外源ABA 对低温胁迫下水稻幼苗活苗率的影响

喻平安，罗志雄，彭敏，王晓忠，张桂莲

(湖南农业大学农学院,湖南 长沙 410128)

低温是最常见的环境胁迫因子之一,严重影响植物生长发育和地理分布。水稻是喜温植物,对低温反应敏感,一般温度低于10 ℃秧苗会遭受冷害。在我国南方地区,早稻秧苗容易受倒春寒的影响,导致出苗不整齐、叶片黄化、根系损伤以及死苗烂苗,严重影响早稻生产[1]。特别是近年来推广早稻直播、机插秧等生产方式,进一步凸显了水稻低温冷害问题[2]。因此,深入研究低温对水稻生长发育的影响及适宜的外源调控途径,提高早稻苗期耐冷性,对保障早稻安全生产具有重要的实践意义。

脱落酸(Abscisicacid,ABA)是植物五大天然生长调节剂之一,因能促使叶片脱落而得名,在植物生长发育和抵抗逆境胁迫中发挥重要作用[3]。ABA提高植物抗逆境胁迫能力的一个重要机制是诱抗效应[4]。诱抗效应是ABA 赋予植物抵抗胁迫的潜在能力。当遭受胁迫时,植物会启动一系列的应答反应来快速有效地抵御逆境胁迫。罗立津等[5]以甜椒幼苗为试材,外施不同浓度的ABA,发现各浓度的ABA 均能诱导甜椒幼苗抗寒性增强。何丽斯等[6]以两年生的茉莉扦插幼苗为试材,外施一定浓度的ABA,发现50 mg/L ABA 可较好的保护细胞膜系统,调节植物的内源物质含量、抗氧化酶活性,最终提高植物抗寒性。此外,孙庆玲等[7]对狗牙根的研究、杨志娟等[8]对圆柏属植物幼苗的研究、杨楠等[9]对黄瓜幼苗的研究都得到相似的结论。以上研究大多数是对植物幼苗进行叶面喷施ABA 处理,而关于不同ABA 处理方式对植物的影响的研究并不多见。本研究比较分析不同浓度、不同处理方式下,外源ABA 对水稻苗期耐低温胁迫能力的影响,以探索外源ABA 的最佳处理浓度和方法,为外源ABA 在水稻生产上的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

采用的水稻品种为湘早籼45 号,由湖南金色农丰种业有限公司提供。挑选饱满健康的水稻种子,经75%的酒精表面消毒5 min,蒸馏水冲洗3～5 次,将400～500 粒种子放入塑料盒中,加适量蒸馏水后在37 ℃恒温箱浸泡36 h,期间每8～10 h 更换一次蒸馏水,挑选芽长约为2 mm 的种子,将其播种在透明96 孔板中,每2 板放入1 个蓝色塑料盒(17 cm×12 cm×6 cm)中,在光照12 h(6:00-18:00)/黑暗12 h(18:00-6:00)、光照强度30 000 Lx、温度30 ℃、湿度70%的人工气候箱中进行培养。前4 d 采用清水培养,然后用木村B 营养液培养至幼苗2 叶1 心期用于试验。

1.2 试验设计

试验共设3 种处理方法,处理1:设置7 种不同的ABA 浓度(表1),每隔12 h 喷洒1 次叶片,连续喷洒两次后转入8 ℃低温光照培养箱中处理3 d；处理2:设置7 种不同处理方式(表2)和3 种ABA 处理浓度(5、10、20 mg/L),处理后转入8 ℃低温光照培养箱中处理3 d；处理3:设置3 种不同处理温度(8、10、12 ℃),将在黑暗条件下采用10 mg/L ABA 溶液浸根处理24 h 后的幼苗进行低温处理3 d。上述3 种试验处理均设置4 次重复。

表1 ABA 浓度Table 1 ABA concentrations mg·L-1

表2 ABA 处理方式Table 2 Different treatment methods of ABA

1.3 测定项目与方法

低温处理结束后,将培养箱温度调整为20 ℃,待水稻幼苗缓冲生长1 d 后,升温至28 ℃培养6 d,调查水稻幼苗的存活情况。叶片全部枯萎变干的植株定义为幼苗死亡；主茎绿色,心叶未死的植株定义为幼苗存活。按照以下公式计算活苗率:

活苗率(%)＝(成活苗数/全部苗数)×100

2 结果与分析

2.1 不同浓度外源ABA 处理对水稻幼苗活苗率的影响

由图1、图2 可知,用不同浓度的ABA 溶液喷施处理24 h 后,湘早籼45 号幼苗在低温8 ℃处理3 d后的活苗率存在差异。其中以T4 处理效果最好,其活苗率为17%；其次是T3 处理,其活苗率为9%；而T6 处理的表现与CK 一致,幼苗全部死亡。这说明高浓度的ABA 溶液不仅不能促进水稻幼苗的生长,还会产生负调控,抑制植物的生长甚至导致其死亡。

图1 叶面喷施不同浓度ABA 处理后低温胁迫下湘早籼45 号的幼苗活苗率Fig.1 Survival rate of Xiangzaoxian 45 seedlings under low temperature stress after foliar spraying with different concentrations of ABA

图2 叶面喷施不同浓度ABA 处理后低温胁迫下湘早籼45 号幼苗生长情况Fig.2 Seedling growth of Xiangzaoxian 45 under low temperature stress after foliar spraying with different concentrations of ABA

