晏軍 吳啟俠 朱建強* 徐笑笑 張露萍

（1湖北省主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北荊州434025；2長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北荊州434025；第一作者：yj111708@sina.com；*通訊作者：zyjb@sina.com）

拔節(jié)期雜交中稻對淹水脅迫的響應(yīng)及指示性指標(biāo)探討

晏軍1,2吳啟俠1,2朱建強1,2*徐笑笑1張露萍1

（1湖北省主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北荊州434025；2長江大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖北荊州434025；第一作者：yj111708@sina.com；*通訊作者：zyjb@sina.com）

長江中下游地區(qū)夏季強降水頻發(fā)，雜交中稻在拔節(jié)期易受澇害影響。為定量揭示淹水脅迫對水稻的影響和科學(xué)評估災(zāi)損，提供形態(tài)學(xué)、生理特性和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時篩選拔節(jié)期水稻淹水脅迫后受澇及減產(chǎn)程度的指示性指標(biāo)，在豐兩優(yōu)香1號拔節(jié)期設(shè)計了不同淹深（1/4PH、1/2PH、3/4PH和全淹）及不同淹水持續(xù)時間（3 d、6 d和9 d）交互試驗。結(jié)果表明，拔節(jié)期雜交中稻受淹后，株高、節(jié)間顯著伸長，且第2節(jié)間伸長速度快于第1節(jié)，植株黃葉數(shù)顯著增多，最長葉片長度顯著增長，且株高增長量（YPH）、節(jié)間長度（YIL）、黃葉數(shù)（YYL）、最長葉片長度（YLL）均與淹澇天數(shù)（D）和淹深（H）呈顯著的二元一次關(guān)系；同一淹水持續(xù)時間處理，隨著淹水深度的增加，水稻葉片中葉綠素a、葉綠素b含量和可溶性蛋白含量逐漸降低，而可溶性糖含量呈先增高后降低的趨勢；劍葉中MDA含量均隨淹水歷時和淹水深度的增加而升高，在根系中，當(dāng)淹水持續(xù)時間為3 d和6 d時，其MDA含量隨淹水深度的增加而升高，但在淹水持續(xù)時間為9 d時，表現(xiàn)為先升高后降低，其拐點在1/2 PH淹水深度；同時，在同一淹水持續(xù)時間下，隨著淹水深度的增加，葉片和根系中SOD活性先升高后降低，而劍葉中POD活性持續(xù)升高，且水稻受淹越深，其增加幅度愈大，但在根系中的變化趨勢是先升高后降低，拐點出現(xiàn)在淹水第6 d的1/2 PH淹深；拔節(jié)期水稻受到不同程度澇害后，結(jié)實率和千粒重顯著下降，當(dāng)淹水深度達到株高的1/4且持續(xù)6 d，其結(jié)實率降低20%以上，產(chǎn)量減少19%以上?；疑P(guān)聯(lián)度和聚類分析表明，葉綠素b、可溶性蛋白和葉綠素a可作為拔節(jié)期水稻受澇后的關(guān)鍵性生理指標(biāo)，用于指示、監(jiān)測水稻受澇及減產(chǎn)程度。

雜交中稻；淹水脅迫；形態(tài)結(jié)構(gòu)；生理特性；指示性指標(biāo)

洪澇災(zāi)害是我國主要的農(nóng)業(yè)災(zāi)害之一，降水變化影響著我國糧食產(chǎn)量的變化[1]。近年來，全球異常天氣增多，局部地區(qū)暴雨頻發(fā)，致使低洼的農(nóng)田、林地積水并發(fā)生澇害，對該地區(qū)的農(nóng)林生產(chǎn)、生態(tài)效益及環(huán)境質(zhì)量等方面都造成了潛在的威脅。長江中下游是我國主要的糧食生產(chǎn)區(qū)，每年6-8月份為暴雨洪澇的多發(fā)期，此時正值早稻生長后期、中稻生長中期、晚稻生長前期，對水稻生產(chǎn)有著重要影響。有關(guān)淹水脅迫對水稻生產(chǎn)的影響國內(nèi)外進行了大量研究，寧金花等[2-6]研究發(fā)現(xiàn)，淹水脅迫會引起水稻發(fā)生一系列形態(tài)和生理生化特征變化，如葉片綠葉數(shù)減少、葉鞘伸長、細胞膜脂過氧化作用加劇、丙二醛含量升高、體內(nèi)保護酶受損、光合速率降低、蒸騰作用減弱、籽粒結(jié)實率降低、充實度變差、產(chǎn)量下降等。國外在深水稻適應(yīng)淹水脅迫機理方面及耐淹基因上研究較多。Raskin等[7-9]分析了深水稻耐淹澇脅迫的生理基礎(chǔ)及適應(yīng)機制，F(xiàn)ukao等[10]研究了水稻的耐淹基因。但這些研究主要集中在早稻、深水稻和常規(guī)水稻品種上，淹水的時期多在水稻生長的敏感時期（孕穗期、抽穗揚花期等）和生育后期，且注重淹水脅迫對水稻的影響及適應(yīng)機制方面，對于拔節(jié)期雜交中稻受澇后的系統(tǒng)分析及受澇和減產(chǎn)程度的指示性指標(biāo)的篩選鮮見報道。

