硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用

摘要

本发明属于水稻抗逆技术领域，具体为硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，提供了硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，通过试验验证，喷施硝普钠不仅提高了花期水稻的光合同化能力和氮代谢，也同时增强抗氧化酶SOD、POD、CAT活性，从而降低穗叶温度，提高花期高温胁迫下水稻的产量，最终达到有效缓解花期高温热害的效果。

权利要求

1.硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，其特征在于，所述硝普钠的浓度为150‑

200umol/L；

所述硝普钠在水稻孕穗末期进行叶面喷施。

2.根据权利要求1所述的硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，其特征在于，所述硝普钠喷施至水稻叶片正反两面有一层小水珠欲落为止。

3.根据权利要求2所述的硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，其特征在于，所述硝普钠连续喷施三天。

4.根据权利要求1所述的硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，其特征在于，所述硝普钠提高硝态氮和铵态氮的含量。

5.根据权利要求1所述的硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，其特征在于，在花期高温胁迫下，所述硝普钠提高超氧化物歧化酶活性、提高过氧化物酶活性、提高过氧化氢酶活性，所述硝普钠提高硝酸还原酶活性、提高谷氨酰胺合酶活性、提高谷氨酸合酶活性、提高谷氨酸脱氢酶活性。

6.根据权利要求1所述的硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，其特征在于，所述高温为白天38℃以上，所述高温为夜间30℃以上。

7.根据权利要求1所述的硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，其特征在于，白天光照强度为12000‑14000LX，晚上为0LX。

8.根据权利要求1所述的硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用，其特征在于，白天相对湿度为65‑75％，夜间相对湿度为70‑80％。

说明书

硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用

技术领域

[0001] 本发明涉及水稻抗逆技术领域，具体涉及硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用。

背景技术

[0002] 水稻(Oryza sativa L)是世界上重要的粮食作物之一，在保障粮食安全领域发挥着关键作用。目前，我国水稻种植面积占全球18.5％，仅次于印度，总产占全球27.7％。但随着工业化的发展，全球温室效应加剧，地表温度逐渐上升，未来气候将继续变暖。据IPCC第5次报告指出，到2035年全球表面的平均温度将升高0.3～0.7℃。而历史数据表明在生长季(旱季)日均最低气温每上升1℃，水稻产量将下降10％。由于栽培习惯的改变，水稻种植逐渐从双季稻转向单季稻，而单季稻的生殖生长期正处盛夏季节，极易遭遇高温天气。例如2013年我国南方稻区自7月份以来，高温的强度、范围及持续的天数都超过历史记录，造成水稻大面积减产，部分地区甚至绝收。由此可见，花期高温热害已成为严重影响水稻安全生产的主要问题之一，缓解和避免高温热害的应用理论研究对我国粮食安全生产起重要保障作用。

[0003] 高温胁迫通过多种途径抑制水稻生长发育和产量形成，光合作用和活性氧(reactive oxygen species,ROS)过量积累是其重要的内在机制部分。花期高温胁迫下叶片活性氧的积累，导致氮代谢强度下降和叶绿素降解，叶绿素结构和功能遭到破坏，叶片捕获和利用光能的效率下降从而严重影响水稻产量。以上研究表明光合系统的非正常运作和ROS的过量积累是高温胁迫抑制水稻生长发育和产量形成的重要因素之一。因此，高温胁迫下光合作用和抗氧化能力的强化将有助于提高水稻的耐热性，缓解高温胁迫下产量下降。外源喷施生长调节物质是可行的方案之一。

[0004] 硝普钠(Sodiumnitroprusside,SNP)作为一氧化氮(Nitricoxide,NO)供体，是一种重要的生物活性分子，可作用于植物或动物。NO在植物体内是一种重要的气体信号分子，不仅对植物种子萌发、生长发育、气孔调节、光合呼吸作用等具有调控作用，也参与植物对各种生物胁迫和非生物胁迫的响应，如高温、低温干旱、高盐、重金属、细菌感染等。NO在呼吸过程中具有电子传递作用，有利于清除ROS，从而增强植物的抗氧化能力。现有技术虽提供了生长调节物质来缓解高温胁迫对水稻的影响，但未有现有技术探究SNP对水稻花期高温胁迫的缓解效应。

发明内容

[0005] 为明确硝普钠对水稻花期高温胁迫的缓解效应，本发明提供了硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用。

