全 文 ：Vol131 , No15
pp1 673 - 676 　May , 2005作 　物 　学 　报ACTA A GRONOM ICA SIN ICA第 31 卷 第 5 期2005 年 5 月 　673～676 页
研究
简报 水稻不同耐冷品种光呼吸对低温的反应
王国莉　郭振飞 3 Ξ
(华南农业大学生命科学学院 ,广东广州 510642)
Responses of Photorespiration to Chilling Stress in Rice with Different Chilling Tolerance
WAN G Guo2Li , GUO Zhen2Fei 3
( College of L if e Science , South China A gricult ural U niversity , Guangzhou 510642 , Guangdong , China)
　　水稻在温度低于 10～12 ℃时就会表现出冷害症状 ,冷
害可引起水稻代谢和生理过程的伤害 ,造成膜透性增加 ,叶
绿素合成受阻 [1 ,2 ]和叶绿体结构破坏 [3 ] 。光呼吸在耗散过剩
光能、保护光合机构和避免光氧化等方面起重要作用 [4 ] 。光
呼吸还可通过乙醇酸的消耗促进无机磷 ( Pi) 的周转 ,缓解 Pi
不足对光合作用的限制 [5 ] 。水稻叶片的光合作用对低温特
别敏感 ,低温下水稻幼苗的光合磷酸化和 Calvin 循环有关酶
活性受到抑制 [6 ] 。但对低温下不同耐冷性品种的水稻光合
和光呼吸的比较研究很少。笔者曾报告 ,低温下水稻耐冷性
品种湘糯 1 号比冷敏感品种 IR50 有较高的抗氧化酶活性和
抗氧化剂含量 [7 ] 。本文研究了低温下水稻耐冷品种湘糯 1
号和冷敏感品种 IR50 的伤害及光合作用和光呼吸的变化 ,
为进一步揭示水稻低温下光合作用的运转和调节及水稻耐
冷机理提供依据。
1 　材料与方法
111 　材料培养及处理
　　以水稻 ( Oryz a sativa L1) 湘糯 1 号 (耐冷品种) 和 IR50
(冷敏感品种)为材料 ,采用前文方法 [8 ] 培养幼苗至三叶期 ,
再移栽到直径 25 cm 大盆中 ,每盆设 12 孔 ,每孔 4 株 ,继续
培养 1 周。将水稻幼苗移至光照 160μmol·m - 2 ·s - 1 、湿度
80 %的人工气候箱进行低温 (8 ℃) 处理 ,以常温 (28 ℃) 为对
照。低温处理 5 d 后将材料移至对照的培养箱恢复生长 2
d。分别取处理后各天的水稻幼苗叶片进行测定。
112 　光合速率和光呼吸速率的测定
用英国 PP systems 的 TPS21 便携式光合作用系统测定
光合速率 ,叶室的光照 800～1 000μmol·m - 2·s - 1 ,气体流速
300 mLΠmin。用碱石灰吸附进入叶室气体中的 CO2 ,测定无
CO2 空气中 CO2 的释放速率作为光呼吸的估计值 [9 ] 。
113 　乙醇酸氧化酶活性测定
取 015 g 水稻叶片 , 加 5 mL 011 molΠL 磷酸缓冲液研
磨 ,10 000 ×g 离心 15 min ,收集上清液。参照彭新湘 [10 ]盐
酸苯肼2铁氰化钾比色法测定乙醛酸的生成。每分钟催化生
成 1μmol 乙醛酸所需的酶量为 1 U。
114 　乙醇酸和乙醛酸含量的测定
参照 Zelitch 的方法 [11 ] 提取。取 1 g 材料 ,于 20 %的乙
醇中煮沸 3 min ,杀死叶片 ,用蒸馏水研磨 ,1 000 ×g 离心 10
min。残渣用 5 mL 沸腾的蒸馏水洗涤 2 次 ,再离心 ,合并上
清液。上 Dowex 12X10 乙酸型阴离子交换树脂柱 (017 cm ×
6 cm) ,以 4 molΠL 的乙酸洗脱 (流速 1 mLΠmin) ,舍弃最先流
出的 4 mL ,收集后面的 10 mL 用于乙醇酸含量测定 [12 ] ,再
舍弃 6 mL ,收集以后的 25 mL 测定乙醛酸含量[13 ] 。
2 　结果
211 　低温下光合作用及光呼吸的变化
　　低温下水稻两品种的光合速率都下降 ,冷处理 1 d 和 3
d 后 ,湘糯 1 号分别降低 4011 %和 6218 % , IR50 分别降低