本試驗從水稻形態(tài)因子、生理特性和產(chǎn)量因子入手，探討了拔節(jié)期雜交中稻受到不同程度淹水脅迫后株高、節(jié)間長度、黃葉數(shù)、最長葉片長度、生理指標(biāo)的變化特點以及產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化，并在此基礎(chǔ)上以相對產(chǎn)量為參數(shù)，篩選拔節(jié)期淹水脅迫后受澇及減產(chǎn)程度的指示性指標(biāo)。旨在明確我國長江中下游地區(qū)雜交中稻在適應(yīng)不同淹水脅迫環(huán)境下形態(tài)和生理特性變化特點，以及不同淹水環(huán)境下水稻的減產(chǎn)機制，為定量揭示淹水脅迫對水稻的影響、洪澇災(zāi)害致災(zāi)能力及強度的鑒定提供形態(tài)學(xué)、生理特性和產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時篩選拔節(jié)期淹水脅迫后受澇及減產(chǎn)程度的指示性指標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試品種為豐兩優(yōu)香1號，屬中熟中秈兩系雜交稻，在湖北省作一季中稻栽培，一般4月下旬至5月上旬播種，5月下旬至6月上旬移栽，8月上旬始穗，9月上中旬成熟，全生育期133 d左右[11]，株高約115 cm。該品種拔節(jié)期正值江漢平原降水集中期，易遭受淹水脅迫[12]。2014年5月3號播種，6月4日移栽，試驗采用盆栽，盆高28~30 cm，內(nèi)徑25.5 cm，每盆裝風(fēng)干土13 kg，每盆2叢，每叢1株。土壤pH值7.6，土壤堿解氮69.4mg/kg、速效磷28.7 mg/kg、速效鉀118.7 mg/kg。每盆施肥量為N 2.50 g，K2O 1.95 g，P2O51.13 g。其中，氮肥70%作為基肥、30%作為分蘗肥，鉀肥、磷肥全部基施。

1.2 試驗設(shè)計

在水稻拔節(jié)期（第2節(jié)間剛長出時、7月13日）進行淹水試驗。試驗設(shè)淹水深度（H）和淹水時間（D）2個因素。淹水深度設(shè)4個水平：1/4淹（淹水深度為當(dāng)時水稻株高的25%，1/4 PH）、1/2淹（1/2 PH）、3/4淹（3/ 4PH）、沒頂淹（4/4 PH）。淹水時間設(shè)3個水平：3 d、6 d和9 d，每個處理6次重復(fù)。以整個生育期正常水分管理為對照（CK），設(shè)15個重復(fù)。淹水試驗在1.5m深的水泥池中進行，池中水為靜止、潔凈的井水，9 d內(nèi)不換水。試驗期間根據(jù)水稻長勢隨時調(diào)整淹水深度，保證試驗準確性。每個淹水時間到后取出6盆，其中3盆用于形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)的測定，另外3盆置于接近盆高的水池中繼續(xù)生長，水池中灌滿水，盡量消除溫度等環(huán)境因素對盆栽水稻的影響。除淹水外，水稻其他管理同大田。

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)

分別于試驗開始時和結(jié)束時測定水稻株高、第1、2節(jié)間長度、黃葉數(shù)與每叢中最長葉片長度（最長葉片用筆做好標(biāo)記）。每盆2叢水稻平均值作為1個重復(fù)值，每個處理測定3盆，為每個處理的3個重復(fù)值。在淹水前和取出后對每盆中所有莖上的黃葉數(shù)進行統(tǒng)計，按照農(nóng)業(yè)氣象相關(guān)規(guī)范，能進行光合作用的葉片均為綠葉，部分黃化的葉片則按黃色部分占整個葉片的百分比進行計算，如黃色部分面積占整個葉片面積的50%，其余部分是綠色，則記為0.5片黃葉，為目測估算值，結(jié)果保留1位小數(shù)。在淹水前和淹水結(jié)束后對每叢做記號的葉片進行測量。同時，對照盆中的株高、第1、2節(jié)間長度、黃葉數(shù)與每叢中最長葉片長度進行平行觀測、統(tǒng)計。

