外源褪黑素對(duì)干旱脅迫小麥發(fā)芽及幼苗生理特性的影響

李紅葉,翟秀珍,張少聰,申佳明,楊 娜,李浩然,付曉藝,2,李瑞奇,李東曉

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,省部共建華北作物改良與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北省作物生長調(diào)控實(shí)驗(yàn)室，河北 保定 071001；2 石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院，河北 石家莊 050041)

小麥(TriticumaestivumL.)是我國北方重要的糧食作物。隨著人口持續(xù)增加，保證小麥產(chǎn)量穩(wěn)定對(duì)我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要作用。華北地區(qū)作為我國冬小麥重要產(chǎn)區(qū)之一，水資源嚴(yán)重短缺，人均水資源占有量很少[1]。尤其近幾年，極端天氣頻發(fā)，導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重干旱現(xiàn)象，水資源供需矛盾進(jìn)一步凸顯[2]。非生物脅迫是作物限產(chǎn)的重要因素，而干旱脅迫是主要因素之一。干旱脅迫影響了小麥的正常生長發(fā)育，降低了葉片葉綠素含量、凈光合速率及PSⅡ最大光化學(xué)效率，導(dǎo)致過氧化氫(H2O2)與丙二醛(MDA)積累增加及抗氧化酶活性降低[3-4]；通過ABA可以調(diào)控氣孔導(dǎo)度，進(jìn)而影響水分利用和小麥產(chǎn)量[5]。因此，研究干旱脅迫對(duì)小麥生長發(fā)育、生理狀況的影響，挖掘小麥的生產(chǎn)潛力，是進(jìn)一步提高華北地區(qū)小麥總產(chǎn)量、緩解水資源短缺和糧食壓力矛盾的主要途徑，對(duì)于保障中國糧食安全具有重要意義。

褪黑素(MT，化學(xué)名稱為N-乙酰-5-甲氧基色胺)是一種廣泛存在于動(dòng)植物體內(nèi)的信號(hào)分子，是抗氧化作用很強(qiáng)的內(nèi)源性自由基清除劑[6]。近年來研究表明，褪黑素在提高綠色植物抗逆能力以及抗水分脅迫、延緩衰老等非生物脅迫方面具有積極作用。褪黑素可通過提高活性氧清除酶活性以及抗氧化物質(zhì)的含量來減少H2O2、脯氨酸和MDA的積累，減輕干旱脅迫引起的氧化傷害，從而達(dá)到增強(qiáng)植物對(duì)干旱的抵御能力[7]；通過增加根冠比及內(nèi)源ABA和MT水平，促進(jìn)水分吸收，維持細(xì)胞膨壓和植株持水能力[8-10]；外施褪黑素有利于延遲干旱脅迫下黑麥草葉片的衰老，并維持較高的葉綠素含量，提高其光合能力[11]；增加谷胱甘肽、抗壞血酸含量及其基因表達(dá)，從而提高小麥幼苗干旱下的生長恢復(fù)能力[9]。褪黑素對(duì)植物抗逆能力的效應(yīng)還受其用量和作物種類的影響[12]：1 μmol/L或10 μmol/L褪黑素可消除銅離子對(duì)紫甘藍(lán)鮮質(zhì)量的抑制，而100 μmol/L褪黑素增強(qiáng)銅離子對(duì)種子萌發(fā)和幼苗生長的抑制[13]；0.8 mmol/L褪黑素顯著促進(jìn)鹽脅迫下玉米種子發(fā)芽，提高滲透物質(zhì)含量[14]；0.05 mmol/L褪黑素可以促進(jìn)干旱脅迫下油菜生長，降低過氧化氫含量，增強(qiáng)抗氧化酶活性[15]；0.5 mmol/L褪黑素可增強(qiáng)田間小麥苗期的耐旱能力，降低膜傷害，保護(hù)葉綠體基粒片層完整，提高葉片凈光合速率，維持細(xì)胞膨壓和植株持水能力[9]。

