低温下外源水杨酸对水稻幼苗光合作用的影响

张蕊,龚守富,李可凡,王三根,吕俊

摘要：以水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）品种西农优１号为材料，用０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ外源水杨酸（ＳＡ）对水稻幼苗进行叶面喷施和灌根预处理。结果表明，用０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ预处理使水稻幼苗叶片在低温胁迫下总叶绿素含量增加，气孔导度及胞间ＣＯ２含量下降，净光合速率增加，电解质渗漏率和丙二醛（ＭＤＡ）含量降低。说明ＳＡ可能为低温胁迫下水稻幼苗的光合器官提供保护作用，从而减轻低温胁迫对水稻幼苗的伤害，提高水稻幼苗的抗寒性。

关键词：水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）；幼苗；低温；外源水杨酸（SA）；光合作用

中图分类号：Ｓ５１１；Ｑ９４６．８８５文献标识码：Ａ文章编号：0439－８114（２０12）05－0883-04

Effects of Salicylic Acid on Photosynthesis of Rice Seedlings under Chilling Stress

ＺＨＡＮＧ Ｒｕｉ１，ＧＯＮＧ Ｓｈｏｕ－ｆｕ２，ＬＩ Ｋｅ－ｆａｎ１，ＷＡＮＧ Ｓａｎ－ｇｅｎ３，Ｌ?譈 Ｊｕｎ３

（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｚｈｏｕｋｏｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｚｈｏｕｋｏｕ ４６６０００，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；

２． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｌａｎｎｉｎｇ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ， Ｘｉｎｙａｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｘｉｎｙａｎｇ ４６４０００， Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ；

３．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ ａｎｄ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００７１６， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ（ＳＡ） ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｎ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ “Ｘｉｎｏｎｇｙｏｕ １” ｒｉｃｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ under ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ results ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ ｃｏｎｔｅｎｔ， and ｎｅｔ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｒａｔｅ， while ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｓｔｏｍａｔａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ， ｉｎｔｅｒｃｅｌｌｕｌａｒ ｃｏｎｔｅｎｔ， ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ ｌｅａｋａｇｅ ａｎｄ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ（ＭＤＡ）． Ｉｔ was ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ＳＡ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｃｏｕｌｄ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｒｉｃｅ ｓｅｅｄｌｉｎｇ ｂｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｃｅ（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）； ｓｅｅｄｌｉｎｇ； ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｓｔｒｅｓｓ； ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ（ＳＡ）； ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ

低温冷害是一种世界范围的自然灾害，已经成为危害农业生产的主要问题之一。水稻（Ｏｒｙｚａ ｓａｔｉｖａ Ｌ．）是我国重要的农作物之一，受温度影响较大。外源水杨酸（Ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ，ＳＡ）是植物体内普遍存在的一种小分子酚类化合物，被认为是一种新的激素参与调节植物的许多生理过程。目前的研究主要集中在ＳＡ诱导植株抗病性方面，有关ＳＡ在植物抗逆境方面的研究报道也较多［１－６］，最近的研究表明ＳＡ能通过调节其抗氧化机制提高水稻幼苗的抗寒性［７］和抗热性［８］，ＳＡ能保护黄瓜幼苗的光合器官，从而提高黄瓜幼苗的光合性能［９－１２］，提高休眠期茶树的光合作用和抗冻性［１３］，明显减轻高温强光胁迫对小麦光合器官的破坏，维持较高的净光合速率［１４，１５］。但关于ＳＡ对提高水稻幼苗抗寒性与其光合性能的关系的研究在国内外还鲜见报道。本试验主要研究外源ＳＡ预处理对低温胁迫下水稻幼苗物质生产等方面的影响，以探究其光合性能在低温下的变化，从对水稻幼苗的光合器官保护方面研究ＳＡ预处理是否能提高其抗寒性。

１材料与方法

１．１供试材料

供试水稻品种为西农优１号，由西南大学水稻研究所提供。

１．２培养和处理方法

ＳＡ为分析纯，先用蒸馏水溶解，再用１ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ调至ｐＨ ６．８，配成１００ ｍｍｏｌ／Ｌ的母液，使用前配成所需浓度０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ。

