全 文 ：第 28 卷 第 5 期 作　物　学　报 V ol. 28, N o. 5
2002 年 9 月　 633～ 637 页 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA pp. 633～ 637　 Sep t. , 2002
不同耐缺锌水稻对 HCO -3 的生理反应Ξ
徐晓燕1　杨肖娥2　赵红军1　王能如1　李章海1
(1中国科技大学经济技术学院, 安徽合肥 230052; 2 浙江大学环境资源学院, 浙江杭州 310029)
摘　要　选用缺锌敏感水稻品种 IR 26 和耐缺锌水稻品种 IR 819223122, 采用营养液培养方法, 研究了它们对根生长、
根系活力、有机酸积累、根细胞膜透性及 SOD 酶活性受HCO -3 的影响。结果表明HCO -3 严重抑制 IR 26 根的生长, 降
低根系活力, 而对 IR 819223122 影响较小, 在低锌水平下, 对根生长甚至有轻微的促进作用; HCO -3 增加了两种水稻品
种根中的苹果酸和柠檬酸浓度, 但 IR 26 增加的幅度较大, 表明HCO -3 导致的有机酸过度积累对敏感品种根生长有抑
制作用, 从而诱导敏感品种缺锌; HCO -3 显著降低 IR 26 根和叶中的 SOD 酶活性, 增加根细胞膜透性, 而对 IR 81922312
2 影响不显著。敏感品种保护酶系统功能的降低和根细胞膜透性的增加影响敏感品种对锌的吸收。
关键词　缺 Zn 敏感水稻品种; 耐低 Zn 水稻品种; 重碳酸氢根; 生理反应
中图分类号: S511　　　文献标识码: A
Physiolog ica l Respon se of R ice Cultivars with D ifferen t Zn-def ic iency Sen sitiv ity to
Bicarbona te
XU X iao2Yan1　YAN G X iao2E2　ZHAO Hong2Jun1　WAN G N eng2R u1　L I Zhang2H ai1
(1 College of E conom ic and T echnology U niversity of S cience and T echnology of Ch ina, A nhui H ef ei 230052; 2 College of N atural R esources and
E nv ironm ental S cience, Z hej iang U niversity H angzhou 310029, China)
Abstract　T he so lution culture experim en ts w ere conducted using the Zn2sensitive cultivar IR 26 and the Zn2
to leran t cultivar IR 819223122 to study on the effect of bicarbonate on the roo t grow th, roo t ox idizing pow er
(RO P ) , accum ulation of o rgan ic acids in the roo t cells, m em brane perm eability and superox ide dism utase
( SOD ) activity. T he results show ed that bicarbonate strongly dep ressed roo t grow th and RO P of IR 26,
especially at low Zn concen tration. In con trast, it on ly had little effect on that of IR 819223122; B icarbonate
increased the concen trations of m alate and citrate in the roo ts of bo th cultivars, but to greater ex ten t fo r IR 26
than fo r IR 819223122. T he results suggested that the inh ibition effect of bicarbonate on roo t grow th of the Zn2
sensitive cultivar m igh t result from h igh accum ulation of o rgan ic acids in the roo t cells. B icarbonate decreased
SOD activity of roo ts and leaves and increased m em brane perm eability of IR 26 roo ts, but had less effect on that
of roo ts of the IR 819223122. T h is m igh t relate to Zn abso rp tion of the Zn2sensitive cultivar.
