外源ABA 對低溫脅迫下水稻幼苗活苗率的影響

喻平安，羅志雄，彭敏，王曉忠，張桂蓮

(湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,湖南 長沙 410128)

低溫是最常見的環(huán)境脅迫因子之一,嚴重影響植物生長發(fā)育和地理分布。水稻是喜溫植物,對低溫反應敏感,一般溫度低于10 ℃秧苗會遭受冷害。在我國南方地區(qū),早稻秧苗容易受倒春寒的影響,導致出苗不整齊、葉片黃化、根系損傷以及死苗爛苗,嚴重影響早稻生產(chǎn)[1]。特別是近年來推廣早稻直播、機插秧等生產(chǎn)方式,進一步凸顯了水稻低溫冷害問題[2]。因此,深入研究低溫對水稻生長發(fā)育的影響及適宜的外源調控途徑,提高早稻苗期耐冷性,對保障早稻安全生產(chǎn)具有重要的實踐意義。

脫落酸(Abscisicacid,ABA)是植物五大天然生長調節(jié)劑之一,因能促使葉片脫落而得名,在植物生長發(fā)育和抵抗逆境脅迫中發(fā)揮重要作用[3]。ABA提高植物抗逆境脅迫能力的一個重要機制是誘抗效應[4]。誘抗效應是ABA 賦予植物抵抗脅迫的潛在能力。當遭受脅迫時,植物會啟動一系列的應答反應來快速有效地抵御逆境脅迫。羅立津等[5]以甜椒幼苗為試材,外施不同濃度的ABA,發(fā)現(xiàn)各濃度的ABA 均能誘導甜椒幼苗抗寒性增強。何麗斯等[6]以兩年生的茉莉扦插幼苗為試材,外施一定濃度的ABA,發(fā)現(xiàn)50 mg/L ABA 可較好的保護細胞膜系統(tǒng),調節(jié)植物的內(nèi)源物質含量、抗氧化酶活性,最終提高植物抗寒性。此外,孫慶玲等[7]對狗牙根的研究、楊志娟等[8]對圓柏屬植物幼苗的研究、楊楠等[9]對黃瓜幼苗的研究都得到相似的結論。以上研究大多數(shù)是對植物幼苗進行葉面噴施ABA 處理,而關于不同ABA 處理方式對植物的影響的研究并不多見。本研究比較分析不同濃度、不同處理方式下,外源ABA 對水稻苗期耐低溫脅迫能力的影響,以探索外源ABA 的最佳處理濃度和方法,為外源ABA 在水稻生產(chǎn)上的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

采用的水稻品種為湘早秈45 號,由湖南金色農(nóng)豐種業(yè)有限公司提供。挑選飽滿健康的水稻種子,經(jīng)75%的酒精表面消毒5 min,蒸餾水沖洗3～5 次,將400～500 粒種子放入塑料盒中,加適量蒸餾水后在37 ℃恒溫箱浸泡36 h,期間每8～10 h 更換一次蒸餾水,挑選芽長約為2 mm 的種子,將其播種在透明96 孔板中,每2 板放入1 個藍色塑料盒(17 cm×12 cm×6 cm)中,在光照12 h(6:00-18:00)/黑暗12 h(18:00-6:00)、光照強度30 000 Lx、溫度30 ℃、濕度70%的人工氣候箱中進行培養(yǎng)。前4 d 采用清水培養(yǎng),然后用木村B 營養(yǎng)液培養(yǎng)至幼苗2 葉1 心期用于試驗。

1.2 試驗設計

試驗共設3 種處理方法,處理1:設置7 種不同的ABA 濃度(表1),每隔12 h 噴灑1 次葉片,連續(xù)噴灑兩次后轉入8 ℃低溫光照培養(yǎng)箱中處理3 d；處理2:設置7 種不同處理方式(表2)和3 種ABA 處理濃度(5、10、20 mg/L),處理后轉入8 ℃低溫光照培養(yǎng)箱中處理3 d；處理3:設置3 種不同處理溫度(8、10、12 ℃),將在黑暗條件下采用10 mg/L ABA 溶液浸根處理24 h 后的幼苗進行低溫處理3 d。上述3 種試驗處理均設置4 次重復。