1.3.2 生理指標(biāo)

于試驗結(jié)束時測定對照和處理水稻劍葉和根系的葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白、丙二醛（MDA）含量及抗氧化酶（SOD、POD）活性。采用浸提法（95%乙醇）測定劍葉的葉綠素a、b的含量；蒽酮比色法測定可溶性糖含量；考馬斯亮藍G-250法測定可溶性蛋白含量；硫代巴比妥酸（TBA）比色測定丙二醛（MDA）含量；氮藍四唑（NBT）法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性，以抑制NBT光化還原50%為1個酶活性單位（U）表示；愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶（POD）活性，POD活性以470 nm處吸光度每分鐘變化0.01為1個酶活性單位（U）表示。每個處理重復(fù)測3次，取平均值[13]。

1.3.3 產(chǎn)量

水稻成熟后，單獨統(tǒng)計每盆水稻有效穗數(shù)（大于等于5粒實粒的穗子），取平均值作為該盆的有效穗數(shù)，然后將2叢一起收獲，隨機取10穗，分別統(tǒng)計各穗的實粒數(shù)、秕粒數(shù)和空粒數(shù)，并計算整穗的結(jié)實率，然后統(tǒng)計每個處理的千粒重（g），每個處理水稻脫粒后曬干除雜稱重，作為每個處理的實際產(chǎn)量（g）。

1.4 統(tǒng)計分析

通過盆栽試驗，依據(jù)拔節(jié)期雜交中稻對不同程度淹水脅迫的響應(yīng)，求得淹水持續(xù)天數(shù)（D）、淹水深度（H）與水稻株高增長量（YPH）、節(jié)間伸長量（YIL）、黃葉數(shù)（YYL）及最長葉片長度（YLL）之間的關(guān)系：

式1中，Y指代YPH、YIL、YYL、YLL；式（2）中，PH2為淹水結(jié)束時各處理株高（cm），PH1為淹水開始時各處理株高（cm）。

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，首先對各指標(biāo)值進行無量綱化處理。相對產(chǎn)量與15個形態(tài)、生理性狀看作1個灰色系統(tǒng)，各指標(biāo)看作是該系統(tǒng)的1個灰因素，其中相對產(chǎn)量設(shè)為參考數(shù)列，15個形態(tài)、生理性狀設(shè)為比較數(shù)列。應(yīng)用DPS15.10軟件進行方差、回歸分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析和聚類分析，利用Microsoft Excel 2003作圖，采用LSD法進行處理間多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 淹水脅迫對水稻形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 淹水脅迫對水稻株高和節(jié)間增長量的影響

圖1表明，淹水天數(shù)分別為3 d、6 d和9 d時，淹水深度每增加1/4 PH時，水稻株高分別增長了1.3 cm、3.5 cm和4.7 cm；在同一淹澇深度下，淹澇天數(shù)每增加3 d，第1節(jié)間伸長值為0.9～1.5 cm（對照0.8 cm），第2節(jié)間伸長值為3.0～6.6 cm（對照1.2 cm），第2節(jié)間伸長速度快于第1節(jié)間。表明同一淹水持續(xù)天數(shù)下，隨著淹水深度的增加，水稻株高的增長速度與淹水深度呈正比；在同一淹水深度下，節(jié)間伸長度與淹水持續(xù)天數(shù)呈正比。LSD檢驗表明，淹水3 d、6 d和9 d時，淹深分別達到1/2PH、1/4PH和1/4PH處理的株高顯著高于對照（P＜0.05）。

表1 不同淹水處理后黃葉數(shù)與最長葉片長度變化

圖1 不同淹水處理后株高和節(jié)間長變化

2.1.2 淹水脅迫對雜交中稻黃葉數(shù)與最長葉片長度的影響

從表1可見，與對照相比，淹水處理下的水稻植株黃葉數(shù)變化均非常明顯。在同一淹水深度下，拔節(jié)期植株黃葉數(shù)和最長葉片長度的變化趨勢與淹水天數(shù)呈正比，淹水天數(shù)每增加3 d，水稻的黃葉數(shù)與對照相比增加了2.3～21.9片，最長葉片長度增加了0.6～6.4 cm。即同一淹水深度，淹水時間越長，綠葉衰老死亡越快。黃葉數(shù)及葉片長度的變化除了與淹澇環(huán)境有關(guān)外，還與水稻植株所處的生育期有很大的關(guān)系。淹澇脅迫是外因，水稻本身的生理因素是內(nèi)因。不同淹水深度的淹澇脅迫引起黃葉數(shù)和葉片長度的變化是內(nèi)外因綜合的表現(xiàn)。