小麥品種具有地域性，目前在華北地區(qū)有關(guān)褪黑素影響不同小麥品種抗旱生理的研究報(bào)道較少。本試驗(yàn)立足于華北地區(qū)水資源缺乏的環(huán)境，旨在通過研究適于該地區(qū)種植的不同抗旱小麥品種外施褪黑素后的發(fā)芽狀況，明確抗旱效應(yīng)明顯的褪黑素濃度，分析該濃度褪黑素對(duì)小麥幼苗抗旱生理的影響，進(jìn)一步明確褪黑素在不同小麥品種苗期抗干旱脅迫過程中的調(diào)節(jié)作用，以期為華北地區(qū)小麥早期抗旱鍛煉及節(jié)水增產(chǎn)栽培提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試小麥品種濟(jì)麥22由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供，為廣適性高產(chǎn)品種，抗旱性一般；衡觀35由河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所選育，為抗旱節(jié)水、高產(chǎn)型品種。褪黑素購自SIGMA公司。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 發(fā)芽試驗(yàn) 本試驗(yàn)于2018年3月-2018年12月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)人工氣候室進(jìn)行。選取飽滿、大小一致的小麥種子，經(jīng)體積分?jǐn)?shù)75%酒精消毒后，用蒸餾水清洗4～5次，置于鋪有兩層濾紙的發(fā)芽盒中，每盒50粒。分別設(shè)置：對(duì)照(CK)、20% PEG(PEG)、20% PEG+10 μmol/L 褪黑素(T-10)、20% PEG+100 μmol/L 褪黑素(T-100)、20% PEG+300 μmol/L 褪黑素(T-300)，共5個(gè)處理，重復(fù)3次。其中，對(duì)照處理的發(fā)芽盒濾紙使用蒸餾水浸濕；PEG處理的濾紙用20% PEG溶液(質(zhì)量體積比)浸濕；褪黑素處理的濾紙則用20%PEG+各濃度褪黑素溶液(用少量無水乙醇溶解相應(yīng)質(zhì)量的褪黑素粉末，再用20% PEG溶液稀釋至相應(yīng)濃度)浸濕。將發(fā)芽盒置于培養(yǎng)箱培養(yǎng)7 d，培養(yǎng)箱條件設(shè)置溫度為22 ℃，相對(duì)濕度為63%。

1.2.2 水培試驗(yàn) 根據(jù)發(fā)芽狀況，選擇有明顯改善PEG脅迫的褪黑素濃度，在人工氣候室進(jìn)行幼苗水培處理。在穴盤上利用蛭石進(jìn)行種子萌發(fā)，長至一葉一心時(shí)轉(zhuǎn)入Hoagland營養(yǎng)液的培養(yǎng)箱中，生長條件設(shè)置：溫度為22 ℃，相對(duì)濕度為63%，光12 h/暗12 h，緩苗5～7 d。待長至2～3葉時(shí)，重新配置Hoagland營養(yǎng)液(CK)、20% PEG(PEG)、20% PEG+300 μmol/L 褪黑素 (T-300)溶液，并將2個(gè)小麥品種幼苗分別進(jìn)行CK、20% PEG、T-300處理。重復(fù)3次，處理時(shí)長為12 h。處理完畢，選取代表性植株，測量葉片光合參數(shù)、熒光參數(shù)；之后分別將葉和根部剪碎、混勻，每份稱0.5 g，用錫箔紙包裹，液氮快速冷凍后，置于-80 ℃低溫保存，備用。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 發(fā)芽指標(biāo)測定 小麥種子萌發(fā)后1～7 d，每天統(tǒng)計(jì)發(fā)芽籽粒數(shù)；萌發(fā)后3 d計(jì)算發(fā)芽勢；萌發(fā)后7 d計(jì)算發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)[16]。

發(fā)芽勢=3 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽率=7 d內(nèi)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)=GI×S。

式中：Gt為時(shí)間t的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽時(shí)間，S為發(fā)芽結(jié)束時(shí)單株幼苗干質(zhì)量(g)。

培養(yǎng)7 d后，統(tǒng)計(jì)萌發(fā)籽粒的胚芽長、胚根長，以胚芽伸出胚芽鞘1.5 cm作為統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)處理統(tǒng)計(jì)3次，以尺子測量；胚根數(shù)則采用人工計(jì)數(shù)。發(fā)芽結(jié)束時(shí)用濾紙瀝干幼苗表面水分后稱鮮質(zhì)量，再轉(zhuǎn)移至60 ℃烘箱烘干至恒質(zhì)量稱干質(zhì)量，計(jì)算幼苗含水量。幼苗含水量=(幼苗鮮質(zhì)量-幼苗干質(zhì)量)/幼苗鮮質(zhì)量×100%。