Key words　Zn2sensitive rice cultivar; Zn2to leran t rice cultivar; B icarbonate; Physio logical response
　　锌是水稻生产的重要营养元素之一, 其影响仅
次于磷和氮[ 1 ]。石灰性土壤是缺锌的主要土壤[ 2 ]。
水稻锌营养问题有大量研究, 但大多偏重于锌的土
壤化学和水稻缺锌诊断及锌肥施用技术方面, 水稻
品种对缺锌反应的敏感性差异近期也有报道[ 3 ] , 但
耐缺锌差异机制方面的研究则报道甚少。许多研究
者提出石灰性土壤中的重碳酸氢根 (HCO -3 ) 是引起
水稻缺锌的主要因素[ 4, 5 ], 水稻品种对石灰性土壤
缺锌耐性的强弱与其对 HCO -3 的耐性大小密切相
关[ 5, 6 ]。L ee 和W oolhouse[ 7 ]对钙生植物和非钙生植
物的研究表明, 非钙生植物根生长对HCO -3 的敏感
性与其诱发的有机酸在根内积累及分区有关。本试Ξ 基金项目: 安徽省自然科学基金 (01041110)和国家杰出青年基金 (39925024)资助
作者简介: 徐晓燕 (19652 )女, 博士, 副教授, 主要从事土壤、植物营养与环境方面的研究。
E2m ail: xuxy@ustc. edu. cn
Received on (收稿日期) : 2001212221, A ccep ted on (接受日期) : 2002202227

验采用营养液培养方法, 研究 HCO -3 对缺 Zn 敏感
水稻品种和耐缺 Zn 水稻品种根生长、有机酸积累、
细胞膜透性及 SOD 酶活性的影响, 以了解石灰性
土壤上水稻耐缺锌的机理, 为选育耐缺锌品种提供
理论依据。
1　材料与方法
供试水稻品种为 IR 26 (对缺 Zn 敏感 ) 和
IR 819223122 (耐缺 Zn)。种子由国际水稻研究所的
D r. Khush 提供。这两个品种是由国际水稻研究所
D r. H eue 从 1400 个品种中通过大田筛选而得到的,
后又在德国 Hohenheim 大学植物营养研究所进行
土培和水培试验得到验证。试验采用的营养液配方
为N H 4NO 3 1. 43 mmol. L - 1, CaC l2 1. 00 mmol. L - 1,
M gSO 4 1. 64 mmol. L - 1, N aH 2PO 4, 0. 32 mmol.
L - 1, K2SO 4 1. 32 mmol. L - 1, M nC l2 9. 5 Λmol. L - 1,
EDDHA Fe 30 Λmol. L - 1 (高 pH 下不会沉淀 ) ,
CuSO 4 0. 15 Λmol. L - 1, (N H 4) 6M O 7O 24 0. 075 Λmol.
L - 1, H 3BO 3 1. 9 Λmol. L - 1。由于本试验中 Zn 作为
处理因素, 所以在 Yosh ida 提供的营养液配方中去
掉 ZnSO 4 作为本试验的基本营养液配方。
1. 1　根生长及有机酸积累的试验
1. 1. 1　培养方法　　经精选的种子浸种催芽后播
种于塑料槽中的尼龙网上, 先用 0. 02 mmol. L - 1
CaSO 4 双重水溶液培养 5d, 然后选择大小一致的幼
苗, 移栽到 3L 的塑料盆中。每一盆的盖子上有 7
个孔, 每孔用海绵固定 6 株幼苗。幼苗先在 1ö4 浓
度的营养液中培养 2d, 后在 1ö2 浓度的营养液中培
养 5d, 然后进行全营养液培养, 并进行 Zn 和
HCO -3 处理。N aHCO 3 作为 HCO -3 供源, HCO -3 处
理浓度为 0 mmol. L - 1和 20 mmol. L - 1; Zn 处理为 4
个浓度即溶液中加入 ZnSO 4 0、0. 05、0. 25 和 1. 25Λmol. L - 1。试验采用随机排列, 重复 3 次。未处理
之前, 营养液的 pH 控制在 6±0. 1, 处理后 pH 控
制在 8±0. 1 (用HC l 和N aOH 调 pH )。所用试剂均
为优级纯或分析纯, 母液经双硫腙四氯化碳萃取除
Zn, 试验过程所用的水均系自动双重纯水蒸馏器
(石英管加热式)制取的超纯水。
1. 1. 2　取样和测定　　在HCO -3 和 Zn 处理 2d 和
