吳立群，蔡志歡，張桂蓮,2,3**，劉逸童，趙 瑞

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低溫對(duì)不同耐冷性水稻品種秧苗生理特性及根尖解剖結(jié)構(gòu)的影響*

吳立群1，蔡志歡1，張桂蓮1,2,3**，劉逸童1，趙 瑞1

（1．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，長沙 410128；2．南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長沙 410128；3．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻油菜抗病育種湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長沙 410128）

以秧苗期耐冷性不同的2個(gè)水稻品種湘早秈45和三七十蘿為材料，利用光照培養(yǎng)箱分別設(shè)適溫（25℃，CK）和低溫（10℃）兩個(gè)處理，研究低溫下水稻秧苗生理特性及根尖解剖結(jié)構(gòu)的變化，以探明低溫對(duì)水稻秧苗的影響機(jī)理。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，低溫下幼苗總根數(shù)、最長根長、根鮮重、根干重、根系總吸收面積、活躍吸收面積和根系活力下降，且隨著處理時(shí)間的延長降低幅度增大，冷敏感品種湘早秈45幼苗的降幅大于耐冷品種三七十蘿；低溫下根系SOD活性、POD活性表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，根系相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量增加，耐冷品種三七十蘿根系SOD活性、POD活性、相對(duì)電導(dǎo)率、MDA含量變幅小于冷敏感品種湘早秈45；低溫下根系分泌物游離氨基酸含量和可溶性糖含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)，耐冷性品種三七十蘿變幅高于冷敏感品種湘早秈45；低溫下冷敏感品種湘早秈45根尖薄壁細(xì)胞形狀不規(guī)則，排列疏松，細(xì)胞間隙大，維管束結(jié)構(gòu)不清晰，木質(zhì)部排列紊亂，而耐冷品種三七十蘿低溫下根尖薄壁細(xì)胞形狀較規(guī)則，細(xì)胞排列較緊密，細(xì)胞間隙小，維管束結(jié)構(gòu)較清晰，木質(zhì)部和韌皮部清晰可見。研究結(jié)果說明水稻幼苗受低溫激發(fā)通過誘導(dǎo)不同生理和形態(tài)變化以應(yīng)對(duì)低溫的影響。

水稻；低溫；秧苗；生理特性；根尖解剖結(jié)構(gòu)

水稻幼苗生長的適宜溫度在25～35℃，但在中國南方雙季稻區(qū)早稻播種后經(jīng)常遭遇寒潮天氣，導(dǎo)致秧苗出現(xiàn)黃葉、生長遲緩，甚至卷葉和死苗現(xiàn)象，不僅使早稻產(chǎn)量受到影響，還由于生育期的推遲而影響晚稻的生產(chǎn)計(jì)劃和產(chǎn)量[1?2]。根系作為水稻的重要吸收和代謝器官，其生長和活力大小直接影響水稻的生長發(fā)育，間接決定著水稻地上部產(chǎn)量和品質(zhì)[3?4]。水稻根系生長的最適溫度為28～32℃，溫度低于28℃或高于32℃均不利于根系生長[5]，低于22℃次生根不能生長[6]。關(guān)于低溫對(duì)水稻生長發(fā)育影響研究多集中在植株地上部[7?8]，對(duì)根系影響的研究相對(duì)較少。程建峰等[9]研究表明，根際溫度主要影響水稻生長前期根系的形成和生長后期根系的衰竭，水溫對(duì)水稻根系的影響遠(yuǎn)大于氣溫。龔明等[10]研究表明,水稻苗期根系對(duì)低溫的反應(yīng)比葉片更敏感，水稻品種間耐冷性的差異可能就表現(xiàn)在根系耐低溫能力的強(qiáng)弱上。宋廣樹等[11]研究顯示，苗期低溫處理后，水稻根系活力下降，且處理時(shí)間越長、溫度越低，下降幅度越大。低溫下，水稻根系生長受阻，導(dǎo)致根系無法吸收足夠的水分來滿足地上部的需求，致使地上部分出現(xiàn)青枯或死苗，這可能是水稻苗期低溫危害的重要原因之一。目前對(duì)低溫下水稻根系形態(tài)和生理特性系統(tǒng)研究報(bào)道較少。因此，本試驗(yàn)以耐冷性水稻品種三七十蘿和冷敏感品種湘早秈45為材料，擬通過苗期人工模擬低溫，從根系形態(tài)指標(biāo)及生理特性方面進(jìn)行研究，旨在揭示低溫脅迫對(duì)水稻根系的影響機(jī)理，以期為選育耐冷性水稻品種或改良現(xiàn)有超高產(chǎn)水稻品種的耐冷性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)于2016年和2017年在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻科學(xué)研究所進(jìn)行。供試材料為耐冷性水稻品種“三七十蘿”和冷敏感水稻品種“湘早秈45”，三七十蘿由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供，湘早秈45由湖南某種子公司提供。二葉一心期幼苗在8℃低溫下持續(xù)處置5d，然后在適溫條件下恢復(fù)5d，三七十蘿和湘早秈45的死苗率分別為8.57%和100%，說明兩品種苗期耐冷性差異顯著[12]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

