項洪濤，齊德強，李琬，鄭殿峰，王月溪，王彤彤，王立志，曾憲楠，楊純杰，周行，趙海東

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后工作站，黑龍江 哈爾濱 150086；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所，黑龍江 哈爾濱 150086；3.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江 大慶163319)

水稻(Oryzasativa)是全球第二大作物，也是中國最主要的糧食作物之一，中國有60%以上的人口以稻米作為主要口糧食用，同時稻米也是全球半數(shù)以上人口的主糧[1-2]。水稻起源于熱帶地區(qū)，是喜溫植物，目前水稻種植范圍較廣，從熱帶、亞熱帶到溫帶、甚至是寒冷地區(qū)都有種植[2]。水稻生長對水分、光照等氣象條件具有一定的要求，尤其對溫度條件非常敏感[3]。在全球氣候變暖的背景下，極端天氣事件出現(xiàn)的頻率發(fā)生變化，呈增多增強的趨勢[4]，近年來我國東北地區(qū)夏季頻繁發(fā)生低溫，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成很大影響。與其他禾本科作物不同，水稻更容易受到低溫傷害，營養(yǎng)生長階段遭受低溫可推遲后續(xù)各生育時期并延遲抽穗[5]，生殖生長過程中能引起花粉不育、降低結(jié)實率并嚴重減產(chǎn)[6]，低溫對水稻生產(chǎn)的影響一直是水稻氣象研究的重點問題[4]。

低溫對水稻生長發(fā)育的影響是復(fù)雜的生理生化過程，同時水稻抵御冷害也是多系統(tǒng)協(xié)調(diào)參與的理化反應(yīng)過程。低溫發(fā)生后，植物細胞的結(jié)構(gòu)和內(nèi)含物會發(fā)生一系列的適應(yīng)性變化，以維持正常生長[7]。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對水稻障礙型冷害開展了有關(guān)研究，指出水稻對低溫的應(yīng)答主要體現(xiàn)在細胞膜系統(tǒng)受到不可逆的損害、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量提高、保護酶系統(tǒng)發(fā)生變化等方面。施大偉等[8]指出水稻抽穗期低溫導(dǎo)致活性氧的產(chǎn)生和清除失衡，O2-·迅速積累，膜脂過氧化加劇，細胞膜發(fā)生損傷。鄧化冰等[9]指出耐冷水稻品種的H2O2和丙二醛(MDA)含量顯著低于冷敏品種，這可能與耐冷品種活性氧的產(chǎn)生和清除相對較為均衡有關(guān)。Xiang等[10]指出在一定時間內(nèi)，低溫能夠使SOD、POD等保護酶活性得到提高，項洪濤等[2]的研究也表明低溫促進水稻可溶性物質(zhì)含量增加。低溫對水稻生產(chǎn)最大的影響就是降低產(chǎn)量，主要原因是花藥縮小，花藥內(nèi)不育花粉數(shù)量增加，結(jié)實率下降，進而影響水稻產(chǎn)量[11-12]。

脫落酸(ABA)是一種倍半萜植物激素，具有控制植物生長、抑制種子萌發(fā)及促進衰老等生理作用，參與植物響應(yīng)干旱、鹽堿、低溫等逆境脅迫的反應(yīng)[13]。內(nèi)源ABA含量在抗寒性不同的品種間具有比較明顯的差別，一般抗寒性強的品種其內(nèi)源ABA含量較高。低溫條件下，植物生長減慢，內(nèi)源激素水平發(fā)生變化，ABA增加，生長素(IAA)、赤霉素(GA)等減少[14]。外施ABA可以增強植物的抗冷性[13]，這在很多植物上已得到證實，如鄧鳳飛等[15]研究表明，外源ABA在低溫脅迫下能夠促進作物體內(nèi)脯氨酸的積累，黃杏等[16]報道低溫脅迫下外源ABA可以改變作物內(nèi)源激素水平，使內(nèi)源ABA含量增加，GA含量降低，提高作物抗寒性。方彥等[17]指出外源ABA具有提高作物抗寒性的誘導(dǎo)效應(yīng)，能提高作物氧化酶活性，同時減緩膜脂過氧化產(chǎn)物MDA的積累，這與孫哲等[18]報道的逆境脅迫下外源ABA能夠提高作物抗氧化防護系統(tǒng)，降低MDA含量，促進可溶性物質(zhì)的積累，提高作物抗逆性的研究結(jié)果一致。