2.2 外源ABA 不同处理方式对水稻幼苗活苗率的影响

采用不同浓度的外源ABA 和不同的处理方式对水稻幼苗进行预处理24 h 后,再进行低温处理,调查幼苗的活苗率(图3)。在低温胁迫下,对照和浸种处理的幼苗均全部死亡,其他处理水稻幼苗的成活率存在差异。5 mg/L ABA 溶液以浸根处理水稻幼苗的活苗率最高,为13%,其次为浸种＋叶面喷施＋浸根处理、叶面喷施处理、浸根＋叶面喷施处理、浸种＋浸根处理、浸种＋叶面喷施处理,其水稻幼苗的活苗率分别为9%、7%、5%、4%、4%,均显著高于对照和浸种处理(P＜0.05)。10 mg/L ABA 溶液以浸根24 h 处理效果最好,湘早籼45 号幼苗存活率达67%；其次是浸根＋叶面喷施处理,水稻幼苗存活率为59%；浸种＋浸根处理和浸种＋叶面喷施＋浸根处理幼苗的存活率均为47%；而叶面喷施和浸种＋叶面喷施处理水稻幼苗的存活率分别为18%和12%。20 mg/L ABA 溶液以浸根＋叶面喷施处理活苗率最高,为8%；其次为浸根处理、叶面喷施处理、浸根＋叶面喷施＋浸种处理、浸种＋浸根处理,其活苗率均为3%；浸种＋叶面喷施处理与对照和浸种处理一致,均全部死亡。

图3 不同浓度ABA 不同方式处理后低温胁迫下湘早籼45 号的幼苗活苗率Fig.3 Survival rate of Xiangzaoxian 45 seedlings treated with different concentrations of ABA and different ways under low temperature stress

综合分析,10 mg/L ABA 溶液在不同处理方式下的处理效果均优于5 mg/L ABA 溶液与20 mg/L ABA 溶液,且以浸根处理效果最好,活苗率最高。

2.3 不同温度下外源ABA 浸根处理对水稻幼苗活苗率的影响

采用10 mg/L 的ABA 浸根处理后,将湘早籼45号幼苗进行不同温度的低温处理3 d、25 ℃恢复7 d后,调查水稻幼苗的存活率,结果见图4。在8 ℃低温下,10 mg/L 的ABA 浸根处理幼苗的存活率为67%,对照则全部死亡；在10 ℃和12 ℃低温下,10 mg/L 的ABA 浸根处理幼苗的存活率则高达99%和100%,均显著高于对照(P＜0.05)。这表明10 mg/L ABA 溶液浸根处理可显著提高低温下幼苗活苗率,特别是在相对较高的低温条件下效果更明显。

图4 10 mg/LABA 浸根处理后不同低温胁迫下水稻幼苗生长情况Fig.4 The growth of rice seedlings under different low temperature stress after the treatment of 10 mg/L ABA

3 讨论

脱落酸又被称为“胁迫激素”。逆境下,植物体内会大量积累ABA,进而增强植物体对逆境胁迫的抵抗能力[10]。Shinkaw 等[11]、付翀等[12]、田礼欣等[13]、李进等[14]研究表明,外施ABA 可提高植物幼苗耐冷性。本研究也表明,与未喷施ABA 溶液的CK 相比,叶面喷施不同浓度ABA 溶液均能不同程度地提高低温下水稻幼苗的活苗率,增强幼苗耐冷性。

目前,大多采用叶面喷施的方式进行外源ABA处理[5-11],而对于其他处理方式研究较少。本研究比较分析了7 种处理方式对水稻幼苗存活率的影响,发现浸根处理的效果优于叶面喷施和其他处理方式。可能是由于采用叶面喷施的方式,ABA 溶液主要通过叶表面气孔进入植物体内,然后再输送到植株其他部位,期间受到外界因素的影响,所起作用是间接的；而采用浸根处理的方式,根系可以直接吸收利用ABA,有利于直接提高低温下幼苗根系活力,从而较好地维持根系的正常吸收功能,增强幼苗的抗低温能力。

水稻生长发育阶段对温度有一定的要求,25～35 ℃是水稻幼苗生长的最适宜温度,温度过高或过低对秧苗的生长都不利[15-17]。而我国南方早稻幼苗期经常遭遇倒春寒天气,有时气温低于10 ℃,严重影响秧苗的正常生长。为探讨外源ABA 对低温胁迫下的调控效应,本试验设置了3 种不同温度进行低温处理,结果表明,ABA 溶液浸根处理能提高低温下幼苗活苗率,且在8～12 ℃范围内,随着温度升高,幼苗活苗率提高幅度增大。这表明低温胁迫下外源ABA 浸根处理可显著提高水稻幼苗耐低温能力,特别在相对较高(10～12 ℃)的低温条件下提高效果更明显。而外源ABA 提高水稻苗期耐低温胁迫能力的机制,还需从生理生化、分子生物学方面进一步深入研究。

4 结论

叶面喷施不同浓度ABA 溶液能够不同程度地提高低温胁迫下水稻幼苗的活苗率,以喷施10 mg/L 的ABA 溶液提高的效果最明显；ABA 溶液浸根处理能显著提高低温下水稻幼苗活苗率,且效果优于叶面喷施。综合分析,本试验条件下,10 mg/L ABA 溶液浸根处理提高水稻苗期耐低温胁迫的效果最好,且在10～12 ℃低温胁迫下效果更明显。