水楊酸與烯唑醇復(fù)配對水稻秧苗耐冷性的影響

郁平慧 符衛(wèi)蒙 符冠富 陶龍興

（中國水稻研究所/水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310006；第一作者：yuph302@163.com；*通訊作者：taolongxing@caas.cn）

氣候變暖使得水稻有效積溫增加、多熟制種植界限北移、安全播種期提早和生長季延長[1-4]。雙季早稻播種期適當(dāng)提前可保證雙季早晚稻的安全生長，提高產(chǎn)量[5-7]。但播種期提前帶來的秧苗期冷害風(fēng)險亦不容忽視[8]。長江中下游地區(qū)早稻育秧期間，低溫陰雨天氣頻繁，極端低溫有時僅為2.9℃[9]?！暗勾汉币彩侵萍s早稻苗期生長和產(chǎn)量提高的重要因素[10]。低溫會造成秧苗發(fā)生氧化脅迫，保護(hù)酶活性下降，光合作用與呼吸作用減弱，能量供應(yīng)不足造成代謝紊亂，內(nèi)源激素含量改變等生理代謝的影響[11-15]。目前也篩選到了一些耐冷性較好的水稻資源[16-17]。通過外源植物生長調(diào)節(jié)劑調(diào)控水稻秧苗耐冷性是一條重要措施。筆者所在實(shí)驗(yàn)室多年從事水稻化學(xué)調(diào)控方面的研究，在水楊酸（SA）方面的研究甚豐，認(rèn)為水楊酸無論是在大田低溫條件下或者人工氣候室高溫條件下都能顯著提高水稻抗逆性[18-21]。此外，在試驗(yàn)中也觀察到水楊酸和烯唑醇（S08）的復(fù)配液對水稻產(chǎn)量的形成有較好的促進(jìn)作用（數(shù)據(jù)未發(fā)表），但其在減緩早稻秧苗低溫傷害方面仍有待研究。因此，本研究以南方稻區(qū)推廣面積較大的早秈稻品種中嘉早17 為材料，在水稻秧苗期通過大田試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)，研究水楊酸及烯唑醇復(fù)配液SA+S08 對水稻秧苗耐冷性的影響，為水稻風(fēng)險栽培技術(shù)的研發(fā)提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

南方稻區(qū)推廣面積較大的早秈稻品種中嘉早17。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)在中國水稻研究所富陽基地內(nèi)進(jìn)行。

1.2.1 盆栽試驗(yàn)

水稻種子用浸種靈浸種48 h（預(yù)防惡苗病），隨后于人工氣候箱內(nèi)37℃條件下催芽24 h。萌發(fā)種子直接播種于秧盆并置于30℃/23℃氣候箱中培養(yǎng)。低溫處理于秧苗5 葉期進(jìn)行，處理溫度分別為13℃/10℃（晝夜、低溫處理）及25℃/20℃（晝夜、常溫處理），光照強(qiáng)度為200 μmol/（m2·s），相對濕度為75%。低溫處理前10 d，噴施300 mg/L 的SA+S08，低溫處理48 h 后，取樣測定各項(xiàng)生理指標(biāo)。

1.2.2 大田試驗(yàn)

設(shè)置2 個播期，分別為3 月15 日及3 月20 日，3次重復(fù)。水稻種子用浸種靈浸種48 h，隨后于人工氣候箱在37℃條件下催芽24 h。萌發(fā)種子直接播于大田苗床，覆膜育秧。于秧齡15 d 噴施300 mg/L 的SA+S08，20 d 后測量秧苗株高和干物質(zhì)量。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 株高和干物質(zhì)量

將秧苗用自來水洗凈、擦干，剪去根部，測量株高，然后105℃殺青15 min，85℃烘干至恒質(zhì)量，用電子天平稱100 株秧苗地上部干物質(zhì)量。

1.3.2 葉綠素?zé)晒鈪?shù)

低溫處理48 h 的秧苗經(jīng)過黑暗處理后，使用便攜式葉綠素?zé)晒鈨x（PAM2500）測定葉片最大熒光量子效率（Fv/Fm）和實(shí)際熒光量子效率（Y(Ⅱ)）。

1.3.3 相關(guān)生理指標(biāo)

