赤霉素對鹽脅迫下水稻幼苗生理特性的影響

摘 要：為加強對水稻幼苗的抗逆性研究，減輕鹽脅迫下水稻幼苗受到的損傷，以“兩優(yōu)培九”水稻品種為研究對象，在0.5% NaCl脅迫處理下，研究了不同濃度的外源GA3對水稻幼苗生理活性的影響。設(shè)置了對照組（CK）、鹽脅迫組（G0）及鹽脅迫和外源GA3共同處理組（G1、G2、G3）。結(jié)果表明，在鹽脅迫處理的同時施加外源GA3（25、50、100 mg/L）可以一定程度上緩解水稻幼苗受到的傷害，表現(xiàn)為赤霉素處理降低了鹽脅迫下水稻幼苗葉片中的MDA含量，增強了葉片POD活性，還增加了葉片葉綠素含量，且均在50 mg/L的赤霉素濃度處理下效果最明顯。

關(guān)鍵詞：赤霉素；水稻；鹽脅迫；葉綠素

中圖分類號：S511 文獻標(biāo)志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）12–000-03

近年來，由于全球氣候變暖、工業(yè)污染加重、農(nóng)業(yè)化肥使用不當(dāng)、洪澇災(zāi)害及海水侵入陸地等因素，我國鹽漬土面積不斷擴大，占水稻總栽培面積的20%，成為限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。鹽脅迫主要影響植物形態(tài)，抑制葉片伸展，導(dǎo)致葉片卷曲、發(fā)黃甚至枯死，加速植物衰老；在細(xì)胞水平上，鹽脅迫破壞離子平衡和滲透勢，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水分、營養(yǎng)礦質(zhì)流失，活性氧積累破壞細(xì)胞膜和大分子結(jié)構(gòu)，抑制正常新陳代謝和生長。水稻對鹽脅迫尤為敏感，因此加強抗鹽研究至關(guān)重要。赤霉素（Gibberellic acid，GA）是一種微量植物激素，能通過促進細(xì)胞分裂增長植物體，可以提高種子發(fā)芽率，緩解鹽脅迫對發(fā)芽的抑制作用，并促進根尖分生區(qū)細(xì)胞的分裂和分化。利用“兩優(yōu)培九”水稻幼苗，研究外源赤霉素對鹽脅迫下生理活性的影響及其與耐鹽性的關(guān)系，旨在為水稻抗鹽脅迫的生理機制研究和新品種培育提供試驗依據(jù)，同時為逆境下水稻的快速恢復(fù)和減少損失提供技術(shù)支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗材料與試劑

選用的水稻品種為“兩優(yōu)培九”（LYP9），材料由江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

主要使用的試劑為赤霉素920（GA3）、磷酸緩沖溶液（PBS，100 mmol/L，pH值6.0）、30%過氧化氫（H2O2）、三氯乙酸（TCA）、丙酮、石英砂、硫代巴比妥酸（TBA）、愈創(chuàng)木酚、無水乙醇、碳酸鈣（CaCO3）。主要使用的試驗儀器有移液槍、高速冷凍離心機和紫外可見分光光度計。

1.2 試驗方法

1.2.1 種子的萌發(fā)試驗

挑選大小適宜無干癟的水稻種子進行消毒處理，用蒸餾水多次沖洗直至無殘留后，放置到恒溫培養(yǎng)箱中浸種處理24～48 h，等待“兩優(yōu)培九”種子發(fā)芽。隨后挑選發(fā)芽程度近似的種子，并將其放置在鋪有2～3層濕紗布的培養(yǎng)皿中，20粒/盤，共5組，向培養(yǎng)皿中添加蒸餾水并使水沒過水稻種子的1/2，每天按時澆水，防止水量過多或過少引起種子發(fā)霉。然后，置于培養(yǎng)箱中，待種子長出一片葉子時進行下一步處理。

1.2.2 幼苗的培養(yǎng)與處理

待水稻幼苗長至1葉1心期，將其轉(zhuǎn)移至自制的培養(yǎng)瓶中，并添加適量標(biāo)準(zhǔn)木村營養(yǎng)液進行水培，水稻幼苗根部用錫箔紙進行遮光處理，隨后放置于25 ℃培養(yǎng)箱中進行培養(yǎng)，更換培養(yǎng)液頻率為3 d/次。待水稻幼苗長至3葉1心期，將其中4組的標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液更換為含0.5% NaCl的培養(yǎng)液，同時對4個鹽處理組中3個組的水稻幼苗葉片噴施濃度分別為25、50、100 mg/L

