鹽堿脅迫對寧夏水稻籽粒淀粉合成關(guān)鍵酶活性的影響

摘 要：以寧夏優(yōu)質(zhì)耐鹽堿水稻品種（系）為材料，研究水稻籽粒灌漿期淀粉合成關(guān)鍵酶活性在不同鹽堿梯度的變化趨勢。試驗設(shè)3個不同鹽堿梯度土壤和1個正常土壤對照，測定5個水稻品種籽粒中ADPG焦磷酸化酶、淀粉合成酶的變化。結(jié)果表明，供試的5個水稻品種（系）籽粒中的兩種酶活性均呈單峰曲線變化；隨著鹽堿脅迫增加，兩種酶活性受鹽堿脅迫的影響，抑制作用明顯。不同水稻品種籽粒中酶活性對鹽堿脅迫的反應(yīng)不同，隨著鹽堿脅迫增加，兩種酶活性變化緩慢；在重度鹽堿脅迫下，與對照相比較酶活性峰值出現(xiàn)的時間推遲并且數(shù)值較低。

關(guān)鍵詞：鹽堿脅迫； 水稻； 淀粉合成關(guān)鍵酶； 寧夏

中圖分類號：S511" " " " 文獻標識碼：A" " " 文章編號：1002-204X（2023）12-0005-04

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.12.003

Effect of Salt-Alkali Stress on the Activity of Key Enzymes Involved in Rice Grain Starch Synthesis in Ningxia

He Qi， Yin Yanbo， Ma Hongwen， Wang Xin， Zhang Wenyin， Feng Weidong

（Crops Institure， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan， Ningxia 750002）

Abstract Using high-quality salt-alkali tolerant rice varieties from Ningxia as materials， the changes in activity of key enzymes involved in starch synthesis during the grain filling stage of rice under different salt-alkali gradients were studied. Three different salt-alkali gradients of soil and one normal soil were used as treatments， and the changes in activity of ADPG pyrophosphorylase and starch synthase were measured in the grains of five rice varieties after flowering. The results showed that the activity of both enzymes in the grains of the five rice varieties followed a unimodal curve. The activity of both enzymes was significantly affected and inhibited by salt-alkali stress as the salt-alkali stress increased. The response of enzyme activity in different rice varieties to salt-alkali stress was different. With increasing salt-alkali stress， the changes in activity of both enzymes were slow， and under severe salt-alkali stress， the peak of enzyme activity occurred later and had lower values compared to the control.

Key words Salt-alkali stress; Rice; Key enzymes in starch synthesis; Ningxia

水稻是世界上三大主要糧食作物之一，以稻米作為主食的人口占全世界近50%，中國水稻種植面積居世界第二位，生產(chǎn)量居世界第一位，中國是水稻生產(chǎn)大國，同時也是水稻消費大國[1]。近年來，隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，中國耕地面積在減少，糧食安全問題嚴峻，提高水稻產(chǎn)量成為目前水稻研究的熱點和難點，對解決中國乃至世界的口糧安全問題有著非常重要的現(xiàn)實意義[2]。

目前全世界大約有20%耕地鹽堿化程度不斷加重，到本世紀五十年代，預(yù)計將會有超過一半以上的耕地趨于鹽堿化[3]。寧夏鹽堿地主要分布在寧夏銀北地區(qū)，該地區(qū)也是寧夏主要的水稻生產(chǎn)地區(qū)。水稻是一種對鹽敏感的作物，鹽堿脅迫增強會抑制水稻生長發(fā)育，阻礙水稻的組織和器官生長與分化，明顯降低產(chǎn)量、影響稻米品質(zhì)[4-6]。

水稻籽粒中的淀粉含量約占糙米的90%[7]。水稻淀粉的生物合成是一系列酶調(diào)控的反應(yīng)過程[8-10]。水稻籽粒淀粉的積累與ADPG焦磷酸化酶、淀粉合成酶和淀粉分支酶有較大作用[11-12]，水稻籽粒灌漿的過程，實際上是淀粉累積的過程，也決定了籽粒充實的優(yōu)劣和粒重的高低[13]。因此，課題組對籽粒灌漿過程中淀粉合成關(guān)鍵酶活性變化進行研究，旨在揭示水稻粒重和品質(zhì)形成的機理，為水稻優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)育種與栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2018年在寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)作物研究所基地進行，選擇目前寧夏優(yōu)良主栽品種寧粳27號、寧粳48號、富源4號等和新育成的耐鹽堿品（系）寧粳57號、京寧7號開展試驗。供試土壤取自寧夏平羅縣通伏鄉(xiāng)鹽堿土，試驗將鹽堿土與稻田土配制成3種不同比例（質(zhì)量比）鹽堿土（土壤化學(xué)性質(zhì)見表1）：輕度鹽堿土（S1）、中度鹽堿土（S2）、重度鹽堿土（S3），以寧夏農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)作物研究所王太基地稻田土作對照（CK）。

1.2 試驗設(shè)計

采用盆栽法插秧種植，4月15日育秧播種，5月20日移苗插秧，種植順序隨機排列，每盆3穴，每穴4株，每個處理種植10盆水稻，試驗盆高23.5 cm，盆口直徑26.2 cm，盆底直徑22.0 cm。土壤風(fēng)干后過2 mm篩，每盆盛裝過篩土壤10 kg。肥料和水分管理參照當?shù)厣a(chǎn)田，第1次加水后固定盆中全鹽含量，以后每天測量確保每盆內(nèi)水層保持不變，以防盆內(nèi)鹽濃度改變。加水后，土壤全鹽含量折合成水中鹽含量見表1。

