干旱脅迫下淮麥33等不同小麥品種幼苗生理響應(yīng)的研究

［KH－*D］顧正中，周羊梅，楊子博，王安邦，冷蘇鳳，熊娟，劉廷武，徐建明*

(1．江蘇省徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安223001;2．江蘇省種子管理站，江蘇南京210036;3．江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室，淮陰師范學(xué)院，江蘇淮安223300)

干旱脅迫下淮麥33等不同小麥品種幼苗生理響應(yīng)的研究

［KH－*3D］顧正中1，周羊梅1，楊子博1，王安邦1，冷蘇鳳2，熊娟3，劉廷武3，徐建明3*

(1．江蘇省徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇淮安223001;2．江蘇省種子管理站，江蘇南京210036;3．江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室，淮陰師范學(xué)院，江蘇淮安223300)

以淮麥33、淮麥29、淮麥20和周麥18 4個小麥品種為試驗材料，研究在干旱脅迫下不同小麥品種幼苗的生理響應(yīng)。結(jié)果表明，在20%PEG6000(w/v)滲透脅迫下，不同小麥品種的生理響應(yīng)具有顯著差異，幼苗地上部的生物量、葉片中葉綠素的含量、細胞膜脂氧化產(chǎn)物MDA含量、SOD活性、POD活性、可溶性糖及可溶性蛋白含量在不同品種間有顯著差異。其中淮麥33明顯優(yōu)于其他品種，說明淮麥33小麥幼苗具有較強抗干旱的生理特性。

小麥;干旱脅迫;淮麥33;幼苗生理響應(yīng)

小麥是世界上廣泛種植的三大糧食作物之一，小麥的生長對干旱脅迫條件敏感，小麥的產(chǎn)量直接受到各地旱澇的影響。全球大約有1/3的地區(qū)屬于干旱和半干旱地區(qū)，我國干旱、半干旱土地面積約占全國耕地總面積的47%，干旱是造成我國特別是黃淮地區(qū)小麥產(chǎn)量不高不穩(wěn)的重要因素之一。在干旱脅迫下，植物會發(fā)生一系列形態(tài)和生理上的變化［1］，例，幼苗和根系的生長受到影響，細胞保護酶發(fā)生變化、葉片葉綠素含量下降、根系活力變化、細胞膜脂氧化、并形成一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)如可溶性糖和可溶性蛋白［2－11］。而這些變化品種間差異明顯［12－13］，因此通過育種的手段來提高小麥的抗旱性是解決小麥產(chǎn)量問題的一個重要途徑?；贷?3是江蘇徐淮地區(qū)淮陰農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所以煙農(nóng)19為母本、鄭麥991為父本培育而成，于2013年通過江蘇省審定，2015年通過國家審定。并于2013年以1033萬元全國最高價實現(xiàn)了品種經(jīng)營權(quán)轉(zhuǎn)讓。本研究采用淮麥33以及近年來生產(chǎn)上較大面積推廣的小麥品種為研究對象，探索在干旱脅迫下小麥幼苗的生理指標的變化，為小麥抗干旱育種和淮麥33的大面積推廣提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1．1 實驗材料及干旱脅迫處理

實驗在江蘇省環(huán)洪澤湖生態(tài)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點實驗室進行，實驗材料為淮麥33、淮麥29、淮麥20和周麥18 4個小麥品種。

挑選4個品種的飽滿整齊的小麥種粒，用1．0 %的NaClO消毒20 min后，用自來水反復(fù)沖洗3次左右，25℃恒溫避光培養(yǎng)中用清水培養(yǎng)24 h，小麥種子露白后，挑選露白均勻一致的籽粒用鑷子排放在盛有營養(yǎng)膜的塑料盆中置于日光溫室里培養(yǎng)。將每個品種的小麥分為3盆，每盆均為30株，置于相同的實驗室環(huán)境下進行培養(yǎng)，出苗1周后用Hoagland完全營養(yǎng)液培養(yǎng)，待小麥幼苗培養(yǎng)至2葉1心時，用濃度為20%PEG6000(W/V)進行處理，模擬干旱脅迫條件，5 d后隨機抽取植株10株進行幼苗生長量與有關(guān)生理生化指標的測定。

1．2 指標的測定

葉綠素含量的測定采用丙酮浸泡提取比色法［14］。丙二醛(MDA)含量的測定采用硫代巴比妥酸法［14］。根系活力的測定采用TTC法［15］。SOD活性采用氮藍四唑(NBT)法，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法［15］，可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250法［16］。

1．3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel整理數(shù)據(jù)，用SPSS和Origin9．0軟件分析數(shù)據(jù)和作圖。

2 結(jié)果與分析

2．1 干旱脅迫下不同小麥品種幼苗生物量變化特征

在干旱脅迫下，幼苗的生物量的變化是衡量小麥抗旱性的1個重要指標。由表1可以看出，在干旱脅迫下，不同品種小麥幼苗的生物量變化不同，尤其表現(xiàn)在地上部的生物量有顯著差異，以淮麥33的最高，鮮重分別比淮麥29、淮麥20和周麥18高48．88%、34．62%和75．02%，干重分別比淮麥29、淮麥20和周麥18高38．00%、36．63%和75．80%。而地下部不同小麥品種的生物量變化差異不明顯，這說明干旱脅迫在一定時間內(nèi)首先影響地上部的生長發(fā)育，而對地下部的影響可能會推遲。以淮麥33的最高，并與其他小麥品種有顯著差異，說明淮麥33對干旱脅迫不敏感，受干旱脅迫影響小。