的赤霉素溶液，并編號為G1、G2、G3。在試驗過程中設(shè)置2個對照組（CK：0% NaCl+0 mg/L GA3；G0：0.5% NaCl+

0 mg/L GA3）。脅迫7 d后測定幼苗的生理指標(biāo)。各處理設(shè)置3個重復(fù)。

1.2.3 葉綠素含量的測定

葉綠素的含量參照馮鵬等[1]的丙酮乙醇混合萃?。ū靡掖?2∶1）的方法進行測定。剪取0.1 g的水稻葉片置于預(yù)冷過的研缽中，加入適量80%丙酮和無水乙醇混合液、石英砂、CaCO3，冰浴下研磨成漿后倒入10 mL離心管，經(jīng)高速冷凍離心機4 ℃、6 000 r/min離心10 min后，收集上清，并對管底沉淀物進行再次洗滌和冷凍離心，混合2次上清并定容至10 mL即葉綠素提取液，以80%丙酮和無水乙醇混合液作對照調(diào)零，于波長663 nm和645 nm處測定葉綠素提取液的光吸收值。按以下公式計算葉綠素的含量（mg/g）[2]：

Ca=12.71A663－2.59A645（1）

Cb=22.88A645-4.67A663（2）

Ct=8.04A663+20.29A645（3）

式（1）～（3）中，Ca為葉綠素a含量；Cb為葉綠素b含量；Ct為葉綠素總量。

1.2.4 MDA含量的測定

丙二醛（MDA）的含量參照孟菁等[3]的方法進行測定。

1.2.5 POD活性的測定

過氧化物酶（POD）活性參照張志良[4]的愈創(chuàng)木酚比色法和劉向標(biāo)等[5]的方法稍作修改后進行測定。剪取0.2 g的水稻幼苗葉片置于冷凍過的研缽中，加入少量石英砂和1 mL提取液（20 mmol/L KH2PO4）研磨成漿，經(jīng)高速冷凍離心機4 ℃、4 000 r/min離心15 min后，收集上清冷藏保存，再次加入1 mL提取液洗滌提取沉淀物，離心后混合2次上清即酶液。于波長470 nm處測定酶液的光吸收值，準(zhǔn)備2只比色皿，一只加入

2 mL的反應(yīng)混合液（50 mL 100 mmol/L pH值6.0 PBS、28 μL愈創(chuàng)木酚、18 μL 30%H2O2）和667 μL KH2PO4作為對照調(diào)零，另一只先加入2 mL反應(yīng)混合液，待將比色皿放入分光光度計的比色皿暗箱后，迅速加入667 μL

酶液并蓋好比色皿暗箱蓋，快速讀數(shù)同時進行計時，每隔1 min記錄1次數(shù)據(jù)，通過公式（4）進行計算獲得該酶的活性值。

POD活性/[U/（g·min）]=?A470×V總/（0.01×V×T×Fw）（4）

式（4）中，V總為提取的酶液總體積（mL）；?A470為吸光值的變化量；V為酶液的用量（mL）；T為測定時間

（1 min）；Fw為樣品的鮮重（g）；0.01為規(guī)定變化0.01為1個酶活單位。

1.2.6 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2010軟件進行整理歸納后，采用SPSS 17.0軟件進行單因素方差檢驗分析，最后使用Excel作柱狀圖并標(biāo)記。

2 結(jié)果與分析

經(jīng)過觀察，“兩優(yōu)培九”水稻幼苗在未進行鹽脅迫處理前，生長狀況良好；0.5% NaCl脅迫處理2 d后，幼苗葉片開始卷曲，部分葉片顏色開始泛黃；處理4 d后，水稻幼苗葉片均出現(xiàn)一定程度的枯萎現(xiàn)象。而與鹽處理同時進行的25、50、100 mg/L外源赤霉素噴施處理后的水稻幼苗葉片也出現(xiàn)相應(yīng)的卷曲、萎縮和泛黃現(xiàn)象，其形態(tài)變化與未噴施赤霉素的鹽處理水稻幼苗相比并不明顯。具體原因還有待進一步探究。

2.1 外源GA3處理對鹽脅迫下水稻葉片葉綠素含量的影響

由圖1可知，0.5% NaCl脅迫處理后水稻葉片葉綠

素a含量、葉綠素b含量和葉綠素總量均顯著降低（Plt;

