外源蕓苔素內(nèi)酯對不同基因型雜交稻開花期耐熱性的影響

　　摘 要: 為了明確不同基因型雜交稻對高溫耐受性的差異及蕓苔素內(nèi)酯( BR) 對提高不同類型雜交稻耐熱性的作用效果，本研究以雜交秈稻、偏秈型秈粳雜交稻和偏粳型秈粳雜交稻各 2 個(gè)品種為材料，在開花期設(shè)置常溫、高溫和高溫下噴施 0. 15%BR 3 種處理，分析其對水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素、花粉活力和抗氧化能力等的影響。結(jié)果顯示，高溫導(dǎo)致雜交稻的結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量和花粉活力顯著下降，其中雜交秈稻耐熱系數(shù)為 0. 73，顯著高于偏粳型秈粳雜交稻( 耐熱系數(shù) 0. 47) 。而高溫下噴施 BR 可以顯著提高水稻結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量和花粉活力，雜交秈稻、偏秈型和偏粳型雜交稻恢復(fù)系數(shù)分別為 1. 23、1. 43 和 2. 00，以偏粳型雜交稻的緩解效果最明顯。噴施 BR 降低了高溫處理下不同基因型雜交稻的超氧陰離子含量，并提高了甲基乙二醛酶( GlyⅠ) 活性及抗壞血酸( AsA) 、谷胱甘肽含量( GSH) ，同時(shí)改變了抗氧化酶相關(guān)基因 OsAPX1、OsCATB、OsGPX3 和 OsGLYI8 的表達(dá)水平。綜上可知，雜交秈稻常溫下產(chǎn)量表現(xiàn)低于秈粳雜交稻，但具有較強(qiáng)耐熱性，高溫下噴施 BR 對雜交秈稻產(chǎn)量下降的緩解效果明顯低于秈粳雜交稻; 秈粳雜交稻尤其是偏粳型，盡管對高溫表現(xiàn)敏感，但與 BR 的相互作用可有效抵御高溫脅迫，噴施后產(chǎn)量可接近或達(dá)到常溫對照水平。本研究結(jié)果為提高雜交水稻開花期耐高溫能力的研究提供了理論基礎(chǔ)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

　　關(guān)鍵詞: 秈粳雜交稻; 高溫; 蕓苔素內(nèi)酯; 耐熱系數(shù); 抗氧化能力

　　宋佳諭; 陳宇眺; 洪曉富; 閆川， 核農(nóng)學(xué)報(bào) 發(fā)表時(shí)間：2021-11-05

　　孕穗期和開花期是水稻穗發(fā)育和花粉受精的重要時(shí)期，該時(shí)期的氣候條件與產(chǎn)量形成有直接關(guān)系[1-2]。近十幾年，在溫室效應(yīng)影響下，全球氣溫持續(xù)升高，我國長江中下游流域 7 月中旬至 8 月中旬經(jīng)常受到副熱帶高壓控制，持續(xù)高溫天氣頻繁發(fā)生。數(shù)據(jù)顯示，2003 年、 2014 年、2016 年盛夏，長江中下游部分稻區(qū)連續(xù)數(shù)日溫度達(dá) 40℃以上，熱害導(dǎo)致水稻穗發(fā)育受阻和穎花育性下降，造成嚴(yán)重減產(chǎn)[3-4]。目前，由于無法采取防御措施避免高溫脅迫，因此耐熱品種選育、外源激素噴施和改善水肥條件等已成為抵抗熱害發(fā)生的主要方法。

　　近幾年，雜交稻以其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)被廣泛種植[5-6]。長江中下游單季稻區(qū)主要以雜交秈稻和秈粳雜交稻為主，根據(jù)秈型基因頻率，秈粳雜交稻又分為偏秈型和偏粳型。不同遺傳背景的雜交稻對高溫脅迫的耐受 性 不 同，秈稻穗發(fā)育和開花期最適宜溫度為 33. 1℃，粳稻為 26. 5℃[7]。秈粳雜交稻具有雙親遺傳特性，因此，耐熱性表現(xiàn)也存在差異。有研究顯示，水稻耐熱性與秈粳性高度相關(guān)，且遺傳背景偏秈的雜交稻品種通常較偏粳型雜交稻耐熱性強(qiáng)[8]。受地域影響，長江中下游和華南稻區(qū)的雜交稻種植主要以遺傳背景偏秈的雜交秈型和秈粳雜交稻為主，受熱害影響較為嚴(yán)重[9]，因此，提高雜交水稻耐高溫能力是穩(wěn)定長江中下游稻區(qū)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要途徑。