目前，我國對水稻障礙型冷害的研究較多，但主要集中在孕穗期，對開花期低溫的相關(guān)研究較少，尤其是開花期低溫導(dǎo)致葉鞘生理機能的變化、外源ABA對低溫緩控效應(yīng)的研究更少。因此本試驗于開花期對水稻進行低溫處理，開展低溫脅迫下外源ABA對水稻葉鞘的影響，旨在分析外源ABA抵御低溫的作用，豐富寒地水稻的抗冷技術(shù)工程體系，為水稻保產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用龍稻5(LD5)和龍粳11(LJ11)為試驗品種。LD5為耐冷品種，LJ11為冷敏品種。供試材料由黑龍江省寒地作物生理重點實驗室提供。

1.2 試驗設(shè)計與處理

試驗于2015和2016年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所盆栽場及人工氣候室內(nèi)進行，由于兩年規(guī)律一致，本研究選用2016年數(shù)據(jù)。采用盆栽方式，單苗栽插，每盆保苗3株，盆高30 cm、直徑25 cm。試驗用土取自哈爾濱市道外區(qū)民主鄉(xiāng)，土壤類型為草甸黑土。供試土壤的理化性質(zhì)：土壤容重約為1.67 g·cm-3，最大田間持水量約為26.88%，有機質(zhì)含量2.92%、全氮1.35 g·kg-1、全磷0.64 g·kg-1、緩效鉀341.5 mg·kg-1、堿解氮151.6 mg·kg-1、速效磷49.97 mg·kg-1、速效鉀149.6 mg·kg-1、土壤pH 6.77。將試驗用土晾曬后，篩除雜質(zhì)，每盆稱取7.5 kg裝盆待用。4月26日進行種子處理，4月30日播種，5月25日進行移栽，每品種分別插秧150盆，選取長勢均勻的樣本進行試驗。待植株生長至開花期(7月12日)噴施ABA并進行低溫處理。處理當天上午10:00點，對正在開花的稻穗掛簽標識，采取葉面噴施方式施用外源ABA，ABA濃度分別為20 (T1)和40 mg·L-1(T2)，折合每hm2用液量為225 L，以噴施清水為對照(CK)。噴施完畢后放入人工氣候室內(nèi)進行低溫處理，處理溫度為恒定15 ℃，持續(xù)時間分別是1，2，3，4，5 d。

1.3 測定項目及方法

1.3.1取樣方法 處理期間，連續(xù)取樣5次，每天上午10:30取樣一次，對掛簽標記蘗的葉鞘進行取樣，取樣后立即放入液氮中，而后置于-80 ℃冰箱中保存，供測定生理指標使用。低溫處理后每天移至室外12盆，直至成熟，供結(jié)實率調(diào)查使用。

1.3.2測定方法 取有代表性的掛簽標識稻穗的穎花6朵，每個穎花取3個花藥，將花藥用I2-KI溶液染色后，觀察3個視野的染色情況，計算花粉活力；結(jié)實率采用人工調(diào)查法；按照李合生等[19]的方法測定SOD、POD、CAT的酶活性及MDA含量；采用考馬斯亮藍G-250染色法測定可溶性蛋白含量[19]；采用硫酸蒽酮比色法測定可溶性糖含量[20]；采用茚三酮比色法測定脯氨酸含量[20]；按照張憲政[20]的方法測定相對電導(dǎo)率；采用酶聯(lián)免疫吸附(Enzyme-Linked Immuno Sorbent Assay，簡稱ELISA)法測定激素含量[21]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和作圖，使用DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 開花期低溫脅迫下外源ABA對水稻生殖生長的影響

2.1.1對花粉活力的影響 由表1可知，開花期低溫處理后，水稻的花粉活力明顯下降，隨著處理時間的延長，花粉活力越來越低。外源ABA能夠有效抑制花粉活力的迅速降低。方差分析結(jié)果表明：LJ11低溫處理1～2 d，ABA處理與CK之間沒有明顯差異；處理3～4 d，顯著或極顯著高于CK；處理第5天，T1極顯著高于CK，T2處理與CK之間差異不顯著。對LD5而言，T1處理2、3和5 d，顯著或極顯著高于CK；T2處理在第2天顯著高于CK，其他時間與CK差異不顯著。低溫條件下，LD5的花粉活力高于LJ11，外源ABA處理后，T1的效果好于T2。

