干旱脅迫下水稻和水花生的抗旱生理學

李金枝，王曉燕

(1.臺州學院 生命科學學院，浙江 臺州 31800； 2.麗水學院 生態學院，浙江 麗水 323000)

水稻作為我國的主糧之一，由于受旱而造成的減產已成為嚴重的問題。旱作水稻因其具有節水節肥特點已成為當前稻作技術研究熱點[1-2]。水花生[Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb]又名空心蓮子草，是莧科蓮子草屬的一種多年生宿根草本植物。水花生具有很強的抗逆性，既能適應陸生環境，又能像水稻一樣適應水生環境[3-5]。因此，有學者研究水稻的抗逆生理并嘗試對比二者在逆境條件下生長的差異[6-7]，目前還未有文獻系統地對比二者生理方面的差異。本研究以水花生和水稻為材料，比較二者在干旱脅迫下的生理代謝變化及其適應性，為下一步研究其應對干旱脅迫的分子機制奠定基礎，同時也為利用水花生基因培育抗旱水稻提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

水花生采集于臺州學院椒江校區，水稻品種是豐兩優1號。實驗中所用的土為農田土，用1 cm篩子過篩后裝入塑料筐里備用。沙培用普通的河沙。

1.2 處理設計

從野外取長成叢的水花生，2株即可(每株長多條藤，每條藤長多個節間，每個節間又會長多條根)，將其藤剪留7～8 cm，種在裝有土壤的塑料筐中。水花生培養15 d后，取水稻50粒種子，自來水浸泡2 d開始露白后也種在塑料筐中，每次澆水高出土壤2 mm左右。繼續培養15 d后，將水花生和水稻分別取出，將根系洗凈后一起轉到盛有Hoagland營養液的沙培塑料筐中，分2個筐種植，每筐各有一大株水花生和20株左右的水稻幼苗供試驗。每天澆Hoagland溶液，筐邊沿放樹枝以免匍匐莖接觸營養液。沙培15 d左右，待水花生的藤長到20～40 cm就可以用于測定。

把筐邊沿的樹枝取走，使水花生的藤接觸營養液2～3 d后，莖節處會長出3 cm左右的根，此時從藤的基部剪斷，依靠莖節處的根吸收水分，剪斷當天算0 d，分別于0、3、6和9 d測定。實驗中，1個筐為對照，只澆蒸餾水；另1個筐為干旱處理，把藤與主根剪斷后，將毛巾放在筐里不斷吸Hoagland營養液至干，外面曬0、3、6和9 d。

1.3 生理生化指標測定

1.4 數據分析

每個處理為3個重復，圖中數據以平均值±標準差表示。

2 結果與分析

2.1 Pro含量

由圖1可知，對照組水稻葉中Pro含量逐漸增加，而干旱處理組水稻葉片Pro含量幾乎無變化，在第6、9天顯著低于對照組。水花生葉中Pro含量在干旱期間略有下降，但與對照組沒有顯著差異，說明干旱脅迫對水花生無顯著影響。

數據以鮮質量計，*表示與對照組相比差異顯著(P< 0.05)。圖2～5同圖1 干旱脅迫對水稻(A)和水花生(B) 脯氨酸含量的影響

圖2 干旱脅迫對水稻(A)和水花生(B) 氧自由基產生速率的影響

2.3 CAT活性

如圖3所示，水稻葉CAT活性在干旱前期處理組和對照組差異不大，到干旱后期處理組的CAT活性急劇上升，第9天處理組的CAT活性達到了對照組的1.6倍。與對照組相比，水花生處理組的CAT活性呈先上升后下降趨勢。在干旱處理后期，水花生和水稻的CAT活性都顯著高于對照組，水花生葉中的CAT活性增加更快，在干旱脅迫第6天就到達最大值。

圖3 干旱脅迫對水稻(A)和水花生(B) CAT活性的影響

2.4 MDA含量

由圖4可知，水稻和水花生葉中的MDA含量均呈上升趨勢，第0天，水稻處理組和對照組差異較小，到第9天，處理組是對照組的4.55倍，MDA積累的速度遠遠高于水花生。第0天，水花生處理組是對照組的1.13倍，到第9天是對照組的1.84倍。與水稻相比，水花生能夠維持膜結構的完整性，積累的過氧化產物較少，從而表現出較強的耐旱能力。

圖4 干旱脅迫對水稻(A)和水花生(B) 丙二醛含量的影響

2.5 相對電導率

由圖5可知，水稻和水花生的處理組在干旱第0天REC明顯高于其他值，可能是由于突然處于逆境中導致的。整體來看，水稻葉對照組和處理組的REC比水花生的REC高，表明在干旱脅迫下，水稻葉片膜脂過氧化程度增加，MDA逐漸積累，造成膜系統受損，導致細胞內物質外滲，電導率逐漸升高；而干旱對水花生細胞質膜的影響較小。

圖5 干旱脅迫對水稻(A)和水花生(B) 相對電導率的影響

3 小結