北方粳稻生理指标变化与其早衰的关系

唐占兵，李志彬，朱崴，牛同旭

（天津天隆科技股份有限公司，天津 300457）

衰老是水稻生育过程中正常的生命现象，是水稻适应环境的表现。但是早衰会造成水稻减产、空瘪率上升、结实率降低。从理论上推算，水稻叶片推迟1天衰老，可增产2%左右，实际可增产1%左右。总之，目前的研究普遍认为功能叶片早衰会连带整体同化功能和光合作用的衰退，导致干物质的积累显著减少，严重影响籽粒灌浆结实，进而对水稻的产量和米质带来不利影响。笔者从水稻功能叶入手，研究抗早衰品种天隆优619和隆粳香1号，易早衰品种105B和辽30B在生育后期功能叶各生理指标的变化，为进一步探讨北方粳稻的衰老机理提供生理依据。

1 材料选择及试验方法

1.1 材料选择与试验方案

本实验在天津滨海新区天隆公司试验田进行。从现有材料中选出抗早衰品种天隆优619，隆粳香1号和极易早衰品种105B，辽30B的两种极端材料，各材料于2018年5月3日播种，6月10日插秧，单本插，田间均按照常规栽培方式进行管理；各材料于幼穗分化进程第8期选择并标记生育进程一致的稻穗150个；从抽穗期开始至第50天每隔10天选10株，测定剑叶光合速率及其剑叶叶绿素含量。然后将剑叶取下迅速放入冰盒带回实验室测定其SOD活性、丙二醛含量、POD活性，每项指标均需用鲜叶0.5g。以上实验测定均重复三次。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 叶绿素的测定

用便携式叶绿素仪（SPAD-502Plus）测定剑叶叶绿素含量。

1.2.2 光合速率的测定

用便携式光合仪LI-6400测定光合速率。

1.2.3 丙二醛含量测定

（1）酶液提取：取水稻剑叶0.5g于预冷的研钵中，并加入2mL预先冷却的0.05M磷酸盐缓冲液（pH7.8）。加入少量石英砂，在冰浴上研磨成匀浆，移至5mL离心管中，用缓冲液冲洗研钵，并将其转移至离心管中。定容5mL，4500转/min离心10min。上清液是丙二醛提取物。

（2）含量测定：吸取2mL提取液于刻度试管中，加入3mL0.5%硫代巴比妥酸的5%三氮乙酸溶液于沸水浴上加热10分钟迅速冷却，以4500rpm离心10min，并用蒸馏水将透射率调节至100%作为空白。测上清液532nm和600nm的吸光度。

丙二醛含量（nmol/g）=（D532-D600）×反应液量×稀释倍数/0.155×样品重（g）。

超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定。采用氯化硝基四氮唑蓝（NBT）光化学还原法测定。

过氧化物酶（POD）含量的测定。采用愈创木酚法测定。

2 结果与分析

2.1 叶绿素活性的分析

如图1所示，各品种在抽穗后叶绿素含量呈先上升后下降的趋势，在第10天时叶绿素含量达到最高，但第10天至第20天叶绿素变化不明显，第20天之后叶绿素含量迅速下降。抗早衰品种隆粳香1号在抽穗后前20天叶绿素含量最高，而天隆优619在前20天叶绿素含量低于辽30B；30天之后天隆优619表现出抗早衰的特点，叶绿素含量高于其他三个品种，并且早衰品种105B和辽30B叶绿素含量随着叶片衰老下降明显。

2.2 光合速率的分析

高产水稻籽粒的大部分养分来自于抽穗后的光合产物，特别是冠层三叶的光合性能直接影响籽粒产量。如图2所示，各品种抽穗后光合速率的变化表现出相同的趋势。在抽穗后20天之内光合速率上升，20天之后逐渐下降。抽穗时天隆优619光合速率最强，其次是105B，而隆粳香1号光合速率最低，但第10天到第20天时隆粳香1号光合速率要高于105B和辽30B；第20天后各品种光合速率开始下降，但隆粳香1号下降趋势平缓，早衰品种105B和辽30B光合速率下降明显。

2.3 丙二醛（MDA）含量的分析

由图3可知，随着成熟，各品种MDA含量逐渐升高，在抽穗后20天之内各品种MDA含量变化趋势平缓，20天之后MDA含量增长明显，并且抗早衰品种抽穗后MDA含量低于早衰品种。抗早衰品种天隆优619和隆粳香1号相比，隆粳香1号在第30天时MDA含量低于天隆优619，其余时间要高于天隆优619。早衰品种105B和辽30B相比，在抽穗后20天之前105B的MDA含量要低于辽30B，但在20天之后增长较快，并赶超辽30B。

2.4 超氧化物歧化酶（SOD）活性的分析

由图4可知，各品种SOD活性在抽穗后第10天达到最高，而后持续下降；抗早衰品种抽穗后SOD活性高于早衰品种，成熟后仍然能够保持青枝绿叶。对比抗早衰品种和早衰品种，抗早衰品种在抽穗后30天的SOD活性水平高于早衰品种抽穗后SOD活性的最高水平；并且早衰品种抽穗后SOD活性下降趋势明显。

2.5 过氧化物酶（POD）的分析

POD是细胞保护酶之一，其作用具有双重性，生育前期活性较高可以清除植物体内的H2O2，而在生育后期活性升高则引发膜质过氧化，使叶绿素降解，加速叶片衰老（李雪梅）。图2-5所示，各品种在抽穗后的前10天POD活性较低，维持在0.05以下，品种之间相差不明显，抽穗10天之后POD值迅速上升，而且早衰型品种高于抗早衰型品种；早衰型品种之间和抗早衰型品种之间POD活性无明显规律。

3 结语

叶绿素含量、光合速率、MDA含量、SOD活性、POD活性都是检验植物是否早衰的重要指标。其中，MDA含量及POD活性与水稻衰老呈现正相关性，SOD活性，光合速率和叶绿素含量与水稻衰老程度呈现负相关性。

叶色失绿是叶片衰老最直观的特征，叶绿素含量降低越快，表明叶片衰老越快[2]。幼穗分化期和灌浆期以后叶绿素含量与干物质重分别呈现显著和极显著正相关，叶绿素是植物进行光合作用的主要色素，叶绿素含量的降低将直接影响光合速率[3]。本研究表明，在抗衰性不同的品种间，抽穗灌浆期间剑叶叶绿素含量存在明显的差异，而且叶绿素含量的减少又直接降低了光合速率。此外本实验研究表明，随着衰老，叶绿素含量变化呈现先增多后减少的趋势，而且光合速率的变化趋势与叶绿素含量的变化趋势呈正相关。

李明迪等研究表明，细胞中的主要保护酶有超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽还原酶（GR）等，其中SOD是主要的活性氧清除酶系。在植物衰老期间SOD活性下降，氧吸收量增加，易形成更多的活性氧。衰老后期SOD不能有效的清除活性氧，很容易引发氧化破坏作用，并导致水稻叶片及叶鞘的早衰。本研究表明，各品种SOD活性呈先升高后降低的趋势，但抗衰性好的品种SOD活性高于早衰的品种，较高的SOD活性能够有效的清楚活性氧，使叶片有效的减缓衰老。另外生育后期POD活性的升高进一步加速叶片衰老。丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的主要产物，是反映脂质过氧化程度的重要指标。