干旱脅迫對不同抗旱性陸稻幼苗根系活力的影響

文/李志宇

云南農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)業(yè)生物多樣性與植物病害控制教育部重點實驗室 云南 昆明 650201

水是人類賴以生存的基礎(chǔ)，在全球的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位。據(jù)資料統(tǒng)計，世界干旱、半干旱區(qū)占地球面積的三分之一，我國占二分之一[1]。近幾年，隨著全球人口膨脹、氣候變暖、工業(yè)化和城市化進程的加快，水質(zhì)污染以及大面積旱災(zāi)的情況下，水資源短缺的危機將更加嚴重。正如Brown等所指一樣，水資源正成為包括中國在內(nèi)的部分國家制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素[2]。因此，培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗干旱的農(nóng)作物品種和發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)己成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然選擇[1,3-4]。

陸稻，又稱旱稻，在植物分類學上屬于禾本科（Poaceae）、稻屬（Oryza）、亞洲栽培稻（Oryza sativa）的生態(tài)類型，是具有耐旱特性且適于旱地種植的水稻變異型[5-6]。一般生長于熱帶、亞熱帶的山區(qū)、半山區(qū)的坡地、臺地或溫帶的少雨旱地[6-7]。陸稻具有抗旱性、抗逆性、耐瘠和豐產(chǎn)性這些優(yōu)良的生物學特性，能夠適應(yīng)水資源貧乏或無灌溉設(shè)施的旱作地區(qū)栽培，故其有著廣闊的應(yīng)用前景[3-4]。許多研究表明作物的水分狀況與植株的抗旱性相關(guān)。葉片相對含水量可以作為衡量植株水分狀況的一個良好的指標[8-9]。植物根系具有固定支撐植株，吸收水分及養(yǎng)分，分泌與合成物質(zhì)，進行呼吸與氣體交換，感應(yīng)周圍的環(huán)境等生理功能[16-17]。研究指出根系活力的高低能直接反映出根系生理功能的強弱。根系活力泛指根系整個代謝的強弱，包括吸收、合成、氧化和還原能力等，因此根系活力是一種客觀反映根系生命活動的特殊生理指標[18]。根系活力的下降，不僅直接影響了植物體對水分和礦質(zhì)元素的吸收，而且對根系的合成代謝和地上部分的同化作用都會產(chǎn)生不利影響，因此水分脅迫下維持較高根系活力是植物抗旱能力強的一種體現(xiàn)[19]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料的培養(yǎng)和干旱脅迫處理

陸稻品種是從云南省各稻區(qū)采集并通過反復干旱法篩選而獲得的抗旱能力不同的4個陸稻品種，它們分別為高抗品種‘白花山’，中抗品種‘紫糯谷’，低抗品種‘遙矛’，不抗品種‘旱谷’。每一品種挑選籽粒飽滿、健康的種子300粒，分別使用10%次氯酸鈉溶液浸泡消毒15min后用蒸餾水沖洗4～5次，再用50℃～55℃的溫水浸種催芽24h，浸種后用清水洗滌2～3次。然后將不同抗旱性陸稻品種的種子分別均勻放置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，加入少量的水，放入30℃的恒溫箱內(nèi)催芽。當種子萌發(fā)胚根長到2～4cm時，選取生長整齊、健壯的幼苗暫時移植一次，轉(zhuǎn)入25℃左右光下培養(yǎng)，期間每天換一次水。當幼苗的根系長到5～7cm時，就可作為水培的定植材料，將各陸稻品種的幼苗均勻分栽入4盤懸浮育苗盤中，再將泡沫育苗盤放入4個裝有0.5倍濃度的Hoagland’s培養(yǎng)液的培養(yǎng)盆內(nèi)，先用0.5倍濃度的Hoagland’s營養(yǎng)液對陸稻水培材料培養(yǎng)一周，之后再用完全營養(yǎng)液進行培養(yǎng)，每天連續(xù)通氣，并補加水分維持培養(yǎng)盆內(nèi)的水位，每7天更換一次培養(yǎng)液，晝夜溫度為25℃和20℃，光周期晝夜各為12h，將陸稻幼苗培養(yǎng)至3葉1心期。待陸稻幼苗移栽長至3葉1心期時，開始用溶有PEG （聚乙二醇6000）的Hoagland’s培養(yǎng)液人工模擬干旱處理 ，試驗設(shè)3個處理組T1、T2、T3和1個對照組T0，隨機選取3盆水培材料作為處理組，分別向這3盆培養(yǎng)液中加入不同量的PEG-6000，使培養(yǎng)液中PEG的濃度分別達到T1=5%(輕度干旱)、T2= 12.5%(中度干旱)、T3=20%(嚴重干旱)，將余下的一盆設(shè)為對照組T0，對照組的培養(yǎng)液中不加PEG-6000，其濃度為T0=0%(CK)。隨機選取各陸稻品種幼苗進行測量，從處理當天開始每隔一天對陸稻幼苗的相對含水量、葉綠素含量和根系活力各項指標進行一次測量，共測量6次，分別在第0、2、4、6、8、10天測量，每項實驗重復3次。