　　水稻等作物在高溫脅迫下的生存能力取決于對活性氧 和 甲 基 乙 二 醛 ( methylglyoxal，MG) 的 清 除 作用[10-11]。活性氧( reactive oxygen species，ROS) 含量通常 受 到 抗 氧 化 酶[超氧化物歧化酶 ( superoxide dismutase，SOD) 、過氧化氫酶( catalase，CAT) 、谷胱甘肽過氧化物酶( glutathione peroxidases，GPX) 、抗壞血酸過氧化物酶( ascorbate peroxidase，APX) 等]和非酶抗氧化劑[還原型抗壞血酸( ascorbic acid，AsA) 、谷胱甘肽( glutathione，GSH) 等]調(diào)控[12]。MG 是在應(yīng)激過程中產(chǎn)生的毒性化合物，過量的 MG 可破壞抗氧化防御 系 統(tǒng)，導(dǎo) 致 細(xì) 胞 死 亡。 甲基乙二醛酶系統(tǒng) ( methylglyoxal enzyme system Ⅰ and methylglyoxal enzyme systemⅡ，GlyⅠ和 GlyⅡ) 可將 MG 還原為 D-乳酸，降低細(xì)胞氧化負(fù)擔(dān)[13]。BR 是一種新型綠色環(huán)保植物生長調(diào)節(jié)劑，與水稻穗發(fā)育和籽粒充實(shí)度緊密相關(guān)，且對提高多種非生物脅迫抗性具有顯著作用[14-15]。研究顯示，外施 BR 可提高 SOD、CAT 等抗氧化酶活性和 AsA、GSH 等非酶抗氧化劑含量，并增加碳水化合物積累，促進(jìn)葉片的光合速率，以提高水稻耐熱性[16-17]。但 BR 對水稻高溫抗性研究受對照材料、處理?xiàng)l件等多方面因素影響，在不同類型水稻品種間作用效果差異較大。目前，有關(guān)對比不同遺傳背景雜交稻對 BR 緩解熱害能力的差異及生理機(jī)制的報(bào)道相對較少。本研究以浙江省偏北部地區(qū)主栽的雜交秈稻和秈粳雜交稻品種為材料，在開花期進(jìn)行高溫處理，對比分析噴施 BR 前后，不同遺傳背景雜交稻對高溫耐受性的影響，并從產(chǎn)量、花粉活力、抗氧化能力、解毒能力等方面進(jìn)行分析，以期為緩解雜交稻開花期的高溫?fù)p傷，保障熱害條件下的穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)提供理論依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

　　1 材料與方法

　　1. 1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

　　本研究選用不同遺傳背景的雜交型水稻( Oryza sativa L.) 作為試驗(yàn)材料，分別為雜交秈稻: 中浙優(yōu) 1 號 ( ZZY1) 和中浙優(yōu) 8 號( ZZY8) 、偏秈型秈粳雜交稻: 甬優(yōu) 9 號( YU9) 和甬優(yōu) 15 號( YU15) 、偏粳型秈粳雜交稻: 浙優(yōu) 18( ZY18) 和甬優(yōu) 12( YU12) ，共 6 個(gè)品種。在 2019 和 2020 年進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，分別種植于浙江省杭州市余杭區(qū)示范基地和浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地。土 壤 基 礎(chǔ) 肥 力 為: pH 值 7. 3、有 機(jī) 質(zhì) 17. 80 g·kg-1 、全氮 1. 24 g·kg-1 、速效磷 47. 00 mg·kg-1 ，速效鉀 98. 00 mg·kg-1 。

