朱 珊，李永輝，熊宏亮，黃仁良，嚴 松，張景云，沈顯華*

(1.江西省農業(yè)科學院 水稻研究所，江西 南昌 330200;2.江西省超級水稻研究發(fā)展中心，江西 南昌 330200;3.江西省農業(yè)科學院 蔬菜花卉研究所，江西 南昌 330200)

孕穗期是水稻產量形成的關鍵時期，此期研究水稻的低溫耐冷性，對于穩(wěn)定并提高水稻產量有著重要的現實意義［1－3］。低溫影響花粉粒的正常發(fā)育，導致部分雄性不育，空殼率增加，從而引起結實率大大降低［4－5］。在江西省大部分地區(qū)，早稻在孕穗期易受低溫(小滿寒)影響，造成嚴重的損失［6］。植物葉片的生長發(fā)育在很大程度上受體內內源激素的調節(jié)，內源激素的含量甚微且對外界環(huán)境異常敏感［7－10］，當植物受到低溫脅迫時，植物會通過體內激素含量的調節(jié)來適應外界環(huán)境變化［11－13］。關于低溫對水稻影響方面的研究，前人已經做了大量工作［14－17］，有的報道側重于株高、葉面積、干物質重等形態(tài)方面;有的報道側重于氣孔、葉綠素等生物化學方面;有的報道側重于酶活性、蛋白質含量、電導率等生理指標等方面，但在低溫脅迫下，有關內源激素含量變化的研究鮮有報道。本試驗研究了低溫脅迫下，孕穗期水稻葉片內源激素IAA、GA3、ABA含量水平及變化規(guī)律，旨在探討水稻在激素水平上對低溫脅迫的生理反應，為進一步了解水稻耐冷性奠定生理基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗以高產優(yōu)質稻淦鑫203(國審稻200900)為試驗材料。該品種屬秈型三系雜交水稻，在長江中下游地區(qū)作雙季早稻種植。試驗于2011年和2012年在江西省農業(yè)科學院水稻研究所科研基地進行。浸種催芽后于3月21日播種，4月21日移栽，行株距為27.45 cm×25.50 cm，單本栽插。整個生育期的田間水肥管理和病蟲防治按照高產栽培方式進行。在田間生長至進入分蘗期選取發(fā)育進程與長勢基本一致的稻株帶泥移入盆缽(內徑16.5 cm×深度15.5 cm)培育10 d以上，每盆移栽1蔸。當盆缽中的稻株進入拔節(jié)期后(開始孕穗)，每天隨機取5穗主莖，剝去稻株葉片，露出莖端生長點，用顯微鏡觀察幼穗分化過程。在進入幼穗分化3期時移至PGX－450E－C智能光照培養(yǎng)箱(寧波海曙賽福實驗儀器廠)，供低溫處理之用。

1.2 處理方法

供試材料在人工氣候箱中進行低溫處理，每日光照12 h，黑暗12 h，光強8 000 lx，相對濕度70%。低溫溫度設置為15，17，19，21℃。其中，15℃、17℃的低溫處理時間為1～3 d，19℃、21℃的低溫處理時間為2～5 d。以在大田正常生長的盆缽中稻株作為對照，3次重復。按照處理天數，低溫處理后的材料移回水稻大田，并將所有盆缽除去讓其自然生長。在低溫處理完畢當天、處理恢復生長2 d和處理恢復生長4 d的10:00左右，選取生長整齊一致的倒二葉葉片，樣品置液氮中冷凍后迅速保存于－80℃超低溫冰箱中，以供內源激素含量動態(tài)變化的測定。整個試驗持續(xù)兩年，整體重復兩次。

1.3 內源激素測定方法

水稻葉片內源激素含量的測定，用酶聯免疫吸附(ELISA)法分別測定吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)和脫落酸(ABA)內源激素的含量［18－19］。試劑盒由中國農業(yè)大學化控研究室提供。

1.4 數據分析

原始數據的整理及分析采用Excel 2003、DPS軟件完成。在對試驗結果進行分析時，所有指標均用2011年數據，2012年數據與2011年數據趨勢相同。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對水稻葉片IAA含量的影響

經低溫處理后，本試驗中的IAA含量變化均呈現隨著處理溫度的降低和歷時增長而降低的變化趨勢。在15℃處理3 d時達最低值，說明此時低溫處理對水稻幼穗分化影響最大。隨著恢復生長時間的延長，IAA含量呈現逐漸升高變化趨勢(圖1)。各處理與對照均存在極顯著差異，除21℃ 2～3 d高于對照外，其余各處理均低于對照(表1)。其原因可能是IAA可以通過增加細胞壁的可塑性，來增強細胞伸展性。在低溫到來以后，IAA的合成受影響，其含量降低;隨著低溫脅迫的解除，IAA的含量逐漸升高。

2.2 低溫脅迫對水稻葉片GA3含量的影響

經低溫處理后，本試驗中的GA3含量變化均呈現隨著處理溫度的降低和歷時增長而降低的變化趨勢。隨著恢復生長時間的延長，GA3含量呈現逐漸升高變化趨勢(圖2)。各處理與對照均存在極顯著差異，除21℃ 2～3 d高于對照外，其余各處理均低于對照(表1)。GA3具有促進植株株莖伸長的作用，植株受低溫影響后，GA3的合成受影響，其含量降低;隨著低溫脅迫的解除，GA3的含量也逐漸升高。

