外源硅对低温胁迫下水稻幼苗生长的影响及其生理机制

2014-12-09 03:58路运才王淼杜景红黄雅曦孙阎

安徽农学通报 2014年22期

路运才+王淼+杜景红+黄雅曦+孙阎

摘要：以黑龙江省生产上推广种植的水稻品种为试验材料，探讨外源硅缓解低温胁迫对水稻幼苗生长及其相关生理特性的影响。结果表明，外源硅处理后，供试水稻品种的株高和生物产量均显著增加。低温胁迫条件下，添加外源硅使北稻4号和垦稻21的可溶性糖含量明显增加、4个品种的脯氨酸含量均明显增加，而丙二醛含量则下降。说明外源硅可以有效提高水稻防御低温胁迫的能力。

关键词：硅；低温胁迫；水稻；幼苗生长；生理特性

中图分类号 S511 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）22-42-03

水稻属于温度敏感型作物。黑龙江省稻作区地处高寒地带，气温年际间变化较大，阶段性低温冷害时有发生，已成为黑龙江省水稻单产和总产波动的主要限制因子。因此，如何提高水稻防御低温冷害能力，成为寒地水稻生产中需要迫切解决的重要课题。硅是地壳中含量仅次于氧的第二大丰富元素，同时也是继N、P、K之后植物生长所需第四大元素。研究表明，硅是植物生长发育的有益元素，能使植物适应各种生物胁迫和非生物胁迫，包括低温、盐害、干旱、病虫害、重金属毒害及紫外辐射等[1-6]。水稻是典型的硅积累型作物，水稻植株中的硅含量超过其地上部组织干重的10%[7]。目前，关于硅提高作物防御低温作用的研究，在小麦上已取得一定进展，而在水稻上鲜有报道[1，8]。为此，本文以黑龙江省稻作区推广的水稻品种为试验材料，研究低温胁迫下外源硅对水稻生长及其相关生理特性的影响，旨在明确硅增强水稻抗冷性的作用机制。

1 材料与方法

1.1 试验材料水稻品种为空育131、垦稻21、绥粳4号和北稻4号。种子分别经过消毒、浸种及催芽后，转移至盛有0.5mMCaCl2溶液的塑料盒中培养7d，选择长势一致的幼苗移到装有6L半量Kimura B营养液的塑料桶内，在智能人工气候箱中培养7d，然后用完全浓度的营养液培养[9]。每2d调节一次溶液的pH值至5.6，每3d更换一次培养液。

1.2 试验设计试验设2个处理：加硅（+Si）和不加硅（-Si），每个处理均设3次重复。+Si是在Kimura B营养液中加入1.0mmol/L硅酸钾（K2SiO3·nH2O）。+Si处理所增加的K+从Kimura B营养液中所用的硝酸钾中扣除，然后用稀硝酸补足。水稻植株在人工气候箱的生长条件为日温/夜温为28℃/20℃，每天光照12h。水稻幼苗培养30d后开始低温处理，低温胁迫期间，日温13℃，夜温10℃，连续处理6d。在低温胁迫6d后，分别测定常温与低温处理下每个品种的幼苗鲜重及干重，其中常温培养与低温胁迫部分各设加硅处理和无硅处理。在低温胁迫前及低温胁迫2d、4d、6d后，分别测定+Si与-Si处理植株的可溶性糖、丙二醛和脯氨酸含量。

1.3 试验方法

1.3.1 生物产量测定分别在低温处理前和处理后第6天，每个处理各取8株水稻幼苗，用蒸馏水洗净、擦干后测量株高、鲜重。置于烘箱中烘干至恒重，测定干重。

1.3.2 生理指标测定[10] 可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法。丙二醛含量测定采用硫代巴比妥酸法。脯氨酸含量测定采用酸性茚三酮显色法。

1.4 数据分析采用SPSS13.0和Excel 2003进行数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻植株株高和生物量的影响从表1可知，常温条件下，3个水稻品种的株高和生物量差异明显，其中，垦稻21（46.06cm）最高，空育131（33.06cm）最矮；干重最大为垦稻21（0.64g），最小为北稻4号（0.47g）。低温条件下，绥粳4号和垦稻21的株高显著降低，分别下降到对照的83.21%和82.76%，差异显著。绥粳4号、空育131以及垦稻21的干重均下降较大，差异显著。加硅处理后，常温条件下，除了垦稻21外，其余3个品种的株高与不加硅相比均有显著增高；4个品种的干重均有显著增加。低温条件下，+Si处理的4个水稻品种的株高均分别显著高于不加硅品种；在干重方面，北稻4号、绥粳4号及垦稻21加硅处理均显著高于不加硅植株。