2．2 干旱脅迫下不同小麥品種幼苗葉片葉綠素含量變化

干旱脅迫會引起幼苗葉片中葉綠素的降解，葉綠素降解的量和速度同樣是衡量小麥品種抗干旱的一個重要指標。表2可以看出，在干旱脅迫下不同小麥品種葉片中葉綠素的含量有顯著差異，以淮麥33葉片中總?cè)~綠素和葉綠素A含量最高，分別比周麥18高51．40%和54．37%，特別是葉綠素A含量高，說明在干旱脅迫下，淮麥33較另外3個品種具有更強的光合作用能力。

表1 干旱脅迫下不同小麥品種幼苗生物量變化特征Table 1The change of biomass characteristic from different wheat species under drought stress

表2 干旱脅迫下不同小麥品種幼苗葉片葉綠素含量變化Table 2The change of chlorophyll content from different wheat species under drought stress

2．3干旱脅迫下不同小麥品種幼苗葉片中細胞膜脂氧化和SOD、POD活性的影響

在逆境條件下生物細胞的細胞膜首先會受到傷害，膜的組成成分膜脂會被氧化成為MDA(丙二醛)，因此在干旱脅迫下MDA含量的增加也是小麥幼苗抗干旱的一個重要指標。從圖1可以看出，淮麥33在干旱脅迫下幼苗體內(nèi)的MDA的含量最低，并與淮麥29、淮麥20和周麥18有顯著差異，分別低51．41%、30．53%和35．30%。這說明淮麥33葉片中細胞膜受到干旱脅迫后傷害是最輕的。這與葉片中的清氧酶SOD和POD活性相關(guān)。從圖2可以看出，淮麥33葉片中的SOD和POD的活性顯著高于淮麥29、淮麥20和周麥18，SOD活性高71．57 %、174．75%和135．31%，POD活性分別高17．90 %、55．97%和37．09%，說明清氧酶活性高能夠清除逆境條件下的氧自由基，減輕細胞膜傷害，減少膜脂氧化，這與MDA含量低是一致的。

圖1 干旱脅迫下不同小麥品種幼苗MDA含量變化Fig．1The change of MDA content from different wheat species under drought stress

圖2 干旱脅迫下不同小麥品種幼苗SOD、POD含量變化Fig．2The change of SOD and POD contents from different wheat species under drought stress

2．4 干旱脅迫下不同小麥品種幼苗葉片中可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

干旱脅迫下，植物通過體內(nèi)代謝活動來調(diào)節(jié)細胞內(nèi)的滲透物質(zhì)，滲透物質(zhì)的增加是引起滲透勢下降、提高抗干旱的一個關(guān)鍵因素?？扇苄蕴鞘切←溣酌缂毎麅?nèi)的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在受到干旱脅迫時體內(nèi)的可溶性糖的含量就會增加，從圖3可以看出，淮麥33葉片中的可溶性糖顯著高于淮麥29、淮麥20和周麥18，分別高24．93%、30．60%和44．98%。

在干旱脅迫時小麥葉片中的可溶性蛋白質(zhì)的含量也會發(fā)生變化，以適應(yīng)環(huán)境變化。不同抗性的品種變化不同。從圖3可以看出，在不同淮麥之間可溶性蛋白的含量差異不顯著，但淮麥33較周麥18可溶性蛋白含量高46．96%，且達到顯著差異，這與淮麥33幼苗的抗干旱特性一致。

圖3 干旱脅迫下不同小麥品種幼苗可溶性蛋白及可溶性糖含量變化Fig．3The change of soluble protein and soluble sugar contents from different wheat species under drought stress

3 討論

干旱脅迫可通過測定小麥幼苗葉片的生理特性來評價苗期的抗旱性。其中小麥幼苗生物量的變化可作為抗旱性的一個重要指標。本研究對4個試驗品種苗期生物量的測定結(jié)果表明，干旱脅迫可以影響小麥苗期生物量在地上部分和地下部分的分配，其對地上部分的影響大于地下部分，這與山侖［17］的研究結(jié)果一致。不同品種幼苗生物量對干旱脅迫的反應(yīng)不同，其中以淮麥33地上部分生物量最高，說明其受干旱脅迫的影響較小，可在一定程度上反映其較高的抗干旱能力。

劉艷等［18］研究認為，水分虧缺可導(dǎo)致作物葉綠體受到傷害，從而使葉綠素含量顯著降低。本研究對4個供試小麥品種葉綠素含量的測定表明，干旱脅迫下，淮麥33幼苗葉片葉綠素含量，尤其是葉綠素A含量最高，與另外3個品種差異顯著?？梢娀贷?3在水分虧缺情況下受到的傷害較小，仍然保持了較高的光合能力。