4515 %和 7418 % ,5 d 后湘糯 1 号和 IR50 分别降低 8318 %
和 9915 % ,恢复 2 d 后 ,湘糯 1 号恢复到对照水平 ,而 IR50
不能恢复 (图 1) ,最后只检测到微弱的呼吸速率。两品种的
光呼吸速率也随低温处理时间的延长逐渐减小 ,冷处理 3 d ,
湘糯 1 号和 IR50 分别降低 3714 %和 5518 % ,5 d 后分别降
低 5110 %和 9611 %。恢复 2 d 后 , 湘糯 1 号能恢复至对照
水平 ,而 IR50 继续下降 (图 2) 。
212 　低温下乙醇酸氧化酶活性、乙醇酸和乙醛酸含量的变
化
　　在低温处理 2 d 内乙醇酸氧化酶活性变化不大 ,随低温
处理时间的延长 ,湘糯 1 号和 IR50 的乙醇酸氧化酶活性均
下降。冷处理 3 d , 湘早糯 1 号和 IR50 的酶活性仅下降
1315 %和 1917 % ;冷处理 5 d 后分别下降 3419 %和 4816 % ;
恢复 2 d 后 ,湘糯 1 号的酶活性回升至对照水平 ,而 IR50 不
能恢复 (图 3) 。Ξ基金项目 : 广东省自然科学基金 (020979) 、国家自然科学基金 (30370131)和广东省教育厅“千百十”工程优秀人才基金资助项目。
作者简介 : 王国莉 (1974 - ) ,女 ,博士 ,主要从事作物生理生化研究。现在工作单位 :惠州学院生命科学系 ,广东惠州 ,516007。3 通讯作者 :郭振飞。E2mail : zhfguo @scau1edu1cn
Received(收稿日期) :2004204209 , Accepted(接受日期) :20042082131

图 1 低温对水稻品种湘糯 1 号( A)和 IR50( B)光合速率的影响
Fig11 The effect of chilling on photosynthetic rate of rice cultivars , Xiangnuo 1( A) and IR50( B)
图 2 低温对水稻品种湘糯 1 号( A)和 IR50( B)光呼吸速率的影响
Fig12 The effect of chilling on photorespiratory rate of rice cultivars , Xiangnuo 1( A) and IR50( B)
图 3 低温对水稻品种湘糯 1 号( A)和 IR50( B)乙醇酸氧化酶活性的影响
Fig13 The effect of chilling on glycolate oxidase activity of rice cultivars , Xiangnuo 1( A) and IR50( B)
　　乙醇酸和乙醛酸分别为乙醇酸氧化酶的底物和产物。
冷处理 3 d , 湘糯 1 号和 IR50 的乙醇酸含量分别增加
2311 %和 5916 % ;冷处理 5 d 后 ,分别增加 50 %和 8718 % ;恢
复常温后 ,湘糯 1 号部分恢复 ,乙醇酸含量有所下降 ,但依然
高于对照 2915 % ,IR50 不能恢复 (图 4) 。随低温胁迫时间的
增加 ,两品种乙醛酸含量都逐渐降低。胁迫 3 d , 湘糯 1 号和
IR50 乙醛酸含量分别下降 3611 %和 5210 % ;5 d 后分别下降
4814 %和 6513 % ;恢复阶段 ,湘早糯 1 号的乙醛酸含量上升 ,
达到了对照水平 ,但 IR50 无法恢复 (图 5) 。低温下乙醇酸积
累和乙醛酸含量的下降 ,与乙醇酸氧化酶活性降低和对光呼
吸的抑制相一致。
3 　讨论
光合作用是植物受低温影响最明显的生理过程之一。
水稻幼苗受到冷害胁迫时 ,叶绿体的超微结构也受到严重破
坏 [3 ] ,叶绿体电子传递功能降低 [14 ] 。三叶期的水稻品种湘
糯 1 号在 8 ℃培养 5 d 相对电导率变化不大 ,而 IR50 则随低
温处理时间不断升高 ,表明湘糯 1 号有较强的耐冷性 ,而
IR50 对低温敏感 [7 ] 。本试验中 ,湘糯 1 号和 IR50 在低温下
光合速率和光呼吸速率都下降 ,但光合速率下降更快 ,冷处
