

摘要：以水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）品種西農(nóng)優(yōu)１號為材料，用０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ外源水楊酸（ＳＡ）對水稻幼苗進行葉面噴施和灌根預(yù)處理。結(jié)果表明，用０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ預(yù)處理使水稻幼苗葉片在低溫脅迫下總?cè)~綠素含量增加，氣孔導(dǎo)度及胞間ＣＯ２含量下降，凈光合速率增加，電解質(zhì)滲漏率和丙二醛（ＭＤＡ）含量降低。說明ＳＡ可能為低溫脅迫下水稻幼苗的光合器官提供保護作用，從而減輕低溫脅迫對水稻幼苗的傷害，提高水稻幼苗的抗寒性。

關(guān)鍵詞：水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）；幼苗；低溫；外源水楊酸（SA）；光合作用

中圖分類號：Ｓ５１１；Ｑ９４６．８８５文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）05－0883-04

Effects of Salicylic Acid on Photosynthesis of Rice Seedlings under Chilling Stress

ＺＨＡＮＧ Ｒｕｉ１，ＧＯＮＧ Ｓｈｏｕ－ｆｕ２，ＬＩ Ｋｅ－ｆａｎ１，ＷＡＮＧ Ｓａｎ－ｇｅｎ３，Ｌ?譈 Ｊｕｎ３

（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｚｈｏｕｋｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｚｈｏｕｋｏｕ ４６６０００，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ， Ｘｉｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｘｉｎｙａｎｇ ４６４０００， Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；

３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ（ＳＡ） ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ “Ｘｉｎｏｎｇｙｏｕ １” ｒｉｃｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ under ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ results ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ， and ｎｅｔ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒａｔｅ， while ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｔｏｍａｔａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ， ｉｎｔｅｒｃｅｌｌｕｌａｒ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ ｌｅａｋａｇｅ ａｎｄ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ（ＭＤＡ）． Ｉｔ was ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ＳＡ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｒｉｃｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｂｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｃｅ（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）； ｓｅｅｄｌｉｎｇ； ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ； ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ（ＳＡ）； ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ

低溫冷害是一種世界范圍的自然災(zāi)害，已經(jīng)成為危害農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要問題之一。水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）是我國重要的農(nóng)作物之一，受溫度影響較大。外源水楊酸（Ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ，ＳＡ）是植物體內(nèi)普遍存在的一種小分子酚類化合物，被認為是一種新的激素參與調(diào)節(jié)植物的許多生理過程。目前的研究主要集中在ＳＡ誘導(dǎo)植株抗病性方面，有關(guān)ＳＡ在植物抗逆境方面的研究報道也較多［１－６］，最近的研究表明ＳＡ能通過調(diào)節(jié)其抗氧化機制提高水稻幼苗的抗寒性［７］和抗熱性［８］，ＳＡ能保護黃瓜幼苗的光合器官，從而提高黃瓜幼苗的光合性能［９－１２］，提高休眠期茶樹的光合作用和抗凍性［１３］，明顯減輕高溫強光脅迫對小麥光合器官的破壞，維持較高的凈光合速率［１４，１５］。但關(guān)于ＳＡ對提高水稻幼苗抗寒性與其光合性能的關(guān)系的研究在國內(nèi)外還鮮見報道。本試驗主要研究外源ＳＡ預(yù)處理對低溫脅迫下水稻幼苗物質(zhì)生產(chǎn)等方面的影響，以探究其光合性能在低溫下的變化，從對水稻幼苗的光合器官保護方面研究ＳＡ預(yù)處理是否能提高其抗寒性。

１材料與方法

１．１供試材料

供試水稻品種為西農(nóng)優(yōu)１號，由西南大學(xué)水稻研究所提供。

１．２培養(yǎng)和處理方法

ＳＡ為分析純，先用蒸餾水溶解，再用１ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ調(diào)至ｐＨ ６．８，配成１００ ｍｍｏｌ／Ｌ的母液，使用前配成所需濃度０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ。