　　1. 2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

　　試驗(yàn)于 6 月 20 日播種，7 月 1 日選取生長一致的秧苗移栽于盆栽桶( 直徑 30 cm，裝 15 kg 過 10 目篩后的土壤) ，每個(gè)品種 18 盆，每盆 3 株。每品種設(shè)置常溫對照組 CK( 30℃，無 BR) 、高溫對照組 HT( 40℃，無BR) 及高溫激素處理組 HTB( 40℃ +0. 15% BR) 共 3 個(gè)處理。水稻植株生長至抽穗開花期按照生育期分批移入人工氣候室，光照( 晝 5 000 LUX) ，濕度( 70%) 條件一致。高溫處理設(shè)置，6: 00 ― 9: 00 為 35℃，9: 01 ― 17: 00 為 40℃，17: 01 ― 22: 00 為 35℃，22: 01 ―次日 5: 59 為 33℃。常 溫 處 理 設(shè) 置，6: 00 ― 9: 00 為 25℃，9: 01 ― 17: 00 為 30℃，17: 01 ― 22: 00 為 25℃， 22: 01 ―次日 5: 59 為 23℃[18]。高溫處理與 BR 處理同時(shí)進(jìn)行，移入當(dāng)天于 7: 00 ― 8: 00 噴施濃度為 0. 15 mg·L-1 的 BR 溶液，噴至溶液于液體葉面滑落為止。高溫處理時(shí)間為 10 d，處理完成后將盆栽移出人工氣候室，放回自然條件下繼續(xù)生長。盆栽移栽前一天施用 3. 0 g 復(fù)合肥作為基肥，移栽 7 d 后施用 0. 5 g 尿素為分蘗肥，移栽 40 d 后施用 1. 8 g 復(fù)合肥為穗肥，復(fù)合肥含量為 N ∶P2O5 ∶KO2 = 15 ∶ 15 ∶ 15。水分條件控制同田間管理措施一致。

　　1. 3 測定項(xiàng)目與方法

　　1. 3. 1 產(chǎn)量及其構(gòu)成 成熟期每個(gè)處理調(diào)查所有植株總有效穗數(shù)，計(jì)算平均分蘗數(shù)。種子脫粒后用水選法選出飽粒與秕粒，80℃ 烘干至恒重，調(diào)查每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重，并將籽粒曬干統(tǒng)一換算成標(biāo)準(zhǔn)含水量( 14%) 后計(jì)算產(chǎn)量。通過計(jì)算 CK 和 HT 的結(jié)實(shí)率獲得 耐 熱 系 數(shù)，比較不同遺傳背景雜交稻的耐熱性[19]; 通過計(jì)算 HTB 和 HT 結(jié)實(shí)率，獲得恢復(fù)系數(shù)，比較高溫下不同遺傳背景雜交稻遭受熱害損傷的恢復(fù)能力[19]:

　　耐熱系數(shù) = ( HT 結(jié)實(shí)率 /CK 結(jié)實(shí)率) × 100% ( 1) 恢復(fù)系數(shù) = ( HTB 結(jié)實(shí)率 /HT 結(jié)實(shí)率) × 100% ( 2) 。

　　1. 3. 2 花粉活力 在水稻盛花期，連續(xù) 3 d 于上午 11: 00 ― 12: 00 剪取稻穗，每個(gè)處理取 3 株，輕輕抖落花粉于滴有 1%碘化鉀溶液的載玻片上，用鑷子搗碎花粉并剔除花藥等組織，蓋玻片壓片后，移入顯微鏡觀察花粉的染色結(jié)果，每個(gè)品種觀察 3 株。花粉粒呈現(xiàn)為飽滿的實(shí)心黑色原型為可育，呈現(xiàn)空心圓形為不可育。根據(jù)公式計(jì)算植株的花粉活力[20]:

