全 文 ：第 25卷　第1 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2005 年　1 月
Vol.25　No.1　　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Jan., 　2005
基金项目:国家自然基金资助项目(30270792);江苏省高校自然科学研究计划项目(02KJB180006)
第一作者简介:周泉澄(1972—),男 ,硕士 ,主要从事植物生理生化研究工作。
＊　通讯作者 Author for correspondence
收稿日期:2004-07-12
高产杂交稻两优培九旱育秧苗期抗氧化系统活性的研究
周泉澄1　陈国祥1＊　陈　利1　王建安1　张成军1　吕川根2
(1.南京师范大学生命科学学院 , 南京　210097)
(2.江苏省农业科学院粮食作物研究所 , 南京　210014)
摘　要　以汕优 63为对照 ,研究了旱育条件下两优培九幼苗的体内抗氧化系统的特性。显示两
优培九在旱育条件下其体内三大抗氧化酶SOD 、POD和CAT 活性都较水育条件下高 ,而体内超氧
阴离子含量和MDA含量和水育秧相比却没有大的差异;旱育条件下秧苗叶片内积累的脯氨酸量
显著高于水育秧。这不但能提高水稻苗期抗旱能力 ,同时也为移栽大田后具有明显的生长优势和
抗胁迫能力打下了物质基础。另外 ,发现秧苗培育时间过长也不利于获得高质量的秧苗 ,时间以
30 d左右为宜 。和汕优 63相比 ,相同条件下的两优培九幼苗抗氧化系统活性较高 ,这也可能是两
优培九高产的生理基础之一。
关键词　高产杂交稻;两优培九;抗氧化系统;旱育
Study on antioxidation system in high yield hybrid rice Langyoupeijiu
seedlings under dry raising conditions
ZHOU Quan-Cheng1　CHEN Guo-Xiang1＊　CHEN Li1　WANG Jian-An1
ZHANG Cheng-Jun1　L Chuan-Gen2
(1.College of Life Science , Nanjing Normal University , Nanjing　210097)
(2.Institute of Food Crop , Jiangsu Academy of Agricultural Science , Nanjing　210014)
Abstract　Compared with Shanyou 63 , the characters of antioxidation system in a new-developed rice hybrid
Liangyoupeijiu seedlings under dry raising conditions was studied.The results showed that activities of SOD ,
POD and CAT in Liangyoupeijiu seedlings under dry raising conditions were higher than those of seedlings un-
der water raising conditions.In terms of MDA content and producing rate of O2—· in seedling , there were not
notable differences between dry and water raising conditions.Proline content was accumulated more in
seedlings under dry raising conditions than seedlings under water raising conditions.Which enhanced ability
of rice at repelling dry , at the same time , made material bases for dominance growthing in field.The study
suggested Liangyoupeijiu displayed its potentiality of light energy inversion better under the high activity of
antioxidation system , which was one of the physiologic bases on high yield.And study suggested it was good
that the time raising seedling was thirty days or can t get good seedling.
Key words　high yield hybrid rice;Liangyoupeijiu;antioxidation system;dry raising
水稻旱育稀植技术目前正在全国范围内推广 应用 ,并在大面积生产上表现出显著的增产效果 ,
同时在节水和节约劳动成本上也取得较好的经济
效益 。有关水稻旱育秧苗期的研究 ,前人也取得了
很多成果[ 1～ 7] 。主要集中在形态结构和生态研究
方面 ,但旱育环境对水稻体内抗氧化系统有何影响
以及旱育秧在移栽后具有“爆发力”优势的物质基
础并不清楚。随着大量高产杂交稻培育成功 ,从抗
氧化系统对水稻旱育秧苗期进行生理研究 ,并揭示
旱育对高产杂交稻生长影响的研究具有一定的理
论和实践意义。本文以生产面积较大的两系杂交
稻两优培九与三系杂交稻汕优 63为材料进行了相
关的研究 ,旨在从生理角度为高产杂交稻的栽培与
育种提供一些理论依据。
1　材料与方法
1.1　材料培养
实验材料为两系杂交稻两优培九与三系杂交
稻汕优 63(江苏省农业科学院提供)。稻种经 1%
H2O2消毒1 h后冲洗干净 ,浸种 36 h后催芽 48 h 。
待露白后分别挑选萌发程度一致的种子播种于生
命科学学院花房中 ,面积各2 m2 ,设四个测试组:水
育两优培九(以下简称两水)、水育汕优 63(以下简
称汕优水)、旱育两优培九(以下简称两旱)和旱育
汕优 63(以下简称汕优旱)。其中二块以常规水育
秧管理 ,另二块旱育秧参照赵言文[ 6]法管理。在播
种时浇透水 ,以后只有在中午叶片出现不能正常展
开才适当浇水 ,以地表不积水 、不开裂为准。播种
前施用尿素40 g·m-2 、过磷酸钙150 g·m-2 、氯化钾
42g·m-2 ,播种期为 5月 10号。分别于播种后 20 、
25 、30 、35 、40 d测定各项指标。秧苗培育40 d后移
栽。每次取样在当天上午 8点左右 。每次随机取
样15株 ,所测数据均重复 3次 ,取其平均值确定。
1.2　实验方法
1.2.1　叶绿素含量的测定 。按 Arnon[ 8]的方法 ,用
UV754型分光光度计对鲜叶进行测定 ,以μg·g-1.