2.1.2對結(jié)實率的影響 由表2可知，開花期低溫處理后，水稻結(jié)實率隨著處理時間的延長越來越低。在一定的時間范圍內(nèi)，外源ABA能夠緩解水稻結(jié)實率的下降速率。經(jīng)過方差分析可知：對LJ11來說，T1處理1～4 d，顯著或極顯著高于CK；處理第5天，T1與CK之間沒有顯著性差異，T2處理僅在第2天結(jié)實率極顯著高于CK，其他時間與CK之間沒有顯著差異。對LD5而言，T1處理僅在第4天顯著高于CK；T2處理與CK差異不顯著。低溫條件下，耐冷品種LD5的結(jié)實率高于冷敏品種LJ11，T1處理結(jié)實率高于T2，外源ABA對冷敏品種LJ11的處理效果更好。

2.2 開花期低溫脅迫下外源ABA對水稻葉鞘內(nèi)源激素的影響

2.2.1對葉鞘內(nèi)源激素含量的影響 由表3可知，低溫處理后內(nèi)源ABA含量呈逐步上升的趨勢，GA和IAA含量呈逐步下降的趨勢。LJ11在處理4 d后，內(nèi)源ABA含量上升速率較緩，而LD5的上升幅度均高于LJ11，同時LD5在各時期的含量均高于LJ11。內(nèi)源IAA含量隨著低溫處理時間的延長變得越來越低，耐冷品種LD5下降的速率高于冷敏品種L11，處理第1天，兩個品種IAA含量較為接近，處理2～4 d，LD5的含量低于LJ11，處理第5天時，兩品種內(nèi)源IAA含量又降低到接近的水平。低溫導(dǎo)致葉鞘內(nèi)GA含量逐漸降低，冷敏品種LJ11下降的速率和幅度都高于耐冷品種LD5，同時LJ11在各時期的含量均高于LD5。

葉噴外源ABA能夠有效促進水稻葉鞘內(nèi)源激素含量的正向變化，其促進了內(nèi)源ABA含量的增加，尤其是T2處理，其顯著提高了LD5處理1 d時的含量，極顯著提高了處理2～5 d的內(nèi)源ABA含量，T2處理極顯著地提高了LJ11處理后3～5 d的內(nèi)源ABA含量。同時，外源ABA能夠有效促進葉鞘內(nèi)源IAA和GA含量的降低，方差分析結(jié)果表明，其顯著或極顯著降低了供試品種的GA含量，其中以T1處理效果更好；IAA含量也有變化，從處理2 d開始，外源ABA能顯著或極顯著降低葉鞘內(nèi)IAA含量，但是主要以T1處理的效果為好，T2處理的效果不明顯。

表1 開花期低溫條件下外源ABA對水稻花粉活力的影響 Table 1 Effect of exogenous ABA on pollen viability of rice during flowering stage under low temperature stress (%)

注：平均數(shù)后的誤差為標準差。采用新復(fù)極差法進行多重比較，同列不同小寫字母表示在P<0.05水平差異顯著，不同大寫字母表示在P<0.01水平差異顯著，下同。

Note: Error followed the mean is standard error. Treatment means were separated using Duncan’s multiple range test. Different small and capital letters indicate significant differences atP<0.05 andP<0.01 levels of probability within the same column, respectively. The same below.

表2 開花期低溫條件下外源ABA對水稻結(jié)實率的影響 Table 2 Effect of exogenous ABA on seed-setting of rice during flowering stage under low temperature stress (%)

2.2.2對葉鞘內(nèi)源激素比值的影響 由表4可知，隨著低溫處理時間的延長，2個水稻品種葉鞘內(nèi)ABA/GA、ABA/IAA都呈上升的變化趨勢。外源ABA處理水稻葉鞘內(nèi)的ABA/GA、ABA/IAA都高于CK。LJ11低溫處理2～5 d，CK的ABA/GA、ABA/IAA的增幅分別為14.31%～40.12%和12.30%～59.86%，T1處理的增幅是24.93%～77.47%和21.80%～90.82%，T2處理的增幅是15.87%～42.41%和13.63%～63.23%；LD5低溫處理2～5 d，CK的ABA/GA、ABA/IAA的增幅分別為16.08%～60.70%和18.78%～74.17%，T1處理的增幅是24.52%～89.55%和37.69%～141.02%，T2處理的增幅是18.26%～73.60%和25.21%～89.75%。耐冷品種的ABA/GA、ABA/IAA高于冷敏品種，T2處理的效果好于T1處理。

