淺析PEG脅迫下小黑麥和小麥根系總吸收面積變化

李 娜

（甘肅省隴西縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅隴西 748100）

世界范圍的干旱問題仍然是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要逆境因子。據(jù)統(tǒng)計(jì)，干旱造成的糧食減產(chǎn)位于各自然災(zāi)害之首。因此，研究作物對干旱的生理影響規(guī)律和適應(yīng)性一直是熱點(diǎn)課題。干旱脅迫是影響小麥生長發(fā)育的一個重要的環(huán)境因子，研究小麥的抗旱機(jī)理，尋找提高小麥抗旱性的途徑，對抗性育種以及抗旱栽培具有重要意義。

植物的根系是吸收水分和礦質(zhì)營養(yǎng)的主要器官，又是物質(zhì)合成和轉(zhuǎn)化的器官，因此根系的生長發(fā)育狀況和活力直接影響植物體的地上部分的生長[1]。根系是植物與環(huán)境接觸的重要界面，土壤環(huán)境對植物的影響首先作用于根，根系感受逆境信號后產(chǎn)生相應(yīng)的生理反應(yīng)，繼而影響地上部分的生長[2]。有研究表明，從根系與地上部分之間的相互關(guān)系去分析植物的耐鹽能力是可行的，根莖比值小的植物，其耐鹽性往往比較差[3-4]。

植物的耐鹽性研究工作，大多選材于小麥、棉花、西紅柿等作物。我國小麥種植面積是繼水稻之二的國家，常年種植面積2 666.67萬hm2以上[5]。我國旱農(nóng)區(qū)是小麥的主要產(chǎn)區(qū)之一，以北緯35～40°為界，旱農(nóng)區(qū)偏北，緯度較高地區(qū)以種植小麥為主，偏南地區(qū)則以種植冬小麥為主。小麥屬禾本科植物，為須根系，根系入土可達(dá)20～30cm耕層，可充分吸收養(yǎng)分和水分[6]。本研究以小麥根系的總吸收面積變化為重點(diǎn)，探索PEG脅迫條件下小麥根系吸收面積的特點(diǎn)，為研究小麥等作物的抗旱性奠定理論基礎(chǔ)和積累基本數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為小黑麥35ITSN-15、35ITSN-17、36ITSN-148和小麥甘春-20。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與處理方法

挑選子粒飽滿，大小一致無殘缺的小麥種子，經(jīng)75%酒精消毒沖洗后，迅速用清水清洗并浸泡24h待種子露白后，均勻擺放在培養(yǎng)皿中，保證光照和水分適宜。一周后挑選高度一致、長勢良好的幼苗分別加入10%、20%、30%的PEG溶液模擬干旱脅迫，分別在模擬脅迫24、48、72、96h后，剪取小麥根系待用。以加水小麥幼苗作為對照。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

721-型分光光度計(jì)，電子天平，容量瓶，移液管等。

0.0002mol/L（0.064g/L）甲烯藍(lán)溶液；PEG溶液。

1.4 測定方法

甲烯藍(lán)法測定根系吸收面積[7]

取三個小燒杯編好號碼，各加入甲烯藍(lán)溶液5ml，將稱取好的小麥根系依次放入燒杯中各1.5min，再分別吸取1ml溶液稀釋10倍混勻后，取適量溶液置于660nm下測定吸光度。

依照下列公式求出根的吸收面積：

總吸收面積（m2）=（第一杯中被吸收的甲烯藍(lán)毫克數(shù)+第二杯中被吸收的甲烯藍(lán)毫克數(shù)）×1.1m2

活躍吸收面積（m2）=第三杯中被吸收的甲烯藍(lán)毫克數(shù)×1.1m2

活躍吸收面積（%）=根系活躍吸收面積（m2）/根系總吸收面積（m2）×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 PEG脅迫對小黑麥35ITSN-15根系活力的影響

圖1 小黑麥35ITSN-15在不同時間不同濃度下其根系活力變化

因?yàn)橹参镂钪饕姆绞绞强扛滴?，因此由圖1可以看出，小黑麥35ITSN-15在正常水分條件下，處理24h時根系總吸收面積最大值為2.713 3m2，隨著時間的延長，種子內(nèi)的能量耗盡，吸收面積也就隨之下降為2.551 8m2。在脅迫時間為48和72h下，根系吸收面積均呈下降趨勢，說明在這個時間段，因?yàn)樾『邴湼凳艿酵饨鏟EG溶液的脅迫，使根系吸收水分的能力減弱，其長勢也不如正常水分，植株的形態(tài)發(fā)生了變化，葉片也開始萎蔫?？梢钥闯鲈赑EG濃度為20%脅迫96h時，其根系總吸收面積有了一定的回升為2.612 4m2，由此可以看出隨著干旱脅迫時間的延長根系可能暫時有了適應(yīng)干旱條件的應(yīng)激性，但最終會因PEG濃度過高造成根系吸水困難，使根系吸收面積呈現(xiàn)下降水平。