種子按常規(guī)方法消毒，浸種和催芽后播于自制的帶有尼龍網(wǎng)的培養(yǎng)缽內(nèi)，每缽播１００粒，用１／２濃度的國際水稻所研制的水稻培養(yǎng)液，在人工氣候室（２５～２７ ℃）下培養(yǎng)至二葉一心時對水稻幼苗進行６ ℃下持續(xù)５ ｄ的低溫處理，用ＳＡ對其葉片進行噴施處理和對其根系進行灌根處理。葉面噴施處理：低溫處理前２４ ｈ用０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ的ＳＡ噴灑水稻幼苗葉片，同時設(shè)有低溫對照，低溫對照只噴灑等量清水，每個處理均設(shè)３次重復(fù)。灌根處理：低溫處理前２４ ｈ用０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ的ＳＡ灌根處理，同時設(shè)有低溫對照，每個處理設(shè)３次重復(fù)。水稻幼苗在６℃下處理５ ｄ，測定各項指標，每個處理重復(fù)３次。低溫處理６、１２、２４、４８ ｈ，取水稻葉片各１次。

細胞膜透性測定和丙二醛（ＭＤＡ）含量的測定參照鄒琦［１６］的方法；葉綠素含量的參照李合生［１７］的方法。光合指標用ＬＩ－６４００便攜式光合作用測定系統(tǒng)進行測定。各個處理用ＬＩ－６４００光合系統(tǒng)測定儀于６月２日下午２∶００和６月３日上午１０∶００左右進行測定，光照度為６０ μｍｏｌ／（ｍ２·ｓ）。

２結(jié)果與分析

２．１ＳＡ預(yù)處理對水稻幼苗總?cè)~綠素含量的影響

圖１表明，在低溫脅迫下，ＳＡ葉面噴施和灌根處理水稻幼苗葉片的葉綠素含量明顯高于低溫對照植株。表１數(shù)據(jù)分析也表明，在低溫脅迫下隨著低溫處理時間的延長水稻幼苗葉片的葉綠素含量均有所下降，但ＳＡ預(yù)處理植株的葉片葉綠素含量降低速度較慢，其差異均達到極顯著水平。

２．２ＳＡ預(yù)處理對水稻幼苗氣孔導(dǎo)度的影響

氣孔導(dǎo)度是植物遭受環(huán)境脅迫的敏感指標之一，研究表明低溫引起植物葉片氣孔阻力增加。試驗結(jié)果如圖２和表１。圖２和表１結(jié)果表明，在低溫脅迫下，ＳＡ處理水稻幼苗葉片的氣孔導(dǎo)度明顯低于低溫對照植株，在低溫脅迫６ ｈ時，ＳＡ葉片處理和灌根處理植株的氣孔導(dǎo)度與對照差異達極顯著水平，葉片氣孔阻力增加。

２．３ＳＡ預(yù)處理對水稻幼苗胞間ＣＯ２含量的影響

胞間ＣＯ２是與光合作用密切相關(guān)的一個重要指標，其數(shù)值大小很大程度上可以反映光合作用的強弱，可用于分析光合速率下降的原因。圖３和表１結(jié)果表明，在低溫脅迫下，ＳＡ預(yù)處理水稻幼苗葉片的胞間ＣＯ２含量明顯低于低溫對照植株，差異達到極顯著水平。而兩次測量植株胞間ＣＯ２含量相差較大，可能是由于所測定的時間不同所致。

２．４ＳＡ預(yù)處理對水稻幼苗凈光合速率的影響

低溫對光合作用最明顯的影響是凈光合速率下降，當植物出現(xiàn)低溫傷害癥狀時，一般來說光合速率都有明顯的下降。圖４和表１結(jié)果表明，隨著低溫處理時間的延長水稻幼苗葉片的凈光合速率均有所下降，但ＳＡ葉片噴施和灌根處理植株的葉片凈光合速率降低速度較慢。ＳＡ預(yù)處理水稻幼苗其葉片的凈光合速率明顯高于低溫對照植株，在低溫脅迫６、２４ ｈ時，ＳＡ葉面噴施和灌根處理植株的凈光合速率比對照高，差異達到顯著或達極顯著水平。

