水分胁迫下水稻幼苗多胺含量变化与抗旱性的关系

周小梅，赵运林，周朴华，李小湘，王淑红

(1.湖南农业大学 生物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.湖南城市学院 建筑与城市规划学院，湖南 益阳413000；3.湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125)

多胺(polyamine，PA)广泛存在于原核生物和真核生物中，是一类低分子脂肪族含氮碱.高等植物中常见的多胺有腐胺(Put)、亚精胺(Spd)、精胺(Spm)等，它们以多聚阳离子状态存在，可与带负电荷的核酸、酶、结构蛋白以及细胞内功能基团发生作用，调节植物的生长、发育和形态建成[1-2].近年来，越来越多的的研究表明，多胺与植物对外界环境胁迫反应的关系密切.有关水分胁迫下多胺的累积与水稻抗旱性关系的研究已有报道[3-4].笔者以籼稻品种旱116(抗旱性强)、湘早籼32号(抗旱性弱)为材料，PEG6000模拟干旱对水稻幼苗进行根际胁迫处理，探讨水分胁迫下水稻幼苗多胺含量的变化与抗旱性的关系，现将结果报道如下.

1 材料与方法

1.1 材 料

旱116、湘早籼32号，在25 ℃左右的水中浸种24 h，35 ℃下催芽，选取露白一致的种子，播种于塑料杯中(每杯30粒)，木村B培养液培养，于室温30 ℃自然条件下生长.

1.2 方 法

当幼苗长至二叶一心期，用含0(－0.03 MPa，处理Ⅰ)、5%(－0.10 MPa，处理Ⅱ)、10%(－0.16 MPa，处理Ⅲ)、15%(－0.33 MPa，处理Ⅳ)、20%(－0.50 MPa，处理Ⅴ)、25%(－0.77 MPa，处理Ⅵ)聚乙二醇(PEG6000)的1/2木村B培养液进行根际处理，7 d后取样测定多胺含量，各重复3次.胁迫处理后，每杯随机取幼苗20株，洗净，放入恒温干燥箱中，105 ℃杀青30 min，70 ℃烤干至恒重，分别测定幼苗地上部、根干重.

水稻幼苗多胺含量按文献[11]方法，稍加改进测定.

2 结果与分析

2.1 水分胁迫对水稻幼苗生长的影响

2.1.1 水分胁迫对水稻幼苗根系干重相对生长率的影响

水分胁迫对水稻幼苗根系生长起促进作用，随着PEG6000质量分数的增加，根系干重逐渐增加(表1)，旱116根系干重的相对变化率明显大于湘早籼32号.

表1 水分胁迫对水稻幼苗相对生长率的影响Table 1 Effect of water stress on relative growth rate of rice seedlings%

2.1.2 水分胁迫对水稻根冠比的影响

水分胁迫促进水稻幼苗根冠比的增加，随PEG6000质量分数的增大呈上升趋势，但旱116的上升幅度明显大于抗旱性弱的湘早籼32号(表1).

2.1.3 水分胁迫对水稻总干物质积累量的影响

水分胁迫有利于水稻幼苗干物质量的积累，随着PEG6000质量分数的增加，干物质积累量呈上升趋势，旱116的干物质积累量大于湘早籼32号(表1)，但增长幅度不如根系干重及根冠比明显，表明在水分胁迫下，抗旱性强的旱116的光合产物有更多的是运向根部，增强其抗旱性.

2.2 水分胁迫对水稻幼苗多胺含量的影响

2.2.1 对水稻幼苗腐胺含量的影响

从图1可看出，水分胁迫提高了水稻幼苗叶片和根系中Put含量，旱116的Put含量的上升幅度明显大于湘早籼32号，表明Put的积累与水分胁迫程度有一定相关性.湘早籼32号根系中Put含量的上升幅度明显大于叶片，而旱116在PEG6000质量分数低时叶中 Put的积累量明显大于根中，而高PEG6000质量分数时则相反(表2).

2.2.2 水分胁迫对水稻幼苗亚精胺含量的影响

从图2可看出，水分胁迫促进水稻幼苗叶片和根中Spd含量的升高，且旱116的上升幅度明显大于湘早籼32号，表明Spd含量的升高能缓解水分胁迫对水稻幼苗的伤害程度.湘早籼32号根中Spd的积累明显高于叶片，而旱116在PEG6000低质量分数时叶中增加率高于根部，而高质量分数时根中的积累量大于叶片(表2).

图1 水分胁迫对水稻幼苗叶片和根中腐胺含量的影响Fig.1 Effect of water stress on Put contents in leaves and shoots of rice seedlings

表2 水分胁迫下水稻幼苗多胺含量的相对变化率Table 2 Relative growth rate of PAs content of rice seedlings under water stress %

图2 水分胁迫对水稻幼苗叶片和根中亚精胺含量的影响Fig.2 Effect of water stress on Spd contents in leaves and shoots of rice seedlings

2.2.3 水分胁迫对水稻幼苗精胺含量的影响

从图3可知，水分胁迫促进水稻叶片及根中的Spm含量的上升，旱116的上升幅度明显大于湘早籼32号，表明Spm含量的上升有利于提高水稻幼苗的抗水分胁迫能力，减轻水分胁迫所带来的伤害.旱116和湘早籼32号在水分胁迫下根系中Spm的增长率明显于叶片(表2).