將飽滿的水稻種子經(jīng)常規(guī)消毒、浸種、催芽后，播于含有96孔的PCR板中（孔的底部剪掉），每間隔1孔播種1粒，每板播種48粒，播后放在1/2濃度的營養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，營養(yǎng)液配方參考國際水稻研究所吉田昌一[13]，每3d換一次營養(yǎng)液。至幼苗生長至二葉一心期，將每品種10塊PCR板含480株幼苗分別移入兩個(gè)人工氣候箱中進(jìn)行處理，培養(yǎng)箱內(nèi)光照為12000lx，空氣相對(duì)濕度為70%～80%。培養(yǎng)箱內(nèi)溫度設(shè)兩個(gè)水平，一個(gè)為低溫處理（恒溫10℃），另一個(gè)為適溫處理（恒溫25℃，CK），分別于處理24h、72d、120h取樣進(jìn)行各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定。試驗(yàn)設(shè)3次取樣重復(fù)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 幼苗生長狀況

取10株幼苗進(jìn)行單株總根數(shù)、最長根長、葉齡、株高的測(cè)量；取100株幼苗，將根與地上部分開，吸干表面水分后稱鮮重，然后在恒溫烘干箱108℃殺青30min，80℃烘干，冷卻后稱干重。

1.3.2 根系活力

取幼苗根系，參照李合生等[14]的方法，用DS-11 A型電導(dǎo)率儀測(cè)定根系電導(dǎo)率，用硫代巴比妥酸（TBA）法測(cè)定根系丙二醛含量，用TTC法測(cè)定根系活力，用甲烯藍(lán)染色法測(cè)定根系總吸收面積和活躍吸收面積，用氮藍(lán)四唑光還原法測(cè)定根系SOD活性，用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定根系POD活性。

1.3.3 根系分泌物

取幼苗根系，參照李合生等[14]的方法，用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量，用茚三酮顯色法測(cè)定游離氨基酸含量。

1.3.4 根尖顯微結(jié)構(gòu)

低溫處理72h后取根尖，參照汪曉麗等[15]的方法進(jìn)行根尖顯微結(jié)構(gòu)觀察。用FAA液固定，經(jīng)酒精脫水，二甲苯透明及石蠟包埋后進(jìn)行連續(xù)橫、縱向切片，切片經(jīng)1.0%的番紅和苯胺藍(lán)染色。在顯微鏡下觀察根系解剖結(jié)構(gòu)并拍照。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和方差分析采用Microsoft Excel和SPSS軟件完成。為確保低溫處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，分別于2016年和2017年進(jìn)行了兩次相同試驗(yàn)材料的低溫模擬試驗(yàn)，其中，2016年為預(yù)試驗(yàn)，以掌握光照培養(yǎng)箱進(jìn)行低溫設(shè)置的準(zhǔn)確性，方差結(jié)果表明兩年試驗(yàn)數(shù)據(jù)不存在顯著差異，因此，文中采用2017年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異變化分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫對(duì)水稻幼苗根系形態(tài)和地上部形態(tài)的影響

由表1可見，在適溫（CK）下，與冷敏感水稻品種湘早秈45相比，耐冷性水稻三七十蘿幼苗的根條少但質(zhì)量較好，長度和重量均相對(duì)較高，兩品種的各根系形態(tài)指標(biāo)均表現(xiàn)正常，隨生育時(shí)間延長而增加。經(jīng)過低溫處理后，兩品種的各根系形態(tài)指標(biāo)（總根數(shù)、最長根長、根鮮重和根干重）均有一定程度的降低，且隨著低溫處理時(shí)間延長降低幅度逐漸增大。進(jìn)一步分析可見，在低溫處理24h、72h、120h后，湘早秈45的總根數(shù)、最長根長、根鮮重和根干重的降幅均大于三七十蘿。表明苗期遭遇10℃低溫會(huì)對(duì)水稻幼苗根系生長產(chǎn)生不利影響，且對(duì)冷敏感品種湘早秈45的影響大于耐冷性品種三七十蘿。

