熱脅迫對10個(gè)水稻品種生理生化特性的影響

申關(guān)望++祁玉良++魯偉林+徐士庫+扶定+李慧龍+王磊

摘要：為探索熱脅迫對水稻光合特性和生理指標(biāo)的影響，以10個(gè)水稻品種為試材，研究熱脅迫對其SOD、POD、MDA、凈光合速率、葉綠素含量的影響。結(jié)果表明：各水稻品種的SOD、POD、MDA含量隨脅迫時(shí)間的延長呈增加趨勢，其中品種D優(yōu)3138的SOD增加最多，MDA增加最少；凈光合速率和葉綠素含量隨脅迫時(shí)間的延長逐漸減少，與其他品種相比，D優(yōu)3138在熱脅迫情況下仍然保持較高的凈光合速率和葉綠素含量。通過綜合生理指標(biāo)和熱脅迫后表型鑒定，得出D優(yōu)3138在苗期表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐熱性。

關(guān)鍵詞：水稻；熱脅迫；D優(yōu)3138；生理指標(biāo)

中圖分類號：S511.01文獻(xiàn)標(biāo)識號：A文章編號：1001-4942（2017）02-0040-04

隨著全球氣候變暖，熱脅迫成為威脅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要問題。研究表明熱脅迫嚴(yán)重影響作物生長，導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，并可能在全球范圍內(nèi)造成糧食危機(jī)[1-4]。熱脅迫對植物光合特性及生理生化特性影響的研究，在紫花苜蓿[5]、小麥[6]、芍藥[7]、菊花[8]等植物中研究較多，而在水稻上的研究相對較少。水稻是中國和亞洲地區(qū)重要的糧食作物，對高溫具有一定的適應(yīng)性，但溫度過高會(huì)在很大程度上影響稻谷的產(chǎn)量和品質(zhì)[9，10]。本研究以D優(yōu)3138等10個(gè)自育水稻雜交品種為研究對象，探討熱脅迫對水稻光合和生理特性的影響，并從上述10個(gè)品種中鑒定耐熱品種。

1材料與方法

1.1材料

該試驗(yàn)于2016年在信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院中心實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。供試材料為信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所培育的10個(gè)水稻雜交品種：A1（D優(yōu)3138）、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9和A10。

1.2方法

1.2.1水稻種子催芽及水培將種子在37℃烘箱中催芽，每天更換一次水。待種子露白后播于黑色尼龍網(wǎng)上，放于光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行水培。水培前5 d使用自來水，5 d后換成木村氏營養(yǎng)液，調(diào)節(jié)pH至5～6之間。每隔5 d更換一次營養(yǎng)液。

1.2.2熱脅迫處理將水培至兩葉一心期的水稻幼苗轉(zhuǎn)移至45℃生化培養(yǎng)箱中進(jìn)行熱脅迫處理，分別在脅迫前和脅迫后第12、24、48 h觀察耐熱性，并進(jìn)行生理指標(biāo)的測定。

1.2.3生理指標(biāo)的測定超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）采用張治安等[11]的方法進(jìn)行測定。丙二醛（MDA）含量的測定采用硫代巴比妥酸顯色法[11]進(jìn)行。葉綠素含量的測定采用張憲政的方法[12]。凈光合速率 （Pn）采用Li-6400型便攜式光合測定系統(tǒng)（Li-cor公司）測定，測定時(shí)光量子密度為 1 200 μmol·m-2·s-1。上述測定每個(gè)品種選取3個(gè)重復(fù)。

1.3數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

2.110個(gè)品種苗期耐熱性鑒定

在熱脅迫后不同時(shí)間點(diǎn)觀察供試的10個(gè)品種的耐熱性發(fā)現(xiàn)，熱脅迫12 h時(shí)10個(gè)品種的葉片均沒有明顯的改變；脅迫至24 h時(shí)，除A1外，其余品種葉片均出現(xiàn)不同程度的干枯和失綠；至脅迫至48 h時(shí)，10個(gè)品種均出現(xiàn)不同的萎蔫，但是A1的萎蔫程度明顯低于其它9個(gè)品種。因此，苗期熱脅迫處理的結(jié)果表明A1較其它品種具有明顯的耐熱性。

2.2熱脅迫對水稻葉片SOD活性的影響

非生物脅迫能夠誘導(dǎo)活性氧（ROS）的產(chǎn)生，而SOD、POD是植物內(nèi)部清除活性氧的主要酶類。由表1可見，不同脅迫時(shí)間不同品種的SOD活性不同，脅迫后10個(gè)品種的SOD活性均出現(xiàn)不同程度地增加，至脅迫第48 h，A1的SOD活性增加1倍多，均值達(dá)到458.8 U·g-1，顯著高于其它品種，A10的SOD活性最低，僅為297.5 U·g-1。

3討論與結(jié)論

水稻起源于地球赤道附近的亞熱帶和熱帶地區(qū)，對高溫具有一定的適應(yīng)性。但是溫度過高會(huì)嚴(yán)重影響水稻的生長發(fā)育和產(chǎn)量。水稻種質(zhì)資源豐富，品種之間耐熱性差異較大[13]。通過對信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻所選育的10個(gè)雜交組合進(jìn)行耐熱性鑒定，筆者發(fā)現(xiàn)A1在苗期具有較強(qiáng)的耐熱性，下一步將繼續(xù)研究抽穗期和灌漿期上述10個(gè)品種的耐熱性。

大部分研究表明熱脅迫會(huì)增強(qiáng)植物內(nèi)部SOD、POD活性[7，8]。本研究也發(fā)現(xiàn)SOD、POD活性在熱脅迫下呈現(xiàn)增強(qiáng)趨勢，但是不同品種增加程度不同。A1的SOD活性增加最多，而A6的POD活性增加最多。

質(zhì)膜透性可反映植物葉片細(xì)胞膜的完整性及其受到傷害的程度，在正常生長條件下，植物的質(zhì)膜透性均較小。MDA是細(xì)胞膜脂過氧化產(chǎn)物，它的積累可作為植物葉片的細(xì)胞膜遭受破壞程度的指標(biāo)[14，15]。本研究結(jié)果表明，在熱脅迫條件下，各個(gè)品種葉片的MDA含量均呈增加趨勢，然而A1的增加量最小。這表明在熱脅迫情況下A1的質(zhì)膜受損最輕，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化能力。

在自然條件下，植物的光合作用經(jīng)常受到一些內(nèi)外因素的影響[16，17]。以往的研究也表明熱脅迫會(huì)影響植物的凈光合速率和葉綠素含量[5，7，8]。本研究也表明在熱脅迫情況下各個(gè)品種的凈光合速率和葉綠素含量均呈下降趨勢，然而A1的下降程度顯著低于其它品種，這表明熱脅迫對A1的凈光合速率和葉綠素含量的影響較小。本研究不僅進(jìn)一步揭示了熱脅迫下水稻葉片生理指標(biāo)的變化，而且通過熱脅迫處理發(fā)現(xiàn)A1在苗期表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐熱性，是一個(gè)較好的潛力耐熱種質(zhì)。

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收稿日期：2016-09-05

基金項(xiàng)目：山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重大科技成果培育計(jì)劃項(xiàng)目（2015CGPY03）；山東省農(nóng)業(yè)良種工程項(xiàng)目“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗逆花生新品種培育”；青島市民生科技計(jì)劃項(xiàng)目（14-2-334nsh）

作者簡介：石運(yùn)慶（1976-），男，碩士，助理研究員，主要從事花生遺傳育種研究。E-mail：yqshi@126.com