水稻开花期一些生理生化特性与品种抗旱性的关系

中国农业科学2007,40(2):399-404ScientiaAgriculturaSinica收稿日期：2005-10-20；接受日期：2005-11-26基金项目：国家“863”计划（2002AA2Z4011）、国家粮食丰产科技工程（2004BA520A05）和四川省教育厅重点项目作者简介：王贺正（1969-），男，河南鹿邑人，博士，研究方向为栽培生理。E-mail:[e-mail]。通讯作者马均（1963-），男，四川西充人，教授，博士，研究方向为水稻栽培生理。Tel:[phone]；E-mail:[e-mail]水稻开花期一些生理生化特性与品种抗旱性的关系王贺正，马均，李旭毅，李艳，张荣萍，汪仁全（四川农业大学水稻研究所，温江611130）摘要：【目的】探索水稻开花期适应干旱环境的生理生化机制，筛选水稻开花期抗旱性鉴定的生理生化指标。【方法】利用抗旱性不同的10个水、旱稻品种，在干旱棚内通过开花期水分胁迫，研究了叶片抗坏血酸（Vc）、游离氨基酸、可溶性蛋白质、丙二醛（MDA）等物质的含量和保护性酶活性的变化。【结果】开花期水分胁迫增加了叶片Vc、游离氨基酸、可溶性蛋白质和MDA含量，提高了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的活性。相关分析表明，在水分胁迫与对照条件下Vc、游离氨基酸、MDA含量和SOD活性的相对值与品种的抗旱系数有显著或极显著相关性。【结论】水、旱条件下Vc、游离氨基酸总量、MDA含量和SOD活性相对值可作为水稻开花期抗旱性鉴定指标，利用此4项相对值与抗旱系数所建立的回归方程可预测品种开花期的抗旱性。关键词：水稻；水分胁迫；开花期；生理生化性状RelationshipBetweenSomePhysiologicalandBiochemicalCharacteristicsandDroughtToleranceatRiceFloweringStageWANGHe-zheng,MAJun,LIXu-yi,LIYan,ZHANGRong-ping,WANGRen-quan(RiceResearchInstituteofSichuanAgriculturalUniversity,Wenjiang611130)Abstract:【Objective】Ricemaysufferseriouswaterstressduringtheirgrowthperiod，whichaffectstheprocessofphysiologicalmetabolicactivitys.Soscientistsstudiedphysiologicalandbiochemicalcharacteristicsofdroughttoleranceinrice..【Method】Tenricecultivarswithdifferentdroughttoleranceswereusedasexperimentalmaterials.Changesinascorbicacid(Vc)content,freeaminoacidcontent,solubleproteincontent,malondialdehyde(MDA)contentandantioxidativeenzymeactivitieswerestudiedunderbothirrigationanddroughtconditionsatthefloweringstage.【Result】TheresultsindicatedthatwaterstressincreasedcontentsofVc,freeaminoacid,solubleproteinandmalondialdehyde(MDA),aswellastheactivitiesofsuperoxidedismutase(SOD),catalase(CAT)andperoxidase(POD)inleavesatthefloweringstage.CorrelationanalysisshowedthatthedroughttolerantcoefficientsignificantlyorverysignificantlycorrelatedwithrelativecontentsofVc,freeaminoacid,MDAandSODactivityunderbothirrigationanddroughtconditions.【Conclusion】Therefore,theycouldbeselectedasidentificationindexesfordroughttoleranceatfloweringstage.Usingstepwiseregressionequationtoevaluatethedroughttoleranceofricecultivarswasconsideredscientificallyreliable.Keywords:Rice;Waterstress;Floweringstage;Physiologicalandbiochemicalcharacteristics0引言【研究意义】水稻是中国主要粮食作物之一，其用水量占农业用水总量的65%以上[1]。随着中国缺水问题的日趋严重，水稻旱作、旱种呈现不断扩大趋势，但是，旱作水稻品种在抗旱性、产量和品质上受到一定限制。然而，植物在长期进化过程中，为保护自身免受伤害会产生一系列适应性反应。因此，研究水稻不同生育阶段适应干旱环境的生理生化机制和筛选水稻抗旱性鉴定指标对提高旱作水稻品种的抗旱性、产400中国农业科学40卷量和品质都具有重要意义。【前人研究进展】在水分胁迫条件下，水稻不同生育阶段可以通过增加可溶性糖、氨基酸、可溶性蛋白质等渗透调节物质，提高体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）等酶类活性和抗坏血酸等非酶类物质增加，改变形态特征等机制来适应水分的变化[2~4]。