鹽堿脅迫對不同水稻品種抗逆和抗瘟性相關酶的影響

徐春瑩+張亞玲+王丹+于連鵬+劉殿宇+靳學慧

摘要：為研究鹽堿脅迫對不同品種水稻抗逆和抗瘟性的影響，在生理水平上，以抗性品種龍粳31和感病品種空育131為材料，檢測它們在鹽堿脅迫下苗期葉片內抗性相關酶活性的變化。結果表明，在鹽堿脅迫下，水稻光合能力降低；在鹽堿和病害共同作用下的水稻葉片中抗逆酶[過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）]活性高于正常土壤下生長的水稻，抗病酶苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性則相反。可以看出，鹽堿脅迫能顯著削弱這2個水稻品種的抗稻瘟病能力。

關鍵詞：稻瘟病；鹽堿脅迫；光合能力；抗病反應；抗逆酶；抗瘟性；抗病酶

中圖分類號：S435.111.4+1文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2017）04-0044-03

水稻（Oryza sativa Linn）是1年生禾本科植物，也是我國主要的農作物[1]。水稻種植在東北往往同時面臨低溫、鹽堿及病害等多重危害[2-3]。在水稻病害中，稻瘟病危害極嚴重，且在自然環境下，植物很少只面臨單一環境脅迫，往往同時面臨幾種脅迫因子[4]。

鹽堿地是東北的一個嚴重問題，尤其在黑龍江省大慶地區[5]。近年來，在水稻耐鹽堿方面的研究取得了較大成果[6]，但尚未見鹽堿脅迫對水稻抗稻瘟病能力影響的相關報道。本試驗對鹽堿脅迫下的2個水稻品種接種稻瘟病菌處理，比較葉片發病情況及在感病期間抗性相關酶包括過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）的活性，探討鹽堿脅迫對水稻稻瘟病菌敏感性的影響，為鹽堿脅迫下種植水稻的抗病性研究及防控提供理論依據。

1材料與方法

1.1試驗時間與地點

試驗于2015年在黑龍江八一農墾大學農學院實驗室進行。

1.2試驗材料

1.2.1水稻品種

感病品種為空育131；抗病品種為龍粳31。

1.2.2供試菌株

采自黑龍江省大慶市周邊地區的稻瘟病菌，由黑龍江八一農墾大學農學院實驗室提供。

1.2.3水培用品

水培盆：外尺寸245 mm×175 mm×60 mm、內尺寸225 mm×155 mm×55 mm；定植籃：內徑34 mm（上）、28 mm（下）、外徑50 mm、高 45 mm。

1.3試驗設計[HT]

試驗采用水培法，培養液采用經典的霍格蘭（Hoagland）配方[7]。先對水稻進行催芽，發芽后進行水培種植，水培前 4 d 為無營養條件，即蒸餾水替代營養液，之后為全營養液條件，4 d更換1次營養液，每盆含800 mL營養液。

鹽堿脅迫采用NaCl和NaHCO3混和溶液，按照不同鹽堿濃度（0 mmol/L，pH值為 6.5；40 mmol/L，pH值為 8.0；80 mmol/L，pH值為8.5）水平設3個處理，每處理3次重復，每重復10盆，共90盆。每盆可放12個定植籃，且每個定植籃播種15株。水培9 d開始對稻苗進行持續的鹽堿脅迫處理。

水稻水培17 d進行接種稻瘟病菌處理，遮光保濕 24 h。整個試驗過程采用自然光照，溫度控制在20～28 ℃。

1.4稻瘟病病菌制作及接菌方法

在無菌條件下，將采集的穗頸瘟標樣感病部位置入培養皿內保濕培養，待產生孢子后，在顯微鏡下用挑針挑取單孢，并置于PDA培養基中培養，15 d后轉置米糠培養基上產孢培養。待菌絲長滿培養皿后，刮除氣生菌絲，打開培養皿蓋，平置于滅菌后的產孢培養箱內，藍紫光燈照射2～3 d后即可產生孢子。每培養皿用15 mL無菌水洗下孢子，紗布過濾，顯微鏡下檢測，接種孢子濃度為10×10倍顯微鏡下每視野20～40個孢子，每盒水稻苗的接種量為100 mL，放入小噴壺中，噴施于水稻葉面接菌。

1.5樣品采集方法

在接種0～7 d時剪取水稻葉片，每處理取10 g左右，重復3次取樣，迅速用液氮冷凍保鮮后保藏于-80 ℃冰箱中備用[8]。

1.6相關酶活性的檢測方法

葉綠素含量測定采用分光光度法；CAT活性測定直接采用紫外吸收法；SOD活性測定采用氮藍四唑光化還原法[9]；POD活性按照陳建勛等的方法[10]測定；PAL活性按照歐陽光查的方法[11]測定。

1.7葉片發病程度調查方法

在接種稻瘟病病菌后9 d調查各處理水稻葉瘟病發生情況。苗期葉瘟病病情分級指標：0級，無病斑；1級，病斑5個以下；2級，病斑5～10個；3級，全株發病或部分葉片枯死。

