低溫脅迫對不同小麥品種結(jié)實率和活性氧代謝的影響

陳巧艷， 李迎迎， 陳劉平， 歐行奇， 趙星星， 張自陽， 劉明久， 朱啟迪

(河南科技學(xué)院，河南新鄉(xiāng) 453003)

在人類的生活中，小麥?zhǔn)侵饕募Z食作物之一。小麥在全球糧食作物中占有不可或缺的地位，全球大約有35%以上的人口以小麥為主要口糧[1]。我國的第一大麥區(qū)為黃淮南片麥區(qū)，河南省小麥產(chǎn)區(qū)屬于黃淮南片麥區(qū)，其面積和總產(chǎn)量都占全國的40%以上。黃淮麥區(qū)經(jīng)常發(fā)生霜凍，是我國冬小麥霜凍害的高發(fā)區(qū)，自20世紀80年代以來，黃淮麥區(qū)發(fā)生霜凍害的頻率達到45%，特別是商丘地區(qū)已高達60%[2]。2004年，黃淮麥區(qū)發(fā)生大面積的早春積霜凍害，受害冬小麥面積為333 hm2[3]。近些年來，隨著全球氣候變暖，無霜期的時間縮短，干旱越來越嚴重，這種變化使得春季的氣候變得不穩(wěn)定，使得春凍出現(xiàn)的頻率增多，在黃淮南片麥區(qū)春季霜凍對小麥的生產(chǎn)已經(jīng)產(chǎn)生嚴重影響，制約著該產(chǎn)區(qū)小麥的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，已經(jīng)成為該地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害之一[4-5]，因此研究低溫脅迫對小麥生理生化反應(yīng)的影響至關(guān)重要。本研究以半冬性小麥品種百農(nóng)207、AK58、鄭麥366為材料，研究低溫脅迫對小麥結(jié)實率、抗氧化酶活性以及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響，闡述小麥對低溫脅迫的響應(yīng)機制。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用3個半冬性小麥品種百農(nóng)207、AK58、鄭麥366，均由河南科技學(xué)院百農(nóng)207團隊提供。

1.2 試驗方法

本試驗于2016—2017年在河南省新鄉(xiāng)市河南科技學(xué)院作物育種實驗室進行，每品種挑選大小一致、籽粒飽滿的種子，先用70%乙醇活化30 s，再用0.1% HgCl2消毒10 min，然后用自來水沖洗5次，無離子水沖洗3次。將消毒好的種子種在盆里，每盆20粒種子，然后放入人工氣候室中培養(yǎng)。待小麥幼穗發(fā)育到雌雄蕊原基分化期時，放入人工氣候箱于0 ℃低溫處理3 d，對照于正常環(huán)境中生長，取小麥葉片放入 -80 ℃ 低溫冰箱備用。

1.3 測定指標(biāo)與方法

葉綠素鮮質(zhì)量含量測定采用丙酮乙醇混合浸提法[6]；脯氨酸含量測定采用茚三酮法[7]；過氧化物酶(POD)活性(鮮質(zhì)量)測定采用愈創(chuàng)木酚法[8]；超氧化物歧化酶(SOD)活性(鮮質(zhì)量)測定采用氮藍四唑法[8]；丙二醛(MDA)含量采用硫代巴比妥酸法測定[9]；在小麥揚花期前，在正常生長條件和低溫處理條件下各隨機挑選10個小麥幼穗進行人工套袋，成熟期調(diào)查小麥的結(jié)實性。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010和DPS軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用Duncan氏新復(fù)極差法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫脅迫對不同小麥品種結(jié)實率的影響

由表1可以看出，在正常生長情況下，AK58的結(jié)實率較高，達到99.3%，其次是百農(nóng)207、鄭麥366；在低溫處理條件下，AK58、百農(nóng)207的結(jié)實率依然較高，但是鄭麥366受低溫的影響，結(jié)實率驟然下降，僅為9.7%。

2.2 低溫脅迫對不同小麥品種葉綠素含量的影響

從圖1可以看出，低溫下3個品種葉綠素含量均比對照增高，百農(nóng)207、鄭麥366、AK58分別較對照增加了27.8%、19.9%、28.1%。 百農(nóng)207、 AK58 的葉綠素含量在低溫處理與對照之間差異較大，而鄭麥366差異較小。