理 5 d 后 ,两品种基本丧失光合能力 ,但光呼吸却还保持着比
较高的速率。冷处理过程中 ,耐冷品种湘糯 1 号的光合速率
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和光呼吸速率的下降速率都明显低于冷敏感品种 IR50 , 移
至常温恢复生长 ,耐冷品种的各指标都可恢复到对照水平 ,
但冷敏感品种却无法恢复。低温也引起了两个耐冷性不同
的玉米品种的光合色素含量下降 ,CA T 活性降低 ,光合速率
下降 ,而且对冷敏感品种的影响大于耐冷性品种 [15 ] 。本试
验低温下水稻不同耐冷品种光合速率和光呼吸速率变化的
差异与其品种的耐冷性一致。
图 4 低温对水稻品种湘糯 1 号( A)和 IR50( B)乙醇酸含量的影响
Fig14 The effect of chilling on glycolate contents of rice cultivars , Xiangnuo 1( A) and IR50( B)
图 5 低温对水稻品种湘糯 1 号( A)和 IR50( B)乙醛酸含量的影响
Fig15 The effect of chilling on glyoxalate contents of rice cultivars , Xiangnuo 1( A) and IR50( B)
　　低温下水稻幼苗的 GO 活性降低可能是造成光呼吸速
率下降的部分原因 ,低温下乙醇酸积累和乙醛酸含量下降的
事实也证明 GO 活性确实下调。低温下耐冷品种湘糯 1 号
比敏感品种 IR50 具有较高的光呼吸速率 ,与它们的 GO 活
性变化一致。光呼吸使植物以另一种方式消耗吸收的能量 ,
降低 Mehler 反应速率 ,有利于减轻活性氧潜在的危害 [16 ,17 ] 。
低温下磷不足会造成光合速率的下降 ,但光呼吸产生的磷酸
乙醇酸可在叶绿体中转化成乙醇酸 ,并释放出磷 ,磷重新参
与碳代谢 ,所以光呼吸运转可补充叶绿体中的磷 ,促进光合
作用的进行 [18 ] 。本文中耐冷性较强的水稻品种在低温下维
持相对高的光呼吸速率 ,对其耐冷性具有重要的生理意义 ,
光呼吸的强弱与它们的耐性大小一致。
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会讯 中国作物学会
关于召开 2005 全国作物遗传育种学术研讨会的预备通知
作物遗传育种科学的发展为提高农产品产量、质量 ,保障我国粮食安全、全面提高我国农业国际竞争力
提供了有力的技术支撑。特别是近年来 ,一批新技术新方法在作物遗传育种学研究的应用 ,有力地促进了本
学科的发展。为及时总结近年来的科研成果 ,促进学术交流 ,探索学科的发展思路 ,中国作物学会决定于
2005 年 10 月中下旬在四川省成都市 (具体时间和地点另行通知) 召开 2005 年全国作物遗传育种学术研讨
会 ,欢迎广大科研工作者、特别是在读研究生踊跃参加。
本次会议由中国作物学会主办 ,四川省农科院、四川农业大学、四川省作物学会承办。会议有关事项如下 :
一、会议内容
1. 交流和讨论作物遗传育种和生物技术在作物育种上的应用等方面的学术思想、论文和成果 ,题目不
限 ,发言自由 ,提倡百家争鸣。
2. 分析和讨论作物遗传育种学科建设以及未来科学研究方向 ;商讨重大育种课题的立项建议。
3. 研究生论坛。
4. 特邀专家报告。
二、论文征集
会前正式出版论文集。论文征集截止日期为 2005 年 7 月 31 日。论文写作格式按《作物学报》投稿要
求。每篇论文不超过 5000 字 ,交打印稿 (word 文件打印) 并寄软盘或发邮件。投稿请在信封左下角注明
“2005 年全国作物遗传育种学术会论文”。文稿后请附作者简介 ,并写明联系人地址、电话和 E2mail 地址 ,以
便及时联系。
稿件请寄 :100081 北京中关村南大街 12 号 　中国作物学会办公室
联 系 人 :杜 　娟 ,刘丹丹
联系电话 :010268918616 E2mail : cssc304 @163. com 或 c09 @cast . org. cn
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