蘇如奇，徐志榮，韓瑞才，李祖軍，吳自明

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點實驗室/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點實驗室，江西 南昌330045）

【研究意義】水稻（Oryza sati va L.）是我國重要的糧食作物，種植面積居世界第二，產(chǎn)量居世界第一，總產(chǎn)量2億t以上[1-2]。冷脅迫是影響水稻產(chǎn)量的主要非生物脅迫之一。在華南和長江中下游雙季稻區(qū)，早稻經(jīng)常受寒潮侵襲，在過去30年，由于溫度急劇降低或持續(xù)低溫陰雨天氣造成的春寒，每年導(dǎo)致水稻30%～50%的幼苗腐爛，產(chǎn)量減少30～50億kg。另外，晚稻也易遭受“寒露風(fēng)”危害，低溫造成授粉和受精無法正常進行，增加了水稻的癟谷率，最終影響水稻產(chǎn)量[3-6]。一氧化氮（nitric oxide，NO）是一種新型信使分子，調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，參與植物體內(nèi)的代謝調(diào)節(jié)，還能迅速清除脂質(zhì)自由基，改變活性氧的種類和組成，調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的活性氧（reactive oxygen species，ROS）代謝來減輕氧化脅迫傷害[7-8]。硝普鈉（Sodium nitroprusside，SNP）可以產(chǎn)生NO，作為外源NO的供體，硝普鈉預(yù)處理可顯著提高逆境脅迫下對植物的損害?！厩叭搜芯窟M展】前人對外源NO處理緩解鹽脅迫做了大量研究，劉開力等[9-11]證實低濃度（10μmol/L的SNP）處理明顯緩解鹽脅迫下（100μmol/L NaCl）水稻幼苗根組織膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的累積，顯著提高可溶性蛋白含量，并誘導(dǎo)根系A(chǔ)PX、POD和SOD活性的上升。阮海華等[12-13]證實了100μmol/L和1 000μmol/L SNP對150μmol/L和300μmol/L NaCl脅迫下的葉片氧化損傷有明顯的緩解效應(yīng)，能降低MDA含量累積，同時促進抗氧化物質(zhì)脯氨酸上升，從而減輕鹽脅迫下小麥葉片的氧化損傷?！狙芯壳腥朦c】目前，有關(guān)外源NO可緩解作物低溫脅迫在番茄、辣椒和南瓜等已有報道，但在水稻的研究尚不多見，此外，當(dāng)前研究中缺乏外源NO對低溫脅迫下水稻苗期生理指標(biāo)調(diào)控機制以及提高水稻低溫脅迫的適宜NO濃度的報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究外源NO對低溫脅迫下水稻苗期生理指標(biāo)和幼苗生長性狀的影響，為后期研究內(nèi)源NO的調(diào)控耐冷作用機制及實際應(yīng)用提供了試驗基礎(chǔ)和理論依據(jù)，對提高水稻的耐冷性具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

以粳稻品種Kittake為實驗材料，由江西農(nóng)業(yè)大學(xué)實驗室提供。硝普鈉（亞硝基鐵氰化鈉，sodium nitroprusside，SNP）購自生工生物工程有限公司。

選取健康飽滿種子，經(jīng)常規(guī)方法消毒、浸種、催芽后，選擇飽滿整齊一致的種子播種于78 mm×40 mm×40 mm的盆中，每盆播種50粒，3個重復(fù)。播種后于人工氣候箱（溫度28℃/25℃，光周期16 h，濕度70%）中培養(yǎng)，在苗期2葉1心時，葉面分別噴施0，10，50，100，200，500，1 000μmol/L的SNP溶液（含0.2%吐溫），然后移至人工氣候箱（溫度8℃，光周期16 h，濕度70%）進行冷脅迫處理，以常溫+蒸餾水（含0.2%吐溫）做對照。處理3d后取水稻葉片，進行各種生理指標(biāo)的測定。