2.2 低温胁迫下不同处理对水稻叶片中相关生理指标的影响

2.2.1 不同处理对可溶性糖含量的影响从表2可以看出，在低温处理前，硅处理对北稻4号和空育131的可溶性糖含量产生一定影响，而其他2个则无明显影响；低温胁迫2～6d后，北稻4号和垦稻21处理间可溶性糖含量出现差异。绥粳4号和空育131这2个品种在+Si与-Si间无显著差异。北稻4号在+Si处理后，低温胁迫和常温处理条件下可溶性糖含量均存在差异。

2.2.2 不同处理对丙二醛含量的影响丙二醛是膜脂过氧化的主要产物之一，水稻体内MDA含量的高低，在一定程度上反映了细胞膜受破坏的程度。从表3可知，水稻各品种叶片中MDA含量随着低温胁迫时间的延长明显增加。低温胁迫2d以后，+Si处理的北稻4号和绥粳4号的丙二醛含量显著低于-Si处理；低温胁迫4d以后北稻4号和空育131两处理间开始出现显著差异；低温胁迫6d以后，同一品种+Si处理后植株的MDA含量显著降低。+Si处理后水稻在低温胁迫下可以显著降低MDA含量，即防御低温对水稻细胞内膜的伤害。

2.2.3 不同处理对脯氨酸含量的影响脯氨酸作为渗透调节物质，具有维持细胞正常的酸碱度和稳定生物膜的作用。由表4可知，在低温胁迫2d后，4个水稻品种叶片中脯氨酸含量均大幅度提高，相同品种的+Si水稻脯氨酸含量上升较慢，-Si处理脯氨酸含量上升较快，低温胁迫4d后，北稻4号、空育131和垦稻21水稻-Si处理植株中脯氨酸含量都显著高于+Si处理。低温胁迫下水稻体内脯氨酸含量有明显的升高，且低温胁迫时间越长，水稻体内脯氨酸含量越高。+Si处理水稻体内脯氨酸含量明显降低，可能是由于水稻细胞壁的硅含量增加，细胞稳定性增强，减轻了低温胁迫所引起的水稻体内渗透调节物质的积累，也就是说，低温胁迫对于+Si处理水稻的伤害要小于-Si水稻。endprint

3 结论

由本次试验可知，低温胁迫可以增加水稻植株体内丙二醛、脯氨酸和可溶性糖的含量。外源硅处理可以降低低温胁迫下水稻体内的丙二醛含量，同时维系水稻体内脯氨酸和可溶性糖等渗透调节物质的稳定，增强了水稻防御低温的能力。

参考文献

[1]范琼花，孙万春，李兆君，等.硅对短期低温胁迫小麦叶片光合作用及其主要相关酶的影响[J].植物营养与肥料学报，2009，3：544-550.

[2]薛高峰，孙万春，宋阿琳，等.硅对水稻生长、白叶枯病抗性及病程相关蛋白活性的影响[J].中国农业科学，2010，43（4）：690-697.

[3]Ma JF.Role of silicon in enhancing the resistance of plants to biotic and abiotic stresses[J].Soil sci.plant nutr.，2004，50（1）：11-18.

[4]Crusciol C，Pulz A，Lemos L，et al. Effects of silicon and drought stress on tuber yield and leaf biochemical characteristics in potato[J].Crop science，2009，49：949-954.

[5]Liang YC，Sun WC，Zhu YG，et al. Mechanisms of silicon- mediated alleviation of abiotic stresses in higher plants：A review[J].Environmental Pollution，2007，147：422-428.

[6]Ma JF，Yamaji N. Functions and transport of silicon in plants[J].Cell Mol. Life Sci.，2008，65：3049–3057.

[7]Wu QS，Wan XY，Su N，et al. Genetic dissection of silicon uptake ability in rice（Oryza sativa L.）[J].Plant science，2006，171：441-448.

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[9]Ma JF，Goto S，Tamai K，et al. Role of root hairs and lateral roots in silicon uptake by rice[J].Plant Physiol.，2001，127：1773-1780.

[10]王学奎.植物生理生化实验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2004：194-258.

（责编：张宏民）endprint