8d 时, 分别随机取样 5 株进行生长测定。在HCO -3
和 Zn 处理 8d 时, 对各处理随机取样, 植物根用蒸
馏水冲洗, 然后采用 Α2萘胺氧化法测定根系活力。
在 Zn 和HCO -3 处理前和处理 8d 时, 对各处理随机
取样, 植物根用蒸馏水冲洗, 然后用滤纸吸干、称
重, 采用高压液相色谱法 (H PL C)测定有机酸 (苹果
酸及柠檬酸)。
1. 2　根细胞膜透性试验
水稻苗龄 12d 以前的培养方法同上试验, 在
12d 时, 换全营养液培养, 并进行 Zn 和 HCO -3 处
理。对照营养液中加 1. 00 Λmol. L - 1 ZnSO 4, 而不加
N aHCO 3; 处理的营养液中加 1. 00 Λmol. L - 1 ZnSO 4
和 20m mol. L - 1 N aHCO 3。试验采用随机排列, 重
复 3 次。试验处理前, 营养液的pH 控制在 6±0. 1,
处理后 pH 值控制在 8±0. 1 (用 HC l 和N aOH 调
pH ) , 处理 8d 时, 把两种水稻品种根用蒸馏水冲
洗, 植物根放入蒸馏水中 5 分钟, 重复这种过程 4
次, 然后用整株活体植株做质膜透性的测定。每处
理选 5 株移栽于 50 mL 0. 5 mmol. L - 1的CaC l2 溶液
中, 根系分泌 2、4、6h 分别测定溶液的电导率, 以
电导率作为膜透性指标。电导率采用DD S211 型电
导仪测定。
1. 3　SOD 酶活性试验
水稻苗龄 12d 以前的培养方法同上试验, 当
12d 时, 进行全营养液培养, 并进行 ZnSO 4 和
HCO -3 处理。Zn 设 2 水平: 0 Λmol. L - 1, 1. 00Λmol. L - 1, HCO -3 设 2 水平 0 mmol. L - 1, 20 mmol.
L - 1, 试验采用随机排列, 重复 3 次。处理前 pH 调
为 6±0. 1, 处理后 pH 值控制在 8±0. 1, 处理 8d
时, 各处理分别随机取样, 测定鲜根和叶的 SOD 酶
活性[ 7 ]。
2　结果与分析
2. 1　HCO -3 对不同水稻品种根生长的影响
HCO -3 处理显著降低缺Zn 敏感品种 IR 26 的根
干重 (见表 1) , 且 Zn 水平不同和处理天数不同时,
IR 26 根干重降低幅度也不同。在 0. 05 Λmol. L - 1 Zn
水平下, HCO -3 处理 2 和 8d 时, 根干重分别比对照
降低 18% 和 40% , 而在 1. 25 Λmol. L - 1 Zn 水平下,
HCO -3 处理 2 和 8d 时根干重分别降低 9% 和 25% ,
由此可见, 随着HCO -3 处理天数的增加, 对根生长
的抑制作用加重, 且低Zn 浓度下HCO -3 对 IR 26 根
生长的抑制作用严重。但耐缺 Zn 品种 IR 819223122
对HCO -3 的反应却不同 (表 1) , 在 0. 05 Λmol. L - 1
和 0. 25 Λmol. L - 1 的 Zn 水 平 下 , HCO -3 处 理 后
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表 1　　HCO -3 对不同水稻品种根干重的影响
Table 1　　Effect of bicarbonate on root dry weight
in different r ice cultivars
品种
Cultivar
处理 T reatm ent
HCO -3 mmo l. L - 1 Zn Λmo l. L - 1 5 株根干重 Roo t D W. (m g) 1)2d 8d
0 0 54. 67 d 81. 93 e
0 0. 05 60. 60 c 103. 60 d
IR 26 0 0. 25 68. 67 b 145. 90 b
0 1. 25 74. 00 a 162. 23 a
20 0 40. 30 f 47. 80 g
20 0. 05 49. 70 e 62. 33 f
20 0. 25 57. 23 cd 95. 20 d
20 1. 25 67. 47 b 121. 37 c
IR 8192 0 0 55. 60 de 83. 20 d23122 0 0. 05 61. 17 d 104. 57 c