2結果與分析

2.1鹽堿脅迫對稻瘟病發生程度的影響

在接菌處理7 d后開始出現較多病斑。調查結果（圖1）顯示，鹽堿脅迫能明顯降低水稻對稻瘟病的抗病能力，鹽堿程度越高，抗病能力越弱，表現為病情指數明顯增加。尤其水稻品種空育131表現更明顯，在40 mmol/L、pH值為8.0和 80 mmol/L、pH值為8.5的鹽堿脅迫下，其病情指數分別比對照高11.34和21.34。

2.2鹽堿脅迫對水稻葉綠素含量的影響

由圖2可知，對照組內葉綠素含量變化平穩，試驗組葉片中葉綠素含量隨脅迫時間加長而顯著下降，鹽堿程度越高、脅迫時間越長，葉綠素含量下降幅度越大，抗病品種龍粳31比感病品種空育131更加明顯。

2.3鹽堿脅迫對水稻抗氧化防御系統活性的影響

2.3.1CAT活性

由圖3可知，隨著接種后時間的加長，CAT活性呈先上升后下降的變化趨勢。對照組在接菌后4 d達到最大值，試驗組在接菌后3 d達到最大值，而后開始下降；試驗組葉片內CAT活性明顯高于對照組，且鹽堿程度增強，CAT活性升高。感病品種空育131的CAT活性在接菌后同一時間內始終高于抗病品種龍粳31，說明CAT活性的表達受鹽堿脅迫的影響大于稻瘟病菌。

再下降的趨勢，試驗組SOD活性基本高于對照組，鹽堿程度加大，SOD活性升高；感病品種空育131的SOD活性在接菌后同一時間內始終高于抗病品種龍粳31，且空育131試驗組與對照組的SOD活性差值大于龍粳31。

2.3.3POD活性

接種病菌0～7 d內，水稻葉片內POD活性呈先上升后下降的趨勢（圖5）。鹽堿脅迫處理組在接種后 2 d 達到最大值，4 d開始下降；對照前4 d平穩上升，在5 d達到最大值，6 d開始急劇下降；對照組POD活性明顯低于試驗組。無論是在鹽堿條件下還是在無鹽堿條件下，抗病品種龍粳31的POD活性均高于感病品種空育131。

2.4鹽堿脅迫對水稻PAL活性的影響

由圖6可以看出，各處理PAL活性呈先上升后下降的趨勢，抗病品種龍粳31在接菌后3 d達到最大值，隨后呈下降趨勢，而感病品種空育131在接菌后2 d就達到最大值。鹽堿脅迫處理下PAL活性始終低于對照組，但隨著鹽堿程度升高，PAL活性明顯增強。抗病品種龍粳31的PAL活性始終大于感病品種空育131，說明PAL活性的表達受稻瘟病菌的影響較大。

3結論和討論

前人研究表明，植物對病原物侵入的生化反應是以酶的

催化活動來實現的，但對稻瘟病這一病害系統，不同學者的觀點不盡相同。大多數學者認為，CAT的活性與植物抗病性關系不密切，宋鳳鳴等指出抗病品種的葉片中CAT和SOD活性都無顯著變化[12]；曾富華等通過高抗、高感稻瘟病水稻品種比較發現，高感品種的CAT活性明顯高于高抗品種[13]；王彥長等研究表明，POD活性變化與水稻抗瘟性呈正相關[14-15]；而余曉明等提出不同的現點[16]。多酚氧化酶（PPO）的活性提高可以促進木質素積累和細胞壁增厚，郭建榮證實了PPO活性提高是增強抗性的因子之一[15]。魏松紅等發現，抗性品種的PAL活性普遍高于感病品種[17]。各生化因子在不同作物中的抗性研究報道也很多，但各學者觀點不統一。

本試驗結果顯示，龍粳31的抗病能力顯著高于空育131，但在鹽堿脅迫條件下，2個品種的抗病能力均有下降趨勢，高鹽堿環境下空育131抗病能力下降更為明顯。鹽堿脅迫會導致水稻光合能力降低，但空育131的耐鹽堿能力強于龍粳31，表現為葉綠素含量下降幅度較小。在鹽堿和病害共同作用時，空育131的抗逆相關酶（CAT、SOD）活性高于龍粳31，這與空育131在無病害前提下抗鹽能力較強的事實相符。CAT活性的表達受鹽堿脅迫的影響大于稻瘟病菌，SOD活性受兩者影響不明顯。POD活性的表達受鹽堿脅迫的影響較大，說明POD主要反映非生物脅迫嚴重程度，而試驗結果中龍粳31的POD活性較高，恰恰顯示其受脅迫較嚴重的事實。PAL活性的表達受稻瘟病菌的影響較大，說明PAL與抗病能力直接相關，空育131的PAL活性與其較弱的抗病能力一致，均低于龍粳31。在高鹽堿環境下，CAT、SOD、POD、PAL活性的變化較低濃度鹽堿脅迫下的變化明顯，由此可以看出鹽堿脅迫會加重稻瘟病的發生與危害。

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