水杨酸与烯唑醇复配对水稻秧苗耐冷性的影响

郁平慧 符卫蒙 符冠富 陶龙兴

（中国水稻研究所/水稻生物学国家重点实验室，杭州310006；第一作者：yuph302@163.com；*通讯作者：taolongxing@caas.cn）

气候变暖使得水稻有效积温增加、多熟制种植界限北移、安全播种期提早和生长季延长[1-4]。双季早稻播种期适当提前可保证双季早晚稻的安全生长，提高产量[5-7]。但播种期提前带来的秧苗期冷害风险亦不容忽视[8]。长江中下游地区早稻育秧期间，低温阴雨天气频繁，极端低温有时仅为2.9℃[9]。“倒春寒”也是制约早稻苗期生长和产量提高的重要因素[10]。低温会造成秧苗发生氧化胁迫，保护酶活性下降，光合作用与呼吸作用减弱，能量供应不足造成代谢紊乱，内源激素含量改变等生理代谢的影响[11-15]。目前也筛选到了一些耐冷性较好的水稻资源[16-17]。通过外源植物生长调节剂调控水稻秧苗耐冷性是一条重要措施。笔者所在实验室多年从事水稻化学调控方面的研究，在水杨酸（SA）方面的研究甚丰，认为水杨酸无论是在大田低温条件下或者人工气候室高温条件下都能显著提高水稻抗逆性[18-21]。此外，在试验中也观察到水杨酸和烯唑醇（S08）的复配液对水稻产量的形成有较好的促进作用（数据未发表），但其在减缓早稻秧苗低温伤害方面仍有待研究。因此，本研究以南方稻区推广面积较大的早籼稻品种中嘉早17 为材料，在水稻秧苗期通过大田试验和盆栽试验，研究水杨酸及烯唑醇复配液SA+S08 对水稻秧苗耐冷性的影响，为水稻风险栽培技术的研发提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

南方稻区推广面积较大的早籼稻品种中嘉早17。

1.2 试验设计

试验在中国水稻研究所富阳基地内进行。

1.2.1 盆栽试验

水稻种子用浸种灵浸种48 h（预防恶苗病），随后于人工气候箱内37℃条件下催芽24 h。萌发种子直接播种于秧盆并置于30℃/23℃气候箱中培养。低温处理于秧苗5 叶期进行，处理温度分别为13℃/10℃（昼夜、低温处理）及25℃/20℃（昼夜、常温处理），光照强度为200 μmol/（m2·s），相对湿度为75%。低温处理前10 d，喷施300 mg/L 的SA+S08，低温处理48 h 后，取样测定各项生理指标。

1.2.2 大田试验

设置2 个播期，分别为3 月15 日及3 月20 日，3次重复。水稻种子用浸种灵浸种48 h，随后于人工气候箱在37℃条件下催芽24 h。萌发种子直接播于大田苗床，覆膜育秧。于秧龄15 d 喷施300 mg/L 的SA+S08，20 d 后测量秧苗株高和干物质量。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 株高和干物质量

将秧苗用自来水洗净、擦干，剪去根部，测量株高，然后105℃杀青15 min，85℃烘干至恒质量，用电子天平称100 株秧苗地上部干物质量。

1.3.2 叶绿素荧光参数

低温处理48 h 的秧苗经过黑暗处理后，使用便携式叶绿素荧光仪（PAM2500）测定叶片最大荧光量子效率（Fv/Fm）和实际荧光量子效率（Y(Ⅱ)）。

1.3.3 相关生理指标

人工培养箱处理48 h 后，取新鲜叶片用于生理指标的测定。丙二醛（MDA）含量测定采用硫代巴比妥酸法[22]；过氧化氢（H2O2）含量测定采用 TiCl4 法[23]；超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氯化硝基四氮蓝唑（NBT）光化学还原法[24]；过氧化氢酶（CAT）活性测定采用过氧化氢法[25]；可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[26]。

1.4 统计分析

试验数据采用Excel 及SPSS11.5 软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 对叶片形态、Fv/Fm及Y（Ⅱ）的影响

试验过程中发现，低温条件下对照（喷施H2O）的秧苗萎蔫，叶片卷曲明显，受伤害程度较高，而喷施SA+S08 的秧苗叶片萎蔫程度较小；常温下，SA+S08 对水稻叶片叶绿素荧光的影响不大，与喷清水处理差异不明显。然而，低温胁迫条件下，对照叶片的Fv/Fm 及Y（Ⅱ）下降幅度分别为47.0%和36.2%，而喷SA+S08处理的叶片Fv/Fm 及Y（Ⅱ）下降幅度仅分别为10.8%和5.0%，处理间的差异均达到显著水平（图1）。

2.2 对叶片MDA及H2O2含量的影响

低温胁迫下，活性氧与自由基包括过氧化氢含量显著增加，严重破坏细胞内蛋白质、脂质等物质结构，导致细胞内正常信号通路及正常代谢受阻[27-28]，因此H2O2及MDA 的含量可以作为判断秧苗抗低温伤害的指标之一[29]。从图2 可以看出，低温下水稻秧苗叶片MDA 含量显著增加，但不同处理间增幅存在差异。低温下，对照叶片MDA 含量与常温条件下相比增幅达57.7%，而SA+S08 处理仅增26.4%，不同处理间的增幅差异达到显著水平。H2O2含量也表现出相同的趋势，低温下对照叶片的H2O2含量增幅达75.8%，而SA+S08处理为31.7%，差异达到显著水平。

