不同預處理對PEG脅迫下水稻幼苗抗氧化系統(tǒng)的影響

陳美靜　劉倩雯　張寶龍等

摘要： 以模式植物水稻為材料，分別用蒸餾水、10%PEG、100 mmol/L NaCl、1 mmol/L SA、0.1 mmol/L ABA水溶液對水稻種子進行預處理，并以15%PEG模擬水分脅迫，分別測定PEG脅迫0、2、4、6 d時的抗氧化酶[超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）]活性及丙二醛（MDA）、游離脯氨酸含量。結果顯示，SOD、POD活性均隨著PEG脅迫時間的延長呈上升趨勢，CAT活性則呈先上升后下降的趨勢；ABA、SA預處理均能在一定時間內顯著提高PEG脅迫水稻SOD、POD、CAT活性，ABA預處理降低MDA含量，但對脯氨酸含量無顯著影響。研究結果表明，ABA預處理可作為簡單、有效的策略緩解水分對水稻的脅迫作用。

關鍵詞： 水稻；PEG脅迫；預處理；抗氧化酶；過氧化產物

中圖分類號： S511.01 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）08-0076-03

目前世界上的水稻種植面積達到了1.3億hm2，其中亞洲占92%。我國是水稻種植大國，水稻是我國重要的糧食作物之一。水稻對水分的要求極高，而我國處于溫帶大陸性氣候區(qū)，水分缺失是重要的限制因子 [1-2]。面對嚴峻的水資源短缺問題，研究水稻耐水分脅迫的響應機理、提高水稻的抗旱能力迫在眉睫 [3]。 植物受到PEG等非生物脅迫時會產生活性氧自由基（ROS），對細胞膜系統(tǒng)、蛋白質、脂類、核酸等生物大分子具有強烈的破壞作用 [4-5]。預處理是目前常用的提高植物抗逆性的有效方法之一 [6]，Seo等曾研究NaCl脅迫下茉莉酸對水稻赤霉素、脫落酸的影響 [7]；Cayuela等曾研究在NaCl脅迫下，用NaCl預處理番茄幼苗來提高番茄果實的產量 [8]。因此，預處理作為提高植物抗逆性的有效方法，應引起足夠的重視。 本研究以水稻為試驗材料，旨在從抗氧化酶、過氧化產物方面來研究當水稻面臨PEG模擬脅迫時，預處理是否能夠提高其抗旱能力。

1 材料與方法

1.1 材料準備

以模式植物水稻（Oryza sativa L.）為試驗材料，品種為遼星一號，由沈陽農業(yè)大學稻作研究室提供。

精選水稻種子，分6組進行預處理。（1）對照組：無預處理；（2）蒸餾水組：用蒸餾水浸種；（3）PEG組：用10%PEG溶液浸種；（4）NaCl組：用100 mmol/L NaCl 溶液浸種；（5）SA組：用 1 mmol/L SA 溶液浸種；（6）ABA組：用0.1 mmol/L ABA 溶液浸種。用400 mL溶液（完全浸沒種子）于室溫下浸種18 h，然后用蒸餾水沖洗3～5次，鋪開放在濾紙上陰干、備用。

將6組種子分別于28 ℃恒溫箱（黑暗）中浸種24 h，催芽24～36 h，用Hoagland 完全營養(yǎng)液于人工氣候箱（晝/夜溫度為28 ℃/25 ℃、光照/黑暗時間為16 h/8 h、相對濕度80%、光照度3 000 lx）中培養(yǎng)，每組播種3盆，每天補充營養(yǎng)液，7 d后將6組水稻幼苗分別用含15%PEG的完全營養(yǎng)液模擬水分脅迫 6 d。并在脅迫前（0 d）和脅迫后2、4、6 d進行各項生理指標的測定。

1.2 生理指標的測定方法

超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活性采用氮藍四唑（NBT）光化還原法 [9]測定；過氧化物酶（peroxidase，POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法 [10]測定；過氧化氫酶（catalase，CAT）活性采用紫外-可見分光光度法 [11]測定；丙二醛（MDA）、游離脯氨酸含量采用張志良等的方法 [12]測定。