2.1.3 淹水脅迫下水稻形態(tài)結(jié)構(gòu)與D、H的量化關(guān)系

對圖1和表1試驗結(jié)果作回歸分析，結(jié)果見表2。從表2可見，拔節(jié)期淹水脅迫處理結(jié)束時水稻株高增長量、節(jié)間伸長量、黃葉數(shù)及最長葉片長度與淹水天數(shù)和淹水深度之間呈極顯著的二元一次關(guān)系，且回歸關(guān)系式的F值達極顯著水平（sig.＜0.01）。因此，可以用這些回歸關(guān)系式定量化詮釋淹水天數(shù)和淹水深度對水稻株高增長量、節(jié)間伸長量、黃葉數(shù)及最長葉片長度的綜合影響。從標(biāo)準化回歸系數(shù)的絕對值可以看出，淹水深度對株高伸長量、第2節(jié)間長度和黃葉數(shù)的影響要大于淹水持續(xù)天數(shù)，淹水持續(xù)天數(shù)對第1節(jié)間長度和最長葉片長度的影響要大于淹澇深度。

2.3 淹水脅迫對雜交中稻葉片中葉綠素含量的影響

從外觀上看，水稻在拔節(jié)期受淹水脅迫后葉片最顯著的響應(yīng)是失綠黃化，其原因是葉綠素水解加快、葉黃素合成增加。試驗所測葉綠素各組分含量見圖2。受淹水脅迫處理葉片中的Chl a、Chl b含量均比受澇前低，且受澇時間越長其含量越低。LSD檢驗表明，在淹水時間為3 d、6 d和9 d時，淹水深度達1/4 PH以上時，Chl a、Chl b含量均顯著低于對照（P＜0.05），表明拔節(jié)期水稻在受到輕微淹水脅迫后葉綠素出現(xiàn)快速水解，即葉綠素對淹水脅迫極為敏感。

表2 淹水處理后雜交中稻YPH、YIL、YYL、YLL分別與D、H的量化關(guān)系

圖2 不同淹水處理后劍葉中葉綠素含量變化

圖3 不同淹水處理后劍葉和根系中MDA含量變化

2.4 淹水脅迫對雜交中稻膜脂過氧化作用的影響

MDA作為脂質(zhì)過氧化程度的指標(biāo)，是脂質(zhì)過氧化的一種典型產(chǎn)物，它能與蛋白質(zhì)的氨基或核酸反應(yīng)生成shiff堿，MDA的積累會對膜和細胞造成進一步的傷害，進而引起一系列生理生化變化[14]。圖3給出了淹水脅迫對水稻劍葉和根系MDA含量的影響。劍葉中的MDA含量均隨淹水歷時和淹水深度的增加而升高；但在根系中，當(dāng)淹水持續(xù)時間為3 d和6 d時，其MDA含量隨淹水深度的增加而升高，但在淹水持續(xù)時間為9 d時，表現(xiàn)為先升高后降低，其拐點在1/2 PH淹水深度。LSD檢驗表明，除淹水持續(xù)時間為3 d、淹水深度為1/4 PH和淹水時間為9 d、淹水深度為3/4 PH和4/4 PH，其余處理劍葉和根系中MDA含量均顯著高于CK（P＜0.05），表明雜交中稻受澇時間達到3 d、淹水深度1/4 PH左右時，其劍葉和根系細胞膜脂就遭受嚴重過氧化。根系中淹水第9 d、1/2 PH淹深的處理MDA含量最高，繼續(xù)淹水MDA含量呈下降趨勢，這可能與根系器官嚴重受損有關(guān)。