２．５ＳＡ預(yù)處理對水稻幼苗膜滲透性和ＭＤＡ含量的影響

表２結(jié)果表明，０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ葉面噴施處理和灌根處理水稻幼苗，在低溫脅迫過程中電導(dǎo)率均低于對照，在低溫處理４８ ｈ后，處理植株電解質(zhì)滲漏率與低溫對照相比，差異均達到顯著水平，說明未處理植株的細胞膜結(jié)構(gòu)受到嚴重破壞，而外源ＳＡ預(yù)處理能夠減緩水稻幼苗的電解質(zhì)滲漏。在低溫脅迫過程中水稻幼苗葉片中ＭＤＡ均呈上升趨勢，ＭＤＡ含量的上升說明細胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)受到了不同程度的破壞。但未經(jīng)ＳＡ預(yù)處理的植株體內(nèi)ＭＤＡ含量上升很快，而經(jīng)ＳＡ預(yù)處理的植株體內(nèi)ＭＤＡ含量雖然也呈上升趨勢，但含量一直低于未處理植株。在低溫下脅迫４８ ｈ時，葉片處理植株ＭＤＡ含量比低溫對照植株降低３１．５％，根處理植株ＭＤＡ含量比低溫對照植株降低２４．４％，差異達到極顯著水平。說明ＳＡ預(yù)處理可降低低溫下水稻幼苗體內(nèi)ＭＤＡ的含量，且葉片處理效果要好于根處理。

３討論

低溫下，大多數(shù)植物都表現(xiàn)出光合速率的明顯下降，低溫直接影響了光合器官的結(jié)構(gòu)和活性，如葉綠體類囊體膜的組分、透性和流動性，葉綠體的亞顯微結(jié)構(gòu)等，低溫還通過影響植物體內(nèi)的其他生理過程間接地影響光合作用，如引起水分脅迫、氣孔對ＣＯ２擴散阻力增強和光合運輸受阻等。

０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ預(yù)處理為低溫脅迫下的香蕉幼苗的光合器官提供了保護作用，從而提高了葉片的凈光合速率［６］；ＳＡ預(yù)處理能保護黃瓜幼苗的光合器官，從而提高黃瓜幼苗的光合能力［９－１２］，提高休眠期茶樹的光合作用和抗凍性［１３］，明顯減輕高溫強光脅迫對小麥光合器官的破壞，維持較高的凈光合速率［１４，１５］。通過試驗發(fā)現(xiàn)，ＳＡ預(yù)處理與對照相比能夠在低溫脅迫下維持相對高的凈光合速率，并且在低溫處理過程中總?cè)~綠素含量始終比對照高；ＳＡ顯著地降低了低溫脅迫下水稻幼苗葉片的相對電導(dǎo)率和ＭＤＡ含量，降低了寒害下水稻幼苗的質(zhì)膜透性。本試驗中ＳＡ提高了低溫下水稻幼苗葉片的凈光合速率，可能與葉綠素含量的增加和ＳＡ誘導(dǎo)下的膜系統(tǒng)穩(wěn)定性的保護有關(guān)，也可能與此時葉片氣孔導(dǎo)度的增強有關(guān)，光合性能的增強有助于水稻幼苗抗寒性的提高。

綜上所述，ＳＡ可能通過提高質(zhì)膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，降低質(zhì)膜透性來誘導(dǎo)低溫下水稻幼苗的抗低溫能力，從而降低低溫對植物體內(nèi)其他生理過程的影響而間接地影響光合作用。

致謝：衷心感謝王三根教授在論文寫作和修改過程中提供的無私幫助和指導(dǎo)。

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