根際澆灌ABA對冬小麥幼苗抗寒性的影響

蒼 晶，王艷梅，王 興，于 晶，王軍虹，張 達(dá)，孫兆猛，樊立華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150030）

植物生長在不同地域氣候條件下，常因環(huán)境不利而受傷害。據(jù)統(tǒng)計，環(huán)境脅迫導(dǎo)致作物減產(chǎn)可達(dá)50%～80%[1]。低溫是影響我國北方地區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量提高的重要限制因素之一[2]。隨著外源激素對植物抗逆性影響的深入研究，為植物抗逆激素誘導(dǎo)技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)。利用外源ABA處理研究植物抗逆性是一種行之有效的方法[3]。在正常情況下外施ABA可造成類似逆境的脅迫，而脅迫條件下外施ABA則可提高植物自身的防御機(jī)制。目前，關(guān)于外源ABA對抗寒性的研究在玉米[4]、高羊茅[5]、 云 杉[6]、 冬 小 麥[7]、 水 稻[8]、 番 茄[3]、 香 蕉[9]、茶樹[10]、荔枝[11]、仁用杏[12]等植物上均有相關(guān)報道，但多以零上低溫冷脅迫為主。

本研究以不同濃度ABA處理兩種不同抗寒性的冬小麥幼苗，探討高寒地區(qū)大田自然降溫條件下ABA調(diào)控冬小麥耐受低溫脅迫的生理生化機(jī)制，為寒地冬小麥栽培生產(chǎn)及抗寒品種選育提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

強(qiáng)抗寒冬小麥品種“東農(nóng)冬麥1號”（在黑龍江省高寒地區(qū)返青率＞85%）和弱抗寒冬小麥品種“濟(jì)麥22”（在黑龍江省高寒地區(qū)返青率＜2%），均由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥研究所提供。

1.2 方法

于2008年9月12日播種于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)香坊農(nóng)場實驗實習(xí)基地（東經(jīng)126°22′～126°50′，北緯45°34′～45°46′），小區(qū)種植，區(qū)組試驗。行長4 m，播深5 cm，株距1 cm，每行苗數(shù)約400株，坐水種植，大田常規(guī)施肥。當(dāng)冬小麥長至三葉期時，分別用 0、0.1、1、10、100 μmol·L－1的 ABA在三葉期進(jìn)行根際澆灌，田間自然降溫條件下，分別于日最低溫度達(dá)到0、－10和－25℃時取葉片和分蘗節(jié)，分裝后置－80℃冰箱備用。

生理生化指標(biāo)測定：采用DNS比色法測定可溶性糖含量、考馬斯亮藍(lán)G－250法測定可溶性蛋白含量、硫代巴比妥酸比色法測定丙二醛（Malonaldehyde，MDA）含量、氮藍(lán)四唑法測定超氧化物岐化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性、電導(dǎo)法測定細(xì)胞膜透性[13]。翌年，調(diào)查冬小麥返青率。

采用酶聯(lián)免疫吸附（ELISA）法測定內(nèi)源激素ABA和GA含量[14－15]。試劑盒由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)化控研究室提供。

根據(jù)試劑盒要求得ABA標(biāo)準(zhǔn)曲線：

y=－0.9598x+3.0201（R2=0.9985）；

GA標(biāo)準(zhǔn)曲線：y=－1.923x+11.16（R2=0.9951）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用DPS 7.05和Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 外源ABA對冬小麥膜脂過氧化的影響

2.1.1 外源ABA對冬小麥相對電導(dǎo)率的影響

細(xì)胞質(zhì)膜是一種半透性膜，遭受低溫脅迫后植物細(xì)胞質(zhì)膜透性變大，電解質(zhì)滲出率增大。因此，相對電導(dǎo)率常被用作衡量植物抗寒力強(qiáng)弱的生理指標(biāo)。由圖1可知，相同濃度ABA處理下，隨著溫度的降低，兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)的相對電導(dǎo)率顯著增加，且東農(nóng)冬麥1號分蘗節(jié)和葉片的相對電導(dǎo)率始終低于濟(jì)麥22，說明東農(nóng)冬麥1號對低溫適應(yīng)能力強(qiáng)于濟(jì)麥22。100 μmol·L－1ABA明顯增加兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)的相對電導(dǎo)率。10 μmol·L－1ABA顯著降低東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)的相對電導(dǎo)率，而對濟(jì)麥22影響不顯著。0.1、1 μmol·L－1ABA對兩種冬小麥的相對電導(dǎo)率無顯著影響。