表1 ABA 濃度Table 1 ABA concentrations mg·L-1

表2 ABA 處理方式Table 2 Different treatment methods of ABA

1.3 測定項目與方法

低溫處理結束后,將培養(yǎng)箱溫度調整為20 ℃,待水稻幼苗緩沖生長1 d 后,升溫至28 ℃培養(yǎng)6 d,調查水稻幼苗的存活情況。葉片全部枯萎變干的植株定義為幼苗死亡；主莖綠色,心葉未死的植株定義為幼苗存活。按照以下公式計算活苗率:

活苗率(%)＝(成活苗數(shù)/全部苗數(shù))×100

2 結果與分析

2.1 不同濃度外源ABA 處理對水稻幼苗活苗率的影響

由圖1、圖2 可知,用不同濃度的ABA 溶液噴施處理24 h 后,湘早秈45 號幼苗在低溫8 ℃處理3 d后的活苗率存在差異。其中以T4 處理效果最好,其活苗率為17%；其次是T3 處理,其活苗率為9%；而T6 處理的表現(xiàn)與CK 一致,幼苗全部死亡。這說明高濃度的ABA 溶液不僅不能促進水稻幼苗的生長,還會產(chǎn)生負調控,抑制植物的生長甚至導致其死亡。

圖1 葉面噴施不同濃度ABA 處理后低溫脅迫下湘早秈45 號的幼苗活苗率Fig.1 Survival rate of Xiangzaoxian 45 seedlings under low temperature stress after foliar spraying with different concentrations of ABA

圖2 葉面噴施不同濃度ABA 處理后低溫脅迫下湘早秈45 號幼苗生長情況Fig.2 Seedling growth of Xiangzaoxian 45 under low temperature stress after foliar spraying with different concentrations of ABA

2.2 外源ABA 不同處理方式對水稻幼苗活苗率的影響

采用不同濃度的外源ABA 和不同的處理方式對水稻幼苗進行預處理24 h 后,再進行低溫處理,調查幼苗的活苗率(圖3)。在低溫脅迫下,對照和浸種處理的幼苗均全部死亡,其他處理水稻幼苗的成活率存在差異。5 mg/L ABA 溶液以浸根處理水稻幼苗的活苗率最高,為13%,其次為浸種＋葉面噴施＋浸根處理、葉面噴施處理、浸根＋葉面噴施處理、浸種＋浸根處理、浸種＋葉面噴施處理,其水稻幼苗的活苗率分別為9%、7%、5%、4%、4%,均顯著高于對照和浸種處理(P＜0.05)。10 mg/L ABA 溶液以浸根24 h 處理效果最好,湘早秈45 號幼苗存活率達67%；其次是浸根＋葉面噴施處理,水稻幼苗存活率為59%；浸種＋浸根處理和浸種＋葉面噴施＋浸根處理幼苗的存活率均為47%；而葉面噴施和浸種＋葉面噴施處理水稻幼苗的存活率分別為18%和12%。20 mg/L ABA 溶液以浸根＋葉面噴施處理活苗率最高,為8%；其次為浸根處理、葉面噴施處理、浸根＋葉面噴施＋浸種處理、浸種＋浸根處理,其活苗率均為3%；浸種＋葉面噴施處理與對照和浸種處理一致,均全部死亡。

圖3 不同濃度ABA 不同方式處理后低溫脅迫下湘早秈45 號的幼苗活苗率Fig.3 Survival rate of Xiangzaoxian 45 seedlings treated with different concentrations of ABA and different ways under low temperature stress