0 0. 25 80. 63 ab 149. 20 a
0 1. 25 86. 57 a 152. 70 a
20 0 51. 50 e 80. 67 d
20 0. 05 70. 93 c 114. 23 b
20 0. 25 87. 10 a 156. 43 a
20 1. 25 74. 97 bc 151. 80 a
　1) D uncan′s 新复极差测验的多重比较结果,D uncan′s m utip le comparisons
IR 819223122 根干重反而有轻微的增加, 处理 2 和
8d 时, 0. 05 Λmol. L - 1水平下根干重分别增加 16%
和 9% ; 在 0. 25 Λmol. L - 1水平下, 根干重分别增加
8% 和 5% , 但在 1. 25 Λmol. L - 1Zn 水平下, HCO -3
的这种刺激作用消失。由此可见在低 Zn 浓度下,
HCO -3 对 IR 819223122 根生长有轻微的促进作用,
但差异未达显著水平。
2. 2　HCO -3 对不同水稻品种根系活力的影响
　 HCO -3 对缺锌敏感品种 IR 26 根生长有明显的抑
制作用, 而对耐性品种几乎没影响。为了解其机理对
两种水稻品种根系活力进行了测定, 测定结果见图
1。由图可见, HCO -3 显著降低 IR 26 根系活力, 处理
8 天时, 根系活力大约下降 65% , 且低锌水平 (0. 05Λmol. L - 1)时的根系活力低于高锌 (1. 25 Λmol. L - 1)
下的根系活力。而 IR 819223122 的根系活力受
HCO -3 影响很小, 每个锌浓度下根系活力相近。
图 1　　HCO -3 对敏感品种和耐性品种水稻根系活力的影响
F ig. 1　　Effect of HCO -3 on RO P in different rice cultivarsÉ . HCO -3 0 mmol. L - 1　Ê . HCO -3 20 mmol. L - 1　下同 The Sam e below
2. 3　HCO -3 对不同水稻品种主要有机酸积累的影
响
2. 3. 1　苹果酸在根部的积累　　由图 2 中可见,
HCO -3 处理后两种水稻品种根中的苹果酸含量大量
增加, 与对照 (不加HCO -3 ) 相比, IR 26 平均每天苹
果酸的积累 ( 8d 内 ) 大约增加 16 倍左右, 而
IR 819223122 根部苹果酸增加相对较少, 只增加 10
倍左右。以上结果表明HCO -3 对敏感品种根中苹果
酸积累的影响大于对耐性品种的影响。0. 05 Λmol.
L - 1锌浓度下, IR 26 根部每天苹果酸的积累稍高于
0. 25 和 1. 25 Λmol. L - 1锌浓度下苹果酸的积累, 但
差异未达显著水平。锌对 IR 819223122 品种根中苹
果酸的积累影响也不显著。
图 2　　HCO -3 对不同水稻品种根部每天累积苹果酸的影响
F ig. 2　　Effect of HCO -3 on daily m alate accum ulation
in roo ts of different rice cultivars
5365 期　　　　　　　　　　　　　徐晓燕等: 不同耐缺锌水稻对HCO -3 的生理反应　　　　　　　　　　　　　　　　　

2. 3. 2　柠檬酸在根部的积累　　 IR 26 和 IR 81922
3122 根中柠檬酸的浓度受 HCO -3 的影响差异更大
(图 3)。IR 26 根中平均每天柠檬酸积累的量是对照
的 9 倍左右; 而 IR 819223122 根中平均每天柠檬酸
积累的量是对照的 1. 5 倍左右, 以上结果表明
HCO -3 显著增加敏感品种根中柠檬酸的浓度, 而对
耐性品种影响较小。锌水平对两种品种根部柠檬酸
的浓度影响不显著。
图 3　　HCO -3 对不同水稻品种根部每天累积柠檬酸的影响
F ig. 3　　Effect of HCO -3 on daily citrate accum ulation
in roo ts of different rice cultivars
2. 4　不同水稻品种受 HCO -3 影响根细胞膜透性差
异的研究
