小麥新品種盈億186苗期抗旱性研究

時(shí)麗冉孫利王梅菊

(1.衡水學(xué)院生命科學(xué)系，河北 衡水 053000；2.深州市種業(yè)有限公司，河北 深州 053800)

引言

小麥作為第2大糧食作物，在生長和發(fā)育的過程中，經(jīng)常受到來自于外界環(huán)境中各種各樣逆境脅迫因素的影響，其中干旱缺水是小麥在生長過程中最常見也是最主要的非生物脅迫[1]。因此，提高水資源的利用率和小麥品種的抗旱能力，是在水資源匱乏地區(qū)維持小麥穩(wěn)產(chǎn)的重要途徑。

與小麥抗旱性相關(guān)的鑒定是指通過一系列指標(biāo)和方法來評(píng)價(jià)分析小麥不同品種間的抗旱性強(qiáng)弱，包括農(nóng)藝指標(biāo)和各種生理生化指標(biāo)分析等評(píng)價(jià)方式[2-4]。植物在遇到干旱脅迫時(shí)，為了適應(yīng)不良環(huán)境更好地進(jìn)行生長發(fā)育，會(huì)激活自我防御機(jī)制，同時(shí)生理生化等方面會(huì)出現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)整。如，植物體內(nèi)的葉綠素含量、游離脯氨酸、MDA、可溶性蛋白等生理指標(biāo)的變化以及植物為抵御不良環(huán)境而產(chǎn)生一系列的保護(hù)酶，包括SOD、POD、CAT等酶活性的變化。但由于植物的抗旱性復(fù)雜多變，在生產(chǎn)實(shí)踐方面還需要長期的經(jīng)驗(yàn)積累和總結(jié)。

“盈億186”是深州市種業(yè)有限公司采用雜交、回交及定向選育的冬小麥抗逆、豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)新品種，目前還沒有對(duì)其抗旱性進(jìn)行全面研究。本課題通過對(duì)“盈億186”及對(duì)照品種