　　花粉活力=視野內(nèi)可育花粉數(shù)/視野內(nèi)總花粉數(shù)× 100% ( 3) 。

　　1. 3. 3 AsA、GHS 含量和 GlyⅠ活性測定 高溫處理下，BR 噴施后第 10 天取水稻劍葉，迅速放于-80℃ 保存?zhèn)溆谩７謩e取 0. 1 g 樣品，利用超氧陰離子( O·- 2 ) 酶聯(lián)免疫分析試劑盒、植物還原型抗壞血酸( AsA) 酶聯(lián)免疫分析試劑盒 ( 酶 免，江 蘇) 、植 物 谷 胱 甘 肽( GSH) 酶聯(lián)免疫分析試劑盒( 酶免，江蘇) 和植物乙二醛酶 1( GlyⅠ) 酶聯(lián)免疫分析試劑盒( 酶免，江蘇) 進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測定，每個(gè)樣品 3 次生物學(xué)重復(fù)。利用 RT- 6100 酶標(biāo)分析儀( 雷杜，深圳) 測定以上指標(biāo)，每個(gè)樣品 3 次技術(shù)重復(fù)。用 U 表示酶活性單位，即在特定條件下，1 min 內(nèi)轉(zhuǎn)化 1 μmol 摩爾底物，或者底物中 1 μmol 有關(guān)基團(tuán)所需的酶量。

　　1. 3. 4 RNA 提取和實(shí)時(shí)熒光定量 高溫和 BR 處理后第 10 天，取每個(gè)處理的水稻劍葉，于-80℃ 保存?zhèn)溆?，?于 APX 基 因 OsAPXI[21]、乙 二 醛 酶 基 因 OsGLYI[22]、過氧化氫酶基因 OsCATB[23]和 GPX 基因 OsGPX3 [24]的相對表達(dá)量檢測。

　　采用 RNA 提取試劑盒( CAT9637，TaKaRa，日本) 提取基 因 組 RNA，采用逆轉(zhuǎn)錄試劑盒 ( CATRR420， TaKaRa，日本) 進(jìn)行 cDNA 反轉(zhuǎn)，采用熒光定量試劑盒 ( RR420A，TaKaRa，日本) 進(jìn)行熒光定量 PCR。利用 Applied Biosystoms 7500 Real Time PCR 進(jìn)行 PCR 擴(kuò)增，引物如表 1 所示。OsActin 為內(nèi)參基因，采用 2-ΔΔCT 方法計(jì)算結(jié)果[25]。

　　1. 4 數(shù)據(jù)分析

　　采用 SPSS 20 的 Duncan’s 進(jìn)行差異顯著性分析，顯著水平 P= 0. 05; 采用 SigmaPlot 12. 0 進(jìn)行圖型繪制， AI 進(jìn)行圖像組合排版。同一類型雜交稻所獲得產(chǎn)量數(shù)據(jù)和花粉活力為 2 個(gè)品種兩年數(shù)據(jù)單獨(dú)計(jì)算后的平均值。AsA、GHS 含量和 GlyⅠ酶活性測定標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一使用空白孔調(diào)零，于波長 450 nm 處依序測量各孔吸光度( OD 值) 。熒光定量結(jié)果為同一類型雜交稻 2020 年所獲數(shù)據(jù)，每個(gè)類型雜交稻選 1 個(gè)品種進(jìn)行定量分析。

　　2 結(jié)果與分析

　　2. 1 產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

　　常溫下，雜交秈稻單株產(chǎn)量低于秈粳雜交稻，而偏粳型秈粳雜交稻單株產(chǎn)量顯著高于其他品種( 圖 1- A) 。由表 2 可知，高溫導(dǎo)致不同遺傳背景的雜交稻單株產(chǎn)量均顯著下降，其中雜交秈稻中的兩個(gè)品種平均單株產(chǎn)量較 CK 下降 25. 07%，顯著低于偏秈型秈粳雜交稻單株產(chǎn)量( 下降率 35. 84%) 和偏粳型秈粳雜交稻 ( 下降率 54. 13%) 。由圖 1-B 可知，常溫下雜交秈稻結(jié)實(shí)率較高，而秈粳雜交稻之間無顯著差異。開花期高溫導(dǎo)致結(jié)實(shí)率顯著下降，雜交秈稻、偏秈型和偏粳型秈粳雜交稻平均下降率分別為 23. 88%、28. 59% 和 43. 45%，雜交秈稻結(jié)實(shí)率顯著高于偏秈型和偏粳型雜交稻，其中偏粳型雜交稻受熱害影響最嚴(yán)重。每穗粒數(shù)受高溫影響顯著降低( 表 2) 。開花期高溫對水稻千粒重和有效穗數(shù)無顯著影響。