表3 開花期低溫條件下外源ABA對水稻葉鞘內(nèi)源激素含量的影響Table 3 Effect of exogenous ABA on endogenous hormones contents in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress (ng·g-1)

表4 開花期低溫條件下外源ABA對水稻葉鞘ABA/GA、ABA/IAA的影響Table 4 Effect of exogenous ABA on the ratios of ABA/GA、ABA/IAA in leaf sheath of rice during flowering stage

2.3 開花期低溫脅迫下外源ABA對水稻葉鞘抗寒生理指標的影響

2.3.1對葉鞘膜透性的影響 由圖1可知，開花期低溫導(dǎo)致水稻葉鞘中脯氨酸含量呈上升趨勢，LD5上升幅度高于LJ11。外源ABA能夠促進葉鞘內(nèi)脯氨酸含量增加，方差分析結(jié)果表明，經(jīng)低溫處理1 d，T1、T2處理與CK之間的脯氨酸含量差異不顯著，低溫處理2～5 d，T1處理極顯著高于CK。T2處理對不同品種的調(diào)控效果不完全相同，LJ11處理1～3 d時，T2與CK差異不顯著，處理4～5 d時，兩者之間差異顯著；LD5處理第5天，T2顯著高于CK，其他時期T2處理與CK之間差異不顯著。低溫條件下，耐冷品種LD5的脯氨酸含量高于冷敏品種LJ11，外源ABA具有提高葉鞘內(nèi)脯氨酸的調(diào)控效能。

由圖2可知，開花期低溫處理后，水稻葉鞘內(nèi)MDA含量呈增加的變化趨勢，冷敏品種LJ11的MDA含量高于耐冷品種LD5，同時其增量也高于LD5，低溫處理5 d，LJ11的MDA含量較處理1 d相比，增加了0.22 μmol·g-1，增幅為63.73%，而LD5增加了0.19 μmol·g-1，增幅為74.67%。外源ABA能夠明顯控制MDA含量的增加，尤其是T1處理效果更為明顯。方差分析結(jié)果表明：LJ11低溫處理1～2 d，ABA處理與CK之間沒有明顯差異；處理3 d時，T1顯著低于CK，T2與CK之間沒有顯著性差異；處理第5天，T1和T2極顯著低于CK。LD5低溫處理1 d時，T1顯著高于CK，T2與CK之間沒有顯著性差異；低溫處理3和5 d時，T1和T2極顯著高于CK，其他時間處理和CK之間都沒有顯著差異。

圖1 開花期低溫條件下外源ABA對水稻葉鞘脯氨酸含量的影響Fig.1 Effect of exogenous ABA on proline content in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress

圖2 開花期低溫條件下外源ABA對水稻葉鞘丙二醛含量的影響Fig.2 Effect of exogenous ABA on MDA content in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress under low temperature stress

圖3 開花期低溫條件下外源ABA對水稻葉鞘相對電導(dǎo)率的影響Fig.3 Effect of exogenous ABA on relative conductivity in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress

由圖3可知，開花期低溫處理導(dǎo)致水稻葉鞘相對電導(dǎo)率提高，耐冷品種LD5上升的幅度不大，而冷敏品種LJ11的上升趨勢明顯。外源ABA能夠有效抑制葉鞘相對電導(dǎo)率的增加，不同濃度處理之間效果不同。經(jīng)過方差分析可知：LJ11低溫處理1～3 d，T1處理與CK之間沒有明顯差異；處理4和5 d，顯著、極顯著低于CK；T2處理與CK之間無明顯差異。外源ABA處理能降低LD5葉鞘的相對電導(dǎo)率，但與CK差異不顯著。低溫條件下，耐冷品種LD5的相對電導(dǎo)率低于冷敏品種LJ11，外源ABA處理對冷敏品種LJ11的調(diào)控效果較好，以T1的處理效果為佳。