圖1 低溫處理下水稻IAA含量變化Fig.1 Changes of the content of IAA with low temperature stress

圖2 低溫處理下水稻GA3含量變化Fig.2 Changes of the content of GA3with low temperature stress

2.3 低溫脅迫對水稻葉片ABA含量的影響

經低溫處理后，本試驗中的ABA含量變化均呈現隨著處理溫度的降低和歷時增長而升高的變化趨勢。隨著恢復生長時間的延長，ABA含量呈現逐漸降低變化趨勢(圖3)。各處理與對照均存在極顯著差異(表1)。這可能是因為植物本身具有合成ABA的能力，ABA含量增加后，可有效保護植物，使其進入休眠狀態(tài)，減少低溫帶來的傷害。

圖3 低溫處理下水稻ABA含量變化Fig.3 Changes of the content of ABA with low temperature stress

表1 低溫處理下水稻激素含量與對照的比較Tab.1 The contents of endogenous hormones differences between CK and treatment with the low temperature stress

3 結論與討論

“小滿寒”亦稱五月寒，是江西省雙季早稻進入孕穗期(花粉母細胞減數分裂前后)遇到的連續(xù)3 d日平均氣溫低于20℃或連續(xù)2 d日平均氣溫低于20℃、日極端最低氣溫小于16℃的低溫天氣［6］。“小滿寒”是早稻生育期間影響產量的主要農業(yè)氣象災害。低溫能促使植物體內源激素的含量和活性發(fā)生變化，因此，通過研究內源激素含量的變化，對于客觀地反應低溫脅迫下水稻孕穗期具體的生理過程，揭示“小滿寒”致災機理具有重要意義。

吲哚乙酸(IAA)、赤霉素(GA3)、脫落酸(ABA)是植物激素的重要類型，它們對植物的生長發(fā)育、信號轉導都有重要作用［20］。植物低溫逆境條件下:一方面，細胞中的IAA、GA3含量降低，使植株生長速率減慢，以緩解低溫造成的對植株完成正常生理活動的壓力，對抗不利環(huán)境，使植物在逆境下生存下來［21］。分析認為其含量下降主要是抑制生長，同時通過促進氣孔關閉的方式減少蒸騰作用，改變體內水分的利用方式，增強并維持葉綠素、蛋白質和核酸含量等生理生化效應做出適應環(huán)境的調節(jié)［22］。另一方面，細胞中的ABA會迅速積累，使水稻體內RNA和蛋白質合成減弱，細胞代謝活動變緩，從而使植株生長勢降低，并通過ABA的信號轉導對環(huán)境脅迫做出積極、主動的適應性反應［23］。分析認為ABA含量上升可以提高SOD、POD和CAT等酶的活性，使植物體內超氧自由基處于較低水平，最終減輕逆境脅迫對細胞光合膜系統(tǒng)造成的傷害［24］，同時可增加低溫體內的水分平衡能力并促進某些抗冷物質的合成［25］。本試驗研究結果表明，低溫脅迫下水稻葉片生長活力下降，其內源激素水平發(fā)生了顯著變化，即IAA、GA3的含量下降，ABA的含量升高。隨著低溫脅迫程度的加劇，葉片內部內源激素的變化越來越顯著。隨著恢復生長時間的延長，IAA、GA3含量呈現逐漸升高變化趨勢;ABA含量呈現逐漸降低變化趨勢。這與前人對于其他植物材料的研究結果基本一致［26－27］。IAA、GA3和ABA 3種內源激素均積極參與了水稻低溫脅迫的應答反應，從對低溫敏感性反應的角度分析，3種內源激素參與低溫反應的時間較快，較敏感(IAA和GA3在處理完畢當天值達最低，ABA值達最高，各處理與對照均達極顯著差異)。時效性也較長(恢復生長4 d時，各處理與對照差異仍達極顯著)。

筆者在測定激素的過程中發(fā)現，對于測定水稻激素含量沒有成熟的方法，只能借鑒其他作物的方法，并在實踐中摸索，增加了人為誤差，對最終的結果有一定的影響。本研究分析了孕穗期低溫對水稻葉片內源激素的影響，但缺乏對于在低溫下根系和莖稈內源激素的研究，低溫脅迫究竟是通過何種方式來改變內源激素的含量也尚需探討。擬在今后的研究中，從植株的整體水平上研究水稻內源激素對低溫的響應特點。水稻的幼穗分化過程極其復雜，受到各種內外因素的調控，植物激素是重要調控因子。內源激素對植物的生長發(fā)育有著復雜的調控機制，不能單獨孤立的看某一種激素作用，而更重要的是考慮各種激素之間的平衡關系，逆境可促使植物內源激素含量發(fā)生變化，并且通過這些變化影響其生理過程［28－29］。所以，低溫脅迫對水稻內源激素的影響機理以及內源激素的調控機理還有待于進一步的研究。

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