董臣飛，顧洪如，丁成龍，許能祥，張文潔

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所，江蘇 南京 210014)

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水稻生育后期外源赤霉素調(diào)控稻草飼用品質(zhì)的機(jī)理研究

董臣飛，顧洪如，丁成龍，許能祥，張文潔

(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所，江蘇 南京 210014)

本研究利用兩優(yōu)培九(遲熟中秈)和南粳44(早熟晚粳)兩個(gè)水稻品種，開花后15 d噴施45 g/hm2赤霉素(GA)，在處理后第3和14 天采集水稻倒1葉樣品，分析其中內(nèi)源激素[GA，吲哚乙酸(IAA)和脫落酸(ABA)]的含量及與衰老相關(guān)指標(biāo)丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物歧化酶(POD)活性，并在收獲時(shí)采集稻草樣品分析飼用品質(zhì)和青貯品質(zhì)，分析外源GA調(diào)控稻草飼用品質(zhì)的機(jī)理。結(jié)果表明外施GA后秈稻品種兩優(yōu)培九和粳稻品種南粳44稻草的飼用品質(zhì)得到顯著改善，衰老進(jìn)程放緩；但是秈稻和粳稻品種間存在顯著差異：兩優(yōu)培九GA處理組稻草的單莖綠葉面積增加幅度極顯著高于南粳44(P<0.01)，稻草中的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)和粗蛋白(CP)增加幅度也顯著高于南粳44(P<0.05)，葉片中的MDA含量顯著低于對(duì)照(P<0.05)，SOD和POD活性顯著高于對(duì)照(P<0.05)，且增加幅度高于南粳44，葉片中的GA含量和GA/ABA均顯著高于對(duì)照(P<0.05)，且高于南粳44。這說(shuō)明水稻生育后期噴施外源GA能顯著改善稻草飼用品質(zhì)，主要通過(guò)減少M(fèi)DA的積累量，提高SOD和POD活性，提高內(nèi)源GA含量及GA/ABA來(lái)實(shí)現(xiàn)，但對(duì)衰老進(jìn)程較快的秈稻品種兩優(yōu)培九的效果優(yōu)于粳稻品種南粳44。

稻草；赤霉素；飼用品質(zhì)；調(diào)控機(jī)理

稻草飼料化利用是當(dāng)前秸稈綜合利用研究的熱點(diǎn)。前人對(duì)稻草飼用的研究多集中在調(diào)制方法上[1-2]，但效果受到稻草理化性狀及機(jī)械設(shè)備等因素的限制。通過(guò)栽培及遺傳育種措施改善稻草飼用品質(zhì)是提高稻草飼用率的簡(jiǎn)易方法，但目前這方面的研究較少。在改善稻草飼用品質(zhì)的農(nóng)藝措施中，施用外源赤霉素(gibberellic acid，GA)是有效方式。經(jīng)前期研究表明水稻(Oryzasativa)生育后期進(jìn)行外源GA處理能增加收獲時(shí)稻草的綠葉面積，提高稻草中的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(nonstructural carbohydrates, NSC)和粗蛋白(crude protein, CP)含量，有效改善稻草飼用品質(zhì)[3-4]，但缺乏深入的機(jī)理研究。

激素在植物生長(zhǎng)發(fā)育和作物產(chǎn)量形成中起著十分重要的調(diào)控作用[5-7]。植物激素通過(guò)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。GA是調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的五大激素之一，與其他激素相比，具有價(jià)格便宜、效果良好、使用方法簡(jiǎn)單、毒性低等優(yōu)勢(shì)，是目前國(guó)內(nèi)外使用最廣泛的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，主要生理功能為：促進(jìn)植物細(xì)胞分裂、莖葉伸長(zhǎng)，加速植物生長(zhǎng)發(fā)育等。GA還能對(duì)植物的抗性產(chǎn)生影響。有研究表明外源GA3處理能提高鹽脅迫條件下水稻的植株活力[8]，外源GA處理后水稻根系[9-10]、葉鞘[11]、液泡壁[12]的相關(guān)蛋白表達(dá)水平發(fā)生了變化。還有研究表明GA對(duì)纖維素合成也具有調(diào)控作用[13]。但對(duì)于GA改善稻草飼用品質(zhì)的機(jī)理尚未見到相關(guān)報(bào)道。