2.2 PEG脅迫對35ITSN-17根系活力的影響

圖2 小黑麥35ITSN-17在不同時間不同濃度下其根系活力變化

由圖2可以明顯看出，隨著處理時間的延長和PEG濃度的升高，小黑麥根系的總吸收面積均表現(xiàn)出不同程度的下降，并且當(dāng)處理時間為48h下濃度為30%時，其根系總吸收面積下降到最小值為2.533 0m2。由此說明，PEG脅迫對小黑麥根系的生長有抑制作用，從而使得根系的總吸收面積降低。由于PEG對小黑麥發(fā)生了干旱脅迫，根系內(nèi)水分濃度高于根系外的濃度，根系開始失水，并最終導(dǎo)致吸收能力下降。

2.3 PEG脅迫對36ITSN-148根系活力的影響

圖3 小黑麥36ITSN-148在不同時間不同濃度下根系活力變化

高鹽分的土壤中由于含有較高的離子，土壤中的水勢大大降低，降低了植物對水分的吸收，因此，植物處于高鹽分的土壤中先受到的是鹽分引起的水分脅迫[8]。由圖3可以看出，隨著PEG濃度的升高，其根系吸收面積均呈現(xiàn)下降的趨勢。下降趨勢較明顯的是在PEG濃度為20%下脅迫48h 下的根系活力。而在48和72h時，總吸收面積雖然也是下降，但下降幅度不太大。說明，在沒有PEG脅迫下，小麥根系能夠保持較高的吸收能力，后隨著PEG濃度的增加，根系活力下降，吸水力減弱，根的含水量也有較大幅度的下降。由此可以看出，在較低濃度鹽分下，PEG脅迫對其根系沒有產(chǎn)生太大的水分脅迫，隨著鹽濃度的升高，PEG脅迫的加重，水分脅迫對降低根系總吸收面積的跡象愈來愈明顯。

2.4 PEG脅迫對小麥甘春-20根系活力的影響

由圖4可以看出，甘春-20的根系總吸收面積在不同濃度PEG脅迫下總體呈下降的趨勢，且下降趨勢是隨著時間的延長和PEG脅迫濃度的升高而降低小麥根系總吸收面積的?？梢悦黠@看出在PEG脅迫24h 時的根系總吸收面積較其他時間下的值都高，為2.597 0至2.553 8m2。在PEG溶液脅迫48和72h下的根系總吸收面積均呈下降的趨勢，且幅度不大，根系總吸收面積下降趨勢較為平緩，表明由于PEG脅迫，其對水分的吸收也有一定程度的下降，但影響較不明顯。而下降幅度較大的是在PEG濃度到達(dá)30%脅迫96h下的根系總吸收面積值為2.491 0m2，且從圖中可以看出濃度為20%，小麥根系總吸收面積有一點(diǎn)回升，表明在此時其根系對這種脅迫有了暫時的應(yīng)激性所致，但和其它結(jié)果一樣，最終仍然呈下降趨勢。

圖4 小麥甘春-20在不同時間不同濃度下根系活力變化

3 結(jié)論

根據(jù)植物對溶質(zhì)的吸收具有吸附的特性，我們應(yīng)用甲烯藍(lán)作為吸附物質(zhì)可以計(jì)算出小麥根系解吸到細(xì)胞中數(shù)值。不同品種的小麥抗旱能力差異也很大，這是植物在不同生態(tài)條件下長期發(fā)展過程中形成的特性。從這4種供試材料根系的吸收面積中可以得出：在本次研究中的四種品種的小麥，在低濃度PEG溶液中均可吸收水分生長，只是生長速度較正常水分條件下慢；而隨著PEG濃度的升高和脅迫時間的延長，其根系吸收面積均呈下滑趨勢，且植株葉片逐漸枯萎，生長趨勢從緩慢到停滯，盡管期間會出現(xiàn)一定程度的回升，但整體都為下降至停止的狀態(tài)。

這與細(xì)胞滲透勢也有一定關(guān)聯(lián)，細(xì)胞內(nèi)溶液濃度大于細(xì)胞外溶液的濃度，則細(xì)胞吸水，反之失水。在供試小黑麥和小麥的根系周圍溶液濃度高于根系細(xì)胞內(nèi)溶液的濃度，其根系會因失水而使根系吸收能力下降，隨之根系吸收面積也就會隨著PEG溶液濃度的升高而降低，從而最終導(dǎo)致植株生長速率也會隨著根系總吸收面積的降低而降低。因此在干旱地區(qū)，根系吸收能力可以作為選擇高抗性品種的生理指標(biāo)來進(jìn)行作物的選種繁育。

[1]劉海龍，鄭桂珍，關(guān)軍鋒，等.干旱脅迫下玉米根系活力和膜透性的變化[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào)，2002，17（2）：20-22.

[2]萬賢崇，宋永俊.鹽脅迫及其鈣調(diào)節(jié)對竹子根系活力和丙二醛含量的影響[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1995，19（3）：16-20.