2.1.2 外源ABA對冬小麥SOD活性的影響

由圖2可知，相同濃度ABA處理下，隨著溫度的降低，兩種冬小麥分蘗節(jié)和葉片的SOD活性均逐漸增加。100 μmol·L－1ABA顯著降低兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)的SOD活性，高濃度ABA對冬小麥自身酶保護(hù)系統(tǒng)有破壞作用。10 μmol·L－1ABA處理顯著增加?xùn)|農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)的SOD活性，而對濟(jì)麥22影響不顯著，表明不同抗寒性品種中SOD活性對外源ABA的敏感度有差異。0.1和1 μmol·L－1ABA處理對兩種冬小麥品種的葉片和分蘗節(jié)SOD活性變化影響不顯著。

圖1 外源ABA處理對冬小麥葉片和分蘗節(jié)相對電導(dǎo)率的影響Fig.1 Effect of exogenous ABA on relative electrial conductivity in the leaves and tillering nodes of winter wheat

圖2 外源ABA處理對冬小麥葉片和分蘗節(jié)SOD活性的影響Fig.2 Effect of exogenous ABA on SOD activity in the leaves and tillering nodes of winter wheat

2.1.3 外源ABA對冬小麥MDA含量的影響

由圖3可知，隨著溫度的降低，兩種冬小麥分蘗節(jié)和葉片MDA含量逐漸積累，當(dāng)溫度達(dá)到－25℃時其含量達(dá)到最大值，濟(jì)麥22葉片和分蘗節(jié)中MDA 含量明顯高于東農(nóng)冬麥 1號。100 μmol·L－1ABA增加兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)中MDA含量，即高濃度ABA加強(qiáng)細(xì)胞的膜質(zhì)過氧化，不利于抵抗低溫。10 μmol·L－1ABA顯著降低東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)中MDA含量，而對濟(jì)麥22無顯著影響。0.1和1 μmol·L－1ABA對兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)的MDA含量變化影響不顯著。

2.2 外源ABA對冬小麥滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

2.2.1 外源ABA對冬小麥可溶性糖含量的影響

由圖4可知，兩種冬小麥可溶性糖含量隨著溫度的降低逐漸增加，其中東農(nóng)冬麥1號積累的可溶性糖更多，且葉片中可溶性糖含量高于分蘗節(jié)。經(jīng)0.1、1和10 μmol·L－1ABA根際澆灌的東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)中可溶性糖含量都有不同程度增加，其中10 μmol·L－1ABA處理最明顯，分別比未處理的東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)增加15.6%和10.7%。100 μmol·L－1ABA處理顯著降低兩種小麥葉片和分蘗節(jié)中可溶性糖含量，即高濃度ABA抑制可溶性糖的積累。0.1 μmol·L－1ABA增加濟(jì)麥22葉片和分蘗節(jié)中可溶性糖含量，其他濃度ABA處理都不同程度降低可溶性糖含量。

2.2.2 外源ABA對冬小麥可溶性蛋白含量的影響

由圖5可知，在田間自然降溫過程中，兩種冬小麥可溶性蛋白含量逐漸積累，且葉片的含量高于分蘗節(jié)。100 μmol·L－1ABA顯著降低兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)可溶性蛋白含量。10 μmol·L－1ABA明顯增加?xùn)|農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)可溶性蛋白含量，對濟(jì)麥 22 則無顯著影響。0.1 和 1 μmol·L－1ABA對兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)中可溶性蛋白含量無顯著影響。

圖3 外源ABA處理對冬小麥葉片和分蘗節(jié)MDA含量的影響Fig.3 Effect of exogenous ABA on MDA content in the leaves and tillering nodes of winter wheat

圖4 外源ABA處理對冬小麥葉片和分蘗節(jié)可溶性糖含量的影響Fig.4 Effect of exogenous ABA on soluble sugar content in the leaves and tillering nodes of winter wheat

2.3 外源ABA對冬小麥內(nèi)源激素含量的影響

2.3.1 外源ABA對冬小麥內(nèi)源ABA含量的影響

由圖6可知，兩種冬小麥內(nèi)源ABA含量隨著溫度的降低先增后減（東農(nóng)冬麥1號分蘗節(jié)始終增加），且東農(nóng)冬麥1號內(nèi)源ABA含量始終高于濟(jì)麥22。100 μmol·L－1ABA降低兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)中ABA含量。0.1、1、10 μmol·L－1ABA增加?xùn)|農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)中ABA含量，而對濟(jì)麥22葉片和分蘗節(jié)無顯著影響。

圖6 外源ABA處理對冬小麥葉片和分蘗節(jié)內(nèi)源ABA含量的影響Fig.6 Effect of exogenous ABA on endogeny ABA in the leaves and tillering nodes of winter wheat