在前期研究基礎(chǔ)上，本研究采用兩優(yōu)培九和南粳44兩個(gè)不同類型水稻品種，開花后15 d噴施45 g/hm2GA，在處理后不同時(shí)間采集水稻葉片樣品，分析其中內(nèi)源激素含量及與衰老相關(guān)指標(biāo)丙二醛(malondialdehyde, MDA)含量、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和過(guò)氧化物歧化酶(peroxidase, POD)活性，并在收獲時(shí)采集稻草樣品分析飼用品質(zhì)和青貯品質(zhì)，分析外源GA調(diào)控稻草飼用品質(zhì)的機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

利用江蘇地區(qū)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用的2個(gè)不同類型的優(yōu)質(zhì)水稻品種進(jìn)行試驗(yàn)：兩優(yōu)培九-雜交秈稻，南粳44-早熟晚粳。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)于2015年在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻試驗(yàn)田進(jìn)行。5月10日播種，6月13日插秧。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)10行，每行10株，1穴1株，行株距為30 cm×20 cm。按照常規(guī)水稻進(jìn)行肥水管理。

1.3 測(cè)定內(nèi)容及方法

水稻開花后挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的主莖倒1葉掛牌，在水稻開花后第15 天，即9月8日上午噴藥，GA噴施濃度為45 g/hm2。噴藥后第3 天(9月11日，即開花后第18 天)和第14 天(9月22日，即開花后第29 天)取樣。采集主莖倒1葉，用錫箔紙包好放入液氮罐中冷凍保存。分別用于GA，脫落酸(abscisic acid, ABA)，吲哚乙酸(3-indole acetic acid, IAA)3種內(nèi)源激素的測(cè)定及丙二醛(MDA)含量，超氧化物歧化酶(SOD)和過(guò)氧化物歧化酶(POD)活性的測(cè)定。試驗(yàn)所用GA為上海瑞永生物科技有限公司生產(chǎn)的純度≥90%的赤霉酸(GA3)。

籽粒蠟熟晚期收獲。每小區(qū)挑選長(zhǎng)勢(shì)一致且沒(méi)有掛牌的植株10株收割，留茬高度10 cm，挑選其中長(zhǎng)勢(shì)一致的20個(gè)分蘗，測(cè)定單莖綠葉面積，然后105 ℃殺青15 min，75 ℃烘干至恒重并稱重，粉碎過(guò)孔徑0.38 mm的篩子，將草粉裝入密封樣品袋備用，測(cè)定非結(jié)構(gòu)性碳水化合物 (NSC)、粗蛋白 (CP)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)的含量和干物質(zhì)體外消化率(invitrodry matter digestibility,IVDMD)。另取300 g左右樣品青貯，3次重復(fù)，裝入40 cm×30 cm的聚乙烯袋內(nèi)，真空封口，室溫貯藏60 d，開袋檢測(cè)，利用青貯浸提液測(cè)定pH、氨態(tài)氮(NH3-N)和乳酸(lactic acid, LA)的含量。

NSC的測(cè)定參考Yoshida[14]的方法。CP用丹麥產(chǎn)的蛋白分析儀測(cè)定(KJELTEC2300, Foss, Denmark)。NDF、ADF用范氏法測(cè)定[15]。IVDMD的測(cè)定參考胃蛋白酶-纖維素酶兩步法[16]。青貯浸提液的pH用Micro-Bench型pH計(jì)直接對(duì)青貯浸提液進(jìn)行測(cè)定，LA含量采用對(duì)羥基聯(lián)苯法測(cè)定[17]。NH3-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定[18]。

內(nèi)源激素測(cè)定方法。激素提?。簻?zhǔn)確稱量約 0.5 g 新鮮樣品，于液氮中研磨粉碎；向粉末中加入 5 mL 異丙醇/鹽酸提取緩沖液，4 ℃振蕩 30 min；加入 10 mL 二氯甲烷，4 ℃振蕩 30 min；4 ℃，13000 r/min 離心 5 min，取下層有機(jī)相；避光，以氮?dú)獯蹈捎袡C(jī)相，以300 μL甲醇(0.1%甲酸)溶解；過(guò) 0.45 μm 濾膜，進(jìn) HPLC-MS/MS 檢測(cè)。