1.2 項目測定與方法

1.2.1 株高、根長、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量的測定 采集新鮮水稻樣品，用游標(biāo)卡尺測量幼苗莖基部至幼苗頂端葉尖，即為株高；用游標(biāo)卡尺測量根尖到幼苗莖基部的長度，即為根長；取生長一致的水稻幼苗10株，將樣品清洗干凈并吸干其表面水分，稱其質(zhì)量即為鮮質(zhì)量，于105℃殺青、75℃烘干至恒質(zhì)量，稱其質(zhì)量即為干質(zhì)量。

1.2.2 生理指標(biāo)測定 SOD活性測定采用氮藍四唑（NBT）法[15]；CAT活性測定采用鉬酸銨比色法[17]；采用磺基水楊酸法測定游離脯氨酸的含量[14]；采用考馬斯藍染料結(jié)合法測定蛋白質(zhì)含量[15]；采用分光光度計法測定葉綠素的含量[16]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

采用Excel 2007和SPSS19進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源NO對低溫脅迫下水稻幼苗生長的影響

由表1可知，低溫脅迫下3d后，與對照組相比，低溫處理組株高、根長、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量均降低。不同濃度SNP處理對低溫脅迫的緩解作用不同，200μmol/L SNP處理株高、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量分別為18.33 cm、0.685 g和0.112 g，高于其他處理，但干質(zhì)量的差異未達到顯著水平。低濃度梯度下（10，50，100μmol/L），株高和鮮質(zhì)量隨著濃度的增大而增長。在高濃度梯度下（200，500，800，1 000μmol/L）株高和鮮質(zhì)量出現(xiàn)先上升后下降的趨勢。各處理間水稻幼苗的根長與對照相比，未達顯著差異。不同濃度的SNP對低溫脅迫下水稻幼苗生長的影響不同，但均能減緩低溫脅迫對水稻幼苗生長的抑制作用，SNP處理濃度為200μmol/L時效果最好，高濃度SNP處理可以促進水稻幼苗生物量的積累。

表1 外源NO對低溫脅迫下水稻幼苗生長的影響Tab.1 Effect of exogenous NO on the growth of rice seedlings under low temperature stress

2.2 外源NO對低溫脅迫下水稻幼苗葉綠素含量的影響

表2表明，與噴施清水的常溫對照相比，噴施清水的低溫脅迫下的水稻幼苗葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量分別降低了66.25%、61.62%、63.67%，葉綠素a/b的值低于常溫對照。噴施SNP的水稻幼苗的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量和葉綠素a/b比噴施清水的均有增加。

表2 外源NO對低溫脅迫下葉綠素含量的影響Tab.2 Effects of chlorophyll contents of different exogenous NO under low temperature stress

2.3 外源NO對低溫脅迫下水稻葉片抗氧化酶活性的影響

由圖1可知，低溫脅迫下水稻幼苗葉片SOD活性增強，與對照相比提高了11.2%，噴施SNP后，SOD活性進一步的提高，隨著SNP濃度的增加，SOD活性出現(xiàn)先增加后降低的趨勢。50μmol/L的SNP處理下水稻幼苗的SOD活性最佳。

由圖2可知，低溫脅迫使水稻葉片的CAT酶活性顯著降低。噴施SNP顯著提高了水稻葉片的CAT活性，隨著SNP濃度增加，CAT活性呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)SNP濃度為50μmol/L時，CAT活性達到最高，酶活為690.53 U/g，之后隨著SNP濃度增加，CAT活性逐漸下降。

圖1 外源NO供體對低溫脅迫下水稻幼苗葉片SOD活性的影響Fig.1 Effect of exogenous NO donor on SOD activity of rice seedlings under low temperature stress

圖2 外源NO供體對低溫脅迫下水稻幼苗葉片CAT活性的影響Fig.2 Effect of exogenous NO donor on CAT activity of rice seedling leaves under low temperature stress

2.4 外源NO對低溫脅迫下水稻幼苗可溶性蛋白含量的影響

由圖3可知，低溫脅迫下3d后，低溫脅迫下水稻葉片可溶性蛋白含量高于對照組；低溫脅迫下葉面噴施NO供體SNP后，可溶性蛋白含量升高。當(dāng)SNP濃度為100μmol/L時，可溶性蛋白含量最高，相比未噴施SNP的處理可溶性蛋白含量增加了88.79%。