1.3.2 光合參數(shù)測定 由于小麥幼苗葉片較窄，使用光合儀(Li-6400，Li-Cor Inc.,Lincoln,NE,USA)測定時(shí)，設(shè)內(nèi)置光源1 500 μmol/(m2·s)，選擇代表植株頂部展開的活體葉片，使葉片長度充滿葉室，手動(dòng)測量葉片寬度，計(jì)算葉面積，然后輸入葉面積自動(dòng)獲得凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)。按下式計(jì)算瞬時(shí)水分利用效率(WUEins)[17]。

WUEins=Pn/Tr。

1.3.3 葉綠素?zé)晒鈪?shù)測定 選擇代表性植株頂部展開的活體葉片，使用熒光儀( FMS-2，Hansatech，英國)測定葉綠素?zé)晒鈪?shù)，并計(jì)算葉片的最大光化學(xué)效率(Fv/Fm)、表觀光合電子傳遞速率(ETR)。

1.3.4 抗氧化酶活性測定 取0.5 g新鮮葉片樣品，置于預(yù)冷的研缽中，加入1 mL磷酸緩沖液(0.05 mol/L,pH 7.8)研磨呈勻漿，轉(zhuǎn)入冷凍離心機(jī)(4 ℃，12 000g)，離心20 min，取上清液備用。SOD活性測定采用氮藍(lán)四唑法，POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚比色法，過氧化氫酶(CAT)活性測定采用紫外分光光度計(jì)法[18]。

1.3.5 生理指標(biāo)測定 MDA含量測定采用硫代巴比妥酸比色法[18]；脯氨酸含量測定采用磺基水楊酸法；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(lán)法；根系活力測定采用氯化三苯基四氮唑(TTC)還原法[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)，SPSS 23.0軟件中利用Duncan單因素方差分析在0.05水平上進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 褪黑素對(duì)小麥種子發(fā)芽的影響

由表1可知，與對(duì)照(CK)相比， PEG處理顯著降低濟(jì)麥22和衡觀35的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、幼苗干質(zhì)量、活力指數(shù)，其中濟(jì)麥22的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、幼苗干質(zhì)量、活力指數(shù)分別降低70.0%，57.6%，43.5%和76.4%；衡觀35分別降低8.7%，15.3%，39.7%和49.4%。PEG處理顯著降低濟(jì)麥22發(fā)芽率，降幅為6.7%；對(duì)衡觀35的發(fā)芽率影響并不顯著。施加不同濃度的褪黑素后，與PEG處理相比，T-10進(jìn)一步降低了兩個(gè)小麥品種的發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)。與PEG處理相比，T-100顯著增加了PEG脅迫下濟(jì)麥22的發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)，增幅分別為130%，25.2%和52.9%；顯著增加了衡觀35的幼苗干質(zhì)量和活力指數(shù)，增幅分別為26.6%和35.9%。T-300處理下，濟(jì)麥22的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、幼苗干質(zhì)量均恢復(fù)至對(duì)照水平，盡管發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)仍顯著低于對(duì)照，但降幅分別減少至11.7%和15.3%；衡觀35的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、幼苗干質(zhì)量、活力指數(shù)均與對(duì)照無顯著差異。

表1 PEG及褪黑素處理對(duì)不同品種小麥種子發(fā)芽的影響Table 1 Effect of PEG and melatonin treatments on seed germination of different wheat varieties

2.2 褪黑素對(duì)小麥種子形態(tài)指標(biāo)及幼苗含水量的影響

由表2可見，與對(duì)照(CK)相比，PEG處理顯著降低了濟(jì)麥22胚芽長、胚根長和幼苗含水量，降幅分別為83.69%，71.51%和29.42；胚根數(shù)無顯著變化。與PEG處理相比，T-10處理進(jìn)一步降低了濟(jì)麥22的胚芽長、胚根長和胚根數(shù)，降幅分別為35.19%，42.18%和44.95%。與PEG處理相比，T-100處理下濟(jì)麥22的胚芽長顯著增加，增幅為1.16倍；胚根長、胚根數(shù)和幼苗含水量均有所增加，但不顯著。T-300處理的胚芽長、胚根長和幼苗含水量均比PEG處理顯著增加，增幅分別為3.15倍、1.36倍和20.65%，但顯著低于對(duì)照。

表2 PEG及褪黑素處理對(duì)不同品種小麥形態(tài)指標(biāo)及幼苗含水量的影響Table 2 Effects of PEG and melatonin treatments on morphological index and water content of seedlings of different wheat varieties