1.3 數(shù)據(jù)的處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 20.0、Excel軟件相結合進行方差分析（ANOVA）、LSD檢測，比較其差異顯著性，所有數(shù)據(jù)指標均重復3次。

2 結果與分析

2.1 不同預處理對PEG脅迫下水稻幼苗抗氧化酶活性的影響

SOD、POD、CAT是清除植物體內活性氧的抗氧化酶，在水分脅迫條件下，抗氧化酶可以降低體內活性氧的積累，從而降低機體受傷害的程度 [13]。

由圖1可見，在未進行PEG脅迫時，PEG預處理組SOD活性顯著高于對照組及其他預處理組；隨著脅迫時間的延長，除蒸餾水、SA預處理組呈先上升后下降趨勢外，其他各處理組SOD活性總體呈上升趨勢，而自始至終PEG預處理組SOD上升幅度并不明顯。脅迫2 d時，除蒸餾水處理組外，各預處理組的SOD活性均顯著高于對照組；脅迫4 d時，蒸餾水、SA、ABA處理組的SOD活性顯著高于對照組；當脅迫時間達到6 d時，NaCl、ABA預處理組的SOD活性顯著高于對照組。這些結果表明，在15%PEG脅迫條件下，預處理激活了水稻的ROS防御機制，使其通過提高SOD活性來保護水稻自身免受ROS的損傷?？傮w來看，PEG、NaCl、ABA預處理效果較好。

由圖2可知，在無脅迫處理時，NaCl預處理POD活性低于對照組，其余各處理組POD活性與對照組間不存在顯著差異；隨著脅迫時間的延長，各處理組POD活性總體呈上升趨勢。PEG脅迫2～4 d時，蒸餾水、ABA處理組POD活性顯著高于對照組；當脅迫時間達到6 d時，僅ABA處理組的POD活性顯著高于對照組。表明在PEG脅迫下，預處理激活了水稻的ROS防御機制，經過預處理的水稻幼苗抗逆能力更強，特別是蒸餾水、ABA預處理的效果更為明顯。

由圖3可知，在未受脅迫時，各處理組與對照間CAT活性不存在顯著差異；隨著脅迫時間的延長，除NaCl處理組CAT活性呈上升趨勢外，其他各處理組呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。羅英等研究表明，隨著PEG脅迫時間的延長，SA預處理的鳳仙花CAT活性呈先上升后下降的趨勢 [14]，本試驗結果與之相似。在PEG脅迫2、4、6 d時，各處理組CAT活性變化趨勢相似，SA、ABA處理組顯著高于對照組，表明在15%PEG脅迫下，預處理激活水稻的ROS防御機制，通過提高CAT活性清除體內過多的過氧化氫來降低自身受傷害的程度，特別是SA、ABA預處理的效果較為明顯。

2.2 不同預處理對PEG脅迫下水稻幼苗MDA含量的影響

植物在受PEG脅迫下會產生許多ROS，過多的ROS會使膜脂過氧化，MDA便是膜脂過氧化的產物，會損傷膜系統(tǒng)。由圖4可知，在未進行PEG脅迫時，各處理組間MDA含量很低[CM（25]且不存在顯著差異；脅迫2 d時，各處理組MDA含量與對照間不存在顯著差異；脅迫4 d時，對照組MDA含量急劇升 高，蒸餾水、PEG、ABA預處理組MDA含量顯著低于對照組；當脅迫時間達到6 d時，PEG、ABA預處理組的MDA含量顯著低于對照組。結果表明，預處理特別是PEG、ABA處理可明顯降低MDA含量，從而降低水稻膜脂過氧化的損傷程度。