　　由圖 2 可知，不同遺傳背景的雜交稻耐熱系數(shù)不同，其中雜交秈稻耐熱系數(shù)( 0. 73) 高于秈粳雜交稻，且秈粳雜交稻中以偏粳稻型雜交稻耐熱性最差( 偏秈型 0. 67，偏粳型 0. 47) ，表明雜交秈稻具有較強(qiáng)的高溫耐受性。

　　高溫處理下噴施 1. 5% BR 溶液后，所有品種單株產(chǎn)量均顯著提高，但不同遺傳背景的雜交稻變化幅度不同。偏粳型秈粳雜交稻上升率最高，兩年平均值達(dá)到 49. 20%，盡管噴施 BR 后產(chǎn)量顯著高于高溫未噴施組( HT) ，但與常溫對照( CK) 相比仍顯著下降; 偏秈型秈粳 雜 交 稻 和 型 雜 秈 稻 兩 年 平 均 上 升 率 分 別 為 30. 08%和 24. 67%，其中 ZZY8 和 YU15 在連續(xù)兩年的試驗(yàn)中單株產(chǎn)量與常溫對照組相比無顯著差異，而 ZZY1 僅在 2019 年試驗(yàn)中單株產(chǎn)量達(dá)到常溫對照水平。從產(chǎn)量構(gòu)成因素分析，噴施 BR 后結(jié)實(shí)率相對于高溫未噴施組顯著上升，其中偏秈型秈粳雜交稻在兩年的結(jié)果中，結(jié)實(shí)率均達(dá)到常溫對照水平; 盡管雜交秈稻噴施 BR 后結(jié)實(shí)率顯著上升，但是仍顯著低于常溫對照; 在噴施 BR 后，偏粳型雜交稻 ZY18 在 2020 年、 YU12 在 2019 年中，噴施 BR 組與常溫對照組的結(jié)實(shí)率無顯著差異。另外，偏秈型雜交稻結(jié)實(shí)率顯著高于偏粳型雜交稻和雜交秈稻( 圖 1-B) 。高溫下噴施 BR對每穗粒數(shù)影響較小，除 ZZY1 在 2019 年中表現(xiàn)顯著上升，其他品種在 BR 噴施前后每穗粒數(shù)均無顯著差異。BR 處理對千粒重和單株穗數(shù)影響均較小。

　　由圖 2 可知，偏粳型雜交稻恢復(fù)系數(shù)高于其他品種 ( 偏粳型 2. 00，偏秈型 1. 43，雜交秈型 1. 23) ，表明偏粳型秈粳雜交稻在 BR 作用下，緩解熱害損傷效果最明顯，表現(xiàn)在 BR 噴施后結(jié)實(shí)率和單株產(chǎn)量上升率最高。

　　2. 2 高溫和激素處理影響花粉活力

　　水稻結(jié)實(shí)率與開花期花粉受精能力直接相關(guān)，高溫影響花粉活力，降低花粉受精率，導(dǎo)致結(jié)實(shí)率下降。由圖 3 可知，雜交秈稻和秈粳雜交稻在常溫條件下花粉活力約為 97% ～ 100%，且品種間無顯著差異( 圖 4) 。高溫處理后，所有品種花粉活力均顯著降低，雜交秈稻比常溫對照下降 4. 76 個(gè)百分點(diǎn)，偏秈型和偏粳型秈粳雜交稻花粉活力分別下降 10. 68 和 11. 21 個(gè)百分點(diǎn)。高溫下噴施 BR 后，雜交秈稻花粉活力提高了 1. 20 個(gè)百分點(diǎn)，但未達(dá)顯著水平; 偏秈型和偏粳型雜交稻花粉活力則顯著提高，但仍顯著低于常溫對照水平。結(jié)果表明，與秈粳雜交稻相比，高溫下雜交秈稻仍具有相對較高的花粉活力，偏粳型雜交稻花粉活力受高溫影響最明顯; BR 噴施可有效緩解高溫對秈粳雜交稻花粉活力造成的損傷，其中偏粳型雜交稻恢復(fù)較明顯。

