兩種抗旱性不同的小麥幼苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

趙美榮，李永春，常怡慧，凌海燕

（赤峰學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

水是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而水資源不足是全世界面臨的難題[1].近年來(lái)，干旱災(zāi)害逐年加重，嚴(yán)重威脅作物的產(chǎn)量和品質(zhì).小麥?zhǔn)鞘澜缧约Z食作物，經(jīng)常受到干旱脅迫的影響.目前關(guān)于小麥抗旱性的研究主要集中在形態(tài)生理方面，聚乙二醇（PEG-6000）模擬滲透脅迫在小麥抗旱性研究中具有準(zhǔn)確性高，穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，常用于小麥的抗旱性鑒定[2].因此本實(shí)驗(yàn)選取兩種抗旱性不同的小麥品種HF9703和921842為材料，用25%PEG-6000模擬干旱脅迫，然后選用其幼苗葉片進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定，從而分析不同小麥品種對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，探討小麥抗旱的生理特性，以期為小麥抗旱性品種的選育提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與培養(yǎng)

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)采用兩種抗旱性不同的小麥品種，抗旱性強(qiáng)的HF9703和干旱敏感型的921842為材料.

1.1.2 材料培養(yǎng)與處理

挑選均勻一致的小麥種子，放在被水潤(rùn)濕的濾紙上發(fā)芽24h，然后，選取發(fā)芽一致的種子10粒，有序地播種在盛有石英砂的塑料盆（高，8cm；直徑，10cm）中，在溫度為25℃±1℃、光周期為14/10h光/暗條件下進(jìn)行砂培，每天澆灌Hoagland營(yíng)養(yǎng)液.

當(dāng)培養(yǎng)至小麥三葉一心時(shí)期，用25%PEG-6000模擬干旱脅迫處理，以正常營(yíng)養(yǎng)液為對(duì)照（CK），每個(gè)處理設(shè)三個(gè)平行重復(fù).3天后，剪取其葉片用于實(shí)驗(yàn)分析.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水分關(guān)系測(cè)定

葉片相對(duì)含水量（RWC）、滲透調(diào)節(jié)能力（OA）按照王貴平的方法[3]測(cè)定.

1.2.2 游離脯氨酸、可溶性糖含量的測(cè)定

采用張志良等[4]的方法，游離脯氨酸采用酸性茚三酮法；可溶性糖含量采用蒽酮法.

1.2.3 丙二醛（MDA）含量和電解質(zhì)外滲量的測(cè)定

采用張志良等[4]的方法測(cè)定.

1.2.4 抗氧化酶活性測(cè)定

參照Bartoli等[5]的方法.稱取0.5g葉片，置于預(yù)冷的研缽中，加入5ml預(yù)冷的磷酸緩沖液，冰浴研磨，離心 10min（12,000g、4℃），上清液即為超氧化物歧化酶（SOD），過(guò)氧化氫酶（CAT），過(guò)氧化物酶（POD）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）的粗提液.顯色反應(yīng)后計(jì)算其活性.

可溶性蛋白的測(cè)定參考張志良等[4]的考馬斯亮藍(lán)G-250顯色法.

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果均為3次或3次以上重復(fù)的平均值±SE.

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)兩品種小麥滲透調(diào)節(jié)能力的影響

干旱條件下，植物首先表現(xiàn)的是滲透脅迫，因此我們檢測(cè)了小麥幼苗的相對(duì)含水量（RWC）和滲透調(diào)節(jié)能力（OA）.結(jié)果如圖1-A所示，干旱引起RWC明顯下降，而且921842中RWC的下降程度高于HF9703.圖1-B表明，脅迫下兩品種小麥葉片均表現(xiàn)出較高的滲透調(diào)節(jié)能力，HF9703的OA明顯高于921842.這一結(jié)果表明，抗旱性強(qiáng)的小麥品種能夠維持較高的滲透調(diào)節(jié)能力，保持細(xì)胞的水分平衡.

可溶性糖和脯氨酸是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量往往與植物的抗逆性呈正相關(guān)，在一定程度上能反映植物體內(nèi)的水分狀況，可作為植物缺水的參考指標(biāo)[6].因此我們分析了干旱條件下，兩品種小麥可溶性糖以及脯氨酸含量變化（圖1-C、D）.結(jié)果表明，在正常水分培養(yǎng)條件下，兩品種小麥可溶性糖及脯氨酸含量沒(méi)有明顯的差異.經(jīng)25%PEG干旱脅迫處理后，兩品種小麥可溶性糖及脯氨酸含量明顯增加，但抗旱性強(qiáng)的HF9703的增加量明顯大于干旱敏感型的921842.這一結(jié)果表明，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物抵御干旱脅迫時(shí)起著重要的作用.