2.3.2對葉鞘可溶性物質(zhì)含量的影響 由圖4可知，開花期低溫處理后，水稻葉鞘可溶性糖含量呈先上升后下降的變化趨勢。LJ11的可溶性糖含量在處理3 d時達最大值，較處理1 d時增加了25.01%，處理第4天開始降低，第4和5天的含量接近。LD5在處理2～4 d可溶性糖含量接近，為17.05～17.22 mg·g-1，第5天開始降低。外源ABA能夠有效促進水稻葉鞘內(nèi)可溶性糖含量，T2處理的作用不大，僅LJ11處理第3天時，其含量顯著高于CK，其他處理均與CK之間無明顯差異。T1處理作用較好，LD5低溫處理3和4 d時，T1處理的可溶性糖含量顯著高于CK，LJ11低溫處理5 d內(nèi)，T1處理均促進可溶性糖含量的增加；方差分析結(jié)果表明，T1顯著提高了處理1 d時的可溶性糖含量，極顯著增加了第2和3天的可溶性糖含量，其他時間與CK差異不顯著。低溫條件下，耐冷品種LD5的可溶性糖含量高于冷敏品種LJ11，外源ABA處理可促進可溶性糖含量的提高。

圖4 開花期低溫條件下外源ABA對水稻葉鞘可溶性糖含量的影響Fig.4 Effect of exogenous ABA on soluble sugar content in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress

圖5表明，開花期低溫可導(dǎo)致水稻葉鞘可溶性蛋白含量增加。低溫處理5 d與處理1 d相比，LJ11的CK可溶性蛋白含量增幅為20.05%，LD5的CK可溶性蛋白含量增幅為22.76%。外源ABA能加速水稻葉鞘內(nèi)可溶性蛋白含量的累積，經(jīng)過方差分析可知：T1顯著提高了LJ11處理1 d時的可溶性糖含量，極顯著增加了處理第2～5天的可溶性糖含量，T2處理僅在處理第2天時顯著提高了可溶性蛋白的含量，其他時間與CK之間差異不顯著。低溫處理1～2 d時，外源ABA對LD5葉鞘可溶性糖含量的影響差異不顯著，處理3～5 d，T1處理極顯著或顯著提高可溶性糖含量，T2處理顯著提高了處理后第3和5天水稻葉鞘內(nèi)可溶性蛋白含量。

2.3.3對水稻葉鞘抗氧化酶活性的影響 由圖6可知，隨著開花期低溫處理時間的延長，水稻葉鞘SOD活性呈先升后降的變化趨勢。LJ11低溫后第4天達到最高值，而LD5是在低溫后第3天就達到最高值，但LD5的SOD活性整體高于LJ11。外源ABA處理能明顯提高水稻葉鞘內(nèi)SOD的活性，方差分析結(jié)果表明：LJ11低溫處理1～2 d，ABA處理與CK之間沒有明顯差異；處理3～5 d，T1處理顯著高于CK； T2處理與CK之間差異不顯著。對LD5而言，T1極顯著提高各取樣時間SOD活性；除處理第2天，T2都顯著高于CK。低溫條件下，耐冷品種LD5的SOD活性高于冷敏品種LJ11，外源ABA可提高SOD活性。

從圖7可以看出，開花期低溫處理后，水稻葉鞘POD活性先升高后降低，LD5和LJ11都是在低溫處理3 d時達到最高。低溫條件下，外源ABA能促進POD活性增加，方差分析結(jié)果表明：LJ11低溫處理1～2 d，ABA處理與CK之間沒有顯著差異；處理3～5 d，T1顯著或極顯著高于CK；T2處理4 d顯著高于CK，處理5 d極顯著高于CK。對LD5而言，T1處理2～5 d，顯著或極顯著高于CK；T2處理在第2、4和5天時，顯著或極顯著高于CK，其他時間與CK差異不顯著。低溫條件下，耐冷品種LD5葉鞘的POD活性高于冷敏品種LJ11，外源ABA對葉鞘內(nèi)POD活性具有促進增加的功能。

圖5 開花期低溫條件下外源ABA對水稻可溶性蛋白質(zhì)的影響Fig.5 Effect of exogenous ABA on soluble protein content in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress

