水稻分蘗期關(guān)鍵酶的表達(dá)同耐冷性相關(guān)研究

樸雪梅，柳洪良，韓云哲，徐偉豪，白學(xué)峰，程正海，金 峰，王 亮*

（1 延邊朝鮮族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院，吉林 延邊 133400；2 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，長(zhǎng)春 130000）

吉林省東部是我國重要的優(yōu)質(zhì)水稻生產(chǎn)基地， 水稻生產(chǎn)關(guān)乎東部地區(qū)的糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。水稻是吉林省重要糧食作物，總產(chǎn)和單產(chǎn)居吉林省糧食作物第二位置。 由于吉林省東部地處祖國的東北部，氣候條件復(fù)雜，水稻生育階段的5～9月份氣溫際間有較大變化， 階段性低溫在水稻生長(zhǎng)發(fā)育階段時(shí)有發(fā)生， 給水稻生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的影響， 是導(dǎo)致吉林省東部水稻單產(chǎn)和總產(chǎn)波動(dòng)的主要原因［1－6］。

通常植物在低溫脅迫條件下， 超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）是植物細(xì)胞內(nèi)廣泛存在的重要抗氧化酶， 在防御活性氧傷害和清除體內(nèi)過氧化物等方面具有重要的功能；這些抗氧化酶活性的高低，可直接反映植物受到過氧化損傷的程度， 其含量是常用的脅迫耐受性生理指標(biāo)［7－9］。深入研究吉林省東部水稻冷害發(fā)生時(shí)品種耐寒能力以及冷害的生理基礎(chǔ)對(duì)保證吉林省水稻持續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試優(yōu)質(zhì)水稻品種由表1 所示， 吉林省和黑龍江省審定品種15 個(gè)（均為近年來優(yōu)質(zhì)米品種），對(duì)照品種3 個(gè)。

表1 供試優(yōu)質(zhì)水稻品種

1.2 試驗(yàn)方法及處理

試驗(yàn)采取盆栽移栽。 泥土的處理： 碎土→過篩→拌肥→稱重量（保證每個(gè)盆的土量相同）。 葉片取樣方法：低溫處理完畢當(dāng)天分別取樣。

1.2.1 溫室處理耐冷性鑒定 普通盤育苗， 移栽至直徑30 cm 的塑料盆內(nèi)， 每盆栽插4 穴，1 株／穴基本苗，重復(fù)3 次。 氮、磷、鉀分別按120、80、80 kg／hm2施用。 低溫脅迫溫度12 ℃，光照模仿自然低溫陰雨天，對(duì)照處理溫度21 ℃，處理時(shí)間6 d， 低溫處理后將材料移至溫度為20～30 ℃正常日照條件下恢復(fù)生長(zhǎng)7 d， 之后調(diào)查高分蘗減少率，分1～9 級(jí)評(píng)價(jià)耐冷性（表2）。

表2 水稻分蘗盛期耐冷性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 酶液的制備及其測(cè)定方法 ①超氧化物歧化酶（SOD）。 稱取5 g 樣品，置于研缽中，加入5 ml 提取緩沖液，在冰浴條件下研磨成勻漿。 將勻漿液全部轉(zhuǎn)入到離心管中， 于4 ℃、12 000 r／min 離心30 min，收集上清液，低溫保存?zhèn)溆?，測(cè)量提取液總體積。 采用氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法， 以抑制NBT 光化還原的50%為1 個(gè)酶活單位，酶活性以“u／mg”表示。

②過氧化氫酶（CAT）。 稱取葉片0.25 g ，加入5 倍量的（M／V）pH7.0 的磷酸緩沖液，冰浴研磨15 000 r／min 離心15 min，取部分上清液經(jīng)適當(dāng)稀釋后用于酶活性測(cè)定。采用紫外吸收法測(cè)定，酶活性以“u／g·min”表示。

③過氧化物酶（POD）。 稱取樣品3 g，加入預(yù)冷的0.05 mol／L pH7.8 的磷酸緩沖液少量，用粗紗布過濾，定容至10 ml，低溫離心（12×104r／min，0～4 ℃）15 min， 取上清液置于低溫冰箱備用。 在2.9 mL 0.05 mol／L 磷 酸 緩 沖 液 中 加 入1.0 mL 2%H2O2、1.0 mL 0.05 mol／L 愈創(chuàng)木酚和0.1 mL 酶液， 組成反應(yīng)液， 以每分鐘增加1.0 個(gè)A470的酶量為1 個(gè)酶活力單位， 酶活性以 “u／g·min”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 優(yōu)質(zhì)水稻品種低溫控制分蘗盛期耐冷鑒定