液質(zhì)檢測(cè)：標(biāo)準(zhǔn)溶液配制，以甲醇(0.1%甲酸)為溶劑配制梯度為 1，5，10，20，50，200 ng/mL 的 IAA、GA3、ABA 標(biāo)準(zhǔn)溶液；液相條件，色譜柱：安捷倫 ZORBAX 300SB-C18 反相色譜柱(4.6×150,3 μm)；柱溫：30 ℃；流動(dòng)相：A∶B=(甲醇/0.1%甲酸)∶(水/0.1%甲酸)；洗脫梯度：0～2 min，A=20%；2～14 min，A遞增至80%；14～15 min，A=80%；15.1 min，A遞減至 20%；15.1～20.0 min，A=20%，進(jìn)樣體積：2 μL。

質(zhì)譜條件：氣簾氣：103425 Pa；噴霧電壓：4500 V；霧化氣壓力：448175 Pa；輔助氣壓力：482650 Pa；霧化溫度：400 ℃。

MDA及SOD、POD測(cè)定方法。MDA含量測(cè)定：準(zhǔn)確稱量約 0.5 g 新鮮植物樣品，于預(yù)冷研缽中加 5 mL三氯乙酸(trichloroacetic acid, TCA)提取液研磨至勻漿；所得勻漿在3000 r/min下離心10 min；取離心所得上清液 2 mL，加硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid, TBA)2 mL，混合后于100 ℃水浴30 min，冷卻后離心；以 TCA 取代提取液做對(duì)照，分別在450，532和600 nm處測(cè)定吸光值。

POD測(cè)定：準(zhǔn)確稱量約 0.5 g 新鮮植物樣品，于預(yù)冷研缽中加適量磷酸緩沖液研磨至勻漿；所得勻漿在 3000 r/min下離心10 min，上清液轉(zhuǎn)入25 mL 容量瓶中，沉淀用5 mL緩沖液再提取兩次，合并提取液，定容至刻度，低溫下保存?zhèn)溆?；取酶?0.1 mL，加入到含有 2.9 mL 緩沖液、1 mL 2%過(guò)氧化氫、1 mL 0.05 mol/L的愈創(chuàng)木酚的試管中，立即搖勻，并倒入比色皿中；以緩沖液代替酶液做對(duì)照，于470 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度，以后每隔30 s測(cè)定一次，共測(cè)定 3～4 min。

SOD測(cè)定：準(zhǔn)確稱量約0.5 g 新鮮植物樣品，于預(yù)冷研缽中加5 mL磷酸緩沖液研磨至勻漿；所得勻漿在 4000 r/min下離心10 min，上清液即為SOD 提取液，低溫下保存?zhèn)溆茫∶敢?0.1 mL，加入到含有1.5 mL 緩沖液、0.3 mL 130 mmol/L的甲硫氨酸(methionine，Met)溶液、0.3 mL 750 μmol/L的氮藍(lán)四唑(nitro-blue tetrazolium，NBT)溶液、0.3 mL 100 μmol/L的乙二胺四乙酸二鈉(edetate disodium，EDTA-Na2)和20 μmol/L 核黃素的試管中，搖勻后于4000 lx日光下反應(yīng)20 min；以緩沖液代替酶液做2支對(duì)照，1支同樣品一起光照處理，一支避光處理，反應(yīng)結(jié)束后，以避光對(duì)照管做空白，于560 nm 波長(zhǎng)下測(cè)定吸光度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 11.5軟件進(jìn)行方差分析，用Excel軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)源激素含量測(cè)定結(jié)果

GA處理后第3 天取樣內(nèi)源激素含量測(cè)定結(jié)果見表1。兩優(yōu)培九GA處理組的IAA含量為1.90 ng/g，顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，而南粳44 GA處理組的IAA含量為3.80 ng/g，顯著低于對(duì)照組的4.36 ng/g(P<0.05)，南粳44不同處理組的IAA含量均高于兩優(yōu)培九；兩優(yōu)培九GA處理組的ABA含量為5.40 ng/g，顯著低于對(duì)照組的6.05 ng/g(P<0.05)，而南粳44 GA處理組的ABA含量為4.49 ng/g，顯著高于對(duì)照組的3.59 ng/g(P<0.05)，南粳44不同處理的ABA含量均顯著低于兩優(yōu)培九(P<0.05)；兩個(gè)品種GA處理組的GA含量均極顯著高于對(duì)照(P<0.01)，兩優(yōu)培九GA處理組的GA含量為242.89 ng/g，對(duì)照組僅為5.66 ng/g，而南粳44 GA處理組的GA含量為167.62 ng/g，對(duì)照組為6.08 ng/g。