FW表示。
1.2.2　超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定 。采用
南京建成生物工程公司 SOD试剂盒 ,SOD抑制率达
50 %为一个亚硝酸盐单位 ,以Nu·g-1表示。
1.2.3　过氧化物酶(POD)活性的测定。按照李瑞
智愈创木酚法[ 9] ,以单位时间内单位质量叶片的
ΔOD470表示 。
1.2.4　过氧化氢酶(CAT)活性的测定 。采用氧电
极法[ 10] ,以单位时间单位质量叶片所放氧气量表
示。
1.2.5 　丙二醛 (MDA)含量的测定 。参照
Heath[ 11]的硫代巴比妥酸(TBA)比色法。
1.2.6　脯氨酸含量的测定 。采用张殿忠[ 12] 磺基
水杨酸法测定 。
1.2.7　超氧阴离子 (O2—·)相对含量测定。参照王
爱国等[ 13]的方法。
1.2.8　干重的测定 。于 30 d时随机取样品 15株 ,
小心洗净 ,置于烘箱内 80℃烘干至恒重后测定。
1.2.9　发根数的测定。于移栽后 1 d取15株记录
所发新根数 ,取其平均值确定 。
2　结果与分析
2.1　育秧环境对水稻秧苗叶片叶绿素含量及叶绿
素 a/b值的影响
从图 1和图 2 可以看出旱育秧苗的叶绿素含
量明显高于湿润秧 ,两优培九的叶绿素含量也高于
同条件下汕优63的叶绿素含量 ,表明秧苗叶绿素
图 1　育秧环境对水稻秧苗叶片叶绿素含量的影响
Fig.1　Effect of rice seedling raise conditions on the
chlorophyll content in rice leaf
图 2　育秧环境对水稻秧苗叶片叶绿素 a/b 值的影响
Fig.2　Effect of rice seedling raise conditions on the
chlorophyll a/ b value in rice leaf
811期　　　　　　　　　　周泉澄等:高产杂交稻两优培九旱育秧苗期抗氧化系统活性的研究
图 3　育秧环境对 SOD活性的影响
Fig.3　Effect of rice seedling raise conditions on the
activity of SOD of rice leaf
含量与其品种及栽培方式有关。旱育秧苗的叶绿
素 a/b值较湿润秧的叶绿素 a/b值低 ,且在发育过
程中有一定程度的下降 ,两优培九与同条件下汕优
63的叶绿素 a/b值略低 ,但相差不大。
2.2　育秧环境对水稻抗氧化系统的影响
2.2.1　对 SOD活性的影响
从图 3中可以看出 ,水稻叶片内 SOD(超氧化
物歧化酶)活性在旱育条件下比水育条件下要高 ,
两优培九 SOD活性较同条件下的汕优 63SOD又要
高。随着生长期的延长 ,SOD活性逐渐上升 ,可能
是因为个体生存条件变化所导致 ,汕优 63SOD活
性上升幅度较两优培九为大 ,但总体看变化不大。
2.2.2　对 POD活性的影响
图4中显示水稻叶片内 POD(过氧化物酶)活
性对育秧条件比较敏感 ,旱育秧 POD活性上升很
快 ,其相对值明显较水育秧要大。这是植物对生存
环境的一种响应 。受试两品种间差异虽不明显 ,可
图 5　育秧环境对 CAT 活性的影响
Fig.5　Effect of rice seedling raise conditions on the
activity of CAT of rice
图 4　育秧环境对 POD活性的影响
Fig.4　Effect of rice seedling raise conditions on the
activity of POD of rice leaf
两优培九的POD活性还是略大于相同条件下的汕
优 63的 POD活性。
2.2.3　对 CAT 活性的影响
图 5中表明水稻叶片内 CAT(过氧化氢酶)活
性受育秧环境影响很大 ,旱育秧的 CAT 活性显著
高于水育秧的 CAT 活性 ,这说明水稻叶片内 CAT
活性对环境的响应较快 ,在育秧后期上升尤其迅