种子按常规方法消毒，浸种和催芽后播于自制的带有尼龙网的培养钵内，每钵播１００粒，用１／２浓度的国际水稻所研制的水稻培养液，在人工气候室（２５～２７ ℃）下培养至二叶一心时对水稻幼苗进行６ ℃下持续５ ｄ的低温处理，用ＳＡ对其叶片进行喷施处理和对其根系进行灌根处理。叶面喷施处理：低温处理前２４ ｈ用０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ的ＳＡ喷洒水稻幼苗叶片，同时设有低温对照，低温对照只喷洒等量清水，每个处理均设３次重复。灌根处理：低温处理前２４ ｈ用０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ的ＳＡ灌根处理，同时设有低温对照，每个处理设３次重复。水稻幼苗在６℃下处理５ ｄ，测定各项指标，每个处理重复３次。低温处理６、１２、２４、４８ ｈ，取水稻叶片各１次。

细胞膜透性测定和丙二醛（ＭＤＡ）含量的测定参照邹琦［１６］的方法；叶绿素含量的参照李合生［１７］的方法。光合指标用ＬＩ－６４００便携式光合作用测定系统进行测定。各个处理用ＬＩ－６４００光合系统测定仪于６月２日下午２∶００和６月３日上午１０∶００左右进行测定，光照度为６０ μｍｏｌ／（ｍ２·ｓ）。

２结果与分析

２．１ＳＡ预处理对水稻幼苗总叶绿素含量的影响

图１表明，在低温胁迫下，ＳＡ叶面喷施和灌根处理水稻幼苗叶片的叶绿素含量明显高于低温对照植株。表１数据分析也表明，在低温胁迫下随着低温处理时间的延长水稻幼苗叶片的叶绿素含量均有所下降，但ＳＡ预处理植株的叶片叶绿素含量降低速度较慢，其差异均达到极显著水平。

２．２ＳＡ预处理对水稻幼苗气孔导度的影响

气孔导度是植物遭受环境胁迫的敏感指标之一，研究表明低温引起植物叶片气孔阻力增加。试验结果如图２和表１。图２和表１结果表明，在低温胁迫下，ＳＡ处理水稻幼苗叶片的气孔导度明显低于低温对照植株，在低温胁迫６ ｈ时，ＳＡ叶片处理和灌根处理植株的气孔导度与对照差异达极显著水平，叶片气孔阻力增加。

２．３ＳＡ预处理对水稻幼苗胞间ＣＯ２含量的影响

胞间ＣＯ２是与光合作用密切相关的一个重要指标，其数值大小很大程度上可以反映光合作用的强弱，可用于分析光合速率下降的原因。图３和表１结果表明，在低温胁迫下，ＳＡ预处理水稻幼苗叶片的胞间ＣＯ２含量明显低于低温对照植株，差异达到极显著水平。而两次测量植株胞间ＣＯ２含量相差较大，可能是由于所测定的时间不同所致。

２．４ＳＡ预处理对水稻幼苗净光合速率的影响

低温对光合作用最明显的影响是净光合速率下降，当植物出现低温伤害症状时，一般来说光合速率都有明显的下降。图４和表１结果表明，随着低温处理时间的延长水稻幼苗叶片的净光合速率均有所下降，但ＳＡ叶片喷施和灌根处理植株的叶片净光合速率降低速度较慢。ＳＡ预处理水稻幼苗其叶片的净光合速率明显高于低温对照植株，在低温胁迫６、２４ ｈ时，ＳＡ叶面喷施和灌根处理植株的净光合速率比对照高，差异达到显著或达极显著水平。