表1 外源GA處理后第3 天水稻葉片內(nèi)源激素含量

注：* 和**分別代表在P<0.05 和P<0.01水平差異顯著。NS表示差異不顯著。同一列不同小寫字母代表P<0.05水平差異顯著。IAA:吲哚乙酸；ABA:脫落酸；GA:赤霉素。下同。

Note: * and ** indicate significant at levelP<0.05 andP<0.01，respectively. NS indicates no significant. Different lowercase letters in the same column mean significantly different atP<0.05 level. IAA: 3-indole acetic acid; ABA: Abscisic acid; GA: Gibberellic acid. The same below.

不同內(nèi)源激素含量的比值差異顯著。兩優(yōu)培九對(duì)照組的GA/IAA為3.78，而GA處理組高達(dá)128.42，差異極顯著(P<0.01)，南粳44對(duì)照組的GA/IAA為1.40，極顯著低于GA組的44.17(P<0.01)，兩優(yōu)培九對(duì)照組和GA處理組的GA/IAA均顯著高于南粳44(P<0.05)。兩優(yōu)培九對(duì)照組的GA/ABA為0.94，極顯著低于GA處理組(P<0.01)，也低于南粳44對(duì)照組的1.69，南粳44 GA處理組的GA/ABA為37.30，顯著高于其對(duì)照組(P<0.05)，但低于兩優(yōu)培九GA處理組。兩優(yōu)培九對(duì)照組的IAA/ABA為0.25，顯著低于GA處理組的0.35(P<0.05)，極顯著低于南粳44對(duì)照組的1.22(P<0.01)，南粳44 GA處理組的IAA/ABA為0.85，顯著低于其對(duì)照組(P<0.05)。

GA處理后第14 天采樣內(nèi)源激素含量測(cè)定結(jié)果見表2。兩優(yōu)培九GA處理組的IAA含量為2.98 ng/g，顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，與第一次取樣結(jié)果相比IAA含量均顯著上升(P<0.05)，而南粳44 GA處理組的IAA含量為2.49 ng/g，顯著低于對(duì)照組的2.89 ng/g(P<0.05)，與第一次取樣相比IAA含量均有所下降；兩優(yōu)培九GA處理組的ABA含量為8.66 ng/g，顯著高于對(duì)照組的6.63 ng/g(P<0.05)，且較第一次取樣結(jié)果顯著上升(P<0.05)，而南粳44 GA處理組的ABA含量為3.80 ng/g，顯著高于對(duì)照組的3.34 ng/g(P<0.05)，且較第一次取樣結(jié)果顯著下降(P<0.05)；兩個(gè)品種GA處理組的GA含量均極顯著高于對(duì)照(P<0.01)，但較第一次取樣結(jié)果均大幅下降，兩優(yōu)培九GA組為49.33 ng/g，對(duì)照組僅為0.98 ng/g，而南粳44 GA處理組的GA含量為42.84 ng/g，對(duì)照組為4.62 ng/g。

表2 外源GA處理后第14 天水稻葉片內(nèi)源激素含量

不同內(nèi)源激素含量的比值差異顯著。兩優(yōu)培九對(duì)照組的GA/IAA為0.28，極顯著低于第一次取樣的3.78(P<0.01)，而GA處理組為16.56，顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，但低于第一次取樣的128.42，差異極顯著(P<0.01)，南粳44對(duì)照組的GA/IAA為1.60，高于第一次取樣的1.40，但極顯著低于GA組的17.28(P<0.01)，顯著低于第一次取樣的44.17(P<0.05)，兩優(yōu)培九對(duì)照組和GA處理組的GA/IAA均低于南粳44。兩優(yōu)培九對(duì)照組的GA/ABA為0.15，極顯著低于GA處理組的5.70(P<0.01)，也低于南粳44對(duì)照組的1.38，南粳44 GA處理組的GA/ABA為11.29，顯著高于其對(duì)照組(P<0.05)，也高于兩優(yōu)培九GA處理組。兩優(yōu)培九對(duì)照組的IAA/ABA為0.54，顯著高于GA處理組的0.34(P<0.05)，南粳44 GA處理組的IAA/ABA為0.65，顯著低于其對(duì)照組(P<0.05)。

