小麥幼苗對(duì)鹽脅迫和水分脅迫的生理反應(yīng)對(duì)比

王蘭蘭，劉 新，劉賀楠，田丹丹，呂永霞

（沈陽(yáng)師范大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，沈陽(yáng) 110034）

0 引 言

干旱和鹽漬對(duì)植物生長(zhǎng)和作物產(chǎn)量的不利超過(guò)其他自然災(zāi)害之和［1］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)目前有3.8億hm2以上鹽堿地和0.07hm2億以上鹽漬化土壤，約占可耕地面積的20%，且呈逐年上升趨勢(shì)［2－3］。

小麥，是世界上總產(chǎn)量第二的糧食作物，也是我國(guó)鹽堿地主要栽培作物之一，在耕地不斷減少、人口不斷增長(zhǎng)的情況下，研究小麥的耐旱耐鹽機(jī)理，對(duì)開(kāi)發(fā)和有效利用鹽堿地具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。研究表明，干旱屬于滲透脅迫，導(dǎo)致細(xì)胞失水，嚴(yán)重的可造成細(xì)胞膨壓的完全喪失，甚至細(xì)胞死亡。而鹽分對(duì)植物生長(zhǎng)的抑制機(jī)理是一個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題，涉及到滲透脅迫、離子毒害等綜合癥狀［4］，但植物也通過(guò)積累可溶性物質(zhì)進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)［5］以及提高各種抗氧化酶活性［6］等適應(yīng)機(jī)制來(lái)提高其抗鹽性。因此，開(kāi)展小麥耐鹽和耐旱性研究，進(jìn)而了解小麥抵御滲透脅迫的生理機(jī)制，將為土地資源的合理開(kāi)發(fā)利用提供理論依據(jù)，進(jìn)而改善生態(tài)環(huán)境，緩解糧食問(wèn)題。

研究以小麥幼苗為材料，利用PEG－6000及NaCl溶液作為滲透調(diào)節(jié)劑模擬水分脅迫及鹽脅迫，從細(xì)胞膜透性、滲透調(diào)節(jié)、其他有關(guān)生理生化變化方面，較系統(tǒng)地研究小麥幼苗對(duì)水分脅迫及鹽脅迫的各種生理反應(yīng)，并比較小麥幼苗對(duì)水分脅迫與鹽脅迫的生理反應(yīng)差異，從而探討小麥幼苗抵御滲透脅迫的生理機(jī)制，為小麥抗旱及抗鹽害高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

挑選均一飽滿(mǎn)且無(wú)病蟲(chóng)害小麥種子，經(jīng)表面消毒后，用去離子水沖洗數(shù)次，隨后暗條件下25℃浸種12h。吸脹后的種子，在25℃光照培養(yǎng)箱中催芽12h，然后挑選發(fā)芽一致的種子均勻擺在紗網(wǎng)上，放于盛有適量水的塑料燒杯中，室溫下培養(yǎng)，培養(yǎng)至一葉一心期備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)處理

在小麥一葉一心期時(shí)進(jìn)行脅迫處理。鹽脅迫采用NaCl濃度分別為50、100、150、200mmol／L，水勢(shì)為－0.23、－0.46、－0.68、－0.91MPa；干旱脅迫采用等滲于－0.23、－0.46、－0.68、－0.91 MPa的PEG－6000溶液，水勢(shì)的計(jì)算按Michel和Kaufmann［7］經(jīng)典公式計(jì)算，濃度分別為12.7%、18.7%、23.3%、26.8% （w／v），分別作為輕度、中度、重度和超重度處理來(lái)模擬水分脅迫的水分虧缺程度，以無(wú)NaCl和PEG處理為對(duì)照。所用溶液均用Hoagland營(yíng)養(yǎng)液溶配制，分別于脅迫處理第7d后取樣對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，同一指標(biāo)重復(fù)3次。在水分脅迫及鹽脅迫處理過(guò)程中，對(duì)照始終使用Hogland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)。

1.3 測(cè)定方法

采用外滲電導(dǎo)率法測(cè)定細(xì)胞膜透性［8］；丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用TBA（硫代巴比妥酸）法測(cè)定［9］；游離脯氨酸含量測(cè)定采用酸性茚三酮法［10］；可溶性糖含量測(cè)定采用蒽酮法［11］；葉綠素的提取和含量測(cè)定采用混合提取液法［12］；葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定：采用FMS2調(diào)制式熒光測(cè)定儀（英國(guó)Hansatech公司）測(cè)定熒光參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 12.0軟件，針對(duì)不同濃度處理的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（One－way ANOVA）分析，比較各處理項(xiàng)與對(duì)照項(xiàng)之間差異顯著性，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（mean±SE）表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片相對(duì)電導(dǎo)率影響

研究結(jié)果表明（如圖1），隨著脅迫程度的增加，兩種脅迫下小麥葉片的相對(duì)電導(dǎo)率均逐漸增大；鹽脅迫處理下小麥葉片的相對(duì)電導(dǎo)率均顯著高于等滲水分脅迫處理。

2.2 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片MDA含量影響

研究結(jié)果表明（如圖2），水分脅迫下，隨著脅迫程度的增加，小麥葉片MDA含量升高；等滲鹽處理后，MDA含量普遍高于水分脅迫；隨著鹽濃度升高，小麥葉片MDA含量呈先上升后降低趨勢(shì)，NaCl處理i濃度在150mmol／L時(shí)MDA含量出現(xiàn)最大值，之后下降，到超重度脅迫時(shí)兩種脅迫下MDA的含量相差不大。