0.05），經(jīng)過不同濃度的外源赤霉素噴施處理后，葉綠素a含量、葉綠素b含量和葉綠素總量均呈先增加后降低的趨勢。其中，與CK相比，G0處理組的水稻葉片葉綠素a含量降低45.4%，差異性顯著（Plt;0.05），進行了外源赤霉素噴施處理的G1和G2水稻葉片葉綠素a含量分別比G0增加了5.3%（Pgt;0.05）和24.2%（Plt;0.05），而G3葉綠素a含量相比于G0降低5.5%（Pgt;0.05），G2處理組的增長效果最為明顯；水稻葉片葉綠素b含量G0處理組相比CK降低66.1%，G1、G2、G3組與CK相比分別降低52.2%、39.9%、62.4%，差異性顯著（Plt;0.05），其中G2處理下降低幅度最?。凰救~片葉綠素總量G0相比于CK降低了51.2%，進行赤霉素處理后的G1和G2相比于G0分別增加12.3%和34.4%，差異性顯著（Plt;0.05），而G3相比于G0則降低2.4%。分析可知，添加適宜濃度的外源赤霉素可以減弱鹽脅迫對水稻幼苗葉片葉綠素的降解，進而緩解對水稻葉片光合作用的損傷，其中G2處理組的赤霉素濃度相較其他處理組而言緩解效果最好。

2.2 外源GA3處理對鹽脅迫下水稻葉片MDA含量的影響

由圖2所示，0.5% NaCl脅迫處理后水稻幼苗葉片MDA含量均顯著增加（Plt;0.05），其中G0處理組含量最高，與CK相比增加53.9%。經(jīng)赤霉素噴施處理后，G1、G2、G3與CK相比分別增加43.4%、27.0%、49.4%，其中G2處理組的增長幅度最低；G1、G2、G3與G0相比MDA

含量都有不同程度的降低，分別降低6.9%、17.4%、2.9%，G2處理組的作用效果最為顯著?？梢猿醪降贸觯S著赤霉素濃度的增加，水稻葉片MDA含量呈先減少后增加的趨勢，且濃度為50 mg/L時，MDA的下降幅度最大。這一結(jié)果說明一定濃度范圍內(nèi)，鹽脅迫對水稻造成的膜脂過氧化傷害可能被赤霉素緩解。在本試驗中，噴施的外源赤霉素濃度為50 mg/L時，對鹽脅迫造成的損傷緩解能力最強。

2.3 外源GA3處理對鹽脅迫下水稻葉片POD活性的影響

從圖3可以看出，經(jīng)0.5% NaCl脅迫處理后水稻幼苗葉片的POD活性均顯著下降（Plt;0.05），其中，G0與CK相比POD活性降低32.8%。對比進行了不同濃度外源赤霉素噴施處理的G1、G2、G3與G0可以看出，隨著赤霉素濃度的升高，鹽脅迫處理下的水稻幼苗葉片POD活性呈先增加后降低的趨勢，分別增加14.8%、22.6%、6.4%。在赤霉素濃度為50 mg/L時，鹽脅迫下水稻葉片中POD活性增強效果最顯著，而當(dāng)所施赤霉素濃度超過這一數(shù)值，POD活性可能會隨著赤霉素濃度的增加而降低。這一結(jié)果表明，加入適當(dāng)濃度的赤霉素可以一定程度上緩解水稻幼苗在鹽脅迫處理環(huán)境下受到的活性氧傷害，而若赤霉素濃度過高，則有可能會加重鹽害對水稻幼苗的損傷。

3 討論

研究表明，適當(dāng)濃度的赤霉素能顯著減輕水稻幼苗受鹽害的影響。鹽脅迫可能導(dǎo)致植物體內(nèi)赤霉素活性降低，影響植物生長，而外源赤霉素的添加可能彌補了內(nèi)源赤霉素的不足，減輕了鹽脅迫的傷害。此外，葉綠素是植物進行光合作用的關(guān)鍵因素，其含量直接影響植物的光合能力。在鹽脅迫條件下，水稻幼苗的葉綠素含量顯著下降，但外源赤霉素的噴施能部分恢復(fù)葉綠素含量，尤其是葉綠素a和總?cè)~綠素，這可能與種子處理和品種差異有關(guān)。因此，外源赤霉素對鹽脅迫下水稻的保護作用主要體現(xiàn)在減輕葉綠素降解和增強植物的光合作用能力上。在正常條件下，植物體內(nèi)活性氧的產(chǎn)生與消除維持平衡，但鹽脅迫打破了這一平衡，導(dǎo)致活性氧過量產(chǎn)生和積累，引起膜脂過氧化。作為衡量植物細(xì)胞質(zhì)膜受損的指標(biāo)，MDA在鹽脅迫下水稻幼苗中顯著增加。此研究發(fā)現(xiàn)，施用外源赤霉素后，尤其是在50 mg/L濃度時，水稻幼苗的MDA含量相比對照組有顯著降低，表明赤霉素能有效減輕鹽脅迫引起的傷害，從而增強水稻的抗鹽能力。這一結(jié)果強調(diào)了外源赤霉素在提高植物抗逆性方面的潛在價值。