表1 低溫對(duì)兩品種幼苗根系形態(tài)影響的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

注：CK為人工氣候箱內(nèi)適溫（25℃）處理，LT為人工氣候箱內(nèi)低溫（10℃）處理，Δ為兩處理間的差值。XZX45為冷敏感水稻品種“湘早秈45”，SQSL為耐冷性水稻品種“三七十蘿”。小寫字母表示同品種不同時(shí)長處理間在0.05水平上的差異顯著性。下同。

Note: CK: Optimal temperature treatment in artificial climate box (25℃); LT: low temperature treatment in artificial climate box (10℃), Δ: The difference between two treatments. XZX45: cold-sensitive cultivar Xiangzaoxian45, SQSL: cold-tolerant cultivar Sanqishiluo. Lowercase indicates the difference significance among the different time treatments of the same cultivar at 0.05 level. The same as below.

從表2可見，在適溫（CK）下，兩個(gè)品種幼苗地上部分形態(tài)指標(biāo)均表現(xiàn)正常，隨生育時(shí)間延長而增加。低溫處理下，兩個(gè)品種幼苗地上部分各形態(tài)指標(biāo)（葉齡、株高、冠鮮重、冠干重）均有一定程度的降低，且隨著低溫時(shí)間延長降低幅度逐漸增大。進(jìn)一步分析可見，在低溫處理24h、72h、120h后，冷敏感品種湘早秈45的葉齡、株高、冠鮮重與冠干重降幅均大于耐冷品種三七十蘿。表明苗期遭遇10℃低溫會(huì)對(duì)水稻幼苗地上部生長產(chǎn)生不利影響，且對(duì)冷敏感品種湘早秈45的影響大于耐冷性品種三七十蘿。

表2 低溫對(duì)兩品種幼苗地上部形態(tài)影響的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

2.2 低溫對(duì)水稻幼苗根系吸收面積和根系活力的影響

由表3可見，在適溫（CK）下，兩品種根系生長正常，根系吸收面積隨生育時(shí)間延長而增加。低溫處理下，兩品種幼苗的根系吸收面積指標(biāo)（總吸收面積、活躍吸收面積、比面積）均有一定程度的降低，且隨著處理時(shí)間延長降低幅度逐漸增大。進(jìn)一步分析可見，在低溫處理24h、72h、120h后，冷敏感品種湘早秈45的根系總吸收面積、活躍吸收面積、比面積的下降幅度均大于耐冷性品種三七十蘿。表明苗期遭遇10℃低溫會(huì)對(duì)水稻幼苗根系吸收面積產(chǎn)生不利影響，且對(duì)冷敏感品種湘早秈45的影響大于對(duì)耐冷性品種三七十蘿。

由表4可知，在適溫（CK）下，兩品種幼苗根系生長正常，根系活力隨生育時(shí)間延長而增加。低溫處理下，兩品種的根系活力降低，且隨著處理時(shí)間延長降低幅度逐漸增大。進(jìn)一步分析可見，在低溫處理24h、72h、120h后，冷敏感品種湘早秈45的根系活力下降幅度大于耐冷性品種三七十蘿。表明苗期遭遇10℃低溫會(huì)對(duì)水稻幼苗根系活力產(chǎn)生不利影響，且對(duì)冷敏感品種湘早秈45的影響大于耐冷性品種三七十蘿。

表3 低溫對(duì)兩個(gè)品種幼苗根系吸收面積影響的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

表4 低溫對(duì)兩個(gè)品種幼苗根系活力、相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量影響的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

2.3 苗期低溫對(duì)根系相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響

由表4可知，在適溫（CK）下，兩品種幼苗根系相對(duì)電導(dǎo)率隨生育時(shí)間延長變幅不明顯。低溫處理下兩個(gè)品種的根系相對(duì)電導(dǎo)率增加，且隨著處理時(shí)間的延長增加幅度逐漸增大。進(jìn)一步分析可見，在低溫處理24h、72h、120h后，冷敏感品種湘早秈45根系相對(duì)電導(dǎo)率增加幅度均大于耐冷性品種三七十蘿。表明苗期遭遇10℃低溫對(duì)水稻幼苗根系產(chǎn)生了傷害，且對(duì)冷敏感品種湘早秈45的傷害程度大于耐冷性品種三七十蘿。