表1 不同小麥品種結(jié)實率的比較

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示同一處理不同品種間差異達0.05顯著水平。

2.3 低溫脅迫對不同小麥品種SOD活性的影響

SOD是膜脂過氧化防御系統(tǒng)的主要保護酶，能催化活性氧發(fā)生歧化反應(yīng)，產(chǎn)生無毒O2和H2O2，從而避免植物遭受傷害。由圖2可知，在正常生長條件下，百農(nóng)207、鄭麥366、AK58的SOD活性分別為178.6、162.7、159.3 U/(g·min)；低溫脅迫后，百農(nóng)207、鄭麥366、AK58 3個品種SOD活性均上升，其中百農(nóng)207和AK58受到低溫脅迫后其SOD活性較高。

2.4 低溫脅迫對不同小麥品種POD活性的影響

由圖3可知，低溫脅迫下，百農(nóng)207、鄭麥366、AK58的POD活性均比對照增加，其中百農(nóng)207、AK58的POD活性上升幅度高于鄭麥366，表明百農(nóng)207、AK58受到低溫脅迫后其POD活性較高，更有利于清除過氧化物，降低活性氧對細胞的損傷。

2.5 低溫脅迫對不同小麥品種MDA含量的影響

丙二醛是膜脂過氧化終產(chǎn)物，是膜系統(tǒng)受傷害程度的重要標(biāo)志之一，其含量越高，細胞膜系統(tǒng)受到逆境脅迫的傷害越嚴重。由圖4可知，在正常條件下，鄭麥366丙二醛含量較高，而百農(nóng)207和AK58丙二醛含量較低；低溫處理后，3個品種的丙二醛含量均下降，鄭麥366丙二醛含量仍然高于百農(nóng)207和AK58。

2.6 低溫脅迫對不同小麥品種脯氨酸含量的影響

由圖5可知，在正常條件下，百農(nóng)207、AK58的脯氨酸含量較高；低溫脅迫后，3個品種脯氨酸含量均增加，其中AK58、百農(nóng)207脯氨酸含量增加得較多，而鄭麥366脯氨酸含量增加得較少，表明受到低溫脅迫后，AK58、百農(nóng)207脯氨酸含量較高，具有較強的細胞滲透調(diào)節(jié)能力。

3 討論與結(jié)論

有研究表明，倒春寒嚴重影響小麥的結(jié)實性，使小麥的結(jié)實率下降，最終影響小麥的產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，在低溫脅迫下，百農(nóng)207、AK58的結(jié)實率降低不明顯，而鄭麥366下降比較明顯，表明百農(nóng)207、AK58抗倒春寒能力強，而鄭麥366的抗倒春寒能力較弱。眾多研究者認為，低溫脅迫使葉綠素含量下降。在低溫環(huán)境中，植物葉片細胞內(nèi)活性氧大量積累，抑制葉綠體色素生物合成酶的活性[10]，阻礙葉綠素合成并導(dǎo)致葉綠素降解。本試驗發(fā)現(xiàn)，在低溫處理3 d后，3個品種葉綠素含量均表現(xiàn)為上升?？赡苁侵参飳Φ蜏啬婢车膽?yīng)激保護反應(yīng)，通過加快葉綠素合成來補償和提高葉片對光能的吸收、傳遞、轉(zhuǎn)換能力，合成速度大于降解速度，使葉綠素含量升高。

有學(xué)者研宄表明，低溫脅迫導(dǎo)致可溶性物質(zhì)積累[20-21]，既降低細胞中的水勢，提高細胞的保水能力，又可以保護生物大分子，防止其失活，例如低溫誘導(dǎo)蛋白可以提高植物抗冷性的作用[22]。脯氨酸被認為是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，不僅可以維持細胞滲透調(diào)節(jié)能力，阻止水分喪失，還是可溶性溶質(zhì)中唯一可整合單線態(tài)氧、高效清除羥自由基的分子，有助于穩(wěn)定蛋白質(zhì)和膜系統(tǒng)，還能作為含氮的儲藏物質(zhì)和恢復(fù)生長的能源，提高植物抗凍性[23]。本研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫引起脯氨酸含量上升，這與他人的研究結(jié)果[24-27]一致。與鄭麥366相比，受到低溫脅迫后百農(nóng)207、AK58的脯氨酸含量較高，表明在低溫脅迫條件下，百農(nóng)207、AK58的脯氨酸含量較高，能夠提高細胞的滲透調(diào)節(jié)能力，進而提高抗寒能力。

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