分蘗盛期溫室12 ℃低溫脅迫處理最高分蘗減少率及耐冷評(píng)價(jià)由表3 所示， 龍稻18 和通育269 最高分蘗減少率分別為25%、18%，耐冷性表現(xiàn)為強(qiáng)；上育397、通35、吉粳511 最高分蘗減少率在38%～43%，耐冷性表現(xiàn)為中；龍稻17、延粳22、吉農(nóng)大138、通系949、吉農(nóng)大538、九稻68、通系935、吉粳302、通育266、吉粳809 等品種最高分蘗減少率在50%～68%，耐冷性表現(xiàn)為弱；吉粳515、 吉玉粳、 通禾66 最高分蘗減少率分別為75%、88%和94%，耐冷性表現(xiàn)為極弱。

表3 分蘗盛期溫室控制試驗(yàn)死苗率及耐冷評(píng)價(jià)

2.2 優(yōu)質(zhì)水稻新品種溫室控制對(duì)逆境生理指標(biāo)的影響

SOD 是目前在植物或其他組織中被發(fā)現(xiàn)的唯一能把O2－還原為H2O2，同時(shí)將O2－氧化為O2的抗氧化酶。它作為超氧化自由基清除劑，在適度逆境條件下其活性有所提高， 以增強(qiáng)植物的抗逆能力。 由表4 可見，所有品種低溫處理后SOD 酶活比對(duì)照（CK）提高，其中吉粳515、吉粳809 的酶活分別為163.79 u／mg、150.00 u／mg。 龍稻18、吉農(nóng)大538、九稻68、吉粳302、通系935、通禾66、通育266、 吉玉粳、 通35 酶活在105.05～137.02 u／mg，上育397、龍稻17、吉粳511、延粳22 酶活在80.99～88.12 u／mg。

CAT 主要在于細(xì)胞的過氧化物體中，CAT 活性與植物的代謝強(qiáng)度及抗性有著密切的關(guān)系。 由表4 可以看出，低溫處理后CAT 酶活除上育397和通禾66 酶活比CK 提高之外，其他品種的酶活都比CK 降低。

POD 是一種含鐵的金屬蛋白質(zhì)，是植物體內(nèi)常見的氧化還原酶。 POD 作為細(xì)胞內(nèi)清除活性氧系統(tǒng)中的重要酶， 能催化H2O2與酚類的反應(yīng)，起到清除過氧化物的作用。由表4 可知，隨著低溫處理后POD 活性呈現(xiàn)升高的變化趨勢(shì)， 其中通育266 酶活31.48 u／g·min。 吉農(nóng)大538、九稻68、通系935、通禾66、吉粳515、吉粳809、延粳22、吉玉粳的酶活在14.44～23.33 u／g·min，上育397、龍稻17、龍稻18、吉粳302、吉粳511、通35 酶活在3.70～7.41 u／g·min。

表4 返青分蘗期溫室控制試驗(yàn)水稻逆境生理指標(biāo)

3 結(jié)論與討論

低溫處理對(duì)分蘗的發(fā)生具有明顯的抑制作用，不同品種對(duì)低溫的敏感度也不同。本研究結(jié)果表明龍稻18 和通育269 品種耐冷性表現(xiàn)強(qiáng)，上育397、通35、吉粳511 耐冷性表現(xiàn)中。

SOD、CAT 和POD 三種酶被稱為保護(hù)酶系統(tǒng)。 本研究測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn)， 低溫處理后水稻的SOD 和POD 兩種酶活性均有提高， 其中吉粳515、吉粳809、吉農(nóng)大538、九稻68、吉粳302、通系935、通禾66、通育266 等品種明顯高于對(duì)照，經(jīng)低溫處理水稻的CAT 多數(shù)表現(xiàn)酶活性比CK低，這可能是CAT 蛋白酶在低溫條件表現(xiàn)不穩(wěn)定而造成的，具體原因有待進(jìn)一步研究。

在分蘗盛期對(duì)水稻低溫處理試驗(yàn)中， 不同品種耐冷性存在差異， 而其中的SOD 和POD 兩種酶活性與其耐冷性表現(xiàn)不完全呈正相關(guān)， 具體原因有待進(jìn)一步研究， 多數(shù)樣品分蘗盛期低溫脅迫后水稻細(xì)胞內(nèi)主要防御保護(hù)酶 （SOD 和POD）活性提高，使其具有較強(qiáng)的耐冷抗性，其中龍稻18、通育269 兩個(gè)水稻品種耐冷評(píng)價(jià)為強(qiáng)， 是參試水稻品種中分蘗盛期耐冷性表現(xiàn)較好的水稻品種，是水稻品種耐冷性評(píng)價(jià)的重要參考。