圖6 開花期低溫條件下外源ABA對水稻葉鞘SOD活性的影響Fig.6 Effect of exogenous ABA on SOD activity in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress

圖7 開花期低溫條件下外源ABA對水稻葉鞘POD活性的影響Fig.7 Effect of exogenous ABA on POD activity in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress

由圖8可知，開花期低溫處理后，水稻葉鞘內(nèi)CAT活性整體呈先升后降的變化規(guī)律，但變幅不大。耐冷品種LD5的CAT活性高于冷敏品種LJ11。外源ABA能夠促進CAT活性的提高，尤其是T1對LD5效果最為明顯，方差分析結(jié)果表明：LJ11低溫處理1～2 d，ABA處理與CK之間沒有明顯差異；處理3 d時T1顯著高于CK，處理4～5 d時T1極顯著高于CK，T2僅在處理4 d時顯著高于CK；其他時間T2處理與CK之間差異不顯著。對LD5而言，低溫脅迫開始，T1處理的CAT活性就一直極顯著高于CK；T2處理在第4天顯著高于CK，第5天極顯著高于CK。低溫條件下外源ABA處理能促進水稻葉鞘CAT活性。

圖8 開花期低溫條件下外源ABA對水稻CAT活性的影響Fig.8 Effect of exogenous ABA on CAT activity in leaf sheath of rice during flowering stage under low temperature stress

3 討論

溫度是影響水稻生長發(fā)育的重要氣象因素之一[22]，生育期遭受低溫會引起植物體內(nèi)生理代謝發(fā)生明顯變化[23]。相同作物的不同品種之間對低溫的應(yīng)答存在很大區(qū)別，不同低溫持續(xù)時間對同一品種的影響也完全不同[12]。曲輝輝等[24]表明低溫抑制稻穗正常發(fā)育，連續(xù)低溫導(dǎo)致花粉母細胞發(fā)育受阻，穎花退化，出現(xiàn)空癟粒。李健陵等[25]指出低溫導(dǎo)致穎花受精率和可育率下降，使水稻結(jié)實率下降。趙國珍等[26]表明低溫誘導(dǎo)水稻結(jié)實率降低，造成減產(chǎn)。

ABA是一種重要的植物激素，在植物對脅迫耐受性和抗性中發(fā)揮著重要作用[27]。逆境條件可誘導(dǎo)ABA合成，有報道稱ABA本身也可以誘導(dǎo)表達ABA合成途徑中的酶，從而促使ABA的進一步合成，合成的ABA通過正向反饋機制進一步激活了ABA的大量合成，增強了ABA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，使植物更好適應(yīng)脅迫環(huán)境[27]。外源激素通過改變內(nèi)源激素水平調(diào)節(jié)植物生理代謝[28]，低溫脅迫下外源ABA能夠促進植物體內(nèi)ABA的合成和運輸，降低細胞膜的損傷，提高保護酶活性，增加可溶性糖、可溶性蛋白等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量，促進某些酶的重新合成，進而增加植物的抗寒性[28]。

3.1 開花期低溫脅迫下外源ABA與水稻生殖生長的關(guān)系

水稻生殖生長過程中遇到低溫，可引起障礙型冷害，導(dǎo)致幼穗分化機能紊亂，生殖活動受阻，結(jié)實率降低。孕穗期低溫導(dǎo)致花藥縮小，不育花粉數(shù)量增加，結(jié)實率降低[29]；開花期低溫使得水稻代謝過程遭到破壞，花粉的生活力和可育性降低，導(dǎo)致花粉的萌發(fā)率顯著下降，最終造成結(jié)實率下降[9]。在一定的低溫范圍內(nèi)，外源ABA能夠誘導(dǎo)作物抵御低溫[30]，水稻遭受低溫后內(nèi)源ABA激活水稻適應(yīng)逆境的機制，增加抗冷性[2]。本研究結(jié)果表明，外源ABA能在一定程度上緩解低溫對水稻結(jié)實率的影響，這是因為外源ABA影響了水稻內(nèi)源激素的合成，形成了新的動態(tài)平衡，以適應(yīng)新的生育環(huán)境。