２．５ＳＡ预处理对水稻幼苗膜渗透性和ＭＤＡ含量的影响

表２结果表明，０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ叶面喷施处理和灌根处理水稻幼苗，在低温胁迫过程中电导率均低于对照，在低温处理４８ ｈ后，处理植株电解质渗漏率与低温对照相比，差异均达到显著水平，说明未处理植株的细胞膜结构受到严重破坏，而外源ＳＡ预处理能够减缓水稻幼苗的电解质渗漏。在低温胁迫过程中水稻幼苗叶片中ＭＤＡ均呈上升趋势，ＭＤＡ含量的上升说明细胞质膜结构受到了不同程度的破坏。但未经ＳＡ预处理的植株体内ＭＤＡ含量上升很快，而经ＳＡ预处理的植株体内ＭＤＡ含量虽然也呈上升趋势，但含量一直低于未处理植株。在低温下胁迫４８ ｈ时，叶片处理植株ＭＤＡ含量比低温对照植株降低３１．５％，根处理植株ＭＤＡ含量比低温对照植株降低２４．４％，差异达到极显著水平。说明ＳＡ预处理可降低低温下水稻幼苗体内ＭＤＡ的含量，且叶片处理效果要好于根处理。

３讨论

低温下，大多数植物都表现出光合速率的明显下降，低温直接影响了光合器官的结构和活性，如叶绿体类囊体膜的组分、透性和流动性，叶绿体的亚显微结构等，低温还通过影响植物体内的其他生理过程间接地影响光合作用，如引起水分胁迫、气孔对ＣＯ２扩散阻力增强和光合运输受阻等。

０．５ ｍｍｏｌ／Ｌ ＳＡ预处理为低温胁迫下的香蕉幼苗的光合器官提供了保护作用，从而提高了叶片的净光合速率［６］；ＳＡ预处理能保护黄瓜幼苗的光合器官，从而提高黄瓜幼苗的光合能力［９－１２］，提高休眠期茶树的光合作用和抗冻性［１３］，明显减轻高温强光胁迫对小麦光合器官的破坏，维持较高的净光合速率［１４，１５］。通过试验发现，ＳＡ预处理与对照相比能够在低温胁迫下维持相对高的净光合速率，并且在低温处理过程中总叶绿素含量始终比对照高；ＳＡ显著地降低了低温胁迫下水稻幼苗叶片的相对电导率和ＭＤＡ含量，降低了寒害下水稻幼苗的质膜透性。本试验中ＳＡ提高了低温下水稻幼苗叶片的净光合速率，可能与叶绿素含量的增加和ＳＡ诱导下的膜系统稳定性的保护有关，也可能与此时叶片气孔导度的增强有关，光合性能的增强有助于水稻幼苗抗寒性的提高。

综上所述，ＳＡ可能通过提高质膜系统的稳定性，降低质膜透性来诱导低温下水稻幼苗的抗低温能力，从而降低低温对植物体内其他生理过程的影响而间接地影响光合作用。

致谢：衷心感谢王三根教授在论文写作和修改过程中提供的无私帮助和指导。

参考文献：

［１］ Ａｌ－ＨＡＫＩＭＩ Ａ Ｍ， ＨＡＭＡＤＡ Ａ Ｍ． Ｃｏｕｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓａｌｉｎｉｔｙ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｗｈｅａｔ ｐｌａｎｔｓ ｂｙ ｇｒａｉｎ ｓｏａｋｉｎｇ ｉｎ ａｓｃｏｒｂｉｃ ａｃｉｄ， ｔｈｉａｍｉｎ ｏｒ ｓｏｄｉｕｍ ｓａｌｉｃｙｌａｔｅ［Ｊ］． Ｂｉｏｌ Ｐｌａｎｔ，２００１，４４（２）：２５３－２６１．

［２］ ＪＡＮＤＡ Ｔ， ＴＡＲＩ Ｉ， ＰＡＬＤＩ Ｅ，ｅｔ ａｌ． Ｈｙｄｒｏｐｏｎｉｃ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｃｈｉｌｌｉｎｇ ｉｎｊｕｒｙ ｉｎ ｍａｉｚｅ（Ｚｅａ ｍａｙ Ｌ．） ｐｌａｎｔｓ［Ｊ］． Ｐｌａｎｔａ，１９９９，２０８（２）：１７５－１８０．