2.2 MDA及SOD和POD測(cè)定結(jié)果

GA處理后第3 天取樣的MDA含量、SOD和POD活性測(cè)定結(jié)果見表3。兩優(yōu)培九GA處理組的MDA含量為14.86 μmol/g，顯著低于對(duì)照組(P<0.05)，而南粳44 GA處理組的MDA含量為33.56 μmol/g，顯著低于對(duì)照組的38.94 μmol/g(P<0.05)，且南粳44不同處理組的MDA含量均顯著高于兩優(yōu)培九(P<0.05)；兩優(yōu)培九GA處理組的SOD含量為166.64 U/g，顯著高于對(duì)照組的125.70 U/g(P<0.05)，而南粳44 GA處理組的SOD含量為157.97 U/g，顯著低于對(duì)照組的173.83 U/g(P<0.05)；兩優(yōu)培九GA處理組的POD含量為724.23 U/(g·min)，極顯著高于對(duì)照組的393.93 U/(g·min)(P<0.01)，而南粳44 GA處理組的POD含量為776.66 U/(g·min)，極顯著低于對(duì)照組的820.24 U/(g·min)(P<0.01)。南粳44不同處理組的POD含量均顯著高于兩優(yōu)培九(P<0.05)。

表3 外源GA處理后第3 天水稻葉片MDA含量及SOD和POD活性

注：MDA:丙二醛；SOD:超氧化物歧化酶；POD:過(guò)氧化物歧化酶。下同。

Note: MDA: Malondialdehyde; SOD: Superoxide dismutase; POD: Peroxidase. The same below.

GA處理后第14 天取樣的MDA含量、SOD和POD活性結(jié)果見表4。兩優(yōu)培九GA處理組的MDA含量為2.21 μmol/g，顯著低于對(duì)照組的3.46 μmol/g(P<0.05)，南粳44 GA處理組的MDA含量為2.70 μmol/g，顯著低于對(duì)照組的4.24 μmol/g(P<0.05)，兩優(yōu)培九和南粳44的MDA含量均顯著低于第一次取樣結(jié)果(P<0.05)；兩優(yōu)培九GA處理組的SOD含量為180.32 U/g，顯著高于對(duì)照組的173.19 U/g(P<0.05)，而南粳44 GA處理組的SOD含量為170.20 U/g，顯著低于對(duì)照組的197.43 U/g(P<0.05)，南粳44和兩優(yōu)培九不同處理的SOD含量均顯著高于第一次取樣結(jié)果(P<0.05)；兩優(yōu)培九GA處理組的POD含量為2845.66 U/(g·min)，極顯著高于對(duì)照組的1853.62 U/(g·min)(P<0.01)，而南粳44 GA處理組的POD含量為2261.25 U/(g·min)，極顯著高于對(duì)照組的2144.47 U/(g·min)(P<0.01)。兩優(yōu)培九和南粳44不同處理的POD含量均極顯著高于第一次取樣結(jié)果(P<0.01)。

表4 外源GA處理后第14 天水稻葉片MDA含量及SOD和POD活性

2.3 不同處理的稻草飼用品質(zhì)

圖1 GA處理后兩優(yōu)培九和南粳44的稻草綠葉面積Fig.1 The green leaf area of Liangyoupeijiu and Nanjing 44 after GA application不同小寫字母代表P<0.05水平差異顯著。Different lowercase letters mean significantly different at P<0.05 level.

