干旱脅迫下雜草稻和栽培稻種子萌發(fā)及幼苗根的部分生長和生理生化指標(biāo)的比較

徐珂珂， 李新月， 魯 煥， 強(qiáng) 勝

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 雜草研究室， 江蘇 南京 210095)

雜草稻(Oryzasativaf.spontaneaRoschev.)是稻田內(nèi)或稻田周邊耕地中伴隨栽培稻(O.sativaLinn.)生長的一種雜草[1]，適應(yīng)能力極強(qiáng)，具有耐深播、耐低溫、耐鹽、耐旱、耐重金屬、耐酸堿和抗病等耐逆性[2，3]。

植物的根不僅能夠參與植株生長和產(chǎn)量形成，而且是植物感受土壤逆境信號的首要部位和敏感器官[4]。根對干旱脅迫的響應(yīng)直接關(guān)系到植物的生存狀況和競爭能力，植物可通過積累脯氨酸、酰胺和甜菜堿等有機(jī)物來調(diào)節(jié)滲透壓[3，5-7]，產(chǎn)生的硝酸還原酶[8]和抗氧化酶[9]均有利于植物在脅迫環(huán)境中生長。

本研究以江蘇泰州和廣東茂名的雜草稻和栽培稻為研究對象，對干旱脅迫下2個地區(qū)雜草稻和栽培稻的種子萌發(fā)和幼苗根的部分生長和生理生化指標(biāo)的差異進(jìn)行了比較，以期為明確雜草稻和栽培稻的抗旱性差異提供基礎(chǔ)資料。

1 材料和方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)使用的雜草稻和栽培稻均來自江蘇泰州(東經(jīng)119°55′09.8″、北緯32°29′27.6″)和廣東茂名(東經(jīng)110°55′31.8″、北緯21°39′46.8″)。于2018年10月分別在當(dāng)?shù)靥镩g采集雜草稻和栽培稻成熟種子。實(shí)驗(yàn)種子為采集的田間種子在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)白馬基地試驗(yàn)田播種后獲得的2代成熟種子。于2020年8月在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行脅迫實(shí)驗(yàn)。

1.2 方法

1.2.1 種子萌發(fā)干旱脅迫實(shí)驗(yàn) 每個材料均選取成熟、飽滿的種子，去離子水沖洗3次后，用體積分?jǐn)?shù)10%NaClO消毒10 min；無菌水清洗5次，并吸干表面水分。在每個培養(yǎng)皿中均勻放置30粒種子，用質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)15%聚乙二醇6000(用去離子水配制)模擬干旱脅迫，以去離子水為對照(CK)。每個材料3個培養(yǎng)皿，視為3個重復(fù)。培養(yǎng)條件為溫度28 ℃、光照時間12 h·d-1。實(shí)驗(yàn)期間，每天補(bǔ)充5 mL相應(yīng)溶液，每12 h改變1次培養(yǎng)皿位置。以胚根長達(dá)到種子長度的一半作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[10]，統(tǒng)計每日發(fā)芽種子數(shù)，連續(xù)統(tǒng)計10 d。種子萌發(fā)10 d，在每個培養(yǎng)皿中隨機(jī)選取5株幼苗，用游標(biāo)卡尺(精度0.1 mm)分別測量胚根和胚芽的長度。參照文獻(xiàn)[11]計算種子的相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、相對活力指數(shù)、相對胚根長和相對胚芽長。

1.2.2 幼苗干旱脅迫實(shí)驗(yàn)及相關(guān)指標(biāo)測定 每個材料挑選120株長勢基本一致的二葉期幼苗，平均分成6組，每組20株。其中3組用1/2木村B培養(yǎng)液(pH 6.8)培養(yǎng)，即對照組；另外3組用含有質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)15%聚乙二醇6000的1/2木村B培養(yǎng)液(pH 6.8)培養(yǎng)，即干旱脅迫處理組。培養(yǎng)條件為溫度28 ℃、光照時間12 h·d-1。脅迫48 h后，每組隨機(jī)選取10株幼苗，用蒸餾水洗凈，統(tǒng)計單株幼苗的根數(shù)，用直尺(精度1 mm)測量最長根的長度(根長)和除去最長根外3條長的不定根的均長(3條不定根均長)。單株拍照后用Image J v1.8.0軟件測量根表面積。根據(jù)測量結(jié)果計算各指標(biāo)的相對值，即干旱脅迫處理組與對照組的比值。

根的生長指標(biāo)測量完畢后，每個材料處理組和對照組的3組分別稱取0.5 g新鮮根，用植物根系(脫氫酶)活力檢測試劑盒(上海源葉生物科技有限公司)測定根系活力，用南京建成生物工程研究所生產(chǎn)的相應(yīng)試劑盒測定根的脯氨酸含量、硝酸還原酶活性、超氧化物歧化酶活性和過氧化物酶活性。各指標(biāo)均重復(fù)檢測4次，根據(jù)檢測結(jié)果計算各指標(biāo)的相對值，即干旱脅迫處理組與對照組的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件對相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果和分析