［３］ ＭＯＮＩＫＡ Ｎ， ＴＩＢＯＲ Ｊ，ＥＳＺＴＥＲ Ｈ， ｅｔ ａｌ． Ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｐｏｌｙａｍｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｂｕｔ ｍａｙ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｄｒｏｕｇｈｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｉｎ ｍａｉｚｅ［Ｊ］． Ｐｌａｎｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２００２，１６２（４）：５６９－５７４．

［４］ ＭＩＳＨＲＡ Ａ， ＣＨＯＵＤＨＵＲＩ Ｍ Ａ． Ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ ｏｎ ｈｅａｖｙ ｍｅｔａｌ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｍｅｍｂｒａｃｅ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ｍｅｄｉａｔｅｄ ｂｙ ｌｉｐｏｘｙｇｅｎａｓｅ ｉｎ ｒｉｃｅ［Ｊ］． Ｂｉｏｌ Ｐｌａｎｔ，１９９９，４２（３）：４０９－４１５．

［５］ ＳＨＡＲＭＡ Ｙ Ｊ， ＬＥＯＮ Ｊ， ＲＡＳＫＩＮ Ｉ， ｅｔ ａｌ． Ｏｚｏｎｅ－ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｐｏｎｓｅｓ ｉｎ Ａｒａｂｉｄｏｐｓｉｓ ｔｈａｌｉａｎａ：ｔｈｅ ｒｏｌｅ ｏｆ ｓａｌｉｃｙｌｉｃ ａｃｉｄ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｆｅｎｓｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔｓ ａｎｄ ｉｎｄｕｃｅｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ［Ｊ］． Ｐｒｏｃ Ｎａｔ Ａｃａｄ Ｓｃｉ， １９９６，９３（１０）：５０９９－５１０４．

［６］ 康国章，段中岗，王正询，等．水杨酸提高香蕉幼苗抗冷性初探［Ｊ］．植物生理学通讯，２００３，３９（２）：１２２－１２４．

［７］ 张蕊，吕俊，米青山，等．低温下外源水杨酸对水稻幼苗抗氧化酶系的影响［Ｊ］．西南农业大学学报（自然科学版），２００６，２８（１）：２９－３２，３６．

［８］ 吕俊， 张蕊，宗学凤，等．水杨酸对高温胁迫下水稻幼苗抗热性的影响［Ｊ］．中国生态农业学报，２００９，１７（６）：１１６８－１１７１．

［９］ 孙艳，王鹏．水杨酸对黄瓜幼苗抗高温胁迫能力的影响［Ｊ］．西北植物学报，２００３，２３（１１）：２０１１－２０１３．

［１０］ 孙艳，樊爱丽，徐伟君．水杨酸和草酸对光氧化胁迫下黄瓜叶片光和机构及叶黄素循环的影响［Ｊ］．园艺学报，２００５，３２（６）：１０３４－１０３８．

［１１］ 孙艳，马艳蓉，崔鸿文，等．水杨酸对黄瓜幼苗光合作用的影响［Ｊ］．西北农业学报，２０００，９（３）：１１０－１１１．

［１２］ 刘伟，艾希珍，梁文娟，等．低温弱光下水杨酸对黄瓜幼苗光合作用及抗氧化酶活性的影响［Ｊ］．应用生态学报，２００９，２０（２）：４４１－４４５．

［１３］ 杨恕玲，单守明，巩传银，等．水杨酸对休眠期茶树光合作用和抗冻性的影响［Ｊ］．中国农学通报，２００９，２５（１５）：１２１－１２４．

［１４］ 马培芳，杨亚军，赵会杰．水杨酸对高温强光下小麦抗氧化及光合作用的影响［Ｊ］．河南农业科学，２００９，３７（４）：２６－２９．

［１５］ 马培芳，李利红，杨亚军，等．水杨酸对高温强光胁迫下小麦叶绿体Ｄ１蛋白磷酸化及光系统Ⅱ功能的影响［Ｊ］．应用生态学报，２００８，１９（１２）：２６３２－２６３６．

［１６］ 邹琦．植物生理学实验指导［Ｍ］．北京：中国农业出版社，２０００．

［１７］ 李合生．植物生理生化实验原理与技术［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２０００．