1.2 根系活力的測定

根系活力的測定：采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法[20]。稱取陸稻幼苗根尖0.5g，迅速投入加有5mL0.4%氯化三本基四氮唑（TTC）和5mLPH7.5磷酸緩沖液的具塞試管中，使根完全浸入反應(yīng)液中，將試管塞塞緊，在37℃水浴中黑暗下進行反應(yīng)2h，向試管中加入2mL1molcmL的濃硫酸，以終止反應(yīng)。在此同時做一空白試驗，先加硫酸，再加根樣品，其他操作與上面相同。終止反應(yīng)后，取出根，用濾紙吸干試劑后加入研缽中，向研缽中5mL丙酮和少許石英砂，將根尖研磨成勻漿以提取還原型的氯化三苯基四氮唑（TTC），即TTF。將紅色提取液轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，殘渣再用丙酮抽取2～3次至無色為止。合并提取液，再用丙酮定容，以先加硫酸再加根樣品的試管溶液為空白對照管調(diào)零。用1cm光徑比色皿，于485nm波長下測定吸光度，標準曲線制作方法同上。根據(jù)測得的吸光度值從標準曲線上查出TTF的含量。根據(jù)公式1計算出陸稻品種幼苗中的根系活力：

式中：TTF為TTC還原量（μg·mL-1）；Vt為樣品提取液總體積（mL）；h為反應(yīng)時間（h）；FW為植物組織鮮重（g）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003軟件制作圖表和SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)方差分析，差異顯著性用Duncan檢驗法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

植物的根系是活躍的吸收器官和合成器官。根系活力是指根系的吸收、合成以及代謝能力，它直接影響地上部分的生長發(fā)育和營養(yǎng)狀況及產(chǎn)量，因而根系活力可作為植物生長的一項重要生長指標[21]。植物的根系中的脫氫酶等把氯化硝基四氮唑（TTC）還原成不溶于水的紅色穩(wěn)定物質(zhì)三苯基甲腙（TTF），所以，TTF的含量能作為根系活力的指標[22]。由表3可以看出，不同抗旱性陸稻品種在相同PEG濃度脅迫下，高抗品種‘白花山’的TTF含量在所有濃度下均顯著高于其它3個品種；中抗品種‘紫糯谷’在所有濃度下其TTF含量均顯著高于低抗品種‘遙矛’和不抗品種‘旱谷’，低抗品種‘遙矛’在所有濃度下其TTF含量均顯著高于不抗品種‘旱谷’。不同濃度的PEG干旱脅迫對4個不同抗旱性陸稻品種的TTF含量影響不同，白花山’、‘紫糯谷’、‘遙矛’、‘旱谷’的TTF含量在輕度干旱脅迫條件下比對照下降了38.59%、39.49%、40.93%和41.41%；中度干旱脅迫下其含量比對照下降了43.13%、46.73%、48.12%和49.72%；重度干旱脅迫下其含量比對照下降了48.14%、54.28%、56.71%和59.21%；比較這4個陸稻品種，各品種間TTF含量的下降幅度表現(xiàn)為高抗品種‘白花山’＜中抗品種‘紫糯谷’＜低抗品種‘遙矛’＜不抗品種‘旱谷’。表明干旱脅迫下高抗品種‘白花山’的TTF含量下降幅度最小，干旱脅迫對其影響也較小。這也表明了根系活力的高低影響陸稻的抗旱性。