綜合分析,10 mg/L ABA 溶液在不同處理方式下的處理效果均優(yōu)于5 mg/L ABA 溶液與20 mg/L ABA 溶液,且以浸根處理效果最好,活苗率最高。

2.3 不同溫度下外源ABA 浸根處理對水稻幼苗活苗率的影響

采用10 mg/L 的ABA 浸根處理后,將湘早秈45號幼苗進行不同溫度的低溫處理3 d、25 ℃恢復7 d后,調查水稻幼苗的存活率,結果見圖4。在8 ℃低溫下,10 mg/L 的ABA 浸根處理幼苗的存活率為67%,對照則全部死亡；在10 ℃和12 ℃低溫下,10 mg/L 的ABA 浸根處理幼苗的存活率則高達99%和100%,均顯著高于對照(P＜0.05)。這表明10 mg/L ABA 溶液浸根處理可顯著提高低溫下幼苗活苗率,特別是在相對較高的低溫條件下效果更明顯。

圖4 10 mg/LABA 浸根處理后不同低溫脅迫下水稻幼苗生長情況Fig.4 The growth of rice seedlings under different low temperature stress after the treatment of 10 mg/L ABA

3 討論

脫落酸又被稱為“脅迫激素”。逆境下,植物體內(nèi)會大量積累ABA,進而增強植物體對逆境脅迫的抵抗能力[10]。Shinkaw 等[11]、付翀等[12]、田禮欣等[13]、李進等[14]研究表明,外施ABA 可提高植物幼苗耐冷性。本研究也表明,與未噴施ABA 溶液的CK 相比,葉面噴施不同濃度ABA 溶液均能不同程度地提高低溫下水稻幼苗的活苗率,增強幼苗耐冷性。

目前,大多采用葉面噴施的方式進行外源ABA處理[5-11],而對于其他處理方式研究較少。本研究比較分析了7 種處理方式對水稻幼苗存活率的影響,發(fā)現(xiàn)浸根處理的效果優(yōu)于葉面噴施和其他處理方式?？赡苁怯捎诓捎萌~面噴施的方式,ABA 溶液主要通過葉表面氣孔進入植物體內(nèi),然后再輸送到植株其他部位,期間受到外界因素的影響,所起作用是間接的；而采用浸根處理的方式,根系可以直接吸收利用ABA,有利于直接提高低溫下幼苗根系活力,從而較好地維持根系的正常吸收功能,增強幼苗的抗低溫能力。

水稻生長發(fā)育階段對溫度有一定的要求,25～35 ℃是水稻幼苗生長的最適宜溫度,溫度過高或過低對秧苗的生長都不利[15-17]。而我國南方早稻幼苗期經(jīng)常遭遇倒春寒天氣,有時氣溫低于10 ℃,嚴重影響秧苗的正常生長。為探討外源ABA 對低溫脅迫下的調控效應,本試驗設置了3 種不同溫度進行低溫處理,結果表明,ABA 溶液浸根處理能提高低溫下幼苗活苗率,且在8～12 ℃范圍內(nèi),隨著溫度升高,幼苗活苗率提高幅度增大。這表明低溫脅迫下外源ABA 浸根處理可顯著提高水稻幼苗耐低溫能力,特別在相對較高(10～12 ℃)的低溫條件下提高效果更明顯。而外源ABA 提高水稻苗期耐低溫脅迫能力的機制,還需從生理生化、分子生物學方面進一步深入研究。

4 結論

葉面噴施不同濃度ABA 溶液能夠不同程度地提高低溫脅迫下水稻幼苗的活苗率,以噴施10 mg/L 的ABA 溶液提高的效果最明顯；ABA 溶液浸根處理能顯著提高低溫下水稻幼苗活苗率,且效果優(yōu)于葉面噴施。綜合分析,本試驗條件下,10 mg/L ABA 溶液浸根處理提高水稻苗期耐低溫脅迫的效果最好,且在10～12 ℃低溫脅迫下效果更明顯。