水稻幼苗的低温伤害及其和能量代谢的关系

本实验研究了水稻幼苗低温伤害的机理，并比较了两个抗寒性不同的水稻品种在2—4ºC低温处理一至四天期间和在30℃恢复期间，膜透性、呼吸作用和腺苷酸含量及能荷变化，丙酮酸激酶活性质膜ATPase水解活性和线粒体ATPase磷酸化活性的变化和蛋白质合成速率的变化。结果表明，水稻幼苗相对电导率随低温处理天数的增加而迅速地增加，在抗寒的早二六14中增加较慢，在抗寒性差的二九丰中增加较快。受冷四天的幼苗在3 0ºC下恢复一天后，早二六14的相对电导率能大幅度地下降，而二九丰仍然保持高水平。呼吸活性在低温处理l一3天起伏不定，但到第四天又剧烈地下降，若这时在30℃恢复一天后，呼吸活性又迅速增加。早二六14和二九丰的呼吸活性变化趋势十分相似。低温使幼苗中ATP含量和总腺苷酸含量显著地下降。处理一天后，早二六14和二九丰的ATP含量分别下降75%和78%，总腺苷酸含量都下降68%左右，ADP和AMP含量变化趋势与ATP相似，但下降幅度不如ATP明显，能荷分别从0.80和0.81降低至0.70和0.69 , ATP ∕ ADP比率分别从3∙ 4 7和4.45下降至1.60和1.46。之后继续低温处理，ATP、ADP和AMP含量和能荷及ATP/ADP比率基本上维持稳定。当受冷四天的幼苗在30ºC恢复一天后，ATP含量和总腺苷酸含量在这两个品种都显著地恢复上升，但上升的幅度在早二六1 4中大于二九丰。能荷也能恢复至正常的水平，AT P/ ADP在早二六14中从1.90上升至2.4 4，而在二九丰中没有增加。低温处理后，质膜ATPase活性明显上升，其变化幅度二九丰大于早二六14 ,尤其在2.5天的低温处理后，在二九丰中增加100%，而在早二六14中只增加12%。此外，通过分析质膜人ATPase对不同温度的反应情况，进一步证明了品种间的差异性。利用完整的线粒体在底物ADP的存在下直接侧定ATP产生速度证明了线粒体ATPase磷酸化活性在低温处理四天后显著下降。同时，丙酮酸激酶活性也下降。以3H一亮氨酸标记的实验结果表明，水稻幼苗经低温处理后，蛋白质合成速度显著下降，但在早二六1 4中下降幅度较小，在二九丰中下降幅度较大，并且在低温期间，早二六14的蛋白质合成速度总是明显大于二九丰。当受冷4天的幼苗在30ºC恢复一天后，蛋白质合成速度迅速上升，并超过未经低温处理的对照水平，在早二六14中恢复上升幅度大于二九丰。以上这些结果表明，低温损伤了水稻幼苗细胞膜的结构，使膜透性增加，引起非正常的呼吸，改变了与膜结合的质膜ATPase水解活性和线粒体ATPase磷酸化活性，同时也改变了糖酵解中的丙酮酸激酶活性，造成AT水平、能荷或ATP/ADP比值的下降。由于能量代谢的失调，蛋白质合成过程受到严重障碍，超过一定限定，幼苗不能正常生长而死亡。品种间抗寒性的差异也在上述变化中反映出来。