2.5 淹水脅迫對雜交中稻可溶性蛋白與可溶性糖含量的影響

可溶性蛋白作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以起到調(diào)節(jié)細胞滲透壓，保護膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的功能，糖類是新陳代謝的基礎(chǔ)，植物體內(nèi)糖含量越高，則新陳代謝越旺盛，其生命力就越強[15]。圖4表明，在同一淹澇持續(xù)天數(shù)下，隨著淹水深度的增加，受淹水稻葉片中的可溶性蛋白含量逐漸降低，而可溶性糖含量呈先增高后降低的趨勢。LSD檢驗表明，當(dāng)淹水持續(xù)時間分別達到3 d、6 d和9 d，在淹水深度分別為1/2 PH、1/4 PH和1/4 PH以上時，水稻葉片中的可溶性蛋白含量顯著低于CK（P＜0.05），而可溶性糖含量在淹水深度分別為1/2 PH、1/4 PH和1/2 PH、1/4 PH時，顯著高于CK（P＜0.05），但是在第6 d和第9 d全淹時顯著低于CK（P＜0.05）。

圖4 不同淹水處理后劍葉中可溶性蛋白與可溶性糖含量變化

圖5 不同淹水處理后劍葉和根系中SOD、POD含量變化

2.6 淹水脅迫對雜交中稻抗氧化酶活性的影響

淹水脅迫會影響植物體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡，一方面超氧化物陰離子自由基、羥基自由基、單線態(tài)氧和過氧化物等大量產(chǎn)生，抑制保護性酶的活性；另一方面SOD、POD等酶組成了防御生物活性氧毒害的酶保護系統(tǒng)，在植物體內(nèi)行使清除活性氧的功能。圖5表明，水稻在受到不同程度淹水脅迫后，葉片和根系中SOD活性的變化趨勢是先升高后降低；POD活性在葉片中的變化趨勢是持續(xù)升高，且淹水時間越長，其增加幅度愈大，而在根系中的變化趨勢是先升高后降低，拐點出現(xiàn)在淹水第6 d和第9 d的1/2 PH淹深。LSD檢驗表明，處理間差異顯著。表明雜交中稻在淹水3 d后其體內(nèi)的POD、SOD活性就發(fā)生顯著改變，并且活性會隨著淹水深度和淹水時間的增加而顯著增加，起到有效清除活性氧自由基的功能，減輕活性氧自由基對細胞膜的傷害。但是，當(dāng)淹水脅迫達到一定程度，POD、SOD的活性就會呈下降趨勢，這可能是由于無氧呼吸產(chǎn)生的有害物質(zhì)逐漸增多，從而影響了保護酶的產(chǎn)生，最終使得作物生長受到傷害。

表3 拔節(jié)期不同淹水處理后雜交中稻產(chǎn)量結(jié)構(gòu)

表4 淹水持續(xù)時間、深度與實際產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的相關(guān)性

表5 相對產(chǎn)量與各形態(tài)、生理指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.7 淹水脅迫對水稻產(chǎn)量要素的影響

如表3所示，與對照相比，4個淹水處理水稻結(jié)實率、千粒重、實際產(chǎn)量降低，而且淹水深度越深、淹水持續(xù)時間越長，結(jié)實率、千粒重、實際產(chǎn)量越低。LSD檢驗表明，水稻拔節(jié)期遭受不同程度淹水脅迫后，有效穗數(shù)與對照相比差異不顯著（P＞0.05），結(jié)實率除1/4 PH淹深持續(xù)3 d的處理外，其余處理結(jié)實率與對照差異顯著（P＜0.05）；千粒重除3/4 PH淹深持續(xù)9 d、4/4 PH淹深持續(xù)9 d兩個處理外，其余處理千粒重與對照差異不顯著；而實際產(chǎn)量除1/4 PH淹深持續(xù)3 d的處理外，其余處理實際產(chǎn)量與對照差異顯著（P＜0.05）。表4表明，4個淹水深度處理下，有效穗數(shù)、結(jié)實率、千粒重、實際產(chǎn)量與淹水時間呈顯著或極顯著負相關(guān)；在3個淹水持續(xù)時間下，結(jié)實率和實際產(chǎn)量與淹水深度呈顯著負相關(guān)，有效穗數(shù)和千粒重與淹水深度相關(guān)性不顯著?？偨Y(jié)得出，水稻拔節(jié)期受到不同程度淹水后，主要導(dǎo)致結(jié)實率和實際產(chǎn)量降低，當(dāng)淹水深度達到株高的1/4并持續(xù)淹水6 d，其結(jié)實率顯著降低20%以上，實際產(chǎn)量減少19%以上，可能是由于生育期推遲，花粉發(fā)育受阻，甚至花藥壞死，生長期延長和籽粒灌漿受阻等多種原因所致。