速。品种间差异也较大 ,汕优 63的叶片内 CAT 活
性不及相同环境下的两优培九的高。
2.3　育秧环境对水稻叶片内脯氨酸含量的影响
由图 6看出 ,同品种水稻在不同条件下积累脯
氨酸的能力是不相同的。旱育秧脯氨酸的积累大
大高于水育秧 ,旱育两优培九水稻叶片内脯氨酸的
积累明显高于旱育汕优 63 ,水育条件下两不同品
种之间的脯氨酸含量比较接近 ,两优培九略高于汕
优 63。脯氨酸作为一种渗透调节物质存在于植物
体内时 ,对提高植物的抗旱能力有着重要意义。从
图 6　育秧环境对水稻秧苗叶片内脯氨酸含量的影响
Fig.6　Effect of rice seedling raise conditions on the
proline content of rice leaf
82 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　25 卷
图 7　育秧环境对超氧阴离子产生速度的影响
Fig.7　Effect of rice seedling raise conditions on
the producing rate of O2
—·
这方面来说 ,两优培九的抗旱能力优于汕优 63。
2.4　育秧环境对超氧阴离子产生速度的影响
图7中显示 ,旱育汕优 63叶片产生超氧阴离
子的速度要快于其它三种受测秧苗 ,而旱育两优培
九叶片内产生超氧阴离子的速度低于旱育汕优
63 ,但和水育秧苗相似 ,这也与它们体内清除自由
基能力有关 。在育苗期间各受试对象超氧阴离子
的产生速度变化都不大 ,说明在本试验条件下它们
叶片内超氧阴离子的产生和消除基本处在一种平
衡的状态之下。
2.5　育秧环境对MDA含量的影响
MDA(丙二醛)作为膜脂过氧化的产物之一 ,不
仅可作为膜脂过氧化程度的指标 ,而且 MDA本身
的积累也会对机体细胞产生毒害作用 ,使膜结构和
功能受到破坏。从图 8中可以看到 ,受测试水稻叶
片内MDA的含量变化和超氧阴离子含量变化相类
似 ,总体变化不大。旱育汕优 63叶片内的MDA含
量明显要高于其它三种受测试秧苗。水育
两优培九和汕优63以及旱育两优培九叶片内的
图 9　30 d 15 株干重
Fig.9　Dry weight pre fifth strains in thirty day
图 8　育秧环境对 MDA含量的影响
Fig.8　Effect of rice seedling raise conditions on the
content of MDA
MDA含量比较接近。这说明旱育对两优培九的不
利影响较小 ,而旱育汕优 63的膜脂过氧化程度显
然高于其它受测试秧苗 。
2.6　育秧 30 d15株秧苗干重
植株的干重是植株单位时间内生长量的体现 。
图 9表明旱育秧的干重都低于同品种的水育秧 ,显
示出秧苗在旱育条件下其生长还是受到了一定程
度的抑制 ,可能是有较大部分的同化物质消耗在较
高的呼吸速率和较高的抗氧化系统的活性上 。而
且从图 9看到 ,两优培九的干重无论是水育还是旱
育都高于同条件下的汕优 63的秧苗 ,体现出两优
培九的同化能力要强于汕优 63。
2.7　移栽后 1 d发根数
水稻在移栽后都有一段缓苗期 ,期间植株生长
缓慢 。主要是因为在移栽时植株的根系受到伤害 ,
必须在根系的吸收能力恢复到一定程度之后才能
正常生长 ,所以移栽秧苗能否快速长出新根至关重
要。图 10两优培九在移栽后的发根能力明显强于
汕优63 ,而旱育条件下的秧苗发根能力则更强 ,这
图 10　移栽后 1 d 发根数
ig.10　The numbers of new roots by one day after transplanting
831期　　　　　　　　　　周泉澄等:高产杂交稻两优培九旱育秧苗期抗氧化系统活性的研究
意味着旱育两优培九的缓苗期更短 ,更有利于秧苗
的返青生长。这也与前人的研究结果相似[ 14] 。汕
优63的发根能力受育秧环境的影响不大 ,两组测
试秧苗发根数非常接近。
3　讨论
水稻旱育稀植是水稻栽培技术上的一项重大
