孕穗期低温胁迫对水稻结实率及叶片生理特性的影响_农作物论文0 引言水稻是世界范围内第二大农作物，全球半数以上人口的主粮【1】水稻是喜温植物，种植范围广泛，目前在温带地区、热带及亚热带地区内的高海拔区域、甚至是寒冷地区都有种植【2】尽管全球气候有变暖趋势，但中国东北地区夏季仍会频繁发生突发性低温，对水稻的生理状态可产生直接或间接影响，并可负向干扰其所有生理机能【3】低温达到一定强度就会发生冷害，冷害是中国东北地区水稻生产中一个较为普遍的问题，与其他禾本科作物如小麦、大麦不同，水稻更容易受到冷害，在营养生长阶段其可推迟各生育时期并延迟水稻抽穗【4】，在生殖生长过程中，低温可以引起花粉不育、降低结实率并严重减产【5】目前，国内外关于低温对水稻结实率和逆境生理特性已有报道赵国珍等【6】指出冷胁迫可使水稻结实率显著降低，造成不同程度减产，但不同品种间存在较大差异刘献刚【7】认为低温诱发稻瘟病是大减产的主要影响因素，但更多学者指出低温通过影响花粉育性等生理方面的原因致使产量降低李健陵等指出孕穗期低温导致颖花受精率和可育率下降，结实率降低李忠杰等的研究也指出在小孢子阶段不同程度的低温可提高水稻的空壳率，从而降低产量。
究其原因主要是因为低温对花粉活性产生生理影响，李全英等报道了孕穗期低温胁迫使花粉的长度和体积下降，导致结实率下降李桂艳研究认为障碍型冷害，特别是对低温抵抗能力最弱的花粉母细胞减数分裂期，遭受短时间异常相对低温，使花期的生理机制受到破坏，造成颖花不育，形成大量空壳而严重减产，这与叶昌荣等的研究结果相似，其报道了水稻孕穗期受低温冷害后，花药缩小，花药内可育花粉数减少，不育花粉数增多，结实率下降，其中花药内的可育花粉数对水稻的结实率起着决定性作用曲辉辉等也指出孕穗期低温会影响稻穗发育，连续低温导致花粉母细胞发育受阻，颖花退化，出现空瘪粒另外关于低温胁迫对水稻叶片生理特性的影响也有相关报道，施大伟等研究指出抽穗期低温导致水稻抗氧化酶之间活性变化不平衡，使活性氧的产生和清除失衡，O2-迅速积累，膜脂过氧化加剧，使细胞膜发生损害邓化冰等指出低温胁迫后，耐冷水稻品种的H2O2和MDA含量显著低于冷敏品种，这可能与耐冷品种在低温胁迫期间的保护酶类活性显著高于冷敏品种、其活性氧的产生和清除相对较为均衡有关另外邓化冰等也报道过低温胁迫导致水稻叶片H2O2 和O2-含量迅速上升，SOD、POD 和CAT 的活性出现了先上升后下降的变化，张献国等也报道了孕穗期低温处理后，水稻叶片SOD、POD和CAT的活性也出现了先上升后下降的趋势。
刘涛等研究表明低温胁迫可导致水稻叶片SOD、POD活性均出现一定程度的提高，祝涛等也指出低温胁迫下，水稻苗期叶片的SOD、POD活性有所提高，朱珊等的研究表明孕穗期低温导致水稻叶片中SOD、POD和CAT 的活性增加，而且相对电导率升高，蒋向辉等研究指出相对电导率与结实率成显著负相关，而王秋京等的研究证实了该结果，其指出低温使得水稻幼苗叶片的电导率增加，结实率下降李海林等也报道过低温胁迫后电导率增加，王晨光等曾指出低温使水稻叶片细胞膜透性增大，电解质渗出率增加本试验在前人的研究基础上，于孕穗期对水稻进行低温处理，开展低温胁迫对水稻叶片生理指标及结实率影响的研究，目的是探明孕穗期低温胁迫对水稻的伤害机理，以期丰富水稻耐障碍型冷害的生理基础原理研究，为水稻优质生产提供理论依据1 材料与方法1.1 试验材料试验于2013 年在黑龙江省农业科学院人工气候室盆栽场进行供试水稻品种为龙粳11"(LJ11)，是孕穗期冷敏品种；龙稻5"(LD5)，是孕穗期耐冷品种试验材料采用盆栽方式，单本栽插，每盆保苗3株于孕穗期进行低温处理龙粳11"和龙稻5"进行处理的时间分别是7月8日和7月6日1.2 试验设计与处理处理前选择叶枕距在-6~-1 cm之间的蘖进行挂签标记，处理温度设定为15℃，于处理当日上午8:00 开始置入人工气候室内进行低温处理，文中以TR表示；以室外盆栽为对照，文中以CK表示。
