王亞男 范思靜

摘要[目的]研究低溫脅迫對水稻葉片生理生化特性的影響。[方法]以水稻品種兩優(yōu)5916為試驗材料，研究低溫脅迫過程中水稻幼苗葉片的光合參數(shù)、葉綠素熒光參數(shù)、抗氧化系統(tǒng)酶活和丙二醛含量的變化。[結果]低溫脅迫下，水稻的凈光合效率、氣孔導度與蒸騰速率均明顯下降，葉綠素熒光參數(shù)光合系統(tǒng) Ⅱ 最大潛在光化學效率（Fv/Fm）與光化學轉換的實際量子效率（ФPSⅡ）也顯著降低，初始最小熒光（Fo）與光合系統(tǒng) Ⅱ 非調(diào)控能量耗散系數(shù)（ФNO）升高。對抗氧化系統(tǒng)酶活的測定結果表明，在低溫處理過程中水稻幼苗葉片的抗氧化系統(tǒng)SOD、POD、CAT酶活呈先升高后降低的趨勢，丙二醛含量則逐步升高。[結論]在低溫脅迫下，水稻對光能的吸收轉換效率降低，而蒸騰速率與氣孔導度的降低導致葉片凈光合速率的降低，由于葉片抗氧化系統(tǒng)酶活的降低以及MDA含量的增加，葉片光合系統(tǒng) Ⅱ 受到了不可逆的損傷。

關鍵詞水稻；低溫冷害；光合作用；葉綠素熒光參數(shù)；抗氧化系統(tǒng)

中圖分類號S501文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）05-0008-02

Abstract[Objective] To study the effects of lowtemperature stress on the physiological and biochemical characteristics of rice seedling leaves. [Method] Taking rice cultivar Liangyou 5916 as test materials， the changes of photosynthesis parameters， chlorophyll fluorescence parameters， enzyme activities of antioxidant system and MDA content in the process of lowtemperature stress were studied. [Result] Under lowtemperature stress， the net photosynthesis rate， stomatal conductance and transpiration rate obviously decreased， and chlorophyll fluorescence parameters Fv/Fm， ФPSⅡ obviously decreased， but Fo and ФNO increased. The determination results of the activities of SOD， POD and CAT enzymes firstly increased and then decreased， MDA content gradually increased. [Conclusion] Under lowtemperature stress， photochemical conversion efficiency decreased， the net photosynthesis rate decreased by the decrease of stomatal conductance and transpiration rate. PSⅡ was damaged because enzymes activities of antioxidant system decreased and MDA content increased.

Key wordsRice；Cold damage；Photosynthesis；Chlorophyll fluorescence parameters；Antioxidant system

基金項目安徽省科技攻關計劃項目（1501031111）。

作者簡介王亞男（1983—），女，安徽青陽人，農(nóng)藝師，碩士，從事作物遺傳育種研究。

收稿日期2016-12-24

水稻在前期育苗生產(chǎn)過程中常常會遭遇低溫的影響，導致苗期遭遇冷害，水稻生長緩慢或停滯[1-3]。研究表明，當環(huán)境溫度低于10 ℃時，水稻的生理代謝過程就會受到傷害，如膜透性增加、葉綠素合成受到抑制、引起光合作用系統(tǒng)對光能的吸收轉換與利用效率降低，直接影響水稻幼苗的生長[4]。筆者通過測定低溫脅迫下水稻葉片的光合參數(shù)、葉綠素熒光參數(shù)以及抗氧化系統(tǒng)酶活與丙二醛（MDA）含量，研究低溫脅迫對水稻品種兩優(yōu)5916的影響，分析水稻對低溫脅迫的生理生化應激反應，旨在為進一步探討低溫影響水稻生長的內(nèi)在機制提供理論參考。

1材料與方法

1.1試驗材料及其處理

以安徽金培因公司選育的水稻品種兩優(yōu)5916為試驗材料，挑取顆粒飽滿的種子，用水浸泡后，用70%乙醇消毒5 min，用水沖洗后在水中浸泡24 h，然后播種于裝有營養(yǎng)基質(zhì)的培養(yǎng)盤中，置于氣候培養(yǎng)箱中進行育苗，溫度28 ℃、濕度80%、光照強度120 μmol/（m2〖DK〗·s），白天10 h，夜晚14 h，進行連續(xù)培養(yǎng)。待幼苗生長至4葉期，選取表型基本一致的植株進行試驗，以正常處理為對照，處理組處理溫度為8 ℃，連續(xù)處理24 h，濕度80%、光照強度120 μmol/（m2〖DK〗·s），白天10 h，夜間14 h，每個處理設5次重復，以正常處理為對照，低溫處理4、8、12和24 h后取樣，進行相關生理生化指標的測定。

1.2光合參數(shù)的測定

使用美國LI-COR公司的Li-6400光合測定儀進行光合參數(shù)的測定，設定開放式氣路，光照強度設定為1 200 μmol/（m2〖DK〗·s），CO2濃度約為390 μmol/mol，葉室溫度設定為28 ℃，測定倒3葉的凈光合速率（Net photosynthetic rate，Pn）、氣孔導度（Stomatal conductance，Gs）、蒸騰速率（Transpiration rate，Tr）。取3片完全伸展的葉片進行測定，取平均值。