3.2 開花期低溫脅迫下外源ABA調(diào)控水稻內(nèi)源激素含量

激素是植物生長發(fā)育的重要調(diào)節(jié)物質(zhì)，廣泛參與作物生理過程的調(diào)節(jié)[31]，前人研究表明不同種類的激素之間存在著相互促進和相互拮抗的生理效應(yīng)，植物激素間的動態(tài)平衡對植物生長發(fā)育的調(diào)節(jié)作用更為重要[32]，段娜等[33]指出內(nèi)源激素在植物生長發(fā)育中發(fā)揮重要的作用，其含量變化在植物響應(yīng)非生物脅迫中扮演關(guān)鍵角色。逆境條件下，作物產(chǎn)生相應(yīng)的激素信號分子以抵御逆境脅迫[31]，ABA是低溫逆境下的重要信號因子，對細胞的微管結(jié)構(gòu)具有保護功能，低溫條件下植物體內(nèi)大量快速積累ABA，發(fā)揮保護功能[31]。GA是一類能促進作物生長的植物激素，被認為與作物的抗寒性有關(guān)，但是作用效果不如ABA明顯[34]。IAA是促進類的生長激素，由植株生育頂端合成，所以在植株遭遇逆境時，生長受到抑制，IAA合成量會隨之減少。王興等[35]指出隨著氣溫降低，植物生活力下降，其內(nèi)源激素發(fā)生明顯變化，主要表現(xiàn)為ABA大量增多，IAA和GA含量減少。有報道指出植物體內(nèi)ABA/GA比ABA含量更能代表植株抗寒性的強弱[36]，這也說明了植株體內(nèi)多種激素以不同的配比和平衡來調(diào)節(jié)植物的抗寒性[37]。

低溫條件下外源ABA能有效地改變植物體內(nèi)的激素平衡關(guān)系，李馨園等[31]指出低溫脅迫下作物內(nèi)源ABA含量增加，而外施ABA處理能進一步加強內(nèi)源ABA的合成，使得內(nèi)源ABA達到更高的含量水平，黃杏等[16]指出低溫條件下外源ABA能有效降低甘蔗(Saccharumspp.)體內(nèi)GA含量，提高ABA含量，Xiang等[10]的研究表明低溫條件下外源ABA能提高水稻葉片內(nèi)ABA含量，相同的結(jié)果在小麥(Triticumaestivum)[38]、柑橘(Citrusreticulata)[39]等作物的研究中也得到證實，本研究結(jié)果與此類似，外源ABA在低溫條件下能夠提高作物體內(nèi)ABA的含量。外源ABA施用后，發(fā)揮了抵御低溫的調(diào)節(jié)效應(yīng)，主要原因是其進一步增加了內(nèi)源ABA含量，誘導(dǎo)作物自身保護系統(tǒng)的啟動，同時降低了IAA和GA的含量，提高了ABA/GA和ABA/IAA，抑制作物生長發(fā)育、降低損耗，各激素之間協(xié)同作用抵御低溫脅迫。