1.3 试验方法1.3.1 取样方法处理期间，连续取样6次，每天上午8:00取样1 次，对挂签标记蘖的叶片进行取样，取样后立即放入液氮中，而后置于-80℃冰箱中保存，供测定生理指标使用低温处理后每天移至室外9 盆盆栽，直至成熟，供结实率调查使用1.3.2 测定方法（1）结实率采用人工调查法；（2）SOD、POD、CAT的酶活性及MDA、可溶性糖、可溶性蛋白含量的测定按照李合生等的方法；（3）相对电导率测定按照张宪政的方法1.3 数据处理试验所有数据处理采用Excel 2003 和SPSS 19.0进行统计分析2 结果与分析2.1 孕穗期低温对水稻结实率的影响由图1 可知，随着低温处理时间的持续，水稻结实率逐渐降低龙稻5"下降的幅度较小，而龙粳11"的结实率下降明显与CK相比，龙粳11"经过低温处理后，结实率下降幅度较大，经方差分析可知，低温处理1 天和2 天后结实率显著下降，但未达到极显著差异水平；当低温处理3 天后，结实率与CK之间达到极显著差异水平处理6 天时龙粳11"的结实率下降到14.58%，与CK相比降低了67.93%（图1）与CK相比，龙稻5"经过低温处理后，结实率下降幅度相对较小，经方差分析可知，低温处理4 天内结实率幅度很小，差异未达到显著水平；当低温处理5 天后，结实率与CK之间达到显著差异水平；处理6 天后结实率与CK之间达到了极显著差异水平（图1）。
2.2 孕穗期低温对水稻叶片膜透性的影响2.2.1 孕穗期低温对水稻叶片MDA含量的影响由图2 可知，低温处理对水稻叶片内MDA含量具有较大影响，随着低温处理时间持续，影响程度越深龙粳11"处理2 天后MDA含量就极显著高于CK，直到取样末期龙稻5"处理2 天后MDA含量显著高于CK，处理3 天后，两者之间的差异达到极显著水平同时可以看出龙稻5"叶片内MDA含量低于龙粳11"，说明低温处理后，耐冷品种比冷敏品种的MDA含量上升速率慢，这对水稻抵御冷害具有较好的作用2.2.2 孕穗期低温对水稻叶片相对电导率的影响如图3 所示，低温处理对水稻叶片相对电导率具有明显影响龙粳11"处理2 天后相对电导率就极显著高于CK龙稻5"则需要低温处理4 天后，和CK之间的差异才能达到极显著水平综合来看冷敏品种叶片的相对电导率高于耐冷品种2.3 孕穗期低温对水稻叶片抗氧化系统酶活性的影响2.3.1 孕穗期低温对水稻叶片SOD活性的影响由图4可知，经过低温处理后，水稻叶片内的SOD活性表现出"先升高后降低";的变化规律，龙粳11"和龙稻5"都是在处理4 天时达到活性最高龙粳11"在低温处理2 天到5 天之间，处理的SOD活性显著或极显著高于CK，处理6天时，两者之间没有显著性差异。
龙稻5"经低温处理2 天到6 天时，处理与CK之间达到极显著性差异2.3.2 孕穗期低温对水稻叶片POD活性的影响由图5可知，经过低温处理后，水稻叶片内的POD活性的变化表现出"先升高后降低";的趋势龙粳11"和龙稻5"都是在处理4 天时达到活性最高龙粳11"经低温处理2 天到4 天时，处理的POD活性极显著高于CK，而第1 天和第5 天无显著性差异龙稻5"经低温处理第2 天到第4 天时，处理的POD 活性极显著高于CK，其他处理日期无显著性差异2.3.3 孕穗期低温对水稻叶片CAT活性的影响由图6可知，经过低温处理后，水稻叶片内的CAT 活性表现出"先升高后降低";的变化趋势龙粳11"经低温处理2~5 天时，处理的POD 活性极显著高于CK，而第1 天和第6 天无显著性差异低温处理对龙稻5"叶片CAT 活性影响明显，整个处理时期内，处理的CAT 活性都显著或极显著高于CK2.4 孕穗期低温对水稻叶片可溶性物质含量的影响2.4.1 孕穗期低温对水稻叶片可溶性糖的影响由图7可知，低温处理对水稻叶片内可溶性糖含量具有较大影响，随着低温处理时间持续，影响程度越大龙粳11"经处理2 天内，处理与CK的可溶性糖含量无显著性差异，处理3 天开始，处理的可溶性糖含量就显著高于CK，到了处理第5 天和第6 天，处理与CK之间的差异达到极显著水平。