圖1 干旱脅迫下小麥葉片的RWC（A）、OA（B）、可溶性糖（C）和游離脯氨酸（D）含量變化

2.2 干旱脅迫對(duì)兩品種小麥膜系統(tǒng)的傷害

電解質(zhì)外滲是膜系統(tǒng)受到傷害的一個(gè)生理指標(biāo)，常被用于評(píng)價(jià)作物對(duì)脅迫的抗性和敏感性[7].本文結(jié)果如圖2-A所示，干旱脅迫明顯增加了小麥葉片細(xì)胞膜的離子滲漏，抗旱性強(qiáng)的HF9703離子滲漏低于干旱敏感型的921842.

膜脂過(guò)氧化是植物細(xì)胞膜受損傷的另一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通常用丙二醛（MDA）含量來(lái)衡量膜脂過(guò)氧化程度[8].結(jié)果如圖2-B所示，在正常水分培養(yǎng)條件下，兩品種小麥相比，其MDA含量無(wú)顯著差異，經(jīng)25%PEG干旱脅迫處理后，兩品種小麥中MDA含量均增加了，但921842的增加量更多.

以上結(jié)果表明，抗旱性弱的921842在干旱脅迫條件下，膜脂過(guò)氧化程度較高，電解質(zhì)外滲較多，膜傷害嚴(yán)重，這可能是其對(duì)干旱脅迫敏感的一個(gè)主要原因.

圖2 干旱脅迫下小麥葉片細(xì)胞電解質(zhì)外滲（A）、MDA含量（B）變化

2.3 干旱脅迫對(duì)兩品種小麥抗氧化酶活性的影響

植物細(xì)胞在正常條件下活性氧（ROS）的產(chǎn)生和清除保持平衡，但在逆境條件下，這種平衡被打破，造成細(xì)胞中自由基等活性氧的積累.過(guò)多的活性氧會(huì)加劇膜脂過(guò)氧化作用，造成膜系統(tǒng)的損傷，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致植物細(xì)胞死亡.植物抗氧化酶作為氧自由基的酶性清除劑，在逆境脅迫情況下，其活性變化依植物品種抗逆能力不同而異，在活性氧代謝中處于重要地位[9].于是我們檢測(cè)了小麥葉片幾種主要的抗氧化酶活性，包括超氧化物歧化酶（SOD），過(guò)氧化氫酶（CAT），過(guò)氧化物酶（POD）和抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）.

圖3 不同脅迫下小麥葉片抗氧化酶活性SOD（A）、CAT（B）、POD（C）和 APX（D）變化

結(jié)果見(jiàn)圖3，分析可得，在干旱脅迫的情況下，兩品種小麥SOD和APX活性有所增加，HF9703的增加程度稍高于921842，表明抗氧化酶活性是HF9703抗旱性強(qiáng)的一個(gè)可能原因.但是CAT（圖3-B）和POD（圖3-C）活性降低，這說(shuō)明不同的抗氧化酶活性對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)不同.

3 討論與結(jié)論

滲透調(diào)節(jié)作用在小麥抗旱性中發(fā)揮重要作用.干旱脅迫下，植物細(xì)胞積累大量的無(wú)機(jī)離子、脯氨酸、可溶性糖及甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，從而維持一定的細(xì)胞膨壓和滲透勢(shì)，有利于植物細(xì)胞吸水[10,11].本文測(cè)定了干旱脅迫下RWC、滲透調(diào)節(jié)能力、可溶性糖及脯氨酸含量的變化（圖1），結(jié)果表明，干旱脅迫下，抗旱性強(qiáng)的小麥可積累較多的脯氨酸、可溶性糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，來(lái)降低滲透勢(shì)，維持細(xì)胞對(duì)水分的吸收，從而調(diào)節(jié)自身的水分狀況，維持正常的代謝功能，因而表現(xiàn)為更強(qiáng)的抗旱性能.

抗氧化能力與小麥抗旱性密切相關(guān).干旱逆境打破了植物細(xì)胞內(nèi)超氧自由基（O2-·），羥自由基（·OH）等一系列活性氧的產(chǎn)生與清除之間的平衡，造成活性氧積累，膜脂過(guò)氧化增加.而超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）等抗氧化酶系統(tǒng)，可以協(xié)同作用，抵抗活性氧對(duì)細(xì)胞的傷害[12].在干旱脅迫條件下，兩品種小麥都積累了一定量的MDA，但921842的積累量明顯多于HF9703（圖2），說(shuō)明HF9703在干旱脅迫條件下發(fā)生膜脂過(guò)氧化程度較低，有較強(qiáng)的抗氧化能力.抗氧化酶活性變化（圖3）表明，在干旱脅迫條件下，不同的抗氧化酶活性有不同的響應(yīng)，但相對(duì)于921842，抗旱型小麥HF9703具有較高的抗氧化酶活性，因而，具有較高的抗氧化能力也許是HF9703抗旱性強(qiáng)的原因之一.

總之，抗旱性強(qiáng)的小麥品種能通過(guò)在短時(shí)間內(nèi)積累大量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，保持較高的抗氧化能力，維持膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，更好地調(diào)節(jié)自身的生理機(jī)制以抵抗干旱逆境脅迫，有效地提高植物的抗旱性.因此，滲透調(diào)節(jié)以及抗氧化系統(tǒng)可能是小麥抵抗干旱脅迫的主要機(jī)制.

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