　　2. 3 抗氧化能力及相關(guān)基因表達(dá)

　　AsA、GSH 和 GlyⅠ是抗氧化防御系統(tǒng)中重要的組成之一，均可有效降低植物體內(nèi)超氧陰離子含量，在非生物應(yīng)激過程中起到關(guān)鍵作用。由圖 5 可知，當(dāng)植物受到外界高溫刺激時(shí)，所有水稻品種細(xì)胞內(nèi)超氧陰離子含量升高，雜交秈稻、偏秈型和偏粳型雜交稻分別平均增加 5%、6%和 13%。高溫下噴施 BR 后超氧陰離子含量與高溫對照相比，分別降低了 3%、8%和 15%。高溫處理 10 d 后，AsA、GSH 含量和 GlyⅠ活性顯著低于常溫對照，其中雜交秈稻 AsA、GSH 含量和 GlyⅠ活性分別較常溫對照下降 6. 67%、1. 92%和 8. 29%; 偏秈型雜交稻分別下降 24. 30%、20. 91%和 11. 56%; 偏粳型雜交稻分別下降 22. 92%、29. 49%和 24. 89%。高溫下噴施 BR 后，AsA、GSH 含量和 GlyⅠ活性總體顯著升高，且部分品種達(dá)到或接近常溫對照水平。其中，與高溫且未噴施 BR 處理相比，雜交秈稻的 AsA、GSH 含量和 GlyⅠ活性分別上升 3. 93%、13. 84%和 6. 95%; 偏秈型雜交稻分別上升 9. 26%、22. 02%和 12. 81%; 偏粳型雜交稻分別上升 37. 20%、53. 04% 和 14. 13%。綜上，噴施 BR 能夠增加非酶抗氧化劑含量和 GlyⅠ活性，降低細(xì)胞內(nèi)超氧陰離子含量，提高不同遺傳背景雜交稻的耐高溫能力; 偏粳型雜交稻對高溫處理表現(xiàn)敏感，但噴施 BR 后，可顯著提高抗性; 雜交秈稻高溫下抗氧化能力較強(qiáng)，噴施 BR 對 AsA、GSH 含量和 GlyⅠ 活性也有明顯的提高作用，但變化幅度明顯低于秈粳雜交稻。

　　抗氧化系統(tǒng)抵御高溫脅迫受相關(guān)基因調(diào)控。由圖 6 可知，抗壞血酸過氧化物酶基因 OsAPXI 可負(fù)向調(diào)控 AsA 含量，高溫處理 10 d 后表達(dá)水平升高，雜交秈稻提高 19. 91%，其上升率低于偏秈型( 29. 44%) 和偏粳型雜交稻( 28. 30%) 。噴施 BR 后，OsAPXI 表達(dá)水平顯著高于高溫對照，雜交秈稻、偏秈型和偏粳型雜交稻的 OsAPXI 表達(dá)水平分別提高 27. 49%、32. 64% 和 44. 47%，但仍低于常溫對照。乙二醛酶系統(tǒng)對 MG 系統(tǒng)起到了重要的解毒作用，乙二醛酶相關(guān)基因 OsGLYI8 在高溫下表達(dá)水平顯著下降，其中偏秈型雜交稻下降率最明顯( 27. 37%) ，噴施 BR 后 OsGLYI8 表達(dá)水平顯著上升，且除偏粳型雜交稻外，其他品種與常溫對照無顯著差異。過氧化氫酶通過氧化細(xì)胞內(nèi)積累的 H2O2，降低 ROS 含量。檢測過氧化氫酶相關(guān)基因 OsCATB 表達(dá)量，結(jié)果顯示，在高溫處理 10 d 后表達(dá)水平顯著下降，雜交秈稻、偏秈型和偏粳型雜交稻分別下降 11. 25%、22. 11%和 29. 84%。高溫下噴施 BR 后， OsCATB 表達(dá)水平顯著上升，3 種 雜 交 稻 分 別 上 升 6. 26%、26. 18%和 38. 41%，其中雜交秈稻噴施 BR 后與常溫對照無顯著差異，其他品種均顯著高于常溫對照。谷胱甘肽過氧化物酶基因 OsGPX3 可催化 H2O2 和其他有機(jī)過氧化物，是重要的抗氧化酶之一。高溫下 OsGPX3 表達(dá)水平顯著下降，雜交秈稻、偏秈型和偏粳型雜交稻分別下降 18. 05%、35. 90%和 35. 09%; 噴施 BR 后，OsGPX3 表達(dá)水平與常溫對照無顯著差異。