由表2還可以看出，與CK相比，PEG處理顯著降低了衡觀35胚芽長、胚根長和幼苗含水量，降幅分別為79.38%，66.28%和20.51%；胚根數(shù)顯著增加，增幅為6.58%。與PEG處理相比，T-10處理下衡觀35的胚芽長、胚根長、胚根數(shù)、幼苗含水量均無顯著性變化。T-100處理胚芽長、胚根長均比PEG處理顯著增加，增幅分別為1.44倍和87.74%；但均顯著低于對(duì)照，比對(duì)照減少了49.60%和36.70%；胚根數(shù)顯著高于對(duì)照，增幅為7.31%。T-300處理的胚芽長、胚根長、幼苗含水量均比PEG處理顯著增加，增幅為2.69倍、1.35倍和12.79%；但仍顯著低于對(duì)照，比對(duì)照降低了23.84%，20.72%和8.86%；胚根數(shù)顯著高于對(duì)照，增幅為6.58%。

2.3 褪黑素對(duì)小麥幼苗葉片光合生理和水分利用效率的影響

選用明顯促進(jìn)發(fā)芽的褪黑素濃度處理(T-300)，進(jìn)一步觀察其對(duì)小麥幼苗抗旱生理的影響。圖1顯示，PEG處理顯著降低了兩個(gè)品種小麥幼苗葉片的凈光合速率；施加褪黑素(T-300處理)后，濟(jì)麥22幼苗葉片的凈光合速率顯著提高到對(duì)照水平，衡觀35幼苗葉片的凈光合速率比PEG處理提高了10.69%，但未恢復(fù)至對(duì)照水平。兩個(gè)品種蒸騰速率變化趨勢一致：PEG脅迫顯著降低小麥幼苗葉片蒸騰速率，褪黑素處理后蒸騰速率顯著提高，但未恢復(fù)至對(duì)照水平，且衡觀35幼苗葉片的蒸騰速率在各處理下均顯著低于濟(jì)麥22。兩個(gè)品種氣孔導(dǎo)度在PEG脅迫下呈降低趨勢，其中濟(jì)麥22降低顯著，衡觀35降低不顯著；施加褪黑素后，無明顯變化。兩個(gè)品種小麥幼苗葉片瞬時(shí)水分利用效率受PEG脅迫后呈上升趨勢，衡觀35在T-300處理下瞬時(shí)水分利用效率顯著高于對(duì)照；此外，衡觀35的水分利用效率在各處理下均顯著高于濟(jì)麥22，說明不同小麥品種的抗旱性存在差異。

圖1 PEG及褪黑素對(duì)不同品種小麥幼苗葉片光合生理和水分利用效率的影響Fig.1 Effects of melatonin on photosynthetic physiology and water use efficiency of seedlings of different wheat varieties under PEG treatment

2.4 褪黑素對(duì)小麥幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

由表3可知，與對(duì)照CK相比，PEG處理顯著降低了濟(jì)麥22光反應(yīng)下Fs、Fm′，顯著降低了暗反應(yīng)下Fo、Fm、Fv，但顯著增加了Fv/Fm。T-300處理與PEG處理的變化趨勢相同，且二者之間無顯著性差異。PSⅡ和ETR在3個(gè)處理間無顯著性變化。

表3 PEG及褪黑素對(duì)不同品種小麥幼苗葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Table 3 Effects of leaf fluorescence parameter of seedlings of different wheat varieties under PEG and melatonin treatments

對(duì)于衡觀35而言，與CK相比，PEG處理顯著降低了光反應(yīng)下的Fm′，其他指標(biāo)無顯著性變化。與PEG處理相比，T-300處理則顯著提高了葉片光反應(yīng)下的Fm′，與對(duì)照無顯著性差異；與CK相比，T-300處理顯著降低了暗反應(yīng)下的Fo，其他指標(biāo)均無顯著性變化。

