不同非生物胁迫对籼稻9311根生长的影响

陈昶旭，TCHINGA TCHINGA Jeffree Berchmens，施力铭，陈晓荣，周旭人，查笑君

(浙江师范大学 化学与生命科学学院，浙江 金华 321004)

水稻是人类赖以生存的重要粮食作物之一。水稻非生物胁迫的耐受性是近几十年研究的热点与重点之一。非生物胁迫包括干旱胁迫、盐胁迫、重金属胁迫、低温胁迫等。而除了低温胁迫外，胁迫液浓度一直是胁迫试验前需要考虑的主要因素之一，胁迫液浓度过低可能达不到胁迫效果；胁迫液浓度过高则不能满足植物的基本生长条件，引起植物发生病变甚至死亡从而无法进行后期试验。相对根长能反映植株受胁迫的程度，通过计算在各种胁迫下水稻苗期的相对根长，可比较得出各类胁迫下水稻苗根系承受胁迫的最佳浓度。若水稻苗相对根长低于50%，则可判定为胁迫过度，不利于测定在该种胁迫下的各类生理指标；而若相对根长高于50%，可判定胁迫过小或已产生一定抗性，导致水稻苗不能表现出足够的胁迫性状，也会对生理生化指标的测定造成误差。当相对根长等于50%时，胁迫程度适中，此时胁迫浓度可作为最佳胁迫浓度。

目前对水稻胁迫的研究主要有干旱、盐、重金属及有害离子等，胁迫浓度可以为水稻各类胁迫研究提供试验基础，为开发水稻的耐旱、耐盐、抗重金属或富集能力以及抵御有害离子的能力提供参考，更是为挖掘新型抗性基因的发现与检测提供前期条件。因此，笔者拟用PEG6000模拟干旱环境，以NaCl作为盐胁迫，以CuSO4和CdCl2溶液分别模拟重金属胁迫。当相对根长为50%时，胁迫程度适中，此时的胁迫浓度为最佳胁迫浓度。旨在测定野生型籼稻9311水稻(OryzasativaL.ssp.Indica)在干旱、重盐、铜、镉等非生物胁迫的最佳胁迫浓度，以期为籼稻9311推广种植提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选用籼稻9311作为试验材料，所用种子均由浙江师范大学遗传发育实验室提供。

1.2 试验设计

1.2.1 种子的萌发及幼苗培育 挑选约600 粒颗粒饱满的种子，进行萌发处理。先用30% NaClO 溶液将种子表面消毒30 min，再用自来水冲洗3～4次，然后将种子放入信封袋中置于37℃培养箱中进行催芽。待种子露白时(3 d左右)，再将发芽的种子插入已标记的96孔板中，将其移入光照培养箱内水培3～4 d。培养箱培养条件：光照28℃，14 h；黑暗25℃，10 h。催芽及水培期间均需每天换水。

1.2.2 逆境胁迫最佳浓度的确定 取长势较一致的水稻幼苗，根据表1的不同处理液及浓度处理，不同浓度胁迫液处理的水稻幼苗均分成3组，每组10株。处理24 h后，用直尺测量处理前后(包括空白对照组)的初生根长度。以RER接近50%时为胁迫最佳浓度。计算公式：RER=(LT1-LT0)/(Lmock1-Lmock0)×100%

其中，LT1和LT0分别表示胁迫液处理前后的初生根长度，Lmock1和Lmock0分别表示空白对照组处理前后的初生根长度。

1.3 统计分析

试验数据采用Microsoft Excel 2007进行整理和图表绘制，部分数据采用SPSS 22.0 进行统计分析。

表1 不同胁迫处理所用试剂及胁迫液浓度梯度

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下水稻的根长

如图1所示，在PEG6000的质量分数为15%时，胁迫前后水稻幼苗的根伸长量和相对根长最小，而PEG6000在10%与20%的试验组根长较长，推测10%的浓度未达到胁迫的理想效果，作用不明显；而在20%浓度下，因胁迫过高而产生一定抗性，非最佳胁迫浓度。表明，PEG6000在浓度为15%左右时对水稻初生根生长的抑制作用最大，相对根长在质量分数为15%附近能够达到50%RER(逆境最佳浓度)，但逆境最佳浓度还需要进一步在15%左右浓度范围的对照试验中验证。