　　3 討論

　　近年來高溫?zé)岷︻l繁發(fā)生，已經(jīng)成為水稻產(chǎn)量，尤其是雜交稻產(chǎn)量的限制因素之一。經(jīng)前人報(bào)道，水稻穗分化期是幼穗分化和穎花形成的關(guān)鍵時(shí)期，該時(shí)期高溫將導(dǎo)致每穗粒數(shù)顯著降低[26-27]。本研究結(jié)果顯示，開花期高溫導(dǎo)致每穗粒數(shù)降低，但下降幅度相對較小，其原因可能是，盡管該時(shí)期穎花已經(jīng)基本完成分化，但是高溫導(dǎo)致穗下部穎花發(fā)生不同程度退化，影響每穗粒數(shù)。Wu 等[28]研究表明噴施蕓苔素內(nèi)酯可以增加水稻分蘗數(shù)和每穗粒數(shù)，從而提高產(chǎn)量。而本研究結(jié)果顯示，高溫下噴施 BR 對不同遺傳背景雜交稻的分蘗數(shù)和每穗粒數(shù)影響較小，與高溫對照相比并無顯著差異，表明在開花期噴施 0. 15% BR，盡管可以在一定程度上降低穎花退化率，但效果并不顯著，其原因可能是高溫處理僅在水稻開花期，該時(shí)期并不是分蘗和穎花形成的關(guān)鍵時(shí)期。

　　粳稻多生長于氣溫較低的溫帶地區(qū)，具有較強(qiáng)的耐寒性，秈稻生長于氣溫相對較高的熱帶和亞熱帶地區(qū)，耐熱性較強(qiáng)[29-30]。秈粳雜交稻品種受雙親的遺傳特性 影 響，偏秈型雜交稻耐熱性強(qiáng)于偏粳型雜交稻[31]。在本研究中，2 個(gè)雜交秈稻的耐熱系數(shù)顯著高于其他秈粳雜交稻，其中偏粳型雜交稻耐熱性最差，這與前人研究結(jié)果相一致。在高溫下噴施 BR 后，偏粳型雜交稻的恢復(fù)系數(shù)顯著高于偏秈型和雜交秈稻。抗氧化能力分析表明，高溫處理下噴施 BR 能顯著增加受熱害損傷后的偏粳型雜交稻的抗氧化劑含量和 GlyⅠ活性，但對雜交秈稻的作用效果相對較小，這可能是導(dǎo)致不同類型雜交稻恢復(fù)系數(shù)不同的主要原因。