1.3葉綠素熒光參數(shù)的測定

使用德國WALZ公司的PAM-2500便攜式脈沖可調(diào)制式熒光測定儀進行葉綠素熒光參數(shù)的測定，設定飽和脈沖時間為800 ms，脈沖頻率為20 s，脈沖光強3 000 μmol/（m2〖DK〗·s），測量光強100 μmol/（m2〖DK〗·s），作用光強為150 μmol/（m2〖DK〗·s），測定低溫處理過程中水稻幼苗葉片的葉綠素熒光參數(shù)。取3片完全伸展的葉片進行測定，取平均值。采用在線慢誘導模式測定初始熒光（Fo）、最大熒光（Fm）、光系統(tǒng) Ⅱ（PS Ⅱ）最大光化學效率（Fv/ Fm）。光化學轉換過程中的實際量子效率（ФPSⅡ）、非調(diào)控能量耗散系數(shù)（ФNO）與可調(diào)控能量耗散系數(shù)（ФNPQ）參照Genty等[5]、Kramer等[6]和Calatayud等[7]的方法，根據(jù)“puddle model” 和“l(fā)ake model”進行計算。使用DPS 2000軟件，按照Turkey多重比較對試驗數(shù)據(jù)進行差異顯著性分析[8]。

1.4抗氧化系統(tǒng)酶活與丙二醛含量的測定

抗氧化系統(tǒng)酶SOD、POD與CAT活性以及丙二醛含量使用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒進行測定。

2結果與分析

2.1低溫脅迫下水稻葉片光合參數(shù)的變化

從圖1可以看出，低溫脅迫下水稻葉片的光合作用參數(shù)凈光合效率、氣孔導度與蒸騰速率均明顯下降，與對照（CK）相比，低溫處理4 h后凈光合效率、氣孔導度與蒸騰速率先迅速下降，然后緩慢下降；低溫處理12～24 h，葉片的凈光合效率、氣孔導度與蒸騰速率逐漸趨于穩(wěn)定。以上結果表明，水稻葉片的光合作用系統(tǒng)在遭遇冷害處理的早期反應較為敏感，光合參數(shù)下降較快，中后期光合作用已經(jīng)很微弱，光合參數(shù)降至最低值。

2.2低溫脅迫下水稻葉片葉綠素熒光參數(shù)的變化

從圖2可以看出，低溫脅迫下初始最小熒光（Fo）與初始最大熒光（Fm）呈逐漸增加的趨勢，而光合系統(tǒng) Ⅱ 的潛在最大光化學效率（Fv/Fm）則逐漸降低，表明低溫處理損傷了光合系統(tǒng) Ⅱ，導致初始熒光參數(shù)（Fo）的增加，最大光化學效率（Fv/Fm）的降低。對水稻葉片光合系統(tǒng) Ⅱ 的進一步研究表明，低溫處理導致光合系統(tǒng) Ⅱ 的光化學轉換的實際量子效率ФPSⅡ降低，光合系統(tǒng) Ⅱ 可調(diào)控能量耗散系數(shù)（ФNPQ）先升高后降低，低溫處理4 h后達到最大值，此后逐漸降低，而光合系統(tǒng) Ⅱ 非調(diào)控能量耗散系數(shù)（ФNO）則呈逐漸上升的趨勢，低溫處理8 h后葉片ФNO在0.6以上，表明水稻葉片光合系統(tǒng) Ⅱ 遭受了不可逆的傷害（表1）。

2.3低溫脅迫下水稻葉片抗氧化系統(tǒng)酶活與丙二醛含量的變化

從表2可以看出，低溫處理過程中水稻葉片抗氧化系統(tǒng)酶SOD、POD與CAT活性呈先升后降的趨勢，在低溫處理8 h時達到最大值；低溫處理24 h時，SOD、POD與CAT活性顯著低于對照（CK）。隨著低溫處理時間的延長，丙二醛含量呈逐步增加的趨勢，低溫處理24 h時丙二醛含量達到最大值。

3討論與結論

低溫冷害是水稻苗期常遭受的逆境脅迫主要因子之一[9]。近年來，由于極度天氣頻發(fā)，南方地區(qū)常常因低溫連陰雨導致水稻停滯生長，甚至秧苗死亡，已逐漸成為水稻減產(chǎn)的主要原因之一[10-11]。該研究圍繞水稻遭遇低溫冷害的應激反應，研究低溫冷害處理過程中水稻光合作用系統(tǒng)以及抗氧化系統(tǒng)相關指標的變化，結果表明低溫處理降低了水稻葉片的凈光合速率、蒸騰速率與氣孔導度，低溫引起葉片初始最小熒光（Fo）與光合系統(tǒng) Ⅱ 非調(diào)控能量耗散系數(shù)（ФNO）的升高，葉片光合系統(tǒng) Ⅱ 最大潛在光化學效率（Fv/Fm）與光化學轉換的實際量子效率（ФPSⅡ）的降低。這表明水稻葉片在遭遇低溫脅迫時，水稻對光能的吸收轉換效率降低，蒸騰速率與氣孔導度的降低會導致葉片凈光合速率的降低，由于葉片抗氧化系統(tǒng)酶活的降低以及MDA含量的增加，可能導致葉片單線態(tài)氧與膜脂過氧化程度的增加，對葉片光合系統(tǒng) Ⅱ 產(chǎn)生了不可逆的損傷。

參考文獻

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