[0006] 硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用。

[0007] 优选的，所述硝普钠的浓度为100‑200umol/L。

[0008] 优选的，所述硝普钠在水稻孕穗末期进行叶面喷施。

[0009] 优选的，所述硝普钠喷施至水稻叶片正反两面有一层小水珠欲落为止。

[0010] 优选的，所述硝普钠连续喷施三天。

[0011] 优选的，所述硝普钠提高硝态氮和铵态氮的含量。

[0012] 优选的，在花期高温胁迫下，所述硝普钠提高超氧化物歧化酶活性、提高过氧化物酶活性、提高过氧化氢酶活性，所述硝普钠提高硝酸还原酶活性、提高谷氨酰胺合酶活性、提高谷氨酸合酶活性、提高谷氨酸脱氢酶活性。

[0013] 优选的，所述高温为白天38℃以上，所述高温为夜间30℃以上。

[0014] 优选的，白天光照强度为12000‑14000LX，晚上为0LX。

[0015] 优选的，白天相对湿度为65‑75％，夜间相对湿度为70‑80％。

[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0017] 本发明提供了硝普钠在缓解水稻花期高温热害中的应用。通过试验验证，喷施150umol/L硝普钠处理不仅提高了花期水稻的光合同化能力和氮代谢，也同时增强抗氧化酶SOD、POD、CAT活性，从而降低穗叶温度，提高花期高温胁迫下水稻的产量，最终达到有效缓解花期高温热害的效果。

附图说明

[0018] 图1为SNP对花期高温胁迫下水稻叶绿素含量的影响；其中A为N22的叶绿素含量，B为YR343的叶绿素含量，且B图中“■和□”含义与A图相同，数据为平均值±标准差(SD)；同一品种不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著(P<0.05)；

[0019] 图2为SNP对花期高温胁迫下水稻穗叶温度的影响；其中，A为N22的穗叶温度，B为YR343的穗叶温度，且B图中“■、 和□”含义与A图相同，数据为平均值±标准差(SD)；同一品种不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著(P<0.05)；

[0020] 图3为SNP对花期高温胁迫下水稻剑叶氮代谢关键活性的影响；其中，A为N22的硝酸还原酶活性，B为YR343的硝酸还原酶活性，C为N22的谷氨酰胺合酶活性，D为YR343的谷氨酰胺合酶活性，E为N22的谷氨酸合酶活性，F为YR343的谷氨酸合酶活性，G为N22的谷氨酸脱氢酶活性，H为YR343的谷氨酸脱氢酶活性，且B‑H中 的含义与A图相同，A‑F中横坐标均与G相同，数据为平均值±标准差(SD)；

[0021] 图4为SNP对花期高温胁迫下水稻剑叶含氮化合物含量的影响，其中，A为N22的硝态氮含量，B为YR343的硝态氮含量，C为N22的铵态氮含量，D为YR343的铵态氮含量，且B‑C中的含义与A图相同；数据为平均值±标准差(SD)；

[0022] 图5为硝普钠对花期高温胁迫下水稻剑叶抗氧化酶活性的影响；其中，A为N22的超氧化物歧化酶活性，B为YR343的超氧化物歧化酶活性，C为N22的过氧化物酶活性，D为YR343的过氧化物酶活性，E为N22的过氧化氢酶活性，F为YR343的过氧化氢酶活性，且B‑F中“■、和□”含义与A图相同，A‑D中横坐标与E相同，数据为平均值±标准差(SD)；同一品种不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著(P<0.05)。

具体实施方式

[0023] 下面对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

[0024] 本发明以耐热型水稻品种Nagina22和热敏感型水稻品种YR343为材料。

[0025] 实施例1

[0026] 硝普钠对花期高温胁迫下水稻产量的影响

[0027] 试验地点及材料

[0028] 试验于2022年5月20日‑9月29日在安徽农业大学皖中综合试验站(117.23°E，31.48°N)以及安徽农业大学人工气候室进行。供试材料为耐热型水稻品种Nagina22(N22，国际公认的耐高温品系)和热敏感型水稻品种YR343(安徽某公司选育，连续多年表现出对高温敏感)。

[0029] 试验设计

[0030] 采用盆栽方式，盆高35cm，盆内径20cm，盆内装磨碎过筛土13kg，栽培土壤为多年‑1种植的稻田土(典型沙壤土)，有机质含量28.76mg·kg ，碱解氮、有效磷和速效钾含量分别‑1
为62.45、14.66及222mg·kg ，土壤pH值为6.78。5月20日播种育秧，6月10日移栽于盆钵中，每盆3穴，每穴1苗。全生育期每盆施尿素、Ca(H2PO4)2和KCl分别为4.0g、2.0g和2.7g，尿素按基肥：穗肥＝6:4的比例施用，Ca(H2PO4)2全部作基肥，KCl按基肥：穗肥＝5:5的比例施用。