2.5 褪黑素對(duì)小麥幼苗葉片抗氧化生理的影響

由表4可見，與CK相比，PEG處理顯著增加了濟(jì)麥22幼苗葉片丙二醛(MDA)含量；而褪黑素處理顯著降低了MDA含量，且與CK間無顯著差異。衡觀35作為抗旱品種，在PEG脅迫下MDA含量無顯著變化；施加褪黑素處理也未顯著改變MDA含量。在抗氧化方面：PEG處理導(dǎo)致濟(jì)麥22幼苗葉片SOD活性有下降趨勢,而T-300處理后SOD活性顯著高于PEG處理，達(dá)到對(duì)照水平；衡觀35幼苗葉片SOD活性在PEG脅迫下顯著增加，且施加褪黑素后SOD活性進(jìn)一步顯著增加，顯著高于對(duì)照和PEG處理。與CK相比，PEG處理下濟(jì)麥22 POD活性呈上升趨勢，但不顯著，T-300處理的POD活性顯著低于PEG處理，且與對(duì)照無顯著差異；衡觀35的POD活性在不同處理間無顯著差異。此外，濟(jì)麥22的POD活性顯著高于衡觀35，說明不同抗旱小麥品種的差異性。CAT活性在濟(jì)麥22中無顯著變化，可能與葉片早期生長有關(guān)；在衡觀35中表現(xiàn)為， PEG脅迫和T-300處理下均顯著降低，二者之間無顯著性差異。

表4 PEG及褪黑素對(duì)不同品種小麥幼苗葉片MDA含量及抗氧化酶活性的影響Table 4 Effects of antioxidase activity and MDA content in seeding leaf of different wheat varieties under PEG and melatonin treatments

2.6 褪黑素對(duì)小麥幼苗葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量及根系活力的影響

由表5可見，與CK相比，PEG處理濟(jì)麥22和衡觀35幼苗葉片可溶性蛋白含量均無顯著變化；而T-300下，濟(jì)麥22葉片可溶性蛋白含量顯著升高，衡觀35變化不顯著。濟(jì)麥22幼苗葉片可溶性糖含量顯著增加，施加褪黑素處理后降至對(duì)照水平；與此相反，衡觀35可溶性糖含量在PEG脅迫下顯著下降，施加褪黑素后增至對(duì)照水平。兩個(gè)小麥品種幼苗葉片脯氨酸含量在PEG脅迫下均顯著增加；施加褪黑素后，衡觀35脯氨酸含量降至對(duì)照水平，而濟(jì)麥22仍維持較高水平，顯著高于對(duì)照。濟(jì)麥22根系活力在PEG處理下無顯著變化，而在T-300處理下顯著提高；衡觀35根系活力在PEG處理下顯著降低，而在T-300處理下則顯著提高，甚至顯著高于對(duì)照。

3 討 論

發(fā)芽率反映了種子發(fā)芽能力，胚芽長反映了小麥后期出苗分蘗健壯程度。研究表明，外施褪黑素在提高干旱脅迫下小麥種子發(fā)芽和幼苗生長方面有重要作用[9,20]。本試驗(yàn)中，PEG誘導(dǎo)干旱脅迫下，兩個(gè)小麥品種種子的發(fā)芽指標(biāo)、胚芽長、胚根長及幼苗含水量均顯著降低，施加褪黑素后干旱脅迫癥狀有不同程度恢復(fù)。由于品種抗旱性差異，小麥種子發(fā)芽率的降低幅度及施加褪黑素后的恢復(fù)速度均不同，其中濟(jì)麥22發(fā)芽指標(biāo)在PEG脅迫下降幅在43.5%以上，而抗旱品種衡觀35在PEG 脅迫下發(fā)芽指標(biāo)的降幅控制在49.4%內(nèi)。褪黑素濃度不同，調(diào)控效應(yīng)也明顯不同[9,15,21]。T-100和T-300褪黑素能明顯改善PEG脅迫下小麥發(fā)芽狀況，尤其T-300褪黑素使干旱脅迫下的發(fā)芽勢、發(fā)芽率、幼苗干質(zhì)量等恢復(fù)至對(duì)照水平，可顯著提高PEG脅迫下的幼苗含水量，這與李本峰等[22]研究的褪黑素促進(jìn)黑麥草種子發(fā)芽和生長試驗(yàn)結(jié)果基本一致。而T-300褪黑素處理下幼苗含水量的保持可能是發(fā)芽率改善提高的基礎(chǔ)，因此選擇該濃度進(jìn)一步研究兩個(gè)小麥品種幼苗的抗旱生理。與Posmyk等[13]研究不同的是，T-10處理進(jìn)一步降低了兩個(gè)小麥品種干旱下發(fā)芽率和發(fā)芽指數(shù)，這是由于不同濃度褪黑素可直接或間接影響植株體內(nèi)的激素含量，且因作物類別不同，褪黑素的響應(yīng)敏感程度有差異，導(dǎo)致影響植株的生長作用也不同[23-24]。