由表4可看出，在適溫（CK）下，兩品種根系MDA含量隨生育時(shí)間延長變幅不明顯。低溫處理下兩個(gè)品種的根系MDA含量增加，且隨著處理時(shí)間的延長增加幅度逐漸增大。進(jìn)一步分析可見，在低溫處理24h、72h、120h后，冷敏感品種湘早秈45根系MDA含量增加幅度均大于耐冷性品種三七十蘿。表明苗期遭遇10℃低溫對(duì)水稻幼苗根系產(chǎn)生傷害，且對(duì)冷敏感品種湘早秈45的傷害程度大于對(duì)耐冷性品種三七十蘿的傷害程度。

2.4 苗期低溫對(duì)幼苗根系SOD和POD活性的影響

由表5可看出，在適溫（CK）下，兩品種根系SOD活性和POD活性隨生育時(shí)間延長變化幅度不明顯。低溫處理下，兩品種根系SOD活性和POD活性表現(xiàn)為先增加后降低趨勢(shì)，即處理初期根系SOD和 POD活性增加，但隨著處理時(shí)間延長呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。進(jìn)一步分析可見，在處理24h、72h、120h后，冷敏感品種湘早秈45根系SOD活性和POD活性變幅均大于耐冷品種三七十蘿。表明低溫對(duì)冷敏感品種湘早秈45根系SOD活性和POD活性的影響大于對(duì)耐冷性品種三七十蘿的影響。

2.5 苗期低溫對(duì)幼苗根系分泌物游離氨基酸含量和可溶性糖含量的影響

由表6可知，在適溫（CK）下，兩品種根系分泌物游離氨基酸含量隨生育時(shí)間延長逐漸增加。低溫下根系分泌物游離氨基酸含量呈現(xiàn)先增加后降低趨勢(shì)，在低溫處理24h、72h后，湘早秈45根系分泌物游離氨基酸含量分別比對(duì)照增加17.39%、40.00%，在處理120h后比對(duì)照增加14.29%；而三七十蘿在低溫處理24h、72h后，根系分泌物游離氨基酸含量分別比對(duì)照增加20.00%、46.43%，在處理120h后比對(duì)照增加26.67%，增加幅度大于湘早秈45。表明低溫對(duì)冷敏感品種湘早秈45的影響大于對(duì)耐冷性品種三七十蘿的影響。

表5 低溫對(duì)兩品種幼苗根系SOD活性和POD活性影響的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

由表6可知，低溫脅迫下，根系分泌物可溶性糖含量變化趨勢(shì)與游離氨基酸含量趨勢(shì)基本一致。低溫下三七十蘿根系分泌物可溶性糖含量增加幅度大于湘早秈45，表明低溫對(duì)冷敏感品種湘早秈45根系分泌物的影響大于對(duì)耐冷性品種三七十蘿的影響。

表6 低溫對(duì)兩品種幼苗根系分泌物游離氨基酸含量和可溶性糖含量影響的比較（平均值±標(biāo)準(zhǔn)差）

2.6 苗期低溫對(duì)幼苗根尖解剖結(jié)構(gòu)的影響

由圖1可知，在適溫（CK）下，兩品種幼苗根尖細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)正常，薄壁細(xì)胞形狀規(guī)則，排列緊密，細(xì)胞間隙小，維管束結(jié)構(gòu)清晰。低溫下兩品種幼苗根尖細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。對(duì)冷敏感品種湘早秈45而言，低溫下根尖薄壁細(xì)胞形狀不規(guī)則，排列疏松，細(xì)胞間隙大，維管束結(jié)構(gòu)不清晰，木質(zhì)部排列紊亂；對(duì)于耐冷品種三七十蘿而言，低溫下根尖薄壁細(xì)胞形狀較規(guī)則，細(xì)胞排列較緊密，細(xì)胞間隙小，維管束結(jié)構(gòu)較清晰，木質(zhì)部和韌皮部清晰可見。表明低溫對(duì)耐冷品種三七十蘿根尖形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響小于冷敏感品種湘早秈45。

1.適溫下湘早秈45根尖橫切面圖；2.低溫下湘早秈45根尖橫切面圖；3.適溫下三七十蘿根尖橫切面圖；4.低溫下三七十蘿根尖橫切面圖；5.適溫下湘早秈45縱切面圖；6.低溫下湘早秈45縱切面圖；7.適溫下三七十蘿縱切面圖；8.低溫下三七十蘿縱切面圖。