2.3.2 外源ABA對冬小麥內(nèi)源GA含量的影響

由圖7可知，東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)中GA含量低于濟(jì)麥22。100 μmol·L－1ABA增加濟(jì)麥22葉片中GA含量，而對東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)及濟(jì)麥 22 分蘗節(jié)無影響。0.1、1、10 μmol·L－1ABA降低東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)中GA含量，對濟(jì)麥22葉片和分蘗節(jié)中GA含量無顯著影響。

圖7 外源ABA處理對冬小麥葉片和分蘗節(jié)內(nèi)源GA含量的影響Fig.7 Effect of exogenous ABA on endogeny GA in the leaves and tillering nodes of winter wheat

2.3.3 外源ABA對冬小麥內(nèi)源ABA/GA值的影響

植物抗寒性的提高并非某一類激素的作用，而是幾種激素相互協(xié)調(diào)作用的結(jié)果。相對于ABA和GA的絕對含量，ABA/GA更能體現(xiàn)與抗寒力的關(guān)系。由圖8可知，在田間自然降溫過程中，東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)中ABA/GA值均高于濟(jì)麥22。100 μmol·L－1ABA降低兩種冬小麥葉片和分蘗節(jié)中ABA/GA值，因此對抗寒性的提高具有一定抑制作用。0.1、1、10 μmol·L－1ABA增加?xùn)|農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)中ABA/GA值，對濟(jì)麥22葉片和分蘗節(jié)中ABA/GA值無影響（10 μmol·L－1ABA降低分蘗節(jié)中ABA/GA值），其中10 μmol·L－1ABA最為顯著。

2.4 外源ABA對冬小麥翌年返青率的影響

在小麥分蘗前期分別用不同濃度的ABA澆灌根際后，翌年春季返青率結(jié)果有很大差異（見表1）。濟(jì)麥22各處理均無返青。東農(nóng)冬麥1號在澆灌ABA后，隨著濃度的增加返青率先增后降，經(jīng)10 μmol·L－1ABA處理的返青率最高，達(dá)到93%。

圖8 外源ABA處理對冬小麥葉片和分蘗節(jié)ABA/GA值的影響Fig.8 Effect of exogenous ABA on endogeny ABA/GA in the leaves and tillering nodes of winter wheat

表1 東農(nóng)冬麥1號與濟(jì)麥22的返青率Table 1 Reviving rate of Dongnongdongmai1 and Jimai22 (%)

3 討論與結(jié)論

低溫脅迫下植物體內(nèi)發(fā)生一系列的適應(yīng)性變化，包括組織結(jié)構(gòu)變化[16]和生理生化變化，其中膜脂過氧化、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及內(nèi)源激素含量變化是最為重要的三個方面。本研究表明，在田間自然降溫條件下，適宜濃度的ABA處理可提高東農(nóng)冬麥1號抗寒性，其最適ABA處理濃度為10 μmol·L－1，而于晶等在水培條件下研究ABA提高東農(nóng)冬麥1號抗寒性的最適濃度為 0.1 μmol·L－1，這可能是由于土壤影響外源ABA有效吸收，進(jìn)而導(dǎo)致施用量偏大[7]。通過與對照組比較發(fā)現(xiàn)，外源根灌適宜濃度ABA可以提高東農(nóng)冬麥1號可溶性糖、可溶性蛋白、內(nèi)源ABA含量、增加SOD活性及ABA/GA值，降低相對電導(dǎo)率、MDA和GA的含量，而不同濃度ABA對濟(jì)麥22沒有產(chǎn)生顯著影響，這與黃濤等研究結(jié)果一致[17]，即外源ABA對不同抗寒性水稻品種的影響不同。高濃度ABA（100 μmol·L－1）抑制東農(nóng)冬麥1號和濟(jì)麥22的保護(hù)酶活性，以及可溶性糖、可溶性蛋白等保護(hù)性物質(zhì)的形成和積累，增加細(xì)胞膜透性及MDA含量，降低ABA含量及ABA/GA值，而對GA含量無顯著影響，說明在提高冬小麥抗寒性方面，并非某一類激素在起作用，ABA/GA值更能體現(xiàn)與抗寒力的關(guān)系，岳丹等也得到類似研究結(jié)果[18]。同時，Waldman等研究表明，抗寒性弱的苜蓿品種（Hairyperuvian）中GA含量明顯高于抗寒性強(qiáng)的品種（Ranger）[19]，本研究也得到類似的結(jié)果，即東農(nóng)冬麥1號葉片和分蘗節(jié)中GA含量低于弱抗寒品種濟(jì)麥22，說明低含量GA更有利于越冬，抗寒性強(qiáng)的植物GA含量一般低于抗寒性弱的植物。