　　劉業(yè)濤等[18]研究表明，經(jīng)高溫處理 7 d 后，水稻為抵御外界刺激，SOD、CAT、POD 活性增加，而持續(xù)高溫處理 15 d 后這些酶活性顯著下降，表明抗氧化酶活性在高溫脅迫后迅速升高，當(dāng)植株自身抵御能力達(dá)到極限后相關(guān)酶活性開始下降。在本研究中，選取高溫處理 10 d 后水稻劍葉，結(jié)果顯示 AsA 等含量相對于常溫對照已經(jīng)呈下降趨勢，而此時(shí)超氧陰離子積累量上升; 噴施 BR 后，這些指標(biāo)相對于高溫對照組均呈上升趨勢，而超氧陰離子含量相對較低。說明在本試驗(yàn)條件下，雜交稻的自我保護(hù)能力維持時(shí)間小于 10 d，當(dāng)體內(nèi) ROS 含量達(dá)到一定濃度，會(huì)對植株產(chǎn)生損傷，在此期間，不同類型雜交稻間抗氧化能力存在顯著差異。

　　本研究結(jié)果表明，高溫處理后水稻劍葉 AsA 含量下降，抗壞血酸過氧化物酶基因 OsAPXI 表達(dá)量上升，說明 OsAPXI 負(fù)調(diào)控 AsA 的合成。在本研究中，高溫脅迫下，GSH 含量下降，其相關(guān)基因 OsGPX3 表達(dá)量也顯著下降，表明 OsGPX3 正向調(diào)節(jié) GSH 的合成，從而調(diào)節(jié) ROS 含量。GlyⅠ相關(guān)基因 OsGLYI8 在高溫處理 10 d 后表達(dá)水平顯著下降，且 GlyⅠ活性和 GSH 含量降低，表明高溫刺激后 OsGLYI8 正向調(diào)控 GlyⅠ含量。植物抗氧化系統(tǒng)主要包含抗氧化酶和非酶抗氧化劑 2 種，大量研究表明抗氧化酶如 SOD、CAT、GPX 等，在高溫脅迫后其活性發(fā)生變化[32-33]，在 本研究 中 AsA、 GHS、GlyⅠ等在高溫脅迫下的變化趨勢均與前人研究結(jié)果相一致，但是在不同雜交稻類型中存在差異，這些差異導(dǎo)致不同類型雜交稻對高溫脅迫的抵抗能力不同。綜上所述，高溫引起水稻體內(nèi)氧化負(fù)擔(dān)，通過噴施 BR 可增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)和乙二醛酶系統(tǒng)對植株的保護(hù)能力，提高水稻開花期的耐高溫性。但是 BR 對熱害損傷的緩解效果在品種間存在差異，偏粳型雜交稻在 BR 噴施后其耐熱系數(shù)上升幅度顯著高于雜交秈稻和偏秈型雜交稻。有研究顯示，BR 可通過增強(qiáng) 2-半胱氨酸過氧化物酶( 2-cysteine peroxiredoxin，2-Cys) 和呼吸 氧 化 酶 1 ( respiratory burst oxidase homolog1，RBOH1) 和 GRX 的信號級聯(lián)反應(yīng)，提高番茄在冷脅迫下的抗氧化能力[34]。但高溫處理下 BR 是如何感知并調(diào)控細(xì)胞抗氧化能力的生理與分子機(jī)制尚不明確，且不同遺傳背景的雜交稻對 BR 作用效果差異也有待進(jìn)一步研究。

　　4 結(jié)論

　　本研究結(jié)果表明，高溫處理下，雜交秈稻抗氧化能力顯著高于秈粳雜交稻，但開花期噴施 BR 有效提高了秈粳雜交稻的抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)量和抗氧化系統(tǒng)清除超氧陰離子能力，可使噴施 BR 后的秈粳雜交稻達(dá)到正常的生長狀態(tài)。常溫處理下，秈粳雜交稻產(chǎn)量高于雜交秈稻，而高溫處理下秈粳雜交稻產(chǎn)量大幅下降，但偏秈型雜交稻產(chǎn)量仍高于偏粳型雜交稻和雜交秈稻。高溫下噴施 BR 后，偏秈型和偏粳型秈粳雜交稻產(chǎn)量顯著上升。因此，在高溫頻發(fā)的稻區(qū)，可種植偏秈型秈粳雜交稻，或者選擇偏粳型秈粳雜交稻且在開花期噴施 0. 15% BR，可以有效緩解熱害對產(chǎn)量造成的傷害。