3 結(jié)論與討論

根系是作物養(yǎng)分和水分吸收的重要器官，也是很多物質(zhì)合成、轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所，在作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成過程中發(fā)揮重要作用。根系性狀和地上部的性狀兩者彼此聯(lián)系，相互制約，構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的整體，根系的形態(tài)及機(jī)能與地上部具有非常緊密的關(guān)系。水稻根系數(shù)量和根系在土壤中的分布特征對(duì)地上部生長、產(chǎn)量有重要影響[16]。劉瑩等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，根系是植物最先感受逆境脅迫的器官，逆境脅迫下根系形態(tài)上的變化最為直觀。本研究表明，與適溫對(duì)照相比，低溫處理下水稻幼苗根系生長受到影響，表現(xiàn)為根系的最長根長、總根數(shù)下降，根系活力、吸收面積降低，這與相關(guān)研究結(jié)果[18?20]相一致。不過不同耐冷性品種間受影響程度存在差異，冷敏感品種湘早秈45下降幅度大于耐冷品種三七十蘿，說明低溫脅迫阻礙了水稻幼苗根系的生長發(fā)育，耐冷品種三七十蘿根系受低溫影響較小，低溫下仍能保持較高的根系活力和吸收能力，有利于為地上部分輸送養(yǎng)分和水分。

低溫下水稻幼苗根系發(fā)生了膜脂過氧化，產(chǎn)生大量的膜脂過氧化產(chǎn)物丙二醛（MDA），同時(shí)根系相對(duì)電導(dǎo)率升高，且隨著處理時(shí)間的延長MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率增幅逐步增大。植物原生質(zhì)膜是細(xì)胞與環(huán)境的一個(gè)界面結(jié)構(gòu)，可有效截取各種逆境引起的傷損，低溫下根系MDA含量增加，細(xì)胞質(zhì)膜受損其質(zhì)膜透性發(fā)生了變化，引起細(xì)胞內(nèi)含物大量外滲，相對(duì)電導(dǎo)率上升，質(zhì)膜透性越大根系受損越嚴(yán)重。這與相關(guān)研究結(jié)果[20,21?23]相一致。但耐冷性品種間受損程度存在顯著差異，冷敏感品種湘早秈45根系MDA含量和相對(duì)電導(dǎo)率增加幅度大于耐冷品種三七十蘿，說明冷敏感品種湘早秈45根系細(xì)胞質(zhì)膜在低溫下受損程度大于耐冷品種三七十蘿。

SOD和POD是生物體內(nèi)重要的保護(hù)酶, 可防御活性氧對(duì)細(xì)胞膜系統(tǒng)產(chǎn)生傷害，從而延緩細(xì)胞衰老[24?25]。低溫初期，幼苗根系保護(hù)酶活性增加，可對(duì)細(xì)胞內(nèi)的活性氧進(jìn)行清除，但隨著低溫處理時(shí)間延長保護(hù)酶活性下降，清除能力降低，這與相關(guān)研究結(jié)果[18,20,26]相一致。但耐冷性不同品種間存在差異，冷敏感品種湘早秈45根系SOD、POD活性的變幅大于耐冷品種三七十蘿，這說明耐冷性品種在脅迫下仍能保持較高的保護(hù)酶活性，清除代謝過程中產(chǎn)生的活性氧，減輕低溫對(duì)細(xì)胞膜造成的傷害。

可溶性糖、游離氨基酸是根系分泌物的主要組分，這些組分的增加對(duì)植物起到一定的保護(hù)作用，從而緩解植物受環(huán)境脅迫的傷害[27]。低溫下根系分泌物可溶性糖含量、游離氨基酸含量增加，但隨著處理時(shí)間延長有所下降，這表明低溫初期根系分泌物主要組分含量增加，隨處理時(shí)間延長根系分泌能力受到抑制，其變化趨勢(shì)與相關(guān)研究結(jié)果[27]基本一致。但耐冷性不同品種間存在差異，耐冷性品種可溶性糖含量、游離氨基酸含量變幅顯著高于冷敏感品種。表明耐冷品種三七十蘿根系分泌能力受抑制程度小于冷敏感品種湘早秈45。