龙稻5"在低温处理2 天内，处理与CK的可溶性糖含量无显著性差异，处理3 天开始，处理的可溶性糖含量极显著高于CK，直到取样末期2.4.2 孕穗期低温对水稻叶片可溶性蛋白的影响由图8 可知，低温处理对水稻叶片内可溶性蛋白含量的影响较大随着低温处理时间持续，影响程度越大龙粳11"经低温处理1 天后，处理的可溶性糖含量就显著高于CK，从处理第4 天开始，处理的可溶性蛋白含量与CK之间的差异达到极显著水平龙稻5"在低温处理2 天内，处理与CK 的可溶性蛋白含量无显著性差异，从处理第3 天开始，处理与CK的可溶性蛋白含量达到极显著差异水平3 结论与讨论温度可以影响水稻的生长发育，如果水稻在生育期遭受低温，会导致体内大量基因发生重组，引起一系列的代谢变化，孕穗期低温能够引起花粉不育，最终导致结实率下降，造成水稻减产本研究表明，低温对龙稻5"和龙粳11"都可产生影响，但损害程度不同龙稻5"在处理较长时间（5 天）的情况下，结实率才发生显著下降，而龙粳11"经短时间（1 天）低温处理后，结实率就发生极显著下降，并随着处理时间的延续，结实率迅速下降这与曾宪国等的研究结果基本一致，说明孕穗期低温可降低影响水稻结实率，对水稻产量造成影响。
究其原因，这与低温影响花粉形成、花粉活力有较大关系，邓化冰等研究指出水稻小孢子形成初期遭遇低温，可导致花药绒毡层异常肥大，引起细胞功能降低和紊乱，花药不能供给花粉足够养分，使得花粉发育延迟，花药开裂不畅，影响受精结实正常条件下，作物体内的SOD、POD和CAT 三者协同作用，使氧自由基维持在较低的水平，从而防止氧自由基伤害，保护作物正常生长在低温条件下，作物体内活性氧自由基含量明显增加，如果抗氧化酶活性受到抑制，过剩的自由基将无法及时得到清除，氧自由基就会在细胞内大量积累，对作物产生严重伤害本研究结果表明低温使水稻叶片内的抗氧化酶活性先升高后降低，这表明在低温初期，水稻感受到低温刺激后，启动了自我保护功能，对低温胁迫产生了应激反应进而提高了抗氧化酶的活性，清除产生的过多的氧自由基，起到保护作用；但随着低温处理的持续，水稻的自我保护能力殆尽，抗氧化酶活性开始下降，低温对水稻产生伤害开始逐步加重MDA是细胞膜过氧化的产物，能够抑制细胞保护酶活性，从而加剧膜脂过氧化，同时其本身也是具有细胞毒性的物质，它能够和酶蛋白结合、交联，从而使保护酶失去活性，也就进一步破坏了膜结构，MDA含量的高低可作为质膜受损的重要指标。
相对电导率是评价细胞膜透性的有效指标，在低温胁迫下，质膜的结构和功能受到伤害，导致细胞膜透性增加，电解质外渗，电导率增加，因此电导率能够比较客观的反映植物在低温逆境中的伤害程度本研究结果表明随着低温处理的持续，水稻叶片内的MDA含量和相对电导率都呈线性升高，并且冷敏品种的数值高于耐冷品种，这与李海林等、邓化冰等的研究结果相似，邓化冰等也指出低温能够导致水稻叶片MDA含量和相对电导率显著增加，说明低温降低了植物体防御活性氧的酶促和非酶促保护系统能力，提高了自由基浓度，加剧了膜脂过氧化，导致膜结构剖爱，质膜透性加大，电解质外渗，从而影响了叶片的生理生化机能，同时也指出耐冷品种能够相对保持较低的MDA和膜透性，使其膜结构及功能保持相对稳定，从而减轻了低温对叶片的伤害可溶性糖等可溶性物质在水稻遭遇低温时会发生明显的变化，是反映水稻冷害的敏感指标，而这种变化与水稻抗冷性有明显的相关性。