水稻分蘖期关键酶的表达同耐冷性相关研究

朴雪梅，柳洪良，韩云哲，徐伟豪，白学峰，程正海，金 峰，王 亮*

（1 延边朝鲜族自治州农业科学院，吉林 延边 133400；2 吉林农业大学，长春 130000）

吉林省东部是我国重要的优质水稻生产基地， 水稻生产关乎东部地区的粮食安全和经济发展。水稻是吉林省重要粮食作物，总产和单产居吉林省粮食作物第二位置。 由于吉林省东部地处祖国的东北部，气候条件复杂，水稻生育阶段的5～9月份气温际间有较大变化， 阶段性低温在水稻生长发育阶段时有发生， 给水稻生产带来严重的影响， 是导致吉林省东部水稻单产和总产波动的主要原因［1－6］。

通常植物在低温胁迫条件下， 超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）是植物细胞内广泛存在的重要抗氧化酶， 在防御活性氧伤害和清除体内过氧化物等方面具有重要的功能；这些抗氧化酶活性的高低，可直接反映植物受到过氧化损伤的程度， 其含量是常用的胁迫耐受性生理指标［7－9］。深入研究吉林省东部水稻冷害发生时品种耐寒能力以及冷害的生理基础对保证吉林省水稻持续高产、稳产具有重要现实意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试优质水稻品种由表1 所示， 吉林省和黑龙江省审定品种15 个（均为近年来优质米品种），对照品种3 个。

表1 供试优质水稻品种

1.2 试验方法及处理

试验采取盆栽移栽。 泥土的处理： 碎土→过筛→拌肥→称重量（保证每个盆的土量相同）。 叶片取样方法：低温处理完毕当天分别取样。

1.2.1 温室处理耐冷性鉴定 普通盘育苗， 移栽至直径30 cm 的塑料盆内， 每盆栽插4 穴，1 株／穴基本苗，重复3 次。 氮、磷、钾分别按120、80、80 kg／hm2施用。 低温胁迫温度12 ℃，光照模仿自然低温阴雨天，对照处理温度21 ℃，处理时间6 d， 低温处理后将材料移至温度为20～30 ℃正常日照条件下恢复生长7 d， 之后调查高分蘖减少率，分1～9 级评价耐冷性（表2）。

表2 水稻分蘖盛期耐冷性评价标准

1.2.2 酶液的制备及其测定方法 ①超氧化物歧化酶（SOD）。 称取5 g 样品，置于研钵中，加入5 ml 提取缓冲液，在冰浴条件下研磨成匀浆。 将匀浆液全部转入到离心管中， 于4 ℃、12 000 r／min 离心30 min，收集上清液，低温保存备用，测量提取液总体积。 采用氮蓝四唑（NBT）光化还原法， 以抑制NBT 光化还原的50%为1 个酶活单位，酶活性以“u／mg”表示。

②过氧化氢酶（CAT）。 称取叶片0.25 g ，加入5 倍量的（M／V）pH7.0 的磷酸缓冲液，冰浴研磨15 000 r／min 离心15 min，取部分上清液经适当稀释后用于酶活性测定。采用紫外吸收法测定，酶活性以“u／g·min”表示。

③过氧化物酶（POD）。 称取样品3 g，加入预冷的0.05 mol／L pH7.8 的磷酸缓冲液少量，用粗纱布过滤，定容至10 ml，低温离心（12×104r／min，0～4 ℃）15 min， 取上清液置于低温冰箱备用。 在2.9 mL 0.05 mol／L 磷 酸 缓 冲 液 中 加 入1.0 mL 2%H2O2、1.0 mL 0.05 mol／L 愈创木酚和0.1 mL 酶液， 组成反应液， 以每分钟增加1.0 个A470的酶量为1 个酶活力单位， 酶活性以 “u／g·min”表示。

2 结果与分析

2.1 优质水稻品种低温控制分蘖盛期耐冷鉴定

分蘖盛期温室12 ℃低温胁迫处理最高分蘖减少率及耐冷评价由表3 所示， 龙稻18 和通育269 最高分蘖减少率分别为25%、18%，耐冷性表现为强；上育397、通35、吉粳511 最高分蘖减少率在38%～43%，耐冷性表现为中；龙稻17、延粳22、吉农大138、通系949、吉农大538、九稻68、通系935、吉粳302、通育266、吉粳809 等品种最高分蘖减少率在50%～68%，耐冷性表现为弱；吉粳515、 吉玉粳、 通禾66 最高分蘖减少率分别为75%、88%和94%，耐冷性表现为极弱。

表3 分蘖盛期温室控制试验死苗率及耐冷评价

2.2 优质水稻新品种温室控制对逆境生理指标的影响

SOD 是目前在植物或其他组织中被发现的唯一能把O2－还原为H2O2，同时将O2－氧化为O2的抗氧化酶。它作为超氧化自由基清除剂，在适度逆境条件下其活性有所提高， 以增强植物的抗逆能力。 由表4 可见，所有品种低温处理后SOD 酶活比对照（CK）提高，其中吉粳515、吉粳809 的酶活分别为163.79 u／mg、150.00 u／mg。 龙稻18、吉农大538、九稻68、吉粳302、通系935、通禾66、通育266、 吉玉粳、 通35 酶活在105.05～137.02 u／mg，上育397、龙稻17、吉粳511、延粳22 酶活在80.99～88.12 u／mg。

CAT 主要在于细胞的过氧化物体中，CAT 活性与植物的代谢强度及抗性有着密切的关系。 由表4 可以看出，低温处理后CAT 酶活除上育397和通禾66 酶活比CK 提高之外，其他品种的酶活都比CK 降低。

POD 是一种含铁的金属蛋白质，是植物体内常见的氧化还原酶。 POD 作为细胞内清除活性氧系统中的重要酶， 能催化H2O2与酚类的反应，起到清除过氧化物的作用。由表4 可知，随着低温处理后POD 活性呈现升高的变化趋势， 其中通育266 酶活31.48 u／g·min。 吉农大538、九稻68、通系935、通禾66、吉粳515、吉粳809、延粳22、吉玉粳的酶活在14.44～23.33 u／g·min，上育397、龙稻17、龙稻18、吉粳302、吉粳511、通35 酶活在3.70～7.41 u／g·min。

表4 返青分蘖期温室控制试验水稻逆境生理指标

3 结论与讨论

低温处理对分蘖的发生具有明显的抑制作用，不同品种对低温的敏感度也不同。本研究结果表明龙稻18 和通育269 品种耐冷性表现强，上育397、通35、吉粳511 耐冷性表现中。

SOD、CAT 和POD 三种酶被称为保护酶系统。 本研究测定结果发现， 低温处理后水稻的SOD 和POD 两种酶活性均有提高， 其中吉粳515、吉粳809、吉农大538、九稻68、吉粳302、通系935、通禾66、通育266 等品种明显高于对照，经低温处理水稻的CAT 多数表现酶活性比CK低，这可能是CAT 蛋白酶在低温条件表现不稳定而造成的，具体原因有待进一步研究。

在分蘖盛期对水稻低温处理试验中， 不同品种耐冷性存在差异， 而其中的SOD 和POD 两种酶活性与其耐冷性表现不完全呈正相关， 具体原因有待进一步研究， 多数样品分蘖盛期低温胁迫后水稻细胞内主要防御保护酶 （SOD 和POD）活性提高，使其具有较强的耐冷抗性，其中龙稻18、通育269 两个水稻品种耐冷评价为强， 是参试水稻品种中分蘖盛期耐冷性表现较好的水稻品种，是水稻品种耐冷性评价的重要参考。