圖1 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片相對(duì)電導(dǎo)率影響

圖2 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片MDA含量影響

2.3 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片游離脯氨酸含量影響

研究結(jié)果表明（如圖3），隨著滲透脅迫強(qiáng)度的增大，游離脯氨酸含量普遍高于對(duì)照，水分脅迫和鹽脅迫對(duì)比，水分脅迫下，游離脯氨酸含量除重度脅迫外普遍高于鹽脅迫處理。

2.4 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片可溶性糖含量影響

研究結(jié)果表明（如圖4），兩種脅迫處理下，隨著脅迫程度的增加，可溶性糖含量均是呈先上升后下降趨勢(shì)；鹽脅迫下可溶性糖含量普遍高于水分脅迫處理。

2.5 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片葉綠素含量影響

研究結(jié)果表明（如圖5），在兩種脅迫處理下，隨著脅迫程度的增加，葉綠素b含量的變化不顯著，而總?cè)~綠素含量隨著葉綠素a含量的變化而變化，二者變化趨勢(shì)相同，均為低滲條件下與對(duì)照比較，略有升高后降低；等滲條件下，重度脅迫時(shí)，鹽脅迫下葉綠素含量顯著低于水分脅迫處理。

2.6 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片F(xiàn)v／Fm影響

研究結(jié)果表明（如圖6），隨著兩種脅迫程度的增加，與對(duì)照比較，小麥Fv／Fm在低滲條件下略有上升后普遍降低，等滲條件下，鹽脅迫下小麥Fv／Fm顯著低于水分脅迫處理。

圖3 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片游離脯氨酸含量影響

圖4 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥幼苗可溶性糖含量影響

圖5 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥幼苗葉綠素含量影響

圖6 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥幼苗Fv／Fm影響

3 討 論

3.1 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片細(xì)胞質(zhì)膜透性影響

本研究結(jié)果表明，水分脅迫和鹽脅迫下，與對(duì)照比較，小麥幼苗相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量顯著升高，表明滲透脅迫下，細(xì)胞質(zhì)膜透性增大，膜質(zhì)過(guò)氧化加劇。等滲鹽處理后，相對(duì)電導(dǎo)率和MDA含量普遍高于水分脅迫，說(shuō)明鹽脅迫除對(duì)植物產(chǎn)生滲透脅迫外還存在離子毒害作用。另外鹽脅迫下，MDA含量在150mmol／L時(shí)出現(xiàn)最大值，之后含量呈下降趨勢(shì)，可能為高濃度鹽脅迫已經(jīng)造成了細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞以及正常生理功能的紊亂所致。

3.2 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量影響

滲透調(diào)節(jié)可以幫助植物順應(yīng)干旱或鹽的脅迫，小麥在鹽分或干旱脅迫下滲透調(diào)節(jié)主要是通過(guò)可溶性糖，脯氨酸等親水性溶質(zhì)的積累而實(shí)現(xiàn)［13］。不同研究均表明小麥在干旱脅迫或鹽脅迫下，可溶性糖增加，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透勢(shì)，提高滲透調(diào)節(jié)能力，從而保持相對(duì)良好的葉片水分狀況［14－15］。本研究表明，水分或鹽脅迫條件下，兩種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量普遍高于對(duì)照，而可溶性糖積累量隨脅迫程度增加出現(xiàn)先上升后略有下降的現(xiàn)象，這可能是因?yàn)闈B透調(diào)節(jié)作用有一定的局限性，嚴(yán)重脅迫使植物滲透調(diào)節(jié)能力降低或喪失［16］，從而導(dǎo)致可溶性糖含量的下降。而等滲鹽脅迫下可溶性糖含量普遍高于水分脅迫，而游離脯氨酸含量普遍低于鹽脅迫，說(shuō)明可溶性糖可能是鹽脅迫下的一種主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而游離脯氨酸可能是水分脅迫下的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。

3.3 水分脅迫和鹽脅迫對(duì)小麥葉片光合作用的影響

申玉香［17］等低鹽脅迫處理小麥葉片的葉綠素下降速度緩慢，高鹽脅迫處理葉綠素含量快速下降。本研究結(jié)果表明，葉綠素含量低滲條件下與對(duì)照比較，略有升高后降低，可能是植物自身對(duì)外界刺激有一個(gè)應(yīng)激反應(yīng)，而使葉綠素含量上升。而后由于鹽脅迫下，植物吸收不到足夠的水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，造成營(yíng)養(yǎng)不良，致使葉綠素含量降低，進(jìn)而影響植物對(duì)光能的吸收。尤其是促進(jìn)了葉綠素a的降解，從而導(dǎo)致總?cè)~綠素含量的降低。重度滲透脅迫時(shí)，等滲鹽脅迫下葉綠素含量顯著低于水分脅迫。這也可能是離子毒害和細(xì)胞脫水的累加作用所致。

研究認(rèn)為植物葉綠素?zé)晒獾淖兓梢苑从持参锸苊{迫的情況［18］。本研究表明，輕度脅迫對(duì)小麥的Fv／Fm起到促進(jìn)作用，而中度和重度脅迫則使Fv／Fm下降，這與葉綠素含量變化相一致，表明Fv／Fm的變化可能受葉綠素含量變化的直接影響。等滲條件下，鹽脅迫下小麥Fv／Fm顯著低于水分脅迫，說(shuō)明除了脫水作用，鹽脅迫的離子傷害及其引發(fā)的過(guò)氧化作用可能是小麥Fv／Fm大幅降低的主要原因。

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