有研究表明，干旱脅迫是植物細胞膜系統(tǒng)受傷的重要原因［19］，而丙二醛(MDA)含量變化可以反映細胞膜受損傷的程度，抗旱性弱的品種，質(zhì)膜過氧化程度要大于抗旱性強的品種［20］。另外，植物體內(nèi)活性氧代謝系統(tǒng)的平衡受許多逆境的影響，如干旱脅迫能夠增加植物體內(nèi)活性氧的含量，植物中的SOD活性也會相應(yīng)的增強。有研究認為，在適度的干旱脅迫下，植物體內(nèi)SOD活性有所上升，且抗旱品種比不抗旱品種上升的更多［21］。王寶山等［22］的研究也證實小麥幼苗的抗旱能力與SOD活性密切相關(guān)。本研究對4個參試品種相關(guān)酶活性進行了測定，在干旱脅迫下，以淮麥33幼苗葉片中的MDA含量最低，POD和SOD活性最高，且與其它3個品種差異顯著，該結(jié)果表明淮麥33受水分虧缺的傷害最小，且產(chǎn)生了更強的保護性酶系統(tǒng)。

在水分虧缺時，植物可積累一定量的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)降低水勢來適應(yīng)外界環(huán)境，這是植物抗旱性的一種重要的生理機制［23］。李德全等［24］的研究表明，干旱脅迫下，抗旱性強的小麥品種滲透調(diào)節(jié)能力大于抗旱性弱的品種?？扇苄蕴鞘且环N重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，本研究對供試小麥品種苗期可溶性糖進行了測定，干旱脅迫下，淮麥33幼苗葉片中的可溶性糖在4個小麥品種含量最高，且達到顯著水平，該結(jié)果表明淮麥33在干旱脅迫下能產(chǎn)生更多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來維持自身水勢平衡?？扇苄缘鞍缀渴侵参锎x過程中蛋白質(zhì)損傷的一項重要指標，韓蕊蓮等［25］的研究認為，輕度干旱脅迫導(dǎo)致植物體內(nèi)可溶性蛋白含量上升，而重度或中度干旱脅迫則導(dǎo)致其含量下降，且脅迫程度越強，下降幅度越明顯。本研究中干旱脅迫下，淮麥33與淮麥29和淮麥20的可溶性蛋白含量差異不明顯，但比周麥18高46．96 %，且差異顯著，該結(jié)果表明淮麥33受到水分虧缺的影響較小，對干旱脅迫的耐受性強。

小麥苗期單一的抗旱生理指標并不能準確反映小麥的抗旱性，而應(yīng)結(jié)合其他指標綜合鑒定和評價。在模擬干旱脅迫下，本研究對淮麥33、淮麥29、淮麥20和周麥18 4個小麥品種的多個抗旱相關(guān)生理指標進行了測定，以淮麥33幼苗的生物量、葉綠素含量、SOD活性、POD活性、可溶性糖和可溶性蛋白的含量最高，而MDA含量最低。綜合上述結(jié)果表明，淮麥33苗期受到干旱脅迫的傷害相對較輕，且其響應(yīng)迅速，積累了較多的保護性物質(zhì)以應(yīng)對干旱脅迫。整體來看，淮麥33苗期具有較強的抗干旱能力。

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(責(zé)任編輯 李潔)

Effects of Physiology Response to Drought Stress in Huaimai 33 and Different Wheat Seedlings

GU Zheng-zhong1，ZHOU Yang-mei1，YANG Zi-bo1，WANG An-bang1，LENG Su-feng2，XIONG Juan3，LIU Ting-wu3，XU Jian-ming3*

(1．Huaiyin Institute of Agricultural Sciences in Xuhuai Region of Jiangsu Province，Jiangsu Huaian 223001，China;2．Seed Administration Bureau of Jiangsu Province，Jiangsu Nanjing 210036，China;3．Jiangsu Key Laboratory for Eco-Agricultural Biotechnology around Hongze Lake/Institute of Plant Biotechnology，Huaiyin Normal University，Jiangsu Huaian 223300，China)

The effects of physiology response to drought stress was studied in four different wheat seedling，including Huaimai 33，Huaimai 29，Huaimai 20 and Zhoumai 18，which could provide reliable theoretical basis for the wheat breeding and production．The result found that the different wheat species showed significant difference of physiology response，such as shoot biomass，foliar chlorophyll content，MDA content，the SOD and POD activity and soluble protein and soluble sugar contents，while exposed to 20%PEG6000 treatment(simulated drought condition)．Among them，Huaimai 33 displayed the great advantage compared with other species，indicating that it had a stronger tolerance to drought stress．

Wheat;Drought stress;Huaimai 33;Physiology response of seedling

S512．1

A

1001－4829(2017)1－0067－05

10．16213/j．cnki．scjas．2017．1．013

2016－02－06

江蘇省重點研發(fā)計劃(BE2015352-6);江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新項目［CX(13)2022］

顧正中(1969－)，男，研究員，主要從事小麥育種研究，E-mail:hynksgzz@163．com，*為通訊作者。