GA處理后兩優(yōu)培九和南粳44收獲時(shí)的單莖綠葉面積見圖1。兩優(yōu)培九GA處理組的綠葉面積為117.01 cm2，對(duì)照組為22.89 cm2，增幅為411.18%，而南粳44單莖綠葉面積GA處理組為117.06 cm2，對(duì)照組為95.41 cm2，增幅為22.69%，極顯著低于兩優(yōu)培九(P<0.01)。

外源GA處理后兩優(yōu)培九和南粳44稻草飼用品質(zhì)性狀見表5。兩優(yōu)培九GA處理組稻草的NSC含量極顯著高于對(duì)照(P<0.01)，CP含量高于對(duì)照，NDF和ADF差異不顯著(P>0.05)，IVDMD顯著高于對(duì)照(P<0.05)；而南粳44雖然對(duì)照組和GA處理組的稻草飼用品質(zhì)各性狀均優(yōu)于兩優(yōu)培九，如NSC含量、CP含量均高于兩優(yōu)培九，而NDF和ADF含量則低于兩優(yōu)培九，但GA處理后的效果則與兩優(yōu)培九不同：南粳44 GA組的NSC含量較對(duì)照組上升了13.56%，CP含量上升了18.27%，而兩優(yōu)培九則分別上升了91.04%和24.65%。另外，兩優(yōu)培九GA處理組的NDF和ADF含量差異不顯著(P>0.05)，而南粳44 GA處理組的NDF和ADF含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05)。

表5 GA處理后的稻草飼用品質(zhì)性狀

IVDMD：干物質(zhì)體外消化率Invitrodry matter digestibility；NSC：非結(jié)構(gòu)性碳水化合物Nonstructural carbohydrates；CP：粗蛋白 Crude protein；NDF：中性洗滌纖維Neutral detergent fiber；ADF：酸性洗滌纖維Acid detergent fiber。

表6 GA處理后的稻草青貯品質(zhì)性狀Table6 ThefermentationqualityofricestrawafterGAapplication品種Varieties處理TreatmentspHLA(mg/g)NH3-N(mg/g)兩優(yōu)培九LiangyoupeijiuCK4.745.34b9.64aGA4.655.97a8.51b南粳44Nanjing44CK4.3611.864.32GA4.2011.874.29品種Varieties(V)*****處理Treatments(T)NS****V×T***** LA:乳酸Lacticacid.

不同GA 處理后稻草青貯品質(zhì)見表6。兩優(yōu)培九對(duì)照組與GA 處理組的LA 和NH3-N 含量差異顯著(P<0.05)，GA處理組的LA含量顯著高于對(duì)照組(P<0.05)，NH3-N含量低于對(duì)照組，pH差異不顯著(P>0.05)。南粳44GA處理組與對(duì)照組的青貯品質(zhì)性狀差異均不顯著(P>0.05)，但所有指標(biāo)顯著優(yōu)于兩優(yōu)培九(P<0.05)，LA含量顯著高于兩優(yōu)培九(P<0.05)，而NH3-N 含量顯著低于兩優(yōu)培九(P<0.05)，pH顯著低于兩優(yōu)培九(P<0.05)。

3 討論

3.1 外源GA處理對(duì)延緩植株衰老和改善稻草飼用品質(zhì)的效果

經(jīng)前期研究表明水稻生育后期稻草中的NSC含量呈現(xiàn)先下降后回升的趨勢(shì)，CP含量則持續(xù)下降[19]，若能有效延緩葉片衰老，則有利于促進(jìn)NSC在稻草中的積累，同時(shí)因減緩葉片衰老及葉綠素的分解，可提高稻草CP含量。本研究結(jié)果表明外源GA處理后秈稻品種兩優(yōu)培九和粳稻品種南粳44的衰老進(jìn)程相關(guān)指標(biāo)及稻草飼用品質(zhì)的變化存在差異：南粳44 GA組稻草中的NSC含量較對(duì)照組上升了13.56%，CP含量上升了18.27%，而兩優(yōu)培九則分別上升了91.04%和24.65%(表5)。兩優(yōu)培九GA處理組的綠葉面積增幅為411.18%，而南粳44單莖綠葉面積增幅為22.69%，極顯著低于兩優(yōu)培九(P<0.01)(圖1)。另外，本研究結(jié)果還表明外源GA處理后能有效減少葉片中MDA的積累，提高水稻葉片的SOD和POD活性(表3～4)。郭郁頻等[20]研究表明經(jīng)適宜濃度的GA3處理后，可緩解苜蓿(Medicagosativa)幼苗葉綠素的降解，可降低相對(duì)電導(dǎo)率，減少M(fèi)DA的積累，保持較高的SOD和POD活性，本研究與此結(jié)果一致。本研究中兩優(yōu)培九GA處理組的SOD和POD增加幅度均高于南粳44(表3～4)，而南粳44對(duì)照組在開花后第18天和第29天的SOD和POD活性均高于兩優(yōu)培九對(duì)照組(表3～4)，這說(shuō)明南粳44的衰老進(jìn)程比兩優(yōu)培九緩慢。綜合上述結(jié)果，說(shuō)明GA處理對(duì)衰老進(jìn)程慢的粳稻品種南粳44延緩衰老、改善稻草飼用品質(zhì)的效果不如對(duì)衰老進(jìn)程較快的秈稻品種兩優(yōu)培九顯著。