2.8 水稻受淹及減產(chǎn)程度的指示指標(biāo)探討

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，可將相對產(chǎn)量和相關(guān)形態(tài)、生理生化性狀看作一個灰色系統(tǒng)，各性狀作為該系統(tǒng)的一個灰因素，其中相對產(chǎn)量設(shè)為參考數(shù)列，15個逆境脅迫生理指標(biāo)設(shè)為比較數(shù)列，通過灰色關(guān)聯(lián)度分析法確定葉綠素a、b含量等13個指標(biāo)與拔節(jié)期水稻受淹后相對產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度。關(guān)聯(lián)度值越大，兩數(shù)列的變化態(tài)勢越接近，相互關(guān)系越密切。由表5可以看出，在同一淹水程度下，不同指標(biāo)與相對產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度不同。根據(jù)關(guān)聯(lián)度系數(shù)大小進行排序可見，葉綠素b、可溶性蛋白、葉綠色a等指標(biāo)在水稻受淹水脅迫后關(guān)聯(lián)度排在前3位，說明其與植株相對產(chǎn)量的相關(guān)性最高，可作為拔節(jié)期水稻受淹后的指示指標(biāo)，初步確定其受淹及減產(chǎn)程度。

依據(jù)各抗逆相關(guān)形態(tài)、生理指標(biāo)關(guān)聯(lián)度系數(shù)進行聚類分析，結(jié)果見圖6。由聚類分析結(jié)果可以看出，各性狀可分為三大類。第一類包括生理指標(biāo)葉綠素b、可溶性蛋白和葉綠素a，它們與相對產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度最大，穩(wěn)定性高；第二類包括生理指標(biāo)可溶性糖、葉SOD和根POD，它們與相對產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)程度較為密切，穩(wěn)定性較低；第三類主要為根MDA、第一節(jié)間長度和葉MDA等生理、形態(tài)指標(biāo)，這些指標(biāo)關(guān)聯(lián)度最小，穩(wěn)定性最差。因此第一類指標(biāo)（葉綠素b、可溶性蛋白和葉綠素a）可作為關(guān)鍵性生理指標(biāo)用于指示、監(jiān)測水稻受淹及減產(chǎn)程度。

圖6 關(guān)聯(lián)系數(shù)的聚類分析

3 討論與結(jié)論

3.1 水稻形態(tài)結(jié)構(gòu)與淹水脅迫

水淹植物對光的需求與其自身的形態(tài)緊密相關(guān)[16]，隨著光強的減弱，會產(chǎn)生響應(yīng)，如葉片尺寸[17]和株高[18]發(fā)生改變。前人對淹水脅迫后的水稻節(jié)間伸長[19]的現(xiàn)象進行了研究，主要針對浮稻，當(dāng)被水淹沒時，耐淹品種往往是以莖和/或葉柄的伸長使植物從水中露出，從而恢復(fù)與大氣的接觸，空氣由葉片氣孔或莖部皮孔進入，沿著通氣組織輸送到低氧根部，緩解了低氧危害。淹水脅迫可以誘導(dǎo)植物葉柄和莖的伸長生長[18，20]，研究對象主要是深水稻，對于深水中的不耐澇的水稻，在水下的快速生長被認為可以使許多植物提高生存機會[21]，在長期淹水條件下的莖稈伸長可以使嫩枝達到水面以上，有助于保證充足的氧氣和二氧化碳，使超過水位的葉子能夠進行光合作用和確保獲取有效碳[22]。淹水使節(jié)間和株高發(fā)生變化的原因比較復(fù)雜，生理學(xué)研究表明，植物乙烯、脫落酸（ABA）和赤霉素（GA）參與調(diào)節(jié)淹水脅迫下水稻伸長生長反應(yīng)[8]，GA是與淹水脅迫下水稻的伸長生長反應(yīng)直接相關(guān)的激素，它能促進葉和節(jié)間伸長生長[7]。本研究表明，對雜交中稻進行淹水處理后，水稻株高、第1、2節(jié)間、最長葉片長度表現(xiàn)出增加的趨勢，且淹水時間越長、淹水深度越深，增加幅度越大，株高增長量、節(jié)間長度、最長葉片長度均與淹水天數(shù)和淹水深度呈顯著的二元一次正相關(guān)關(guān)系，相比較而言，淹水深度對株高伸長量、第2節(jié)間長度和黃葉數(shù)的影響要大于淹水持續(xù)天數(shù)，淹水持續(xù)天數(shù)對第1節(jié)間長度和最長葉片長度的影響要大于淹澇深度。

