干旱鍛煉對鹽脅迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影響

梅映學，魏 瑋，張詩婉，張韞璐，王金緣，王 茜，蘇 昕，馬蓮菊（沈陽師范大學生命科學學院，遼寧沈陽110034）

干旱鍛煉對鹽脅迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影響

梅映學，魏 瑋，張詩婉，張韞璐，王金緣，王 茜，蘇 昕，馬蓮菊*
（沈陽師范大學生命科學學院，遼寧沈陽110034）

采用PEG預處理對遼星1號水稻幼苗進行干旱鍛煉，研究其對鹽脅迫下水稻幼苗根系的緩解作用。水稻幼苗培養1周后用10%PEG-6000預處理3 d，然后復水3 d，最后用100 mmol·L-1NaCl脅迫處理3 d。測定水稻幼苗根系的相對含水量、根系活力、丙二醛含量及抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX）活性。結果表明，PEG預處理的水稻幼苗根系MDA含量顯著低于鹽脅迫的處理（P＜0.05），而幼苗根系相對含水量、根系活力以及抗氧化酶活性則均高于鹽脅迫處理。說明PEG預處理可以提高水稻幼苗根系的耐鹽性，緩解水稻幼苗在鹽脅迫下所受的部分傷害。

PEG預處理；鹽脅迫；水稻；抗氧化酶活性

隨著工業革命的快速發展，土壤鹽堿化日益嚴重，據統計，我國農田鹽漬化土壤已經達到700萬hm2，導致糧食大幅度減產，有些地區甚至顆粒無收［1］。鹽脅迫嚴重影響植物的光合作用、呼吸作用、各種代謝等生理生長過程，導致植物滲透調節物質減少［2］、生長緩慢［3］、光合速率降低［4］、產生活性氧甚至引起代謝損傷［5］等。

近年來，人們利用聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）對植物種子或幼苗進行預處理，以增強植物的抗逆性。研究表明，PEG預處理能緩解植物在逆境脅迫下受到的傷害，如用一定濃度的PEG預處理栓皮櫟種子和青稞種子，可以促進種子萌發［6-7］；利用適宜濃度的PEG預處理能夠提高水稻種子的耐鹽能力［8］。然而，有關PEG預處理對水稻幼苗根系耐鹽性的影響鮮見報道。因此，本文用 PEG對水稻幼苗進行預處理，研究PEG對水稻幼苗根系耐鹽性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為遼星1號水稻。選取顆粒飽滿、大小一致的種子，用3%H2O2浸泡10 min，28℃恒溫箱浸種24 h，用蒸餾水反復沖洗后催芽24 h，播種于600 mL帶紗網的燒杯上，利用Hoagland完全營養液在光照培養箱內培養。培養期間每隔2～3 d更換1次營養液。培養7 d后作如下處理：PEG預處理組先用含10%PEG-6000 的Hoagland完全營養液培養3 d，然后用完全培養液培養3 d，再用含100 mmol·L-1NaCl的營養液進行鹽脅迫3 d；鹽脅迫組先用Hoagland完全營養液培養6 d，再用含100 mmol·L-1NaCl的營養液脅迫培養3 d；Hoagland完全營養液培養作為對照。試驗重復3次。

1.2 測定方法

根系相對含水量的測定采用烘干法［9］；根系活力（TTF含量）的測定采用氯化三苯基四氮唑法［9］；MDA含量的測定采用硫代巴比妥酸（TBA）比色法［9］；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氯化硝基四氮唑（NBT）光氧化還原測定法［10］；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚法［11］；過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外分光光度計法［9］；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性參考Nakano等［12］的方法。

1.3 數據處理

采用SPSS 16.0對不同處理下水稻幼苗根系的相對含水量、根系活力、MDA含量及抗氧化酶活性進行LSD最小顯著性差異分析（least-significant difference，one-way，ANOVA，P＜0.05），利用Excel軟件作圖。

圖1 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗根系相對含水量的影響Fig.1 Effects of PEG pretreatment on relative water content of rice seedling roots under salt stress