图3 水分胁迫对水稻幼苗叶片和根中精胺含量的影响Fig.3 Effect of water stress on Spm contents in leaves and shoots of rice seedlings

2.2.4 水分胁迫下水稻幼苗根部、地上部干物质的积累量与多胺的逐步回归分析

水分胁迫下，水稻幼苗根、叶中 Put、Spd和Spm的含量呈上升趋势，说明水分胁迫下Put、Spd和 Spm含量的积累与水稻幼苗抗水分胁迫能力有一定的相关性.以水分胁迫下积累的干物质量为因变量，Put、Spd和 Spm的含量为自变量进行逐步回归分析，筛选出对水分胁迫下积累的干物质量(即对抗水分胁迫能力)影响较大的多胺成分(α=0.05水平进入模型)，所有方程均达到显著或极显著水平(表3).对水稻地上部而言，Put对湘早籼 32号的影响明显被引入方程，决定系数R2为0.929，达到极显著水平；对抗旱性强的旱 116，Spd的作用明显而被引入方程，决定系数R2为0.941，达到极显著水平.对根系而言，Spd和Spm对湘早籼32号影响显著被引入方程，决定系数R2为0.991，达到极显著水平，Spm的系数大于 Spd的，说明 Spm对水稻幼苗抗水分胁迫能力的影响大于 Spd；Spm对旱116根系干物质的积累影响显著被引入方程，决定系数R2为0.832，达显著水平.在4个方程当中，Spd和Spm均被2个方程引入，Put被1个方程引入，说明Put、Spd和Spm能显著提高水稻幼苗抗水分胁迫能力.

表3 水分胁迫下水稻幼苗干物质的积累与多胺成分的逐步回归分析Table 3 Regression analysis between accumulation of dry weight and PA components of rice seedlings under water stress

3 讨 论

多胺在植物的逆境胁迫中有着不同程度量的变化，各种水分胁迫都能诱导植物细胞和原生质体中Put含量的增加.但对于Put在植物抗旱中的作用的认识，仍存在分歧.番茄叶片中0.4～0.6 mol/L山梨醇水分胁迫6 h后，Put含量增加约60倍，但是Spm和Spd变化不大，而且Put的增加与ADC活性提高是平行的，但ODC活性无显著变化[5].张木清等[6]发现甘蔗叶片受到水分胁迫时多胺合成增加，特别是Put增加幅度最大，fPut/fSpd和fPut/fSpm比值均提高，抗旱性强的品种升幅明显，认为fPut含量的积累可以缓解水分胁迫对作物的伤害，提高作物的抗旱性.Gu等[7]也提出以fPut/fSpd和fPut/fSpm的比值高低作为甘蔗品种抗旱性鉴定的生理指标.Goicoechea等[8]发现，与根瘤菌共生的苜蓿因含有较高的游离态多胺，特别是 Put，故能比非共生的苜蓿较好地适应干旱胁迫.但Liu等[9]认为，水分胁迫下Put的积累不利于提高植物的抗水分胁迫能力，认为高的(fSpd + fSpm)/fPut比值有利于小麦抗水分胁迫能力的提高.Van等[10]对马铃薯的研究发现，受到干旱胁迫的马铃薯叶片内的Spd含量与马铃薯块茎的产量呈正相关，而与 Put含量无关.在本研究中，水分胁迫促进水稻幼苗叶片和根系中Put、Spd和Spm含量的上升，且抗旱性强的旱116的上升幅度大于湘早籼32号，水分胁迫下水稻幼苗根系干物质重和根冠比呈上升趋势，且旱116的根系干物质重和根冠比的上升幅度大于湘早籼32号，对根系中Put、Spd和Spm含量的变化率与根冠比的增加率进行相关性分析，相关系数R分别为：0.780、0.806和0.927，呈一定的正相关，说明不但Spd和Spm含量的上升有利于提高水稻幼苗的抗水分胁迫能力，而且Put含量的上升也能显著提高水稻幼苗的抗水分胁迫能力，此时它们可能通过稳定质膜和提高细胞内保护酶活性[12-13]，以及提高 ABA含量或改变不同激素成分的含量[14-15]而增强其抗旱性.

高灿红[16]通过逐步回归分析，筛选出低温胁迫下玉米幼苗对低温冷害指标影响较大的多胺成分，根部主要与Spd有关，中胚轴主要与Put和Spd有关，胚芽鞘主要与Spd和Spm有关.在本研究中，Put和Spd分别被水稻地上部方程引用，而Spd和Spm分别被水稻根部方程引用，说明在水分胁迫下，不同多胺成分对水稻不同部位所起的作用不同.Spd和Spm对湘早籼32号根系影响显著，同时被引入方程，Spm的系数大于Spd，说明Spm对湘早籼 32号幼苗抗水分胁迫能力的影响大于Spd.Put、Spd和Spm分别被1、2和2个方程引入，进一步表明 Put、Spd和Spm是水分胁迫下的应激产物，参与了水分胁迫下的生理代谢.

根系是植株受胁迫最直接的感受器官，根系中多胺反应较叶片中更敏感[17].而在本研究中，水分胁迫时，抗旱性弱的湘早籼32号根系中Put、Spd和Spm含量上升幅度均明显大于叶片；而抗旱性强的旱116在PEG6000低质量分数时，叶片中Put、Spd含量上升幅度明显大于根系，PEG6000高质量分数时根系中 Put、Spd含量上升幅度明显大于叶片，Spm含量在整个水分胁迫过程中均是根系中的上升幅度大于叶片中，说明抗旱性有差异的水稻品种在水分胁迫时其多胺代谢存在差异，其机理尚不清楚，有待进一步探讨.

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