水稻根的后生木質(zhì)部導(dǎo)管屬于大型導(dǎo)管，位于中柱內(nèi)側(cè)，稻根通過導(dǎo)管將從外界環(huán)境中吸收的水分輸送到植株體內(nèi)，導(dǎo)管的數(shù)目和大小是反映根的水分疏導(dǎo)能力指標(biāo)[28]。劉恒等[29]研究表明，根木質(zhì)部導(dǎo)管與作物抗逆性密切相關(guān)。本研究結(jié)果表明，低溫脅迫下，耐冷品種三七十蘿根尖仍能維持較好的維管組織, 從而保證水分和營養(yǎng)物質(zhì)的正常供給；對(duì)冷敏感品種湘早秈45，低溫脅迫下根尖薄壁細(xì)胞形狀不規(guī)則，排列疏松，細(xì)胞間隙大，維管束結(jié)構(gòu)不清晰，木質(zhì)部排列紊亂，從而引起輸導(dǎo)功能障礙, 使地上部得不到充足的水分和養(yǎng)分供應(yīng)，導(dǎo)致植株地上部分失水萎蔫。根尖是根系生理活性最活躍的部分，根尖細(xì)胞的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、高爾基體、核糖體、液泡、微體和質(zhì)膜ATPase等對(duì)根的功能發(fā)揮具有重要作用[30]。有關(guān)低溫下水稻幼苗根尖的超微結(jié)構(gòu)變化有待進(jìn)一步研究。

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Effects of Low Temperature on Physiological Characteristics of Rice Seedlings with Different Cold Tolerance and Anatomical Structure of Root Tip

WU Li-qun1, CAI Zhi-huan1, ZHANG Gui-lian1,2,3, LIU Yi-tong1, ZHAO Rui1

(1.College of Agronomy, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2.Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crop, Changsha 410128; 3.Hunan Provincial Key Laboratory of Rice and Rapseed Breeding for Disease Resistance, Hunan Agricultural University, Changsha 410128)

In order to explore the influence mechanism of low temperature on rice seedlings, a hydroponics experiment was conducted using 2 rice varieties with different cold tolerance at seedling stage including the cold-tolerant cultivar Sanqishiluo and cold sensitive cultivar Xiangzaoxian45, cultivated in light incubator under two different temperature treatments, the two temperature treatments were optimal temperature treatment (25℃,taken as control，CK) and low temperature treatment(10℃), respectively. The effects of low temperature on the physiological characteristics of rice seedlings and anatomical structure of root apex were studied. The results showed that compared with the control, total root number, longest root length, root fresh weight, root dry weight, root total absorption area, root active absorption area,and root activity decreased under low temperature treatment, and the decrease extent was increased with the increase of treatment time, the reduced range of cold-sensitive cultivar Xiangzaoxian45 was greater than that of cold-tolerant cultivar Sanqishiluo. The activity of SOD and POD increased first and then decreased, and relative conductivity and MDA content increased. The change range of SOD activity, POD activity, relative conductivity and MDA content in cold-tolerant cultivar Sanqishiluo was less than that of cold sensitive cultivar Xiangzaoxian45. The contents of free amino acids and soluble sugar in root increased first and then decreased under low temperature, the change range of cold-tolerant cultivar Sanqishiluo was higher than that of cold sensitive cultivar Xiangzaoxian45. Under low temperature, epidern cell of root tip wall in cold-sensitive cultivar Xiangzaoxian45 arranged irregularly and untightly, vascular bundle of connective tissue was seriously destroyed, and vascular bundle sheath cell arranged irregularly, xylem and phloem were unclear. While epidern cell of root tip wall in vascular bundle of connective tissue in cold-tolerant cultivar Sanqishiluo arranged regularly and tightly, vascularbundle sheath cell and parenchyma cells arranged regularly, xylem and phloem were clear. Results showed that the different physiological and morphological changes were inspired and induced by low temperature, and by applying physiological and morphologica changes to reply synthetically the influence of low temperature on rice seedlings.

Rice；Low temperature；Seedling；Physiological characteristics；Anatomical structure of root tip

10.3969/j.issn.1000-6362.2018.12.005

吳立群,蔡志歡,張桂蓮,等.低溫對(duì)不同耐冷性水稻品種秧苗生理特性及根尖解剖結(jié)構(gòu)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2018,39(12):805-813

收稿日期：2018?05?24

通訊作者。E-mail：zgl604@163.com

國家自然科學(xué)基金（30900874）；湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2017NK2013）；湖南省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目（17A100）；作物學(xué)開放基金項(xiàng)目（ZWKF201504）；湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目（XCX17085）

吳立群（1997?），學(xué)士，研究方向?yàn)樽魑锟鼓嫔?。E-mail：wuliqun@163.com

共同第一作者：蔡志歡（1993?），碩士，研究方向?yàn)樽魑锟鼓嫔怼-mail：caizhihuan@163.com