[0031] 试验共设6个处理，分别为对照NT0：常温+喷施蒸馏水；

[0032] HT0：高温+喷施蒸馏水；

[0033] HT1：高温+喷施50umol/LSNP；

[0034] HT2：高温+喷施100umol/LSNP；

[0035] HT3：高温+喷施150umol/LSNP；

[0036] HT4：高温+喷施200umol/LSNP。

[0037] SNP及蒸馏水均在孕穗末期进行叶面喷施。

[0038] 在2022年8月10日12：00左右，发现本试验选用的水稻材料N22和YR343有近10％的稻穗开始抽出，从8月11日起连续三天每日8：00喷施分别为0、50、100、150、200umol/L浓度梯度的SNP溶液，至叶片正反两面均湿润为止(有一层小水珠欲落)，对照组喷施等量的蒸馏水。8月14日晚将盆钵移至人工气候室，每个处理各10盆，共60盆，于8月15‑21日进行处理。共设置2个温度处理：

[0039] (1)高温处理(Hightemperaturelevel,HT)：白天(8：00‑18：00)38℃，夜间(18：00‑次日8：00)30℃；

[0040] (2)常温处理(Normaltemperaturelevel,NT)：白天(8：00‑18：00)32℃，夜间(18：00‑次日8：00)25℃。

[0041] 所有处理的光照强度白天均为14000LX，晚上为0LX；相对湿度白天为75％，夜间为80％。连续处理7d，处理结束后所有盆栽均置于自然条件下生长成熟。

[0042] 取样方法及测定

[0043] 在高温处理的第1、3、5和7d18:00后取NT0、HT0以及SNP最适浓度处理过的水稻剑叶样品，液氮保存，后放置于‑80℃冰箱中用于后续各项生理指标的测定。

[0044] 成熟期随机取各处理90穗，分别考察其每穗粒数、千粒重及结实率，并对每盆进行测产。

[0045] 结实率和产量按照如下公式计算：

[0046] 结实率(％)＝实粒数/总粒数×100％；

[0047] 产量(kg/亩)＝每桶穗数×每穗粒数×结实率(％)×千粒重(g)×10‑6。

[0048] 数据分析

[0049] 用Excel2019整理数据，SPSS22进行统计分析，用Duncan法检验处理间平均数差异的显著性。

[0050] 结果

[0051] 表1硝普钠对花期高温胁迫下水稻产量及产量构成因素的影响

[0052]

[0053] 注：数据为平均值±标准差(SD)；同一品种不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著(P<0.05)。

[0054] 由表1可知，与NT0相比，HT0下N22和YR343的千粒重、结实率以及产量均显著降低。喷施不同浓度硝普钠处理对结实率、千粒重和产量均有不同程度的提高。其中，以HT3的处理效果最为显著。与HT0相比，HT3处理下耐热型水稻N22和热敏型水稻YR343的结实率分别提高22.85％和34.90％。品种间比较发现，HT0处理下，YR343产量的下降幅度高于N22，在喷施相同浓度SNP处理下，YR343的结实率和千粒重两项指标的提升幅度高于N22，但N22的结实率均高于同时期的YR343，这表明N22高温耐受性更高。

[0055] 实施例2

[0056] 硝普钠对花期高温胁迫下水稻光合参数的影响

[0057] 采用LI‑6400便携式光合仪(美国，LI‑COR公司)，于处理第7d上午9:00‑11:30测定水稻剑叶的Pn、Ci、Gs、Tr，每个处理随机选择5片剑叶测定。叶绿素含量于处理第7d上午10:00‑11:00取各处理的主茎剑叶测定。

[0058] 图1是喷施不同浓度的SNP对花期高温胁迫下水稻叶绿素含量的影响。由图可知，与NT0处理相比，N22和YR343在HT0处理后剑叶中的叶绿素a、叶绿素b均显著降低，降幅分别为20.07％、15.87％与33.47％、41.80％。相较于HT0处理，HT3处理均显著提高了两品种水稻N22和YR343叶片中的叶绿素含量，分别显著提高了16.78％与28.88％，且HT3处理下YR343叶片中的叶绿素含量上升的幅度高于N22。

[0059] 表2 SNP对花期高温胁迫下水稻剑叶光合特性的影响

[0060]

[0061] 注：数据为平均值±标准差(SD)；同一品种不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著(P<0.05)。

[0062] 如表2所示，与NT0相比，HT0处理显著降低了两水稻品种的光合特性。HT0处理下两品种的Pn、Gs、Tr及Ci较NT0均显著降低。与HT0相比，HT3处理后N22与YR343的Pn、Gs、Ci和Tr均不同程度升高，升幅则分别为29.13％、26.83％、5.59％、8.33％与19.23％、11.76％、17.76％、4.35％。品种间比较发现，HT0、HT3处理下N22均保持着较高的光合性能，表明N22具有较高的耐热性。

