不同生育時期低溫脅迫對水稻保護酶的影響

徐偉豪 柳洪良 樸雪梅 韓云哲 王亮 張基德 具紅光

【摘 ? 要】 通過吉林省內外優質水稻品種為材料，分別在苗期、分蘗期、減數分裂期、灌漿成熟期進行低溫脅迫處理，并進行其生理特性研究。結果表明，低溫脅迫下水稻的CAT、POD、SOD酶活性均有所增高，其中部分品種的SOD酶活性整體較強，在各個時期均有所增幅，而CAT和 POD酶活性在不同時期存在品種差異，且分蘗期大部分品種的三種保護酶均有明顯提升。本試驗材料中，不同時期低溫脅迫下，通系935、龍稻18、吉粳816、綏粳14、延粳22、通35的整體酶活性在各個時期表現優異，優于其余品種。

【關鍵詞】 水稻;不同時期;低溫;耐冷;酶活性

中圖分類號：S511 ? ? ? ? ? ? 文獻識別碼：A ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：2096-1073（2020）05-0049-53

[Abstract] ?Using high-quality rice varieties inside and outside Jilin Province as materials， they were treated with low temperature stress at the seedling stage， tillering stage， meiosis stage， and filling stage， and their physiological characteristics were studied.The results showed that the CAT， POD， and SOD enzyme activities of rice all increased under low temperature stress. The SOD enzyme activities of some varieties were relatively strong overall， and they increased in all periods， and the CAT and POD enzyme activities were different in different periods， and the three protective enzymes of most varieties at the tillering stage were significantly improved.In this test material， under different periods of low temperature stress， the overall enzyme activity of Tongxi 935， Longdao 18， Jijing 816， Suijing 14， Yanjing 22， and Tong 35 showed excellent performance in each period and was superior to other varieties.

[Key words] rice; different periods; low temperature; cold tolerance; enzyme activity

低溫冷害引起水稻減產是世界范圍內普遍存在的問題，分布在不同地區的水稻品種在其生育期內常常受到不同程度、不同類型的低溫危害[1]。我國東北地區是重要的水稻產區，是我國北方粳稻的主產區，而東北地區的低溫冷害發生較為嚴重[2]。如果在各個生育時期受到低溫冷害，會抑制生長發育從而影響其品質和產量[3-5]。

水稻在受到低溫冷害之后，植株體內活性氧（ROS）自由基含量明顯增加，如果植株體內的抗氧化酶活性受到抑制，過剩的自由基將無法及時得到清除，氧自由基就會在細胞內大量積累，對水稻產生嚴重傷害[6]。而植株體內存在有效清除ROS的抗氧化酶保護系統，可通過其含量或活性的增加來保護細胞膜免于ROS的傷害，使水稻在一定程度上減緩或抵御逆境傷害[7]。其中， 可以調控ROS代謝平衡的是超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）這3種最主要的酶類[8-11]。

本研究通過引進吉林省和黑龍江省的優質水稻品種，在不同生育時期進行低溫脅迫處理，測定其生理指標的變化，篩選出適宜東北地區栽種的耐冷水稻品種，為鑒選高產優質品種提供理論依據。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗材料

試驗材料為從吉林省和黑龍江省引進的不同生育期優質水稻品種共10個，均由選育單位提供（表1）。

1.2 ?試驗方法

1.2.1 ?耐冷試驗 ? ?苗期試驗將催芽后的種子播種于裝有苗床土的育苗盤中，每份材料播15粒，以2cm距離點播，行距3cm，3次重復，在20℃～30℃的溫室育苗。在3.5葉齡期，移至人工氣候箱進行5℃低溫脅迫處理，光照模仿自然低溫陰雨天，每天光照12h、黑暗12h，處理7d，以智能溫室條件下種植水稻為對照。

分蘗期、減數分裂期、灌漿結實期試驗按照常規盤育苗，待3.5～4.0葉移栽至盆內，盆高40cm，直徑38cm，每盆栽種4穴，每穴3株基本苗，3次重復。氮、磷、鉀純量分別按120kg/hm2、80kg/hm2、80kg/hm2施用。分別在分蘗期、減數分裂期、灌漿成熟期進行12℃ 6d、16℃ 5d、14℃ 10d低溫脅迫處理，以智能溫室條件下種植水稻為對照，光照同于苗期。

1.2.2 ?酶活性測定 ? ?苗期、分蘗期處理完成后取全部葉片，減數分裂期、灌漿結實期處理完成后取功能葉片，采集樣品后迅速放入密封袋，液氮冷凍后保存于-80℃超低溫冰箱，用于保護酶的測定。采用紫外分光光度法測定CAT活性，采用愈創木酚法測定POD活性，采用氮藍四唑法測定SOD活性[12]。