植物在逆境胁迫或衰老过程中, 植物细胞原生
质膜中的不饱和脂肪酸发生过氧化作用, 使质膜系
统受到伤害, 其选择透性降低, 细胞内电解质外渗
量增加, 电解质外渗量可表示膜伤害或变性程度。
从图 4 可以看出, HCO -3 处理后, IR 26 根系在CaC l2
溶液中分泌物的电导率增加, 处理 6 小时, 电导率与
对照 (不加 HCO -3 ) 相比提高 31% , 而 IR 819223122
根系在CaC l2 溶液中电导率受HCO -3 影响较小。由
此表明 HCO -3 增加了敏感品种 IR 26 根细胞膜透
性, 而对耐性品种根细胞膜透性影响很小。
图 4　　HCO -3 对不同水稻品种根系分泌物收集液电导率的影响
F ig. 4　　Effect of bicarbonate on roots electric
conductivity in different rice cultivars
2. 5　HCO -3 对不同水稻品种超氧化物歧化酶
(SOD )活性的影响
由表 2 可以看出, HCO -3 和 Zn 对敏感品种叶
和根中 SOD 酶活性都有显著的影响, 在缺锌条件
下加 HCO -3 , IR 26 叶和根中 SOD 活性与对照相比
(不加HCO -3 ) 分别下降 21% 和 24%。1. 25 ΛmolöL
Zn 浓度下加HCO -3 , IR 26 叶和根中 SOD 酶活性与
对照相比分别下降 13% 和 14%。以上结果表明,
HCO -3 降低了 IR 26 根和叶中的 SOD 酶活性, 而对
IR 819223122 根和叶中 SOD 活性影响未达显著水平
(从D uncan′s 新复极差测验的多重比较结果可以看
出差异不显著)。SOD 酶是植物体内的保护酶, 它
可消除活性氧对生物膜损害。HCO -3 降低了 IR 26
根和叶中的 SOD 酶活性, 这可能是其增加敏感品
种 IR 26 根细胞膜透性的原因。
表 2　　HCO -3 对不同水稻品种幼苗 SOD 酶活性的影响
Table 2　　Effect of bicarbonate on SOD activ ity
品种
Cultivars
处理
T reatm ent
HCO -3 (mmo l) Zn (Λmo l. L - 1) SOD 活性 (un ites. g- 1 FW ) 1)SOD activity叶 L eaf 根 Roo t
0 0 332 C 270 C
IR 26 20 0 263 D 205 D
0 1. 25 662 A 361 A
20 1. 25 575 B 310 B
0 0 385 B 315 B
IR 81922 20 0 365 B 293 B
3122 0 1. 25 892 A 395 A
20 1. 25 875 A 377 A
　　1) D uncan′s m ultip le comparisons, r= 3.
3　讨论
根系活力是植物生长的重要生理指标之一。Α2
萘胺氧化力可以代表被测量组织中过氧化氢或其他
过氧化物形成和供应的速率。根系活力强表明根系
生长健壮, 吸收利用养分的能力也强。本试验结果
表明, HCO -3 显著降低了敏感品种 IR 26 根系活力,
特别是低锌时 IR 26 根系活力更低, 而对 IR 81922
3122 几乎没有影响。由此推断, HCO -3 降低敏感品
种 IR 26 根系活力是 IR 26 根生长受抑制的重要生理
反应。
Bedri[ 9 ]和L ee 等[ 7 ]曾报道, 高浓度的 HCO -3 可
以增加非钙生植物根中 CO 2 的固定和有机酸的合
成, 非钙生植物的CO 2 固定速率高, 在含HCO -3 溶
液中根生长差, 而钙生植物的CO 2 固定速率低, 但
根生长好。本研究表明HCO -3 处理后, 两种水稻品
种根部苹果酸和柠檬酸的积累增加, 但敏感品种的
636　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作　　物 　　学　　报　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　28 卷

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