[0063] 实施例3

[0064] 硝普钠对花期高温胁迫下水稻穗叶温度的影响

[0065] 试验材料、试验设计、取样方法及数据分析方法同实施例1。

[0066] 结果

[0067] 图2是喷施不同浓度的SNP对花期高温胁迫下水稻穗叶温度的影响。由图可知，花期高温胁迫会引起两水稻品种穗叶温度的显著升高，其中，穗温均高于叶温，且环境温度越高穗叶温差越大，这说明穗叶温度容易受环境的影响。喷施最适浓度的SNP对花期高温胁迫下两品种穗叶温度的上升均有所缓解。与HT0相比，HT3处理后的N22和YR343穗叶温度分别下降了5.59％、4.37％和6.23％、3.71％。品种间比较发现，NT0和HT0处理下，YR343的穗叶温度均比N22的低，在HT3处理下，两品种穗叶温度均显著下降，N22的下降幅度高于YR343，这也是N22具有更高的耐热性的原因之一。

[0068] 实施例4

[0069] 硝普钠对花期高温胁迫下水稻叶片氮代谢的影响

[0070] 试验材料、试验设计、取样方法及数据分析方法同实施例1。

[0071] 结果

[0072] 图3是喷施不同浓度的SNP对花期高温胁迫下水稻氮代谢关键酶活性的影响。由图可知，与NT0相比，HT0处理下两水稻品种叶片中的NR、GS和GOGAT的活性整体上均呈现先上升后下降趋势，GDH活性在处理过程中基本保持不变。与HT0相比较，HT3处理下，N22叶片中的NR、GS和GOGAT的活性上升，除第3d外，NR活性均高于HT0处理。NR和GOGAT的活性均在第7d增幅达到最大值，分别为22.3％和12.6％；而GS和GDH的活性均在第5d增幅达到最大值，分别为21.8％和11.9％。HT3处理也提高了YR343叶片中的NR、GS和GOGAT的活性，且皆于处理第3d开始高于HT0，NR和GOGAT均于处理第5d达到增幅最大值，分别为31.0％和13.66％；GS在第7d达到增幅最大值为14.2％。

[0073] 综上所述，HT3处理下，YR343的NR活性对于SNP的敏感性高于N22，GS的敏感性低于N22，且在处理过程中N22一直保持着较高的NR、GSGOGAT和GDH活性，表明N22具有更强得耐热性。

[0074] 从图4来看，与NT0处理相比，HT0处理下两水稻品种叶片中硝态氮、铵态氮含量均显著降低，HT3处理显著提高了高温胁迫下N22和YR343叶片的硝态氮和铵态氮含量。与HT0相比，硝态氮含量在HT3处理下显著增加，在处理的第5d，硝态氮在N22和YR343的增幅分别为27.55％和30.06％。品种间比较发现，与HT0相比，HT3处理下，N22叶片中硝态氮含量的整体增幅小于YR343，但整个处理期间N22叶片中均保持着较高的硝态氮含量。同时，与NT0处理相比，HT0处理下两水稻品种叶片中铵态氮的含量均大幅度降低。与HT0相比，铵态氮含量在HT3处理下均显著增加，在处理的第7d，铵态氮在N22和YR343的增幅分别为17.60％和15.57％。品种间比较发现，与HT0相比，HT3处理下，N22在整个处理期间其叶片中铵态氮含量均高于YR343。这可能是N22比YR343具有更强耐热性的原因之一。

[0075] 实施例5

[0076] 硝普钠对花期高温胁迫下水稻叶片抗氧化酶活性的影响

[0077] 试验材料、试验设计、取样方法及数据分析方法同实施例1。

[0078] 结果

[0079] 图5是SNP对花期高温胁迫下水稻剑叶抗氧化酶活性的影响。由图可知，与NT0处理相比，HT0处理下N22和YR343的SOD、POD以及CAT活性呈现出先升后降的趋势，且SOD、POD活性变化多达到显著水平，而CAT活性始终无显著变化。在HT3处理下，N22的SOD活性在整个处理期间均高于同期HT0处理，且除处理第1d外增幅均达到显著水平，在处理第5d时增幅达到11.81％；POD和CAT活性在处理期间均显著高于同期HT0处理，于处理第3d时达到最大值，此时比HT0处理分别显著增加4.17％和5.63％。同时，YR343叶片中的SOD和POD活性也均比同期HT0处理不同程度提高，但仅在处理后期增幅达到显著水平，其CAT活性仅在处理第7d时增幅达到显著水平。品种间比较发现，在花期高温胁迫下，与YR343相比，N22均能保持较高的抗氧化酶活性，即使在HT3处理下，N22的3种抗氧化酶活性的升幅也高于YR343。

[0080] 需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。

[0081] 尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

[0082] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。