在鹽脅迫條件下，植物通過產(chǎn)生抗氧化物質(zhì)和酶如過氧化物酶（POD）抗擊氧化壓力，清除體內(nèi)的活性氧種類（如H2O2、O2-、OH -等），增強耐鹽性。POD活性對植物的呼吸作用至關(guān)重要，且其活性會隨生長發(fā)展而變化。徐晨等[6]的研究顯示在鹽脅迫下植物的POD活性通常會提升，但在“兩優(yōu)培九”水稻幼苗中，鹽脅迫反而導(dǎo)致POD活性下降，可能是由于酶液提取后存放過夜導(dǎo)致活性減弱或鹽脅迫超出幼苗承受極限。然而，外源赤霉素處理能顯著提高POD活性，在一定濃度范圍內(nèi)效果明顯，超過此范圍后活性下降。這與張麗麗等[7]的研究相符，表明赤霉素濃度對鹽脅迫下水稻POD活性的影響存在最優(yōu)范圍。因此，水稻幼苗對鹽脅迫和外源赤霉素的反應(yīng)差異性較大，需要進一步探究POD活性與赤霉素間的具體作用機制和最佳濃度。

4 結(jié)束語

通過對“兩優(yōu)培九”水稻幼苗進行鹽脅迫和外源赤霉素噴施處理，分析了葉綠素含量、MDA含量和POD活性的變化。結(jié)果表明，適當(dāng)濃度的外源赤霉素（特別是50 mg/L）能顯著減輕鹽脅迫對水稻幼苗的傷害，修復(fù)光合作用能力，并減輕膜脂過氧化。水稻幼苗的POD活性在鹽脅迫下一般會降低，但在適當(dāng)濃度的赤霉素作用下，POD活性先升高后降低，顯示出對赤霉素的敏感反應(yīng)。這可能與水稻品種和種子處理方式有關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)提示，赤霉素的應(yīng)用在改善水稻的鹽脅迫耐受性方面具有潛在價值，但具體作用機制和最佳濃度需待進一步研究。

參考文獻

[1] 馮鵬，孫力，申曉慧，等.不同誘變處理對苜蓿葉綠素含量及光合作用的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2018，34（23）：122-128.

[2] 鐘新榕.外源ABA及GA3對NaCl脅迫下黃瓜幼苗的影響[D].蘭州：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

[3] 孟菁，董倩楠，王燕，等.He-Ne激光對鹽脅迫下水稻幼苗抗氧化活性的影響[J].激光生物學(xué)報，2016，25（4）：336-341.

[4] 張志良.植物生理學(xué)實驗指導(dǎo)[M].北京：高等教育出版社，"1990.

[5] 劉向標(biāo)，牛文婷，段江燕.NaCl脅迫對小麥種子胚在萌發(fā)時期蛋白含量的影響[J].生物技術(shù)通報，2013，29（5）：63-68.

[6] 徐晨，凌風(fēng)樓，徐克章，等.鹽脅迫對不同水稻品種光合特性和生理生化特性的影響[J].中國水稻科學(xué)，2013，27（3）： 280-286.

[7] 張麗麗，倪善君，張戰(zhàn)，等.外源赤霉素對鹽脅迫下水稻種子萌發(fā)及幼苗生長的緩釋效應(yīng)[J].中國稻米，2018，24（2）：42 -46.

收稿日期：2024-09-12

作者簡介：石紹明（1973—），男，廣西藤縣人，高級農(nóng)藝師，研究方向為農(nóng)業(yè)新品種、新技術(shù)的試驗示范及推廣。#通信作者：楊桂強（1969—），男，廣西藤縣人，高級農(nóng)藝師，研究方向為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，農(nóng)業(yè)新品種新技術(shù)的試驗示范及推廣，E-mail：genygq@163.com。