干旱胁迫下水稻和水花生的抗旱生理学

李金枝，王晓燕

(1.台州学院 生命科学学院，浙江 台州 31800； 2.丽水学院 生态学院，浙江 丽水 323000)

水稻作为我国的主粮之一，由于受旱而造成的减产已成为严重的问题。旱作水稻因其具有节水节肥特点已成为当前稻作技术研究热点[1-2]。水花生[Alternantheraphiloxeroides(Mart.) Griseb]又名空心莲子草，是苋科莲子草属的一种多年生宿根草本植物。水花生具有很强的抗逆性，既能适应陆生环境，又能像水稻一样适应水生环境[3-5]。因此，有学者研究水稻的抗逆生理并尝试对比二者在逆境条件下生长的差异[6-7]，目前还未有文献系统地对比二者生理方面的差异。本研究以水花生和水稻为材料，比较二者在干旱胁迫下的生理代谢变化及其适应性，为下一步研究其应对干旱胁迫的分子机制奠定基础，同时也为利用水花生基因培育抗旱水稻提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

水花生采集于台州学院椒江校区，水稻品种是丰两优1号。实验中所用的土为农田土，用1 cm筛子过筛后装入塑料筐里备用。沙培用普通的河沙。

1.2 处理设计

从野外取长成丛的水花生，2株即可(每株长多条藤，每条藤长多个节间，每个节间又会长多条根)，将其藤剪留7～8 cm，种在装有土壤的塑料筐中。水花生培养15 d后，取水稻50粒种子，自来水浸泡2 d开始露白后也种在塑料筐中，每次浇水高出土壤2 mm左右。继续培养15 d后，将水花生和水稻分别取出，将根系洗净后一起转到盛有Hoagland营养液的沙培塑料筐中，分2个筐种植，每筐各有一大株水花生和20株左右的水稻幼苗供试验。每天浇Hoagland溶液，筐边沿放树枝以免匍匐茎接触营养液。沙培15 d左右，待水花生的藤长到20～40 cm就可以用于测定。

把筐边沿的树枝取走，使水花生的藤接触营养液2～3 d后，茎节处会长出3 cm左右的根，此时从藤的基部剪断，依靠茎节处的根吸收水分，剪断当天算0 d，分别于0、3、6和9 d测定。实验中，1个筐为对照，只浇蒸馏水；另1个筐为干旱处理，把藤与主根剪断后，将毛巾放在筐里不断吸Hoagland营养液至干，外面晒0、3、6和9 d。

1.3 生理生化指标测定

1.4 数据分析

每个处理为3个重复，图中数据以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 Pro含量

由图1可知，对照组水稻叶中Pro含量逐渐增加，而干旱处理组水稻叶片Pro含量几乎无变化，在第6、9天显著低于对照组。水花生叶中Pro含量在干旱期间略有下降，但与对照组没有显著差异，说明干旱胁迫对水花生无显著影响。

数据以鲜质量计，*表示与对照组相比差异显著(P< 0.05)。图2～5同图1 干旱胁迫对水稻(A)和水花生(B) 脯氨酸含量的影响

图2 干旱胁迫对水稻(A)和水花生(B) 氧自由基产生速率的影响

2.3 CAT活性

如图3所示，水稻叶CAT活性在干旱前期处理组和对照组差异不大，到干旱后期处理组的CAT活性急剧上升，第9天处理组的CAT活性达到了对照组的1.6倍。与对照组相比，水花生处理组的CAT活性呈先上升后下降趋势。在干旱处理后期，水花生和水稻的CAT活性都显著高于对照组，水花生叶中的CAT活性增加更快，在干旱胁迫第6天就到达最大值。

图3 干旱胁迫对水稻(A)和水花生(B) CAT活性的影响

2.4 MDA含量

由图4可知，水稻和水花生叶中的MDA含量均呈上升趋势，第0天，水稻处理组和对照组差异较小，到第9天，处理组是对照组的4.55倍，MDA积累的速度远远高于水花生。第0天，水花生处理组是对照组的1.13倍，到第9天是对照组的1.84倍。与水稻相比，水花生能够维持膜结构的完整性，积累的过氧化产物较少，从而表现出较强的耐旱能力。

图4 干旱胁迫对水稻(A)和水花生(B) 丙二醛含量的影响

2.5 相对电导率

由图5可知，水稻和水花生的处理组在干旱第0天REC明显高于其他值，可能是由于突然处于逆境中导致的。整体来看，水稻叶对照组和处理组的REC比水花生的REC高，表明在干旱胁迫下，水稻叶片膜脂过氧化程度增加，MDA逐渐积累，造成膜系统受损，导致细胞内物质外渗，电导率逐渐升高；而干旱对水花生细胞质膜的影响较小。

图5 干旱胁迫对水稻(A)和水花生(B) 相对电导率的影响

3 小结