2.3 不同預處理對PEG脅迫下水稻幼苗游離脯氨酸含量的影響

以PEG模擬水分脅迫會使植物在大量失水時產生滲透脅迫，脯氨酸作為一種有效的滲透調節(jié)物質，在植物體內的積累可以調節(jié)植物細胞的滲透勢 [15]。由圖5可知，隨著脅迫時間的延長，脯氨酸含量呈上升趨勢；在未受脅迫時，NaCl、SA處理的脯氨酸含量較高；隨著脅迫時間的延長，對照組脯氨酸含量上升明顯，蒸餾水處理組脯氨酸含量上升幅度最小，且含量最低；脅迫處理2 d時，蒸餾水、PEG處理組脯氨酸含量顯著低于對照，NaCl、SA、ABA處理組脯氨酸含量與對照無顯著差異；脅迫處理4 d時，蒸餾水、PEG、NaCl處理組脯氨酸含量顯著低于對照。對照組的脯氨酸含量呈明顯上升趨勢，表明隨著水稻受PEG脅迫程度加深，需要通過增加脯氨酸含量來維持自身水分平衡；脅迫2、4 d，預處理組特別是蒸餾水、PEG處理組的脯氨酸含量明顯低于對照組，說明預處理明顯提高了水稻的抗性。

3 結論

研究表明，提高植物體內抗氧化酶活性是提高植物抗逆性的有效途徑之一 [16-17]。本研究表明，隨著PEG脅迫時間的延長，SOD、POD活性呈上升趨勢，經過預處理水稻幼苗SOD、POD活性明顯高于對照組，表明預處理是一種抗旱鍛煉，可提高水稻的抗旱能力；CAT活性多數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。劉曉輝等對西瓜幼苗的研究表明，在外施激素條件下，隨著低溫脅迫程度的增加，CAT活性呈先上升后下降的趨勢 [18]。這可能由于隨著PEG脅迫時間的延長，水稻體內積累的ROS過多，CAT來不及清除過多的過氧化氫，導致脅迫后期CAT活性下降 [19]。雖然在脅迫后期，CAT活性有所下降，但是經過SA、ABA預處理的水稻幼苗CAT活性均高于對照組，同樣表明了預處理可以提高水稻的抗旱能力。整體來看，SA、ABA預處理對提高15%PEG脅迫下水稻幼苗的抗氧化酶活性效果更為明顯，更能提高水稻的抗逆性。

植物在受到PEG等非生物脅迫時，會形成ROS，如果過量的ROS不能及時被清除，植物將會受到嚴重的氧化傷害 [20]。MDA是植物細胞膜脂過氧化作用的最終產物，對細胞膜具有毒害作用，是最常用的膜脂過氧化指標 [21]。Srivastava 等對芥菜的研究表明，在PEG脅迫下蒸餾水處理的MDA含量要低于對照，而ABA預處理卻高于對照 [22]。本試驗研究表明，隨著PEG脅迫時間的延長，MDA含量呈明顯的上升趨勢，脅迫4、6 d，對照組MDA含量明顯高于其他各預處理組，其中以ABA、PEG處理組的MDA含量最低，表明預處理，特別是PEG、ABA處理明顯提高了水稻的抗性。

脯氨酸作為植物體內一種重要的滲透調節(jié)物質，在受到PEG脅迫時會大量積累，從而提高其滲透調節(jié)能力，對植物起到緩沖保護作用，可提高植物的抗逆性，因此許多人把脯氨酸的積累能力看作是植物抗旱性選擇的基礎 [23-24]。本試驗結果表明，隨著PEG脅迫時間的延長，脯氨酸含量呈明顯的上升趨勢。表明15%PEG引起滲透脅迫，植物體內脯氨酸含量增加以提高滲透調節(jié)能力。各預處理組脯氨酸含量明顯低于對照組，表明隨著脅迫時間的延長，經過預處理的水稻幼苗特別是蒸餾水、PEG預處理組并未感受到強烈的滲透脅迫，不需要大量增加脯氨酸來調節(jié)滲透勢差，從而明顯提高了水稻的抗逆性。

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