人工培養(yǎng)箱處理48 h 后，取新鮮葉片用于生理指標(biāo)的測定。丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法[22]；過氧化氫（H2O2）含量測定采用 TiCl4 法[23]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氯化硝基四氮藍(lán)唑（NBT）光化學(xué)還原法[24]；過氧化氫酶（CAT）活性測定采用過氧化氫法[25]；可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[26]。

1.4 統(tǒng)計分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 及SPSS11.5 軟件統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對葉片形態(tài)、Fv/Fm及Y（Ⅱ）的影響

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，低溫條件下對照（噴施H2O）的秧苗萎蔫，葉片卷曲明顯，受傷害程度較高，而噴施SA+S08 的秧苗葉片萎蔫程度較?。怀叵?，SA+S08 對水稻葉片葉綠素?zé)晒獾挠绊懖淮螅c噴清水處理差異不明顯。然而，低溫脅迫條件下，對照葉片的Fv/Fm 及Y（Ⅱ）下降幅度分別為47.0%和36.2%，而噴SA+S08處理的葉片F(xiàn)v/Fm 及Y（Ⅱ）下降幅度僅分別為10.8%和5.0%，處理間的差異均達(dá)到顯著水平（圖1）。

2.2 對葉片MDA及H2O2含量的影響

低溫脅迫下，活性氧與自由基包括過氧化氫含量顯著增加，嚴(yán)重破壞細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等物質(zhì)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)正常信號通路及正常代謝受阻[27-28]，因此H2O2及MDA 的含量可以作為判斷秧苗抗低溫傷害的指標(biāo)之一[29]。從圖2 可以看出，低溫下水稻秧苗葉片MDA 含量顯著增加，但不同處理間增幅存在差異。低溫下，對照葉片MDA 含量與常溫條件下相比增幅達(dá)57.7%，而SA+S08 處理僅增26.4%，不同處理間的增幅差異達(dá)到顯著水平。H2O2含量也表現(xiàn)出相同的趨勢，低溫下對照葉片的H2O2含量增幅達(dá)75.8%，而SA+S08處理為31.7%，差異達(dá)到顯著水平。

2.3 對葉片抗氧化酶活性及可溶性糖含量的影響

逆境脅迫下活性氧的過多積累會嚴(yán)重抑制水稻的生長及發(fā)育，而抗氧化酶活性的增加可清除過多的自由基和活性氧，從而維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定，提高耐冷性[30]。超氧化物歧化酶SOD 能特異性地將超氧陰離子（O2-） 歧化為 H2O2和 O2，H2O2再在過氧化氫酶 CAT 的催化下分解成H2O 和O2。由圖3 可知，對照的秧苗葉片SOD 活性在常溫和低溫處理之間無明顯差異，但低溫下SA+S08 處理SOD 活性顯著增加，增幅為14.9%；低溫脅迫下CAT 活性均顯著增加，其中SA+S08 處理增幅要顯著高于對照，增幅分別為27.9%及14.8%；低溫脅迫下水稻秧苗葉片可溶性糖含量均顯著增加，但SA+S08 處理的增幅明顯高于對照，其增幅分別達(dá)80.3%及36.8%。

2.4 對株高及干物質(zhì)量的影響

早稻的適宜播種期在3 月底至4 月初，提前播種可能會使早稻秧苗遭遇光照較弱積溫不足和“倒春寒”的極端低溫冷害風(fēng)險[10]，秧苗生長嚴(yán)重受抑制，外源植物生長調(diào)節(jié)劑在一定程度上可減輕低溫脅迫。由圖4可知，3 月15 日和3 月20 日播種的秧苗株高差異不大，但后者的干物質(zhì)積累量顯著高于前者。在大田條件下，SA+S08 處理的秧苗株高稍微低于對照，但處理間差異不大。然而，SA+S08 處理的干物質(zhì)積累量要高于對照，3 月15 日及3 月20 日播種的增幅分別為3.7%及4.7%，其中后者的差異達(dá)顯著水平。