2.5 外源NO對低溫脅迫下水稻幼苗脯氨酸含量的影響

由圖4可知，低溫脅迫顯著降低水稻葉片的脯氨酸含量，低溫脅迫下噴施SNP能夠延緩水稻葉片脯氨酸含量的下降。50，200，1 000μmol/L SNP能夠增加脯氨酸的含量，分別比對照處理提高了72.87%、

62.37 %、39.33%。

圖3 外源NO供體對低溫脅迫下水稻幼苗葉片可溶性蛋白含量的影響Fig.3 Effect of exogenous NO donor on protein content in leaves of rice seedlings under low temperature stress

3 討論與結(jié)論

圖4 外源NO供體對低溫脅迫下水稻幼苗葉片脯氨酸含量的影響Fig.4 Effect of exogenous NO donor on proline content of rice seedlings under low temperature stress

前人研究[18-21]發(fā)現(xiàn)，適宜濃度的外源NO可以增加幼苗株高，提高抗氧化酶活性。本研究結(jié)果表明，低溫脅迫下，水稻幼苗生長受到抑制，株高、根長下降，葉片鮮質(zhì)量、干質(zhì)量降低。同時幼苗葉片葉綠素含量降低，葉綠素a/b的值低于常溫對照，說明低溫使葉綠素受到損傷，且葉綠素a的降解速度大于葉綠素b。噴施SNP后，水稻幼苗的葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總量和葉綠素a/b均增加，這表明噴施SNP能減弱低溫對葉綠素的破壞，減緩葉綠素的降解，緩解低溫脅迫對葉肉細(xì)胞光合活性的影響，有利于同化物積累，提高水稻的耐冷性。

低溫脅迫抑制水稻幼苗的生長，導(dǎo)致植物葉片活性氧積累及膜脂過氧化程度加劇。植物體內(nèi)的抗氧化防御系統(tǒng)可以維持活性氧代謝平衡，抗氧化防御系統(tǒng)包括酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)，SOD、POD和CAT是重要的抗氧化酶，能有效清除植物細(xì)胞內(nèi)多余的過氧化氫、羥基和超氧化物陰離子等活性氧[12]。本研究發(fā)現(xiàn)低溫脅迫下噴施外源NO可以提高水稻幼苗葉片的SOD和CAT活性，不同濃度處理結(jié)果表明，50μmol/L SNP處理后，SOD和CAT活性均達到最大值，分別為366.08 U/g和690.53 U/g。因此，50μmol/L SNP最有利于提高低溫脅迫下水稻葉片抗氧化酶活性，提高水稻幼苗耐冷性。

可溶性蛋白含量的增加能夠增強植物幼苗的耐冷性，脯氨酸作為植物蛋白質(zhì)的組分之一，以游離狀態(tài)廣泛存在于植物體中，在植物生長中發(fā)揮重要作用[22]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫提高了水稻幼苗葉片可溶性蛋白質(zhì)的含量，這可能是由于低溫脅迫使細(xì)胞質(zhì)膜過氧化程度升高，細(xì)胞膜受到損傷，導(dǎo)致葉片可溶性蛋白質(zhì)含量上升，細(xì)胞滲透勢降低，從而提高水稻幼苗的耐冷性。另外，本研究發(fā)現(xiàn)低溫脅迫下噴施外源NO可以提高水稻葉片的可溶性蛋白含量，且100μmol/L SNP處理水稻幼苗的可溶性蛋白含量較高。本研究中低溫脅迫下水稻葉片脯氨酸含量低于對照組，說明低溫脅迫降低了葉片脯氨酸的積累，噴施SNP后脯氨酸含量上升，表明脯氨酸的大量積累提高了水稻幼苗的耐冷性。

綜上所述，外源NO提高了水稻幼苗葉片葉綠素與膜內(nèi)可溶性蛋白含量以及抗氧化酶活性，顯著緩解了低溫脅迫對水稻幼苗生長的抑制作用，有利于水稻幼苗生長，且50μmol/L SNP緩解低溫脅迫的效果最為顯著。

致謝：唐雙勤和何小露對研究給予了幫助，Komivi dossa對文章英文部分進行了潤色，謹(jǐn)致謝意!