如圖3所示，比較相同品種的TTF含量在不同PEG脅迫濃度下的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)四個抗旱性不同的陸稻品種其幼苗葉片的TTF含量的變化趨勢相似。高抗品種‘白花山’、中抗品種‘紫糯谷’、低抗品種‘遙矛’及不抗品種‘旱谷’在T0下，其幼苗根系TTF含量隨脅迫時間的延長基本上沒有變化；而這4個不同抗旱性的陸稻品種在T1下，其TTF含量在脅迫初期均有少量的降低，并隨著脅迫時間的加長呈逐漸下降趨勢；在T2下，其整個脅迫時期TTF含量均比T1低，且隨著脅迫時間的延長劇烈的下降；在T3下，其TTF含量在脅迫初期就劇烈的下降，且其變化趨勢與T1、T2相同，但其含量下降速度明顯高于其它兩個濃度。總的來看，我們發(fā)現(xiàn)4個抗旱性不同的陸稻品種的TTF含量變化趨勢在T1、T2和T3下較相似，隨著脅迫時間的延長而呈持續(xù)下降的趨勢。

表3 各陸稻品種幼苗根系活力的多重比較Table 3 Multiple comparisons of various antioxidant contents different of upland rice seedling leaves

圖3 PEG模擬干旱對陸稻幼苗根系活力的影響Fig.3Effect of drought stress simulated with PEG on root energy in upland rice seedling

3 討論

根系活力是反映根系吸收功能的一項綜合指標，它在一定程度上能夠影響根系的發(fā)育、代謝狀況及對礦質(zhì)營養(yǎng)和水分的吸收利用，從而對植物的生長起著決定性的作用。本試驗的研究結(jié)果表明，抗旱性強的陸稻品種幼苗根系活力要顯著高于抗性弱的品種；隨著PEG干旱脅迫處理強度的增加和脅迫時間的延

4 結(jié)論

通過采用水培栽培、利用PEG-6000進行人工模擬干旱脅迫處理并結(jié)合SPSS13.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，對不同PEG濃度干旱脅迫處理下4個抗旱性不同的陸稻品種的形態(tài)指標進行測定和分析，可以得出，4個不同抗旱性陸稻根系活力隨著PEG濃度的增強和脅迫時間的延長，都呈逐漸下降趨勢，且這4個不同抗旱性陸稻品種的根系活力指標的下降幅度表現(xiàn)為高抗品種‘白花山’＜中抗品種‘紫糯谷’＜低抗品種‘遙矛’＜不抗品種‘旱谷’?？购敌詮姷年懙酒贩N的根系活力指標數(shù)值均要顯著高于抗性弱的品種。長，4種不同抗旱性陸稻品種（高抗旱性陸稻品種‘白花山’、中抗旱性陸稻品種‘紫糯谷’、低抗旱性陸稻品種‘遙矛’和不抗旱性陸稻品種‘旱谷’）幼苗根系活力均表現(xiàn)一致，都呈逐漸下降的趨勢，根系活力降低可能是由于干旱脅迫影響了根系的發(fā)育、代謝活動以及對礦物營養(yǎng)和水分的吸收能力，且各脅迫濃度對這三個指標的影響表現(xiàn)均為T3＞T2＞T1；在相同PEG濃度和不同PEG濃度的模擬干旱脅迫下，這4個不同抗旱性陸稻品種的根系活力指標的下降幅度，表現(xiàn)為高抗品種‘白花山’＜中抗品種‘紫糯谷’＜低抗品種‘遙矛’＜不抗品種‘旱谷’；在干旱脅迫下，抗旱性越強的陸稻品種，指標下降的幅度越小，干旱對它的影響也越小。

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