【本研究切入点】然而，究竟哪种机制起关键作用，或者说何种物质在哪个特定的时期起关键作用，尚有争议。近年来，随着抗旱性研究的不断深入，水稻品种抗旱性状的筛选和品种鉴定也日益受到重视，但由于鉴定方法受环境条件限制，芽期和苗期鉴定方法和鉴定指标的报道较多[5~8]，而在其他生育阶段的鉴定方法和鉴定指标鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究利用干旱棚控水试验，通过对开花期一些生理生化性状的测定，旨在探讨开花期一些生理生化特性与品种抗旱性的关系，明确影响水稻开花期抗旱性的关键因素，筛选水稻开花期抗旱性鉴定的生理生化指标，为水稻抗旱性育种、栽培和鉴定提供理论依据。1材料与方法1.1材料抗旱性不同的水、旱稻品种10个，见表1。表1水、旱处理籽粒产量和抗旱系数Table1Grainyield（Kg·ha-1）anddroughttolerancecoefficient编号SerialNo.12)2345678910对照产量Controlyield7917.07375.47375.47083.87708.77542.08250.56242.06958.74750.2处理产量Treatmentyield5082.8**3）5007.9**5804.4*5716.7*6012.8*4050.0**6930.45280.73792.5**4061.4抗旱系数DTC1)0.6420.6790.7870.8070.7800.5370.8400.8460.5450.8551)DTC:Droughttolerancecoefficient2)1-冈优363Gangyou363；2-冈优801Gangyou801；3-D优363Dyou363；4-冈优202Gyou202；5-汕优63Shanyou63；6-协优527Xieyou527；7-冈优527Gangyou527；8-川旱4号Chuanhan4；9-冈优362Gangyou362；10-扬旱1号Yanghan1下同Thesameasbelow3)*和**分别表示与对照在0.05和0.01水平上差异显著性同一品种内的比较*and**meansignificantdifferencewiththecontrolat0.05and0.01level,withinthesamecultivar,respectively1.2设计与处理试验于2004年在四川农业大学水稻研究所干旱棚内进行。干旱棚内建两个长30m、宽1.1m防渗水泥池，其中一池为旱处理，一池为常规水作。4月12日播种，5月14日移栽，按16.7cm×26.6cm规格栽插，每穴插单株，小区面积0.8m2，随机排列，重复3次。旱处理于齐穗前20d左右停止供水，并等距离安装3个真空式土壤负压计监测土壤水分（中国科学院南京土壤研究所生产），埋设深度为陶土头中心距土表10cm。每天早晨8：00，中午12：00和傍晚18：00读取数值，齐穗期土壤水势为-0.035Mpa。当水势低于-0.05Mpa时水管喷灌方式进行补水，使土壤水势保持在-0.045～-0.055Mpa。常规水作为淹水灌溉，常规水分管理。1.3测定项目与方法1.3.1抗坏血酸含量采用二甲苯萃取比色法测定[9]；游离氨基酸总量采用茚三酮溶液显色法测定[9]；可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定[9]；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法[9]测定；抗氧化保护性酶活性参照任红旭等方法[10]提取酶液，酶活性按李合生方法[6]测定。以上测定均取开花期剑叶叶片，重复3次。1.3.2籽粒产量及抗旱系数每小区按实收窝数测产。抗旱系数（DTC）=胁迫区平均产量/对照区平均产量。1.4统计分析方法相对值为该指标的水分胁迫下数值与对照条件下数值之比。统计前先求相对值，应用Excel2000和SPSS11.0软件进行统计分析。2结果与分析2.1水、旱处理的籽粒产量及抗旱性评定从表1看出，各品种在水分胁迫下，其产量均比对照降低，由于品种间抗旱性的差异，产量下降幅度不同。根据抗旱系数的大小，10个品种抗旱性排列为：扬旱1号＞川旱4号＞冈优527＞冈优202＞D优363＞汕优63＞冈优801＞冈优363＞冈优362＞协优527。2.2水分胁迫下水稻叶片Vc含量、游离氨基酸总量和可溶性蛋白质与品种抗旱性关系Vc是植物细胞内重要非酶类保护性物质，能有效清除植物体内的自由基。从图1-A可以看出开花期水分胁迫下各品种的Vc的相对值均大于1，说明在水分胁迫条件下，叶片中Vc含量比对照有所增加。从相2期王贺正等：水稻开花期一些生理生化特性与品种抗旱性的关系401对值的大小也可看出，抗旱性强的品种增加的幅度大，而抗旱性弱的品种增加的幅度小。其相对值与品种的抗旱系数呈极显著正相关。游离氨基酸和可溶性蛋白质作为细胞内重要的渗透调节物质，在开花期水分胁迫条件下，其含量均明显高于对照（图1-B，C），总趋势是抗旱性强的品种其相对值较大，其含量增加幅度较大，反之，抗旱性弱的品种，增加幅度较小。游离氨基酸含量的相对值与品种抗旱性呈极显著正相关（图1-B），而可溶性蛋白质的含量相对值与品种的抗旱系数相关不显著。2.3水分胁迫下水稻叶片MDA含量与品种抗旱性关系MDA是逆境胁迫下膜脂过氧化程度大小的重要指标。本试验表明，各品种MDA含量比对照均有所提高，膜脂过氧化程度增强，但表现为抗旱性的品种的增加幅度明显低于抗旱性弱的品种，从而表现出，MDA含量相对值与品种抗旱系数呈显著负相关（图2-A）。图1水分胁迫Vc含量、游离氨基酸总量和可溶蛋白质含量与品种抗旱性的关系Fig.1TherelationshipsbetweenVccontent,totalfreeaminoacidcontent,solubleproteinsinleavesanddroughttoleranceofcultivars图2水分胁迫下叶片MDA(A)含量及SOD(B)、CAT