改革 ,在大面积生产上表现出显著的增产效果 。一
般认为旱育秧在本田期具有发根快 ,分蘖多 ,植株
矮壮 ,体内积累的淀粉多 ,CAT活性强 ,叶绿素含量
高 ,并最终成穗率高 ,有效穗多 ,产量较高[ 4 ,14] 。这
些现象自有其内在的生理基础 。
植物在生长过程中进行的氧代谢不停地产生
活性氧 ,在环境胁迫下由于代谢发生障碍 ,活性氧
的产生会大大增加。一般情况下 ,活性氧之所以不
对植株产生明显毒害 ,是由于植株体内活性氧的产
生与清除处在一种动态平衡之中 。MDA是膜脂过
氧化产物 ,而且又是一种能强烈地与细胞内各种成
分发生反应的物质 ,因而引起酶和膜的损伤 ,并导
致膜结构和生理机能的破坏[ 15～ 17] 。植物体内活
性氧的清除由酶促和非酶促两大系统完成 。SOD 、
CAT和 POD作为活性氧的有效清除剂 ,它们的活
性水平也决定了膜脂过氧化反应的程度[ 18] 。SOD
能催化超氧阴离子自由基的歧化反应而形成氧分
子和过氧化氢 ,CAT 和 POD 则进一步分解过氧化
氢。SOD是一种典型的诱导酶[ 19] ,它的活性变化
在一定程度上意味着植株受胁迫程度的变化 ,实验
显示 ,旱育秧的 SOD活性较水育秧要高 ,但变化不
大 ,表明旱育秧苗清除活性氧的能力比水育秧苗
强 ,并能维持在一种平衡之中 。旱育秧苗的 CAT
与POD活性明显比水育秧苗的强 ,这为植株有效
地清除活性氧提供了保证 。结合超氧阴离子含量
和MDA 含量 ,旱育两优培九秧苗超氧阴离子和
MDA的含量都与其它两组水育秧苗相差无几 ,表
明旱育秧在旱育条件下提高了其抗旱性能 ,但汕优
63在旱育环境下抗氧化系统的效率相对两优培九
要低 ,不过其叶片内超氧阴离子和 MDA 的含量在
苗期并没有发生大的变化 ,同时联系光能转化性能
(尚未发表),说明其体内的活性氧尚未影响到植株
的正常生长。
脯氨酸参与渗透调节 ,作为复水后直接利用的
氮源并在受胁迫期间对产生 NH3 起解毒作用;也
可作为还原力的库存 ,供复水后使用。且脯氨酸具
有较大的吸湿性 , 在干旱时可以增加细胞的束缚
水 ,有利于抗旱 ,在植物受到不同逆境胁迫时 ,游离
脯氨酸增加 ,防止蛋白质在渗透胁迫条件下脱水变
性 ,对植物的渗透调节起重要作用 ,即使在含水量
很低的细胞内 ,脯氨酸溶液仍能提供足够的自由
水 ,从而维持生命活动的正常进行[ 20] 。在图 6 中
可以看到 ,旱育两优培九与汕优 63叶片内脯氨酸
的含量大大高于水育秧苗 ,这一方面提高了植株的
抗旱能力 ,同时也为移栽后解除水分胁迫 ,快速恢
复生长打下了物质基础。结合实验中叶绿素含量
看 ,旱育秧有着较高的叶绿素含量 ,以往研究表明 ,
水稻苗期在旱作条件下叶绿素含量越高 、叶绿素
a/b值越低 ,品种越抗旱[ 21 ,22] 。从本试验数据来
看 ,旱育秧苗的叶绿素含量较高 ,叶绿素 a/b值低 ,
因此与水育秧苗相比旱育秧苗有较高的抗旱性能 。
以上因素可能是旱育秧苗在移栽后根系受损水分
亏缺条件下能迅速返青的重要原因之一。
从上面分析看 ,旱育条件可以诱导旱育秧具有
较高抗氧化酶活性 ,使得超氧阴离子产生速率和
MDA含量都处于较低水平;并且可以在叶片内积
累很高的脯氨酸 ,从而保证了旱育秧苗期的正常生
长 ,同时因为脯氨酸的存在 ,也为移栽大田后较水
育秧苗取得生长优势提供了物质保证。旱育秧在
移栽后 1 d的发根数也证明了这一点。另外 ,在试
验中显示 ,两优培九的被测各项指标基本都优于同
条件下的汕优 63 ,这或许是两优培九比汕优 63具
有高产潜力的生理基础 。同时实验还发现 ,水稻育
秧时间在超过 30 d 后 , POD 与 CAT 活性增加较
快 ,表明植株正常生长受到影响 ,不利于高质量秧
苗的培育 。这可能是随着秧苗的生长 ,个体变大 ,
群体密度变大 ,抑制了个体的正常生长所致 。因此
认为 ,秧苗移栽应在育秧后 30 d左右为宜 。
参　考　文　献
1.敬金星.水稻旱育秧高效栽培的生态生理特性.作物研
究 , 1996 ,(2):33～ 36