經(jīng)不同濃度的ABA澆灌根際后，翌年春季的返青率有明顯差異，濟(jì)麥22各處理均未返青，而東農(nóng)冬麥1號隨著外施ABA濃度的增加返青率先增后降，經(jīng)100 μmol·L－1ABA處理的東農(nóng)冬麥1號返青率明顯低于對照20%，表明高濃度ABA降低植物抗寒力，趙春章等對云杉幼苗的研究也得到相似結(jié)果[6]。

適宜濃度的外源ABA（10 μmol·L－1）可促進(jìn)東農(nóng)冬麥1號抗寒性的提高，并提高返青率。外源ABA促進(jìn)冬小麥抗寒性提高的主要生理基礎(chǔ)是增加內(nèi)源ABA及可溶性糖含量，提高ABA/GA值及SOD活性，降低膜質(zhì)過氧化。外源ABA對不同抗寒性小麥品種的作用效果不同，抗寒性強(qiáng)的東農(nóng)冬麥1號對外源ABA參與的低溫脅迫應(yīng)答反應(yīng)效果強(qiáng)，提高抗凍性的作用明顯，而ABA對弱抗寒品種濟(jì)麥22則無顯著影響。

[1]Bray E A,Bailey Serres J,Weretilnyk E.Responses to abiotic stresses[C]//Buchanan B,Guissem W,Jones R,eds.Biochemistry and Molecular Biology of Plants.American Society of Plant Physiologists Maryland,2000:1158－1203.

[2]王小麗,裴玉賀,郭新梅,等.低溫脅迫下玉米幼苗的幾種生理生化指標(biāo)的變化[J].植物生理學(xué)通訊,2009,45(5):487－490.

[3]白潔,蔣衛(wèi)杰,余宏軍,等.外源ABA、Put和BR對亞低溫條件下番茄幼苗葉片保護(hù)酶活性的影響[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2007,23(6):317－320.

[4]Aroca R,Vernieri P,Irigoyen J J,et al.Involvement of abscisic acid in leaf and root of maize（Zea mays L.）in avoiding chilling induced water stress[J].Plant Sci,2003,165(3):671－679.

[5]劉立軍,陳為峰,張志華,等.葉面噴施脫落酸對高羊茅抗寒性的影響[J].中國草地學(xué)報,2010,32(6):94－99.

[6]趙春章,劉慶,姚曉芹,等.長期噴施ABA對云杉幼苗生長和生理特性的影響[J].植物學(xué)通報,2008,25(3):284－291.

[7]于晶,張林,蒼晶,等.外源ABA對寒地冬小麥東農(nóng)冬麥1號幼苗生長及抗冷性的影響[J].麥類作物學(xué)報,2008,28(5):883－887.

[8]藍(lán)宗輝,詹嘉紅.外源ABA對低溫脅迫水稻過氧化物酶同工酶的影響[J].生物技術(shù),2003,13(1):7－9.

[9]劉德兵,魏軍亞,崔百明,等.脫落酸對香蕉幼苗抗寒性的影響[J].熱帶作物學(xué)報,2007,28(2):1－4.

[10]楊亞軍,鄭雷英,王新超.冷馴化和ABA對茶樹抗寒力及其體內(nèi)脯氨酸含量的影響[J].茶葉科學(xué),2004,24(3):177－182.

[11]周碧燕,李宇彬,陳杰忠,等.低溫脅迫和噴施ABA對荔枝內(nèi)源激素和成花的影響[J].園藝學(xué)報,2002,29(6):577－578.

[12]魏安智,楊途熙,張睿,等.外源ABA對仁用杏花期抗寒力及相關(guān)生理指標(biāo)的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2008,36(5):79－84.

[13]郝再彬,蒼晶,徐仲.植物生理實驗[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004.

[14]張軍,韓碧文,吳锜,等.植物激素酶聯(lián)免疫測定基礎(chǔ)[J].北京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,1991,17（增刊）:139－148.

[15]吳頌如,陳婉芬,周燮.酶聯(lián)免疫法（ELISA）測定內(nèi)源植物激素[J].植物生理學(xué)通訊,1988(5):55－59.

[16]于晶,周子珊,牟永潮,等.低溫下不同抗寒性冬小麥葉片組織結(jié)構(gòu)比較[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2010,41(4):7－11.

[17]黃濤,陳大洲,夏凱,等.抗冷與不抗冷水稻在低溫期間葉片ABA與GA1水平變化的差異[J].華北農(nóng)學(xué)報,1998,13(4):56－60.

[18]岳丹,王有科.杏樹內(nèi)源激素含量與抗寒性關(guān)系研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(23):9951－9952.

[19]Waldman M,Rikin A,Dovrat A,et al.Hormonal regulation of morphogenesis and cold－ resistance[J].J Exp Bot,1975,26:853－859.