水稻分蘗期關鍵酶的表達同耐冷性相關研究

樸雪梅，柳洪良，韓云哲，徐偉豪，白學峰，程正海，金 峰，王 亮*

（1 延邊朝鮮族自治州農業科學院，吉林 延邊 133400；2 吉林農業大學，長春 130000）

吉林省東部是我國重要的優質水稻生產基地， 水稻生產關乎東部地區的糧食安全和經濟發展。水稻是吉林省重要糧食作物，總產和單產居吉林省糧食作物第二位置。 由于吉林省東部地處祖國的東北部，氣候條件復雜，水稻生育階段的5～9月份氣溫際間有較大變化， 階段性低溫在水稻生長發育階段時有發生， 給水稻生產帶來嚴重的影響， 是導致吉林省東部水稻單產和總產波動的主要原因［1－6］。

通常植物在低溫脅迫條件下， 超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）是植物細胞內廣泛存在的重要抗氧化酶， 在防御活性氧傷害和清除體內過氧化物等方面具有重要的功能；這些抗氧化酶活性的高低，可直接反映植物受到過氧化損傷的程度， 其含量是常用的脅迫耐受性生理指標［7－9］。深入研究吉林省東部水稻冷害發生時品種耐寒能力以及冷害的生理基礎對保證吉林省水稻持續高產、穩產具有重要現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試優質水稻品種由表1 所示， 吉林省和黑龍江省審定品種15 個（均為近年來優質米品種），對照品種3 個。

表1 供試優質水稻品種

1.2 試驗方法及處理

試驗采取盆栽移栽。 泥土的處理： 碎土→過篩→拌肥→稱重量（保證每個盆的土量相同）。 葉片取樣方法：低溫處理完畢當天分別取樣。

1.2.1 溫室處理耐冷性鑒定 普通盤育苗， 移栽至直徑30 cm 的塑料盆內， 每盆栽插4 穴，1 株／穴基本苗，重復3 次。 氮、磷、鉀分別按120、80、80 kg／hm2施用。 低溫脅迫溫度12 ℃，光照模仿自然低溫陰雨天，對照處理溫度21 ℃，處理時間6 d， 低溫處理后將材料移至溫度為20～30 ℃正常日照條件下恢復生長7 d， 之后調查高分蘗減少率，分1～9 級評價耐冷性（表2）。

表2 水稻分蘗盛期耐冷性評價標準

1.2.2 酶液的制備及其測定方法 ①超氧化物歧化酶（SOD）。 稱取5 g 樣品，置于研缽中，加入5 ml 提取緩沖液，在冰浴條件下研磨成勻漿。 將勻漿液全部轉入到離心管中， 于4 ℃、12 000 r／min 離心30 min，收集上清液，低溫保存備用，測量提取液總體積。 采用氮藍四唑（NBT）光化還原法， 以抑制NBT 光化還原的50%為1 個酶活單位，酶活性以“u／mg”表示。

②過氧化氫酶（CAT）。 稱取葉片0.25 g ，加入5 倍量的（M／V）pH7.0 的磷酸緩沖液，冰浴研磨15 000 r／min 離心15 min，取部分上清液經適當稀釋后用于酶活性測定。采用紫外吸收法測定，酶活性以“u／g·min”表示。

③過氧化物酶（POD）。 稱取樣品3 g，加入預冷的0.05 mol／L pH7.8 的磷酸緩沖液少量，用粗紗布過濾，定容至10 ml，低溫離心（12×104r／min，0～4 ℃）15 min， 取上清液置于低溫冰箱備用。 在2.9 mL 0.05 mol／L 磷 酸 緩 沖 液 中 加 入1.0 mL 2%H2O2、1.0 mL 0.05 mol／L 愈創木酚和0.1 mL 酶液， 組成反應液， 以每分鐘增加1.0 個A470的酶量為1 個酶活力單位， 酶活性以 “u／g·min”表示。