2.1 干旱脅迫下雜草稻和栽培稻種子萌發(fā)指標(biāo)的比較

實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表1)表明：干旱脅迫下供試4個材料5個種子萌發(fā)指標(biāo)的相對值基本上低于100%。其中，相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽指數(shù)基本在90%以上，相對活力指數(shù)和相對胚根長多為70%～90%，而相對胚芽長基本為40%～50%。干旱脅迫下4個材料間的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽指數(shù)差異不顯著；同一產(chǎn)地的雜草稻和栽培稻間的相對活力指數(shù)差異不顯著，但江蘇泰州的栽培稻(TZ-R)的相對活力指數(shù)顯著(p<0.05)高于廣東茂名的雜草稻(MM-WR)和栽培稻(MM-R)；MM-WR和MM-R間的相對胚根長差異不顯著，但與江蘇泰州的雜草稻(TZ-WR)和TZ-R間差異顯著；MM-R的相對胚芽長最大(73.05%)，顯著高于其他3個材料。

表1 干旱脅迫下雜草稻和栽培稻種子萌發(fā)及幼苗根的部分生長和生理生化指標(biāo)的比較

2.2 干旱脅迫下雜草稻和栽培稻幼苗根的部分生長及生理生化指標(biāo)的比較

實(shí)驗(yàn)結(jié)果(表1)表明：除相對根表面積外，干旱脅迫下供試4個材料幼苗根其他指標(biāo)的相對值基本上高于100%。同一產(chǎn)地雜草稻的相對根長、相對3條不定根均長、相對脯氨酸含量和相對超氧化物歧化酶活性均低于栽培稻，且MM-WR的這4個指標(biāo)均顯著(p<0.05)低于MM-R；4個材料間的相對根數(shù)差異不顯著；同一產(chǎn)地雜草稻的相對根表面積、相對根系活力和相對過氧化物酶活性基本上顯著高于栽培稻；TZ-WR的硝酸還原酶活性顯著低于TZ-R，而MM-WR的硝酸還原酶活性卻顯著高于MM-R。

3 討 論

本研究結(jié)果顯示：供試4個材料種子萌發(fā)指標(biāo)的相對值基本上均低于100%，尤其是相對胚芽長，多在50%以下；同一產(chǎn)地雜草稻和栽培稻間的種子萌發(fā)指標(biāo)基本上無顯著差異。說明干旱脅迫可抑制雜草稻和栽培稻種子萌發(fā)，且對胚芽長的抑制作用尤為明顯。并且，與栽培稻相比，干旱脅迫下同一產(chǎn)地雜草稻的種子萌發(fā)并未表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。除廣東茂名的雜草稻外，干旱脅迫下其他3個材料的相對根長和相對3條不定根均長均高于100%，說明干旱脅迫可促進(jìn)雜草稻和栽培稻根的伸長生長，這可能是干旱脅迫下植株為了吸收更深層土壤的水分而產(chǎn)生的適應(yīng)性變化[3]。值得注意的是，同一產(chǎn)地雜草稻的相對根表面積顯著高于栽培稻，說明在干旱脅迫下，雜草稻的根可通過增大根表面積來提高根的吸水能力[3]。干旱脅迫下，4個材料根各生理生化指標(biāo)的相對值均高于100%，但是，同一產(chǎn)地雜草稻的相對脯氨酸含量和相對超氧化物歧化酶活性基本上顯著低于栽培稻，而相對過氧化物酶活性卻顯著高于栽培稻，說明雜草稻和栽培稻抵御干旱脅迫的生理機(jī)制可能存在差異。另外，江蘇泰州的雜草稻硝酸還原酶活性顯著低于栽培稻，而廣東茂名的雜草稻硝酸還原酶活性卻顯著高于栽培稻，說明不同產(chǎn)地雜草稻的根在干旱脅迫下對硝態(tài)氮的吸收利用率存在明顯差異[3]。

綜上所述，干旱脅迫下，雜草稻和栽培稻的種子萌發(fā)受到一定的抑制，但幼苗根的生長和生理生化指標(biāo)基本上升高，僅升高幅度不同。與栽培稻相比，雜草稻的種子萌發(fā)無明顯優(yōu)勢，幼苗根的生長和生理生化指標(biāo)差異明顯。后續(xù)應(yīng)開展雜草稻和栽培稻不同干旱脅迫水平和脅迫時間的差異分析，以期系統(tǒng)地探明雜草稻的抗旱能力，為水稻抗旱性雜交育種親本選擇提供備選材料。