脂質(zhì)過(guò)氧化產(chǎn)物MDA含量是脂質(zhì)過(guò)氧化程度的重要指標(biāo)之一。它可引起生物大分子的變性或降解及生物合成的降低，破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)[21]。劉凱[22]研究表明GA能有效抑制水稻旗葉MDA含量的上升，能有效降低旗葉脂質(zhì)過(guò)氧化的速度，減少M(fèi)DA對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的破壞，對(duì)延緩細(xì)胞的衰亡有一定作用，本研究與此結(jié)果一致。SOD、POD是清除細(xì)胞活性氧等生物自由基的主要保護(hù)酶。SOD是一種誘導(dǎo)酶，能使氧自由基歧化為氧分子和過(guò)氧化氫；POD不但能清除過(guò)氧化氫，還能使脂質(zhì)的過(guò)氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)檎５闹舅?，從而阻止脂質(zhì)過(guò)氧化物的積累引起的細(xì)胞中毒[23]。POD是植物膜脂過(guò)氧化防御體系中最重要的一種保護(hù)酶，其活性的大小反映了植物對(duì)逆境引起的膜脂過(guò)氧化的防御能力[24]。本研究表明GA處理提高了水稻倒1葉的POD活性值，這對(duì)水稻植株清除體內(nèi)膜脂過(guò)氧化物、減小膜傷害的能力是有益的。

3.2 外源GA處理對(duì)植株內(nèi)源激素含量的影響

外源GA處理后，水稻葉片中的內(nèi)源激素含量發(fā)生了顯著變化，但秈稻和粳稻品種間存在顯著差異。GA處理后雖然內(nèi)源GA含量及GA/IAA和GA/ABA均高于對(duì)照組，但外源GA處理后第14 天的值均較GA處理后第3 天的值出現(xiàn)不同程度的下降(表1～2)。兩優(yōu)培九對(duì)照組的GA含量和GA/ABA在兩次取樣時(shí)均顯著低于南粳44對(duì)照組(P<0.05)，ABA含量高于南粳44，兩優(yōu)培九GA處理組的GA含量和GA/ABA在兩次取樣時(shí)均極顯著高于對(duì)照(P<0.01)，改變幅度高于南粳44(表1～2)。

植物激素間可以起相互協(xié)同作用或起相互拮抗作用，正是促進(jìn)和抑制物質(zhì)之間的相互平衡最終決定植物的生長(zhǎng)發(fā)育[7,25]。外源GA處理后，水稻內(nèi)源GA、ABA的含量發(fā)生了變化，GA/ABA也隨之改變，從而對(duì)水稻的生理進(jìn)程產(chǎn)生影響。這說(shuō)明延緩植株衰老從而改善稻草飼用品質(zhì)的機(jī)理是因?yàn)閲娛〨A后改變了水稻葉片內(nèi)源激素的含量及GA/ABA，從而對(duì)SOD和POD活性產(chǎn)生調(diào)控，高的GA/ABA有利于提高植株抗氧化抗衰老相關(guān)酶的活性，進(jìn)而延緩植株衰老，改善稻草飼用品質(zhì)。

本研究結(jié)果還表明南粳44 GA處理組的NDF和ADF含量顯著高于對(duì)照組(表5)。外施GA后南粳44稻草中的NDF和ADF含量上升，有可能與GA促進(jìn)纖維素的合成有關(guān)。最近Huang等[13]研究表明GA對(duì)纖維素合成的調(diào)控作用，通過(guò)對(duì)水稻GA相關(guān)突變體的細(xì)胞壁成分測(cè)定和基因表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)GA合成缺陷導(dǎo)致莖稈機(jī)械組織厚壁細(xì)胞的細(xì)胞壁變薄、纖維素含量下降；而GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)抑制子突變和外施GA均能上調(diào)纖維素合酶基因的表達(dá)，并增加纖維素含量，這表明GA可促進(jìn)纖維素合成。