1.3 取樣與測定

酶活性的測定選擇在水稻抽穗期，選取生長整齊一致的稻穗掛牌標記，選取灌漿基本一致的穗中部籽粒，取穗最佳時間是9：00—10：00，每次取樣間隔5 d。取穗后迅速用液氮冷凍處理，回實驗室后保存于-20 ℃冰箱中。

ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性參照梁建生等[14]的方法提取粗酶液，粗酶液的反應(yīng)參照Nakamura等[15]的方法進行。上述酶活性測定均重復(fù)2次，求平均值，并進行統(tǒng)計分析。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫對ADPG焦磷酸化酶活性的影響

從圖1中可以得出，在不同鹽堿脅迫梯度栽培條件下，籽粒灌漿過程中供試的5個水稻品種（系）ADPG焦磷酸化酶的變化趨勢基本一致：在籽粒灌漿進程中，供試品種（系）的酶活性開始逐漸增加，酶活性到達峰值后又快速下降，均呈現(xiàn)單峰曲線。在不同鹽堿梯度下，供試品種（系）的ADPG焦磷酸化酶活性達到峰值所需的時間和品種（系）之間的酶活性大小有差異。在正常稻田土壤下水稻品種（系）京寧7號、寧粳57號和富源4號的ADPG焦磷酸化酶活性到達峰值的時間比其他2個品種早，在水稻抽穗后20 d出現(xiàn)；在重度鹽堿脅迫下水稻5個品種（系）的ADPG焦磷酸化酶活性到達峰值的時間不同，水稻品種（系）京寧7號和富源4號的ADPG焦磷酸化酶活性到達峰值的時間較其他3個品種早，出現(xiàn)在抽穗后25 d；寧粳27號和寧粳48號焦磷酸化酶活性到達峰值在抽穗后35 d，寧粳57號在抽穗后30 d。輕度鹽堿脅迫下各水稻品種（系）的ADPG焦磷酸化酶活性變化曲線與對照相似，而中度鹽堿脅迫下各水稻品種（系）的ADPG焦磷酸化酶活性變化曲線與重度鹽堿脅迫相似。

2.2 鹽堿脅迫對可溶性淀粉合成酶活性的影響

從圖2可以得出，鹽堿脅迫下京寧7號、寧粳27號、寧粳48號、寧粳57號和富源4號5個水稻品種（系）的可溶性淀粉合成酶指數(shù)均呈有規(guī)律的單峰曲線變化。對于同一水稻品種（系），鹽堿脅迫梯度增加，可溶性淀粉合成酶活性高峰值出現(xiàn)的時間就會推遲，寧粳27號與寧粳57號推遲了10 d，京寧7號、寧粳48號和富源4號都推遲了5 d。在灌漿前期，土壤鹽堿度越高供試的5個水稻品種（系）的酶活性越小，并且酶活性上升過程緩慢。從2圖中可以得出，京寧7號可溶性淀粉合成酶峰值最高，峰值過后酶活性下降速度隨著土壤鹽堿度的升高而急速下降，其他水稻品種變化趨勢與京寧7號一致。

3 結(jié)論與討論

本研究得出：在鹽堿脅迫下水稻灌漿過程中，5個水稻品種（系）齊穗后隨著生長時間的增加，籽粒中的ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性均呈單峰曲線變化，說明水稻籽粒在灌漿過程中ADPG焦磷酸化酶與可溶性淀粉合成酶對稻米品質(zhì)的形成起到了至關(guān)重要的作用[16-17]。這與楊建昌等[17]、步金寶[18]的研究結(jié)果一致。

通過對不同梯度鹽堿脅迫下水稻的兩種酶活性研究發(fā)現(xiàn)：鹽堿脅迫可明顯抑制水稻籽粒中ADPG焦磷酸化酶和可溶性淀粉合成酶活性，這與步金寶[18]的研究結(jié)果相同。在鹽堿脅迫處理下酶活性在灌漿前期上升過程中均低于對照；在水稻灌漿的全過程中，酶活性的變化是隨著鹽堿脅迫程度的增加呈下降趨勢。

另外，本研究結(jié)果表明，鹽堿脅迫下水稻品種（系）的耐鹽堿性強弱決定著淀粉合成關(guān)鍵酶活性，耐鹽堿水稻品種（系）京寧7號的酶活性在鹽堿脅迫下降幅較小，但是對照品種寧粳27號的酶活性則降幅較大。在重度鹽堿脅迫下，水稻灌漿前期ADPG焦磷酸化酶與可溶性淀粉合成酶的活性增長緩慢，隨著灌漿進程的推進，兩種酶活性峰值出現(xiàn)的時間也較對照推遲。因此，在優(yōu)質(zhì)米栽培上應(yīng)根據(jù)不同品種的耐鹽堿特性，結(jié)合當?shù)氐耐寥狼闆r，合理選擇品種，以保證寧夏鹽堿稻作區(qū)糧食生產(chǎn)安全。

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責任編輯：達海莉

基金項目：寧夏自然科學(xué)基金項目（2023AAC03437）、寧夏自然科學(xué)基金項目（2019AAC03153）、國家水稻產(chǎn)業(yè)體系銀川試驗站項目（CARS-01-84）

作者簡介：賀奇（1985—），男，陜西靖邊人，副研究員，主要從事水稻遺傳育種與病蟲害防治工作。

收稿日期：2022-05-06" 修回日期：2022-05-07