熱脅迫對10個水稻品種生理生化特性的影響

申關望++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的影響，以10個水稻品種為試材，研究熱脅迫對其SOD、POD、MDA、凈光合速率、葉綠素含量的影響。結果表明：各水稻品種的SOD、POD、MDA含量隨脅迫時間的延長呈增加趨勢，其中品種D優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間的延長逐漸減少，與其他品種相比，D優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。通過綜合生理指標和熱脅迫后表型鑒定，得出D優3138在苗期表現出較強的耐熱性。

關鍵詞：水稻；熱脅迫；D優3138；生理指標

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

隨著全球氣候變暖，熱脅迫成為威脅農業生產的重要問題。研究表明熱脅迫嚴重影響作物生長，導致作物產量降低，并可能在全球范圍內造成糧食危機[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重要的糧食作物，對高溫具有一定的適應性，但溫度過高會在很大程度上影響稻谷的產量和品質[9，10]。本研究以D優3138等10個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個品種中鑒定耐熱品種。

1材料與方法

1.1材料

該試驗于2016年在信陽市農業科學院中心實驗室進行。供試材料為信陽市農業科學院水稻所培育的10個水稻雜交品種：A1（D優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上，放于光照培養箱中進行水培。水培前5 d使用自來水，5 d后換成木村氏營養液，調節pH至5～6之間。每隔5 d更換一次營養液。

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

1.2.3生理指標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（Li-cor公司）測定，測定時光量子密度為 1 200 μmol·m-2·s-1。上述測定每個品種選取3個重復。

1.3數據處理

利用Microsoft Excel 2007進行數據分析。

2結果與分析

2.110個品種苗期耐熱性鑒定

在熱脅迫后不同時間點觀察供試的10個品種的耐熱性發現，熱脅迫12 h時10個品種的葉片均沒有明顯的改變；脅迫至24 h時，除A1外，其余品種葉片均出現不同程度的干枯和失綠；至脅迫至48 h時，10個品種均出現不同的萎蔫，但是A1的萎蔫程度明顯低于其它9個品種。因此，苗期熱脅迫處理的結果表明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活性氧（ROS）的產生，而SOD、POD是植物內部清除活性氧的主要酶類。由表1可見，不同脅迫時間不同品種的SOD活性不同，脅迫后10個品種的SOD活性均出現不同程度地增加，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討論與結論

水稻起源于地球赤道附近的亞熱帶和熱帶地區，對高溫具有一定的適應性。但是溫度過高會嚴重影響水稻的生長發育和產量。水稻種質資源豐富，品種之間耐熱性差異較大[13]。通過對信陽市農業科學院水稻所選育的10個雜交組合進行耐熱性鑒定，筆者發現A1在苗期具有較強的耐熱性，下一步將繼續研究抽穗期和灌漿期上述10個品種的耐熱性。

大部分研究表明熱脅迫會增強植物內部SOD、POD活性[7，8]。本研究也發現SOD、POD活性在熱脅迫下呈現增強趨勢，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。

質膜透性可反映植物葉片細胞膜的完整性及其受到傷害的程度，在正常生長條件下，植物的質膜透性均較小。MDA是細胞膜脂過氧化產物，它的積累可作為植物葉片的細胞膜遭受破壞程度的指標[14，15]。本研究結果表明，在熱脅迫條件下，各個品種葉片的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的質膜受損最輕，表現出較強的抗氧化能力。

在自然條件下，植物的光合作用經常受到一些內外因素的影響[16，17]。以往的研究也表明熱脅迫會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。本研究不僅進一步揭示了熱脅迫下水稻葉片生理指標的變化，而且通過熱脅迫處理發現A1在苗期表現出較強的耐熱性，是一個較好的潛力耐熱種質。

參考文獻：

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收稿日期：2016-09-05

基金項目：山東省農業科學院重大科技成果培育計劃項目（2015CGPY03）；山東省農業良種工程項目“高產優質抗逆花生新品種培育”；青島市民生科技計劃項目（14-2-334nsh）

作者簡介：石運慶（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