2 結果與分析

2.1 優質水稻品種低溫控制分蘗盛期耐冷鑒定

分蘗盛期溫室12 ℃低溫脅迫處理最高分蘗減少率及耐冷評價由表3 所示， 龍稻18 和通育269 最高分蘗減少率分別為25%、18%，耐冷性表現為強；上育397、通35、吉粳511 最高分蘗減少率在38%～43%，耐冷性表現為中；龍稻17、延粳22、吉農大138、通系949、吉農大538、九稻68、通系935、吉粳302、通育266、吉粳809 等品種最高分蘗減少率在50%～68%，耐冷性表現為弱；吉粳515、 吉玉粳、 通禾66 最高分蘗減少率分別為75%、88%和94%，耐冷性表現為極弱。

表3 分蘗盛期溫室控制試驗死苗率及耐冷評價

2.2 優質水稻新品種溫室控制對逆境生理指標的影響

SOD 是目前在植物或其他組織中被發現的唯一能把O2－還原為H2O2，同時將O2－氧化為O2的抗氧化酶。它作為超氧化自由基清除劑，在適度逆境條件下其活性有所提高， 以增強植物的抗逆能力。 由表4 可見，所有品種低溫處理后SOD 酶活比對照（CK）提高，其中吉粳515、吉粳809 的酶活分別為163.79 u／mg、150.00 u／mg。 龍稻18、吉農大538、九稻68、吉粳302、通系935、通禾66、通育266、 吉玉粳、 通35 酶活在105.05～137.02 u／mg，上育397、龍稻17、吉粳511、延粳22 酶活在80.99～88.12 u／mg。

CAT 主要在于細胞的過氧化物體中，CAT 活性與植物的代謝強度及抗性有著密切的關系。 由表4 可以看出，低溫處理后CAT 酶活除上育397和通禾66 酶活比CK 提高之外，其他品種的酶活都比CK 降低。

POD 是一種含鐵的金屬蛋白質，是植物體內常見的氧化還原酶。 POD 作為細胞內清除活性氧系統中的重要酶， 能催化H2O2與酚類的反應，起到清除過氧化物的作用。由表4 可知，隨著低溫處理后POD 活性呈現升高的變化趨勢， 其中通育266 酶活31.48 u／g·min。 吉農大538、九稻68、通系935、通禾66、吉粳515、吉粳809、延粳22、吉玉粳的酶活在14.44～23.33 u／g·min，上育397、龍稻17、龍稻18、吉粳302、吉粳511、通35 酶活在3.70～7.41 u／g·min。

表4 返青分蘗期溫室控制試驗水稻逆境生理指標

3 結論與討論

低溫處理對分蘗的發生具有明顯的抑制作用，不同品種對低溫的敏感度也不同。本研究結果表明龍稻18 和通育269 品種耐冷性表現強，上育397、通35、吉粳511 耐冷性表現中。

SOD、CAT 和POD 三種酶被稱為保護酶系統。 本研究測定結果發現， 低溫處理后水稻的SOD 和POD 兩種酶活性均有提高， 其中吉粳515、吉粳809、吉農大538、九稻68、吉粳302、通系935、通禾66、通育266 等品種明顯高于對照，經低溫處理水稻的CAT 多數表現酶活性比CK低，這可能是CAT 蛋白酶在低溫條件表現不穩定而造成的，具體原因有待進一步研究。

在分蘗盛期對水稻低溫處理試驗中， 不同品種耐冷性存在差異， 而其中的SOD 和POD 兩種酶活性與其耐冷性表現不完全呈正相關， 具體原因有待進一步研究， 多數樣品分蘗盛期低溫脅迫后水稻細胞內主要防御保護酶 （SOD 和POD）活性提高，使其具有較強的耐冷抗性，其中龍稻18、通育269 兩個水稻品種耐冷評價為強， 是參試水稻品種中分蘗盛期耐冷性表現較好的水稻品種，是水稻品種耐冷性評價的重要參考。