干旱脅迫下植株可以通過加強(qiáng)根系吸水能力和改變生理形態(tài)保證自身生長發(fā)育需求，根系吸水能力與根長、根數(shù)及根系活力密不可分。馬富舉等[31]指出耐旱型小麥品種可以通過提高根系活力、保持較高的根系生長量來增加根系吸收面積和植株吸水能力。本研究表明，外施褪黑素一方面能使根數(shù)完全恢復(fù)甚至超過對(duì)照，但另一方面?zhèn)雀L會(huì)受到抑制，這與褪黑素對(duì)葡萄[32]和蒺藜苜蓿[33]根系調(diào)控效應(yīng)一致。葉君等[8]研究指出，褪黑素處理在干旱脅迫下可增加小麥幼苗的根冠比，進(jìn)而促進(jìn)根系吸水能力，改善植物組織水分狀態(tài)。本研究結(jié)果表明，褪黑素顯著提高兩個(gè)小麥品種的根系活力，說明外施褪黑素會(huì)通過增加根數(shù)和提高根系活力減緩干旱的抑制效應(yīng)，保持較高吸水能力。但值得注意的是，干旱脅迫下衡觀35根系活力顯著下降，濟(jì)麥22無顯著變化，這可能是由于衡觀35在干旱脅迫下根系主動(dòng)關(guān)閉或減弱部分功能，以降低對(duì)水分的需求[34]。

植株受干旱脅迫達(dá)到一定程度，體內(nèi)生理平衡受到干擾，植株細(xì)胞膜容易發(fā)生膜脂過氧化，并產(chǎn)生大量活性氧自由基，從而抑制細(xì)胞的正常功能[35-36]。施加褪黑素可以誘導(dǎo)干旱脅迫下植株抗氧化能力的提高、增強(qiáng)對(duì)細(xì)胞膜的保護(hù)作用[37-38]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，褪黑素處理顯著降低了PEG處理下濟(jì)麥22葉片MDA含量，而對(duì)衡觀35影響不顯著，說明褪黑素對(duì)不抗旱小麥品種膜脂過氧化的改善效應(yīng)較明顯。同時(shí)，褪黑素處理增強(qiáng)干旱脅迫下兩個(gè)小麥品種幼苗葉片SOD活性，表明前期干旱脅迫下SOD發(fā)揮主要作用；但抑制濟(jì)麥22 POD活性，這可能與POD活性在幼嫩組織中表現(xiàn)較弱，隨著發(fā)育推進(jìn)而逐漸變強(qiáng)有關(guān)；也可能與褪黑素的處理時(shí)長有關(guān)[8]。植株的抗氧化能力還與滲透調(diào)節(jié)功能相關(guān)，PEG脅迫下小麥可溶性蛋白含量呈上升趨勢，與脯氨酸含量呈負(fù)相關(guān)，對(duì)植株自身的抗氧化防御系統(tǒng)起到了良好作用，使活性氧(ROS)含量維持在較低水平[39-41]。隨著可溶性糖含量的增加，植物在逆境下失水的可能性越低[42]。本研究顯示，施加褪黑素處理后兩個(gè)小麥品種滲透物質(zhì)的變化規(guī)律并不一致：濟(jì)麥22可溶性蛋白含量增加，可溶性糖降至對(duì)照水平，脯氨酸含量保持較高水平；衡觀35可溶性糖含量顯著提高。這說明，一方面衡觀35為抗旱節(jié)水型品種，與廣適性的濟(jì)麥22相比，在調(diào)控植株水分平衡、抵抗干旱能力方面有優(yōu)越之處；另一方面外施褪黑素處理使兩者均恢復(fù)至對(duì)照水平，或保持較高滲透物質(zhì)水平的抗旱調(diào)控途徑并不相同。

4 結(jié) 論

300 μmol/L 褪黑素為明顯改善干旱脅迫下小麥籽粒發(fā)芽的有效濃度，可通過增加胚根數(shù)和胚根長保證吸水能力，增加幼苗含水量和幼苗干質(zhì)量。褪黑素可降低干旱脅迫下小麥葉片氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率，以提高光合速率和水分利用效率，提高SOD活性和根系活力；但滲透調(diào)控機(jī)理不同：衡觀35具有較強(qiáng)的抗旱性和水分利用效率，主要增加了可溶性糖含量；濟(jì)麥22則主要增加了可溶性蛋白含量，并保持較高的脯氨酸含量。在生產(chǎn)上應(yīng)根據(jù)品種特性，選擇適宜濃度褪黑素，明確生理調(diào)控效果以增強(qiáng)小麥苗期抗旱性及后期個(gè)體生產(chǎn)力。