3.2 水稻生理特性與淹水脅迫

淹水對植物的脅迫作用最主要的是導(dǎo)致缺氧，從而誘發(fā)一系列的生理方面的變化，這種變化是植物對逆境的反應(yīng)或適應(yīng)。相關(guān)研究[23-26]表明，水稻在淹水條件下綠葉數(shù)、葉綠素含量、光合速率降低，除泥沙附在葉片上堵塞氣孔外，與葉片中葉綠素的分解增加、MDA積累以及在淹水條件下水稻植株體內(nèi)高乙烯與低CO2的相互作用有關(guān)。從本試驗結(jié)果來看，隨著淹水時間和淹水深度的增加，Chl a、Chl b逐漸降低，MDA在葉片和根系中的含量均逐漸升高。Richard等[27]發(fā)現(xiàn)，水稻淹水60 min內(nèi)，葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（G-6-PDH）基因增加了轉(zhuǎn)錄，并在以后的141 h內(nèi)活性一直增高，這反映了磷酸戊糖途徑活性的增強。本研究發(fā)現(xiàn)，葉片中可溶性糖含量隨著淹水持續(xù)時間和深度的增加，呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢，也驗證了該結(jié)論。李萍萍等[28-29]研究發(fā)現(xiàn)，高溫、干旱等脅迫均導(dǎo)致水稻可溶性蛋白含量不同程度降低。本試驗結(jié)果表明，拔節(jié)期淹水脅迫導(dǎo)致水稻葉片中可溶性蛋白含量顯著降低。Chang等[30]指出，低氧適應(yīng)反應(yīng)不是某種蛋白合成增加或減少的結(jié)果，也不只是低氧誘導(dǎo)蛋白的作用，而是多種基因產(chǎn)物共同作用的結(jié)果。

淹水脅迫導(dǎo)致植物生長環(huán)境發(fā)生改變，超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）是作物內(nèi)在的保護酶系統(tǒng)，它們既有分工又有合作，在作物抗逆代謝中起著重要的保護作用。SOD活性的增加對植株有效抵御厭氧脅迫非常關(guān)鍵，它是過氧化物O2-的主要清除劑，能將O2-轉(zhuǎn)化成H2O2和O2，而POD能催化H2O2釋出新生氧以氧化某些酚類物質(zhì)和胺類物質(zhì)[31]。國內(nèi)相關(guān)研究[2-6]主要集中在水稻的葉片或者根系，且沒有將2個器官的變化進行比較。本試驗表明，SOD的活性隨著淹水時間和淹水深度的增加在葉片、根系中表現(xiàn)出先增高后降低的趨勢，POD的活性隨著淹水時間和淹水深度的增加在葉片中表現(xiàn)出逐漸增高的趨勢，在根系中表現(xiàn)出先增高后降低的趨勢，說明水稻受到淹水脅迫達到一定程度，葉片和根系的保護酶系統(tǒng)就會受到破壞，只是葉片相對于根系來說可能會相對滯后一點，原因是根系對于周圍環(huán)境變化相對更加敏感。

3.3 淹水脅迫對水稻產(chǎn)量性狀的影響及指示性指標(biāo)探討

不同生育期水稻受到淹水時各產(chǎn)量構(gòu)成要素的反應(yīng)不一樣。寧金花等[3]研究發(fā)現(xiàn)，拔節(jié)期早稻受淹澇對產(chǎn)量的影響均表現(xiàn)為空秕粒率增加、千粒重和實粒數(shù)降低；孫系巍等[32]研究發(fā)現(xiàn)，乳熟期淹澇脅迫對水稻產(chǎn)量的影響主要表現(xiàn)為空殼率、秕粒率升高，千粒重下降；張艷貴等[33]認為，分蘗期水稻受淹水脅迫后產(chǎn)量結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為穗小、實粒數(shù)少、千粒重低；而宣守麗等[34]認為，水稻單叢穗數(shù)減少、單穗產(chǎn)量下降是分蘗期淹水后產(chǎn)量下降的主要原因。本試驗結(jié)果表明，拔節(jié)期雜交中稻受到不同程度淹水后，主要導(dǎo)致結(jié)實率和實際產(chǎn)量降低，當(dāng)淹水深度達到株高的1/4并持續(xù)6 d，其結(jié)實率顯著降低20%以上，實際產(chǎn)量減少19%以上。