2 結果與分析

2.1 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗根系含水量的影響

處理第1天，PEG預處理組水稻幼苗根系相對含水量顯著低于鹽脅迫處理和對照組；隨著鹽脅迫時間的延長，PEG預處理和鹽脅迫處理的水稻幼苗根系相對含水量都呈下降趨勢，但PEG預處理組的下降程度始終低于鹽脅迫組（圖1）。

2.2 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗根系活力的影響

隨著鹽脅迫時間的延長，鹽脅迫組水稻幼苗根系TTF含量呈先升后降再升的趨勢，第2、3天鹽脅迫組TTF含量均顯著低于對照組和PEG預處理組（P＜0.05）；第2天，PEG預處理組TTF含量顯著高于對照組（圖2）。可見PEG預處理可提高水稻根系活力，增強其耐鹽性。

2.3 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗根系MDA含量的影響

處理第1天，鹽脅迫組水稻幼苗根系MDA含量與對照差異不顯著；隨處理時間的延長，鹽脅迫處理的水稻幼苗根系MDA含量顯著高于對照（P＜0.05）（圖3），可見鹽脅迫對水稻幼苗根系的膜系統造成了傷害。而PEG預處理的水稻幼苗根系MDA含量在處理后期顯著低于鹽脅迫組，表明PEG預處理可以緩解鹽脅迫對水稻幼苗根系膜系統的傷害。

圖2 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗根系活力的影響Fig.2 Effects of PEG pretreatment on root energy of rice seedling under salt stress

圖3 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗根系MDA含量的影響Fig.3 Effects of PEG pretreatment on MDA content of rice seedling roots under salt stress

2.4 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影響

植物體內的抗氧化酶系統是活性氧的有效清除劑之一，植物細胞內的抗氧化酶包括SOD、POD、CAT、APX等。由圖4可知，隨著處理時間的延長，PEG預處理的水稻幼苗根系SOD活性持續高于鹽處理組和對照組，其中，處理第1、2天，PEG預處理組水稻幼苗根系SOD活性顯著高于鹽處理組和對照組（P＜0.05）（圖4），表明PEG預處理可以提高水稻幼苗根系的SOD活性，增強鹽耐受能力。

圖4 PEG預處理對鹽脅迫下水稻幼苗根系抗氧化酶活性的影響Fig.4 Effects of PEG pretreatment on antioxidant enzymes activity of rice seedling roots under salt stress

3個處理組的水稻幼苗根系POD活性差異不顯著。處理1—3 d，鹽處理組的水稻幼苗根系POD活性高于對照，但差異不顯著；處理第2天，PEG預處理的水稻幼苗根系POD活性低于鹽處理組和對照組，到第3天則高于鹽處理組和對照組，差異均不顯著（圖4）。

處理第1、2天，3個處理的水稻幼苗根系CAT活性變化趨勢與POD活性相類似，差異均不顯著；但在第3天，PEG預處理組的水稻幼苗根系CAT活性顯著高于鹽處理組和對照組（圖4）。

處理第1天，鹽脅迫組和PEG預處理組的水稻幼苗根系APX活性顯著高于對照（P＜0.05）；隨處理時間的延長，鹽脅迫組APX活性逐漸降低，到第3天，鹽脅迫組的根系APX活性略低于對照。而在整個處理過程中，PEG預處理組的水稻幼苗根系APX活性始終高于鹽脅迫組（圖4）。

3 討論

在逆境脅迫下，植物體內的含水量越高，其抗逆性越強。本研究表明，PEG預處理的水稻幼苗根系含水量高于鹽處理組，表明PEG預處理可提高水稻幼苗根系含水量。MDA作為膜質過氧化的產物，其含量常常作為衡量植物在逆境脅迫下膜系統受傷害程度的指標。本研究顯示，鹽脅迫下水稻幼苗根系MDA含量逐漸升高，這與李暢等［5］在鹿角杜鵑種子中的研究基本一致；PEG預處理可以顯著降低鹽脅迫下水稻幼苗根系的MDA含量，進而減輕鹽脅迫對水稻幼苗的傷害。植物體內的氯化硝基四氮唑（TTC）可以被根系琥珀酸脫氫酶等還原成不溶于水的三苯基甲鐟（TTF），因此，TTF含量常常作為衡量植物根系活力的指標。本研究表明，鹽脅迫下水稻幼苗TTF含量總體呈下降趨勢，但PEG預處理的水稻幼苗根系TTF含量卻隨鹽脅迫時間的延長而升高，表明PEG預處理可以提高鹽脅迫下的水稻根系活性。