1.3 ?數據處理

采用Microsoft Excel 2010和DPS V9.01數據處理系統軟件進行相關計算及分析。

2 ?結果與分析

2.1 ?苗期低溫脅迫后對酶活性的影響

由圖1可知，不同品種在苗期受低溫脅迫后，處理與對照間的酶活性存在顯著差異（P<0.05），吉粳809、龍稻18、綏粳14、延粳22、吉玉粳、通35的CAT活性較對照有提升。吉粳515、龍稻18、吉粳816、綏粳14的POD活性較對照有提升。SOD活性是全部品種較對照均有提升。處理品種間來看，不同品種酶活性存在顯著差異（P<0.05），龍稻18、延粳22、通35的CAT活性顯著高于其余品種，吉粳816、綏粳14、延粳22、通35的POD活性顯著高于其余品種，通系935、吉粳816、綏粳14的SOD活性顯著高于其余品種。

2.2 ?分蘗期低溫脅迫后對酶活性的影響

由圖2可知，不同品種在分蘗期受低溫脅迫后，處理與對照間的酶活性存在顯著差異（P<0.05），大部分品種的酶活性較對照均有提升，且增幅較高。處理品種間來看，吉粳816、通系933、延粳22、吉玉粳、通35的CAT活性顯著高于其余品種，通系935、龍稻18、吉粳816的POD活性顯著高于其余品種，吉粳816、通系933、延粳22的SOD活性顯著高于其余品種。

2.3 ?減數分裂期低溫脅迫后對酶活性的影響

由圖3可知，不同品種在減數分裂期受低溫脅迫后，處理與對照間的酶活性存在顯著差異（P<0.05），通系935、龍稻18、吉粳816、綏粳14、吉玉粳的CAT活性較對照有提升。通系935、吉粳816、通系933、綏粳14、吉玉粳的POD活性較對照有提升。通系935、龍稻18、通系933、綏粳14、延粳22、通35的SOD酶活性較對照有提升。處理品種間來看，通系935、龍稻18、吉粳816的CAT活性顯著高于其余品種。吉粳816的POD活性顯著高于其余品種。綏粳14、延粳22、通35的SOD活性顯著高于其余的品種。

2.4 ?灌漿成熟期低溫脅迫后對酶活性的影響

由圖4可知，不同品種灌漿成熟期受低溫脅迫處理后，處理與對照間的酶活性存在顯著差異（P<0.05），吉粳515、吉粳816、綏粳14的CAT活性較對照有提升。吉粳809、通系935、吉粳816、通系933、延粳22的POD活性較對照有提升。吉粳515、吉粳809、吉粳816、綏粳14、延粳22、吉玉粳、通35的SOD活性較對照有提升。處理品種間來看，CAT活性差異不大，其中吉粳816、吉玉粳活性最高。吉粳816、綏粳14、延粳22、吉玉粳的POD活性顯著高于其余品種。吉粳809、吉粳816、延粳22的SOD活性較高于其余品種。

3 ?討論與結論

本研究結果表明，不同時期大部分品種的SOD酶活性整體較強，在各個時期均有所提升，而CAT和 POD酶活性在不同時期存在品種差異，有的品種是CAT和SOD酶活性較強，POD酶活性相對較弱，有的品種是POD和SOD酶活性較強，CAT酶活性較弱，有的品種是三種酶活性都有較強表現。這說明當處于逆境時，有的品種是三種保護酶相互作用來抵御逆境生長，有的品種則靠一種或兩種保護酶的提升來抵御，三種保護酶在植株體內相互協作，共同起到保護作用，且每種酶發揮的作用各不相同，與前人試驗結果相類似[13]。本研究還發現在分蘗期大部分品種的三種保護酶均有明顯提升，說明分蘗期植株對低溫比較敏感，三種保護酶相互協調，共同來抵御逆境進而增強植物的耐冷性。

苗期受低溫脅迫后通系935、龍稻18、吉粳816、綏粳14、延粳22、通35酶活性及增幅較高，分蘗期受低溫脅迫后通系935、龍稻18、吉粳816、通系933、延粳22酶活性及增幅較高，減數分裂期受低溫脅迫后通系935、龍稻18、吉粳816、綏粳14、延粳22、通35酶活性及增幅較高，灌漿成熟期受低溫脅迫后吉粳809、吉粳816、綏粳14、延粳22、吉玉粳酶活性及增幅較高。

綜合上述，不同時期低溫脅迫下，通系935、龍稻18、吉粳816、綏粳14、延粳22、通35的整體酶活性在各個時期表現優異，優于其余品種。

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（編輯：赫亮）