3 結(jié)論與討論

圖3 低溫脅迫下SA+S08 對秧苗葉片SOD、CAT 活性和可溶性糖含量的影響

圖4 SA+S08 處理對秧苗株高及干物質(zhì)量的影響

本項(xiàng)研究表明，低溫下SA+S08 處理的葉片F(xiàn)v/Fm及Y（II）降幅顯著低于對照，結(jié)果與前人的研究一致，即Fv/Fm 的變化可反映植物對低溫的響應(yīng)，同時也是低溫傷害的重要指標(biāo)。對此，筆者認(rèn)為可能與低溫導(dǎo)致的氧化脅迫有關(guān)。研究表明，低溫下原有的自由基平衡被打破[10]，積累過量的活性氧（ROS），如超氧自由基（O2-）、羥基自由基（OH）和過氧化氫（H2O2）等，從而毒害細(xì)胞，進(jìn)一步影響生化代謝反應(yīng)，形成氧化脅迫。這與本項(xiàng)研究結(jié)果較一致，低溫下SA+S08 處理的水稻葉片H2O2及MDA 含量增幅明顯小于對照，表明低溫導(dǎo)致氧化脅迫是影響不同處理耐冷性的主要原因。

眾所周知，植物體內(nèi)存在一系列的抗氧化保護(hù)酶來防止低溫脅迫下ROS 對細(xì)胞的損害，包括SOD、POD、CAT、APX，以及 AsA 和 GSH 等非酶抗氧化物質(zhì)，其低溫脅迫下活性增強(qiáng)，能有效地清除多余的ROS，防止膜脂過氧化，減輕低溫傷害。同時，耐寒性不同的水稻品種其抗氧化酶的表現(xiàn)也會有較大差異[29]。在本研究中，低溫脅迫下SA+S08 處理的葉片SOD 和CAT 活性增長幅度顯著高于對照，表明SA+S08 可以通過調(diào)節(jié)水稻葉片抗氧化酶活性增強(qiáng)耐冷性。這與前人的研究結(jié)果一致，即低溫下水楊酸可通過提高水稻抗氧化酶活性增強(qiáng)水稻耐冷性[31]。

SA+S08 提高水稻耐冷性也與可溶性糖有關(guān)，低溫下SA+S08 處理的葉片可溶性糖含量增幅顯著高于對照?？扇苄蕴堑淖饔糜幸韵聨讉€方面：1）滲透調(diào)節(jié)作用。低溫脅迫條件下植物已經(jīng)進(jìn)化出滲透調(diào)節(jié)的脅迫適應(yīng)機(jī)制，通過細(xì)胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累維持滲透穩(wěn)態(tài)，如可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等。其中，可溶性糖能保持膜和原生質(zhì)膠體的穩(wěn)定，并為有機(jī)物合成提供原料。2）能量物質(zhì)。受低溫脅迫的植株體內(nèi) ATP、NAD（P）H 等能量因子含量會顯著下降[14]，從而導(dǎo)致生長滯緩，糖作為能量的直接來源，其可能通過影響能量合成調(diào)控水稻秧苗的耐冷性。由此表明，SA+S08 能通過影響糖代謝以調(diào)控能量平衡提高抗逆能力。3）抗氧化能力。除了作為滲透調(diào)節(jié)及能量物質(zhì)之外，可溶性糖還能作為植物氧化脅迫清除劑，維持植物體內(nèi)氧化脅迫的平衡[32]，從而減緩低溫脅迫對水稻的傷害。

溫度是早稻播種期前移的最大限制因素，低溫脅迫會抑制秧苗生長，嚴(yán)重時則導(dǎo)致秧苗死亡。在本試驗(yàn)大田條件下，通過覆膜措施減少低溫脅迫對水稻秧苗的傷害，但秧苗的生長還是不可避免會受到影響。本研究表明，3 月15 日播種和3 月20 日播種的水稻株高差異并不大，但前者干物質(zhì)量顯著低于后者，表明低溫脅迫主要影響干物質(zhì)的積累。在這種情況下，外源SA+S08 在大田條件下同樣可以減緩低溫脅迫的傷害，因?yàn)镾A+S08 處理的干物質(zhì)量均高于對照，尤其在3 月20 日，差異達(dá)到顯著水平。筆者認(rèn)為，大田低溫下SA+S08 提高水稻秧苗干物質(zhì)積累可能與其提高抗氧化酶活性，減少低溫脅迫對水稻葉片光合能力的損害有關(guān)。

總之，無論是在人工氣候室或者大田條件，噴施水楊酸和烯唑醇復(fù)配液均能明顯提高水稻秧苗的耐冷性，主要表現(xiàn)為抗氧化酶活性的增加，過氧化氫及丙二醛含量的下降，相應(yīng)地增加葉片光合能力。