2.卢向阳 , 彭丽莎 ,唐湘如 , 等.早稻旱育秧形态 、组织结构
和生理特性.作物学报 , 1997 , 23(3):360～ 369
3.赵言文 , 丁艳峰 , 黄丕生 , 等.水稻苗床土壤水分与秧苗
根系建成的关系.江苏农学报 , 1998 , 14(3):141～ 144
4.张永泰 , 吴怀询 , 王忠 , 等.水稻育秧环境对秧苗生长的
影响.中国水稻科学 , 1999 , 13(2):86～ 89
5.王维 , 杨建昌 , 朱庆森 , 等.控水条件下水稻旱育秧苗的
形态生理特征.江苏农业研究 , 2001 , 22(1):16～ 20
6.赵言文 , 丁艳峰 , 陈留根 , 等.水稻旱育秧苗抗旱生理特
性研究.中国农业科学 , 2001 , 34(3):283～ 291
84 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　25 卷
7.丁艳锋 , 王强盛 , 王绍华 , 等.水稻旱育秧苗与湿润秧苗
根系生理活性的比较研究.南京农业大学学报 , 2001 , 24
(3):1 ～ 5
8.Arnon D I.Copper enzymes in isolated chloroplasts polyphenol
oxidaein Bete bulgaris.Plant Physical , 1949 , 24:1～ 15
9.李瑞智 , 黄林.SO2对作物叶片过氧化物酶的影响.西南
师范大学学报(自然科学版), 1984 , 3:114～ 116
10.张志良主编.植物生理学实验指导(第 2 版).北京:高
等教育出版社 , 1990.154 ～ 157
11.Heath R L , Parke L.Photoperitation in isolated diloroplasts
kinstics and stoichimetry of fatty acidperoxidation.Arch Bio-
phys , 1968 , 75:189～ 198
12.张殿忠 , 汪沛洪 , 赵会贤.测定小麦叶片游离脯氨酸含
量的方法.植物生理学通讯 , 1990 , 4:62 ～ 65
13.王爱国 , 罗广华.植物的超氧自由基与羟胺反应的定量
关系.植物生理学通讯 , 1990 , 6:55 ～ 57
14.吴永祥 , 王振忠 ,黄祥熙 , 等.水稻旱育秧的生长和生理
优势.江苏农业科学 , 1996 , 5:8 ～ 10
15.朱诚 , 曾广文.4PU-30 对水稻叶片衰老与活性氧代谢的
影响.浙江大学学报(农业与生命科学版), 2000 , 26(5):
483 ～ 488
16.沈文飚 , 叶茂炳 ,徐郎莱 ,等.小麦旗叶自然衰老过程中
清除活性氧能力的变化.植物学报 , 1997 , 39(7):634 ～
640
17.李伯林 , 梅慧生.燕麦衰老与活性氧代谢间的关系.植
物生理学报 , 1989 , 15:6～ 12
18.Kanazawa S , Sano S , Koshiba T , et al.Changes in antioxida-
tive in cucumber cotyledons during natural senescence compari-
son with those during dark-induced senescences.Plant Physiol ,
2000 , 109:211～ 216
19.余叔文 , 汤章城.植物生理与分子生物学(第 2 版), 北
京:科学出版社 , 2001.381
20.张宪政 , 陈凤玉 , 王荣富.植物生理学实验技术.沈阳:
辽宁科学技术出版社 , 1994
21.张旭.水稻生态育种.北京:农业出版社 , 1991.168 ～ 199
22.王泽港.半根半干旱胁迫处理对水稻叶片光合特性和
糖代谢的影响.江苏农业研究 , 1999 , 20(3):21～ 26
851期　　　　　　　　　　周泉澄等:高产杂交稻两优培九旱育秧苗期抗氧化系统活性的研究