干旱脅迫下水稻和水花生的抗旱生理學(xué)

李金枝，王曉燕

(1.臺(tái)州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 臺(tái)州 31800； 2.麗水學(xué)院 生態(tài)學(xué)院，浙江 麗水 323000)

水稻作為我國(guó)的主糧之一，由于受旱而造成的減產(chǎn)已成為嚴(yán)重的問(wèn)題。旱作水稻因其具有節(jié)水節(jié)肥特點(diǎn)已成為當(dāng)前稻作技術(shù)研究熱點(diǎn)[1-2]。水花生[Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb]又名空心蓮子草，是莧科蓮子草屬的一種多年生宿根草本植物。水花生具有很強(qiáng)的抗逆性，既能適應(yīng)陸生環(huán)境，又能像水稻一樣適應(yīng)水生環(huán)境[3-5]。因此，有學(xué)者研究水稻的抗逆生理并嘗試對(duì)比二者在逆境條件下生長(zhǎng)的差異[6-7]，目前還未有文獻(xiàn)系統(tǒng)地對(duì)比二者生理方面的差異。本研究以水花生和水稻為材料，比較二者在干旱脅迫下的生理代謝變化及其適應(yīng)性，為下一步研究其應(yīng)對(duì)干旱脅迫的分子機(jī)制奠定基礎(chǔ)，同時(shí)也為利用水花生基因培育抗旱水稻提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

水花生采集于臺(tái)州學(xué)院椒江校區(qū)，水稻品種是豐兩優(yōu)1號(hào)。實(shí)驗(yàn)中所用的土為農(nóng)田土，用1 cm篩子過(guò)篩后裝入塑料筐里備用。沙培用普通的河沙。

1.2 處理設(shè)計(jì)

從野外取長(zhǎng)成叢的水花生，2株即可(每株長(zhǎng)多條藤，每條藤長(zhǎng)多個(gè)節(jié)間，每個(gè)節(jié)間又會(huì)長(zhǎng)多條根)，將其藤剪留7～8 cm，種在裝有土壤的塑料筐中。水花生培養(yǎng)15 d后，取水稻50粒種子，自來(lái)水浸泡2 d開(kāi)始露白后也種在塑料筐中，每次澆水高出土壤2 mm左右。繼續(xù)培養(yǎng)15 d后，將水花生和水稻分別取出，將根系洗凈后一起轉(zhuǎn)到盛有Hoagland營(yíng)養(yǎng)液的沙培塑料筐中，分2個(gè)筐種植，每筐各有一大株水花生和20株左右的水稻幼苗供試驗(yàn)。每天澆Hoagland溶液，筐邊沿放樹枝以免匍匐莖接觸營(yíng)養(yǎng)液。沙培15 d左右，待水花生的藤長(zhǎng)到20～40 cm就可以用于測(cè)定。

把筐邊沿的樹枝取走，使水花生的藤接觸營(yíng)養(yǎng)液2～3 d后，莖節(jié)處會(huì)長(zhǎng)出3 cm左右的根，此時(shí)從藤的基部剪斷，依靠莖節(jié)處的根吸收水分，剪斷當(dāng)天算0 d，分別于0、3、6和9 d測(cè)定。實(shí)驗(yàn)中，1個(gè)筐為對(duì)照，只澆蒸餾水；另1個(gè)筐為干旱處理，把藤與主根剪斷后，將毛巾放在筐里不斷吸Hoagland營(yíng)養(yǎng)液至干，外面曬0、3、6和9 d。

1.3 生理生化指標(biāo)測(cè)定

1.4 數(shù)據(jù)分析

每個(gè)處理為3個(gè)重復(fù)，圖中數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 Pro含量

由圖1可知，對(duì)照組水稻葉中Pro含量逐漸增加，而干旱處理組水稻葉片Pro含量幾乎無(wú)變化，在第6、9天顯著低于對(duì)照組。水花生葉中Pro含量在干旱期間略有下降，但與對(duì)照組沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明干旱脅迫對(duì)水花生無(wú)顯著影響。

數(shù)據(jù)以鮮質(zhì)量計(jì)，*表示與對(duì)照組相比差異顯著(P< 0.05)。圖2～5同圖1 干旱脅迫對(duì)水稻(A)和水花生(B) 脯氨酸含量的影響

圖2 干旱脅迫對(duì)水稻(A)和水花生(B) 氧自由基產(chǎn)生速率的影響

2.3 CAT活性

如圖3所示，水稻葉CAT活性在干旱前期處理組和對(duì)照組差異不大，到干旱后期處理組的CAT活性急劇上升，第9天處理組的CAT活性達(dá)到了對(duì)照組的1.6倍。與對(duì)照組相比，水花生處理組的CAT活性呈先上升后下降趨勢(shì)。在干旱處理后期，水花生和水稻的CAT活性都顯著高于對(duì)照組，水花生葉中的CAT活性增加更快，在干旱脅迫第6天就到達(dá)最大值。

圖3 干旱脅迫對(duì)水稻(A)和水花生(B) CAT活性的影響

2.4 MDA含量

由圖4可知，水稻和水花生葉中的MDA含量均呈上升趨勢(shì)，第0天，水稻處理組和對(duì)照組差異較小，到第9天，處理組是對(duì)照組的4.55倍，MDA積累的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水花生。第0天，水花生處理組是對(duì)照組的1.13倍，到第9天是對(duì)照組的1.84倍。與水稻相比，水花生能夠維持膜結(jié)構(gòu)的完整性，積累的過(guò)氧化產(chǎn)物較少，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐旱能力。

圖4 干旱脅迫對(duì)水稻(A)和水花生(B) 丙二醛含量的影響

2.5 相對(duì)電導(dǎo)率

由圖5可知，水稻和水花生的處理組在干旱第0天REC明顯高于其他值，可能是由于突然處于逆境中導(dǎo)致的。整體來(lái)看，水稻葉對(duì)照組和處理組的REC比水花生的REC高，表明在干旱脅迫下，水稻葉片膜脂過(guò)氧化程度增加，MDA逐漸積累，造成膜系統(tǒng)受損，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外滲，電導(dǎo)率逐漸升高；而干旱對(duì)水花生細(xì)胞質(zhì)膜的影響較小。

圖5 干旱脅迫對(duì)水稻(A)和水花生(B) 相對(duì)電導(dǎo)率的影響

3 小結(jié)