注：图中柱状图上端的“**”“*”符号分别表示差异达极显著(P<0.01)和显著(P<0.05)水平，下同。

图21 干旱胁迫下水稻根伸长量与相对根长

2.2 盐胁迫下水稻的根长

如图2所示，浓度在50～95 mmol/L间根的伸长量以及相对根长呈波动状，对照组相对根长均比胁迫长，其中65 mmol/L和95 mmol/L伸长量以及相对根长最低，而相对根长均未达到50%RER(逆境最佳浓度)。在80 mmol/L浓度胁迫下，相对根长最接近50%，推测在其附近可能会出现逆境最佳浓度的相对根长，具体逆境最佳浓度的确认还需要在65 mmol/L和95 mmol/L范围内另设对照组进行试验。

2.3 镉胁迫下水稻的根长

如图3所示，根的生长在大于0.01 mg/L时就受到较强的胁迫，其相对根长均低于50%RER(逆境最佳浓度)，而在0.001 mg/L时根的相对根长大大超过50%RER。推测，CdCl2的逆境最佳浓度应在0.001～0.01 mg/L。试验可先测定0.005 mg/L的相对根长，再根据其数据划定区间分组对照，确定浓度范围以达到接近逆境最佳浓度。

2.4 铜胁迫下水稻的根长

如图4所示，各浓度CuSO4溶液对水稻根的生长抑制强度均较大，以至于相对根长均在20%及以下。观察相对根长曲线图，在曲线的两侧均有上升的趋势，推测相对根长50%RER(逆境最佳浓度)相对应的CuSO4溶液浓度在大于200 mg/L或小于25 mg/L，具体逆境最佳浓度的确认还需要在浓度区间内另设对照组进行验证。

3 结论与讨论

水稻的根系是水肥吸收的重要部位，其长度与茂盛程度均可作为水稻生长发育状况的衡量标准。试验针对苗期的形态，将此指标测定值转化为更具可比性的相对值，更能体现抗旱性的内涵[1]。以上试验结果表明，当受到非生物胁迫时，水稻苗根系伸长量会受到影响。

PEG兼具惰性、非离子型、亲水性强等特点，可作为渗透调节剂人为模拟干旱胁迫环境[2]。试验研究发现，在PEG6000质量分数为15%左右时，相对根长达50%，为最佳胁迫浓度，在此浓度下开展有关水稻幼苗干旱胁迫的试验最佳。

种子的萌发和幼苗的建成是水稻对盐胁迫相对敏感的时期[2]。在高盐环境中，水稻的生长受限从而会降低其产量和品质。研究选用不同浓度的NaCl溶液模拟盐胁迫环境，分析种子萌发及幼苗建成差异。在盐胁迫的各浓度中，未发现相对根长在50%的梯度，而可据试验结果推测，在NaCl浓度为50～80 mmol/L存在最适胁迫浓度。

镉(Cd2+)是一种有害的重金属离子。重金属镉易在水环境中迁移，在生物体内富集[3]。土壤中过量的镉被植物吸收并在植物各器官中积累，轻度胁迫导致植物叶片干枯萎黄、根系缩短，降低营养元素的吸收；重度胁迫则会破坏植物细胞，抑制植物光合作用和蒸腾作用、干扰植物的代谢过程，进而显著抑制植物生长[4-5]。同时，镉通过植物吸收进入食物链，严重威胁人类健康和生命安全[6-7]且会在植物中富集而进入人体。研究显示，水稻在含镉环境下的生长情况不容乐观，因此对水稻展开重金属胁迫的研究意义重大。在镉胁迫中，可确定0.01 mg/L浓度为最佳胁迫浓度，在此条件下测定生理生化指标可对水稻幼苗的耐镉性进行研究。另外，在铜离子胁迫中，200 mg/L体现出了50%的相对根长，表明此浓度为开展水稻幼苗有关铜胁迫研究的最佳浓度。铜离子为一类对植物生长有害的重金属离子。Cu胁迫能够同时诱导水稻根系木质素和过氧化氢的积累[8]，不利于水稻根系的生长。有研究发现，当Cu2+浓度过低时反而能够促进植物的生长[9]。

试验设置各类胁迫梯度，测定出盐胁迫、干旱胁迫、镉胁迫及铜离子胁迫的最佳胁迫浓度，有利于后期测定在这些胁迫下的生理生化指标，为有关水稻的耐受性质研究打下基础，以期为水稻新特性的开发做出贡献。