3.3 開花期低溫脅迫下外源ABA影響水稻葉鞘逆境生理

多數(shù)研究表明低溫影響作物逆境生理指標，比如可溶性物質(zhì)含量[10]、活性氧類物質(zhì)含量[40]，膜透性物質(zhì)含量[2]、抗氧化酶系統(tǒng)[41]等。逆境條件下，植物為了減緩由脅迫造成的生理代謝不平衡，細胞大量積累一些小分子有機化合物，通過滲透調(diào)節(jié)來降低水勢，以維持較高的滲透壓，保證細胞的正常生理功能[42]。可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)是低溫誘導(dǎo)的小分子溶質(zhì)，這些物質(zhì)可以參與滲透調(diào)節(jié)，并可能在維持植物蛋白質(zhì)穩(wěn)定方面起到重要作用[42]。低溫脅迫下可溶性糖和可溶性蛋白在植物體內(nèi)會大量積累，可溶性糖通過某些糖代謝途徑形成保護性物質(zhì)，提高植物抵抗低溫的能力[2]。植物在低溫等逆境條件下，細胞內(nèi)自由基代謝平衡被破壞而使自由基不斷增加，引發(fā)或加劇膜脂過氧化[43]。MDA是細胞膜過氧化的產(chǎn)物，能夠抑制細胞保護酶活性，加劇膜脂過氧化，同時其本身也是具有細胞毒性的物質(zhì)，其含量的高低可作為質(zhì)膜受損的重要指標[44-45]，脅迫強度越大，MDA含量越多，MDA含量與植物耐寒性之間呈負相關(guān)[46]。植物體內(nèi)脯氨酸是蛋白質(zhì)的組成成分之一，并以游離態(tài)廣泛存在于植物體中[47]。當水稻處于低溫等逆境條件下時，其體內(nèi)就會積累大量的脯氨酸[7]。大量脯氨酸可提高滲透能力，對降低細胞酸度、穩(wěn)定生物大分子結(jié)構(gòu)具有良好作用[7]，同時積累的脯氨酸也能夠充當能量庫來協(xié)調(diào)細胞氧化還原勢的生理生化作用[7,48]。低溫條件下，植物體內(nèi)的脯氨酸含量大量增加，被認為是植物對低溫的適應(yīng)性反應(yīng)[49]。保護酶是指植物體內(nèi)存在的一系列可以防止自由基對植物造成毒害的具有清除活性氧自由基功能的酶[7]。植物細胞可以產(chǎn)生O2-·、OH-、H2O2等自由基，同時細胞自身還存在一套清除這些自由基的保護酶類[7]，如SOD、POD、CAT等。正常情況下，植物能夠自動氧化體內(nèi)不斷產(chǎn)生的活性氧類物質(zhì)，這些物質(zhì)的產(chǎn)生和清除處于一種動態(tài)平衡的狀態(tài)，所以植物不會受到傷害[13]。但在逆境條件下，植物細胞內(nèi)的這種動態(tài)平衡會被打破，產(chǎn)生大量的具有強氧化性的活性氧類物質(zhì)[2]，可造成細胞膜脂過氧化反應(yīng)，進而導(dǎo)致膜系統(tǒng)受到損傷使作物受到傷害[50]。植物通過SOD、POD和CAT三者協(xié)同作用，使體內(nèi)的氧自由基維持在較低水平，可以在一定程度上減緩或防御低溫脅迫。

低溫條件下外源ABA能有效地改變植物體內(nèi)的抗逆生理指標，蒲高斌等[13]指出低溫脅迫下外源ABA能有效提高西瓜(Citrulluslanatus)幼苗葉片中SOD和CAT活性、降低MDA的積累，維持膜的完整性，同時促進滲透保護物質(zhì)脯氨酸和可溶性糖的增加，增強植株的抗寒性，同時其也表明這是外源ABA有效提高西瓜幼苗抗冷性、減輕低溫對西瓜苗傷害的主要生理基礎(chǔ)。孫哲等[18]指出逆境條件下外源ABA能有效提高作物體內(nèi)的SOD、POD活性，有效增加脯氨酸含量，減少MDA的積累，提高作物抗逆性。Xiang等[10]的研究表明低溫條件下外源ABA能提高水稻葉片內(nèi)脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量，有效提高SOD、POD和CAT活性，增強水稻的抗冷性。本研究結(jié)果與上述報道類似，低溫條件下施用外源ABA后，SOD、POD和CAT活性明顯提高，可溶性物質(zhì)含量提高，降低了MDA的積累，提高了作物的抗冷性。

4 結(jié)論

1)開花期低溫導(dǎo)致水稻花粉活力下降，結(jié)實率降低。外源ABA能夠緩解低溫傷害，一定時間范圍內(nèi)能控制水稻結(jié)實率的降低，使用濃度20 mg·L-1的效果較好。

2)開花期低溫導(dǎo)致水稻葉鞘內(nèi)源ABA含量增加，IAA和GA含量下降。外源ABA可顯著促進內(nèi)源ABA含量的增加，顯著降低IAA和GA含量，同時促進ABA/GA、ABA/IAA增高，以20 mg·L-1的使用濃度效果最佳。

3)開花期低溫導(dǎo)致水稻葉鞘逆境生理指標發(fā)生變化，低溫促進SOD、POD和CAT活性的提高，促進可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和MDA含量的提高，同時提高了相對電導(dǎo)率。外源ABA具有抵御低溫、保護作物、降低傷害的作用，其能有效增加可溶性物質(zhì)、脯氨酸含量，降低MDA含量和相對電導(dǎo)率，同時也能相應(yīng)的提高保護酶活性。