4 結(jié)論

外施GA后秈稻品種兩優(yōu)培九和粳稻品種南粳44稻草的飼用品質(zhì)得到顯著改善，衰老進(jìn)程放緩；但是秈稻和粳稻品種間存在顯著差異：兩優(yōu)培九GA處理組稻草的單莖綠葉面積增加幅度極顯著高于粳稻品種南粳44，稻草中的NSC和CP增加幅度也顯著高于南粳44，與之相對(duì)應(yīng)的是葉片中的MDA含量顯著低于對(duì)照組，SOD和POD活性顯著高于對(duì)照，且增加幅度高于南粳44，葉片中的GA含量和GA/ABA均顯著高于對(duì)照組，且高于南粳44。這說(shuō)明水稻生育后期噴施外源GA能顯著改善稻草飼用品質(zhì)，主要通過(guò)減少M(fèi)DA的積累量，提高SOD和POD活性，提高內(nèi)源GA含量及GA/ABA來(lái)實(shí)現(xiàn)，但對(duì)衰老進(jìn)程較快的秈稻品種兩優(yōu)培九的效果優(yōu)于粳稻品種南粳44。

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Effects of gibberellic acid on forage quality of rice (Oryzasativa) straw

DONG Chen-Fei, GU Hong-Ru, DING Cheng-Long, XU Neng-Xiang, ZHANG Wen-Jie

InstituteofAnimalScience,JiangsuAcademyofAgriculturalSciences，Nanjing210014,China

In this study, two different rice (Oryzasativa) varieties, Liangyoupeijiu (late maturing indica) and Nanjing 44 (early maturing japonica), were used to investigate the mechanisms of gibberellic acid (GA) regulation of the forage value of rice straw during late growth. GA was applied 15 days after anthesis at a rate of 45 g/ha. The endogenous plant hormones [such as GA, 3-indole acetic acid (IAA), and abscisic acid (ABA)], superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD) activities, and malondialdehyde (MDA) content in the first top leaf were assessed on the 3rd d and 14th d after GA application. Forage quality and fermentation quality of rice straw were also assessed after rice harvest. The results indicated that the forage value Liangyoupeijiu and Nanjing 44 were significantly improved by GA application as a result of reduced senescence. However, there were significant cultivar differences; the green leaf area per tiller of Liangyoupeijiu was significantly higher than that of Nanjing 44 (P<0.01); nonstructural carbohydrates (NSC) and crude protein (CP) content in the straw of Liangyoupeijiu were significantly higher than those of Nanjing 44 (P<0.05). The MDA content of GA treated Liangyoupeijiu was significantly lower than that of the control (P<0.05), while the SOD and POD activities of GA treated plants were significantly higher than those of the control (P<0.05). The GA content and the GA∶ABA ratio of GA treated plants of Liangyoupeiju were significantly higher than those of the control (P<0.05) and Nanjing 44. It was concluded that application of GA during late growth could significantly improve the forage quality of rice straw. The effects of GA were greater in Liangyoupeijiu than in Nanjing 44.

rice straw; gibberellic acid; feeding quality; regulation mechanism

10.11686/cyxb2016014

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-01-11；改回日期：2016-03-25

國(guó)家自然科學(xué)基金(31302030)，江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目[CX(14)5036]和國(guó)家牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目(CARS-35-31)資助。

董臣飛(1981-)，女，山東青島人，副研究員，博士。E-mail: cfdong1981@126.com

董臣飛，顧洪如，丁成龍，許能祥，張文潔. 水稻生育后期外源赤霉素調(diào)控稻草飼用品質(zhì)的機(jī)理研究. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(11): 94-102.

DONG Chen-Fei, GU Hong-Ru, DING Cheng-Long, XU Neng-Xiang, ZHANG Wen-Jie. Effects of gibberellic acid on forage quality of rice (Oryzasativa) straw. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(11): 94-102.