2.3 对叶片抗氧化酶活性及可溶性糖含量的影响

逆境胁迫下活性氧的过多积累会严重抑制水稻的生长及发育，而抗氧化酶活性的增加可清除过多的自由基和活性氧，从而维持细胞膜的稳定，提高耐冷性[30]。超氧化物歧化酶SOD 能特异性地将超氧阴离子（O2-） 歧化为 H2O2和 O2，H2O2再在过氧化氢酶 CAT 的催化下分解成H2O 和O2。由图3 可知，对照的秧苗叶片SOD 活性在常温和低温处理之间无明显差异，但低温下SA+S08 处理SOD 活性显著增加，增幅为14.9%；低温胁迫下CAT 活性均显著增加，其中SA+S08 处理增幅要显著高于对照，增幅分别为27.9%及14.8%；低温胁迫下水稻秧苗叶片可溶性糖含量均显著增加，但SA+S08 处理的增幅明显高于对照，其增幅分别达80.3%及36.8%。

2.4 对株高及干物质量的影响

早稻的适宜播种期在3 月底至4 月初，提前播种可能会使早稻秧苗遭遇光照较弱积温不足和“倒春寒”的极端低温冷害风险[10]，秧苗生长严重受抑制，外源植物生长调节剂在一定程度上可减轻低温胁迫。由图4可知，3 月15 日和3 月20 日播种的秧苗株高差异不大，但后者的干物质积累量显著高于前者。在大田条件下，SA+S08 处理的秧苗株高稍微低于对照，但处理间差异不大。然而，SA+S08 处理的干物质积累量要高于对照，3 月15 日及3 月20 日播种的增幅分别为3.7%及4.7%，其中后者的差异达显著水平。

3 结论与讨论

图3 低温胁迫下SA+S08 对秧苗叶片SOD、CAT 活性和可溶性糖含量的影响

图4 SA+S08 处理对秧苗株高及干物质量的影响

本项研究表明，低温下SA+S08 处理的叶片Fv/Fm及Y（II）降幅显著低于对照，结果与前人的研究一致，即Fv/Fm 的变化可反映植物对低温的响应，同时也是低温伤害的重要指标。对此，笔者认为可能与低温导致的氧化胁迫有关。研究表明，低温下原有的自由基平衡被打破[10]，积累过量的活性氧（ROS），如超氧自由基（O2-）、羟基自由基（OH）和过氧化氢（H2O2）等，从而毒害细胞，进一步影响生化代谢反应，形成氧化胁迫。这与本项研究结果较一致，低温下SA+S08 处理的水稻叶片H2O2及MDA 含量增幅明显小于对照，表明低温导致氧化胁迫是影响不同处理耐冷性的主要原因。

众所周知，植物体内存在一系列的抗氧化保护酶来防止低温胁迫下ROS 对细胞的损害，包括SOD、POD、CAT、APX，以及 AsA 和 GSH 等非酶抗氧化物质，其低温胁迫下活性增强，能有效地清除多余的ROS，防止膜脂过氧化，减轻低温伤害。同时，耐寒性不同的水稻品种其抗氧化酶的表现也会有较大差异[29]。在本研究中，低温胁迫下SA+S08 处理的叶片SOD 和CAT 活性增长幅度显著高于对照，表明SA+S08 可以通过调节水稻叶片抗氧化酶活性增强耐冷性。这与前人的研究结果一致，即低温下水杨酸可通过提高水稻抗氧化酶活性增强水稻耐冷性[31]。

SA+S08 提高水稻耐冷性也与可溶性糖有关，低温下SA+S08 处理的叶片可溶性糖含量增幅显著高于对照。可溶性糖的作用有以下几个方面：1）渗透调节作用。低温胁迫条件下植物已经进化出渗透调节的胁迫适应机制，通过细胞内渗透调节物质的积累维持渗透稳态，如可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等。其中，可溶性糖能保持膜和原生质胶体的稳定，并为有机物合成提供原料。2）能量物质。受低温胁迫的植株体内 ATP、NAD（P）H 等能量因子含量会显著下降[14]，从而导致生长滞缓，糖作为能量的直接来源，其可能通过影响能量合成调控水稻秧苗的耐冷性。由此表明，SA+S08 能通过影响糖代谢以调控能量平衡提高抗逆能力。3）抗氧化能力。除了作为渗透调节及能量物质之外，可溶性糖还能作为植物氧化胁迫清除剂，维持植物体内氧化胁迫的平衡[32]，从而减缓低温胁迫对水稻的伤害。

温度是早稻播种期前移的最大限制因素，低温胁迫会抑制秧苗生长，严重时则导致秧苗死亡。在本试验大田条件下，通过覆膜措施减少低温胁迫对水稻秧苗的伤害，但秧苗的生长还是不可避免会受到影响。本研究表明，3 月15 日播种和3 月20 日播种的水稻株高差异并不大，但前者干物质量显著低于后者，表明低温胁迫主要影响干物质的积累。在这种情况下，外源SA+S08 在大田条件下同样可以减缓低温胁迫的伤害，因为SA+S08 处理的干物质量均高于对照，尤其在3 月20 日，差异达到显著水平。笔者认为，大田低温下SA+S08 提高水稻秧苗干物质积累可能与其提高抗氧化酶活性，减少低温胁迫对水稻叶片光合能力的损害有关。

总之，无论是在人工气候室或者大田条件，喷施水杨酸和烯唑醇复配液均能明显提高水稻秧苗的耐冷性，主要表现为抗氧化酶活性的增加，过氧化氢及丙二醛含量的下降，相应地增加叶片光合能力。