逆境脅迫下，植物體內活性氧（ROS）的產生與清除無法達到平衡，且ROS的積累超出一定負荷時，植物將發生氧化脅迫。為避免活性氧累積帶來的危害，植物通過提高抗氧化酶（SOD、POD、CAT、APX等）活性來清除活性氧。本研究發現，鹽脅迫下水稻幼苗根系的POD、CAT活性總體上隨著脅迫時間的延長逐漸升高，這一結果與Garg［13］等的研究相吻合。但鹽脅迫下SOD活性先下降，可能是用于鹽脅迫處理的NaCl濃度較低不足以迅速啟動SOD保護機制，導致O-2產生而消耗了一部分SOD，之后SOD活性逐漸升高以清除累積的活性氧，這有待于進一步研究。PEG預處理的水稻幼苗根系POD、CAT活性均呈先下降后上升的趨勢，這與李曉東等［14］和富春元等［15］的研究結果一致，PEG預處理的水稻幼苗根系SOD和APX活性持續高于鹽脅迫組，且前者SOD活性在第1天顯著高于后者，之后無明顯差異；而在第2天，PEG預處理的水稻幼苗根系APX活性顯著高于鹽脅迫組，之后無顯著差異，這可能是由于SOD負責先將超氧化物歧化成H2O2，隨后由APX等酶清除H2O2所致。PEG預處理可以減少植物體內活性氧的積累，從而減輕植物在逆境脅迫下受傷害的程度，推測PEG預處理通過刺激水稻幼苗根系細胞內ROS的積累和信號轉導，使之發揮信號分子的功能，進而增加水稻幼苗的抗鹽性。

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（責任編輯 侯春曉）

Effect of PEG pretreatment on antioxidant enzymes activity under salt stress in root of rice seedling

MEI Ying-xue，WEI Wei，ZHANG Shi-wan，ZHANG Yun-lu，WANG Jin-yuan，WANG Qian，SU Xin，MA Lian-ju*
（College of Life Science，Shenyang Normal University，Shengyang 110034，China）

Effects of PEG pretreatment on rice Liaoxing 1 seedling root antioxidative activities stressed by salt stress were studied.The experiment materials were dealt with 10%PEG-6000 pretreatment for 3 d，next rewatered for 3 d，and then stressed for 3 d with 100 mmol·L-1NaCl.Water content，root activity，MDA content and antioxidant enzymes（SOD，POD，CAT，APX）activity in rice seedling roots were determined.The results showed that MDA content of PEG pretreatment in roots of rice seedling was significantly lower than that of salt stressed（P＜0.05）；However，water content，root activity and activities of antioxidant enzymes with PEG pretreatment were higher than those of salt stressed.This showed that PEG pretreatment could improve the resistance of rice seedlings and alleviate the damage of salt stress on rice seedlings.

PEG pretreatment；salt stress；rice；antioxidant enzyme activity

S511

A

1004-1524（2016）08-1304-05

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.08.05

2015-11-24

國家自然科學基金資助項目（31270369）；沈陽師范大學生態與環境研究中心主任基金資助項目（EERC-K-201406）；沈陽師范大學“大學生創新創業訓練計劃”項目；北方粳稻遺傳育種省部共建教育部重點實驗室/農業部東北水稻生物學與遺傳育種重點實驗室（沈陽農業大學）開放課題

梅映學（1990—），女，遼寧葫蘆島人，碩士研究生，從事生物化學與分子生物學研究。E-mail：myxdsy@126.com
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，馬蓮菊，E-mail：744289467@qq.com