評估作物受淹后恢復(fù)程度的指標(biāo)很多，各指標(biāo)在綜合評價時所占權(quán)重又各不相同。關(guān)聯(lián)度分析法不僅可以給出質(zhì)的定性解釋，也可以給出量的確切描述，關(guān)聯(lián)度越大，說明兩數(shù)列的變化態(tài)勢越接近，相互關(guān)系越密切[35]。國內(nèi)外學(xué)者已篩選出許多與作物抗水分脅迫有關(guān)的形態(tài)及生理生化指標(biāo)，如葉片水勢、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率、可溶性糖、脯氨酸、丙二醛、保護酶等，這些指標(biāo)可作為指示棉花漬水脅迫后脅迫程度或恢復(fù)水平的候選生理指標(biāo)[36-38]；在研究小麥耐漬性時發(fā)現(xiàn)，凈光合速率、脯氨酸、丙二醛、根系活力等綜合指標(biāo)可作為鑒定小麥耐漬性的生理指標(biāo)[39]；在作物抗旱性方面，光合作用特性指標(biāo)、活性氧代謝指標(biāo)可用作甘蔗抗旱性生理生化鑒定指標(biāo)[40]。本研究認為，葉綠素b、可溶性蛋白和葉綠素a可作為拔節(jié)期水稻受澇后的關(guān)鍵性生理指標(biāo)，用于指示、監(jiān)測水稻受澇及減產(chǎn)程度。但是本試驗是采用盆栽試驗，試驗條件可控，且只進行了1年，研究的影響指標(biāo)較少，是否還有其他關(guān)聯(lián)性更高的指標(biāo)（如凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率等），有待于進一步確定和驗證。

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Abctract:In themiddle and lower reaches of the Yangtze River,there ismore rainfall in summer,especially in jointing stage of hybridmid-season rice,so that rice is liable to suffer from waterlogging damage.In order to quantitively reveal the influence of flooding on hybrid mid-season rice growth,scientifically assess the yield loss caused by it,and to provide data base of the morphological, physiological characteristics and yield structure,those indexes presented higher correlation degree with relative yield could be used as keymorphological and physiological indexes to indicate the yield reduction level at the jointing stage of hybrid mid-season rice after flooding,a cross test of flooding depth（a quarter,a half,three-quarters and full submerged）and waterlogging duration（3,6 and 9 days）was done in the jointing stages of hybrid mid-season rice.The results showed that after submergence treatment,the rice height and the internode length all present elongation（the 1rd and 2th internode elongatemainly in the booting stage,the 2rd internode elongating faster）,the yellow leaves number and the longest leaf length of plant increased significantly,which is significant linear positive correlation with the increase of flooding depth and waterlogging duration,A significant correlation of two variableswith the first power exists among YPH（plant height growth）,YIL（internode length）,YYL（yellow leaves number）,YLL（longest leaf length）and D（submergence days）,H（submergence depth）;as far as physiological characteristics,under the identical flooding duration,chlorophyll（Chla and Chlb）and soluble protein content of sword leaf was decreased with the increase of waterlogging duration,which has significant negative correlation with flooding depth,but the contentof soluble saccharide was increased first and then decreased with the increase of flooding depth,while the MDA content in the sword leafwas significantly positively related with the increase of flooding depth,and in the rootwas increased first and then decreased when the flooding duration was 9 days,which the turning pointwas a half submergence depth.At the same time,the activity of SOD in the sword leaf and rootwas increased first and then decreased with the increase of flooding depth,the activity of POD in sword leaf presents the rising trend with the increase of flooding depth,moreover the severe the waterlogged depth was,the higher the amplification of POD activity could be,and that in root was increased first and then decreased with the increase of flooding depth,which the turning pointwas a half of submergence for 6 days,under the identical flooding duration.In lightof the yield component,the seed setting rate reduced bymore than 20%and yield decreased by 19%than thatof the controlwhen the rice run into quarter of submergence for 6 days at the jointing stage.Through gray correlation and cluster analysis in this research,it was concluded that Chlb,soluble protein and Chla content could be used as key physiological indexes in evaluating waterlogged and reduction of yield degree after flooding.

Response of Hybrid M id-season Rice to Flooding and Discussion of Indicative Index at the Jointing Stage

YAN Jun1,2,WU Qixia1,2,ZHU Jianqiang1,2*,XU Xiaoxiao1,ZHANG Luping2
（1Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry,Jingzhou 434025,China;2College of Agriculture,Yangtze University,Jingzhou 434025, China;1st author:yj111708@sina.com;*Corresponding author:zyjb@sina.com）

hybridmid-season rice;flooding stress;morphological structure;physiological property;indicative index

S963；S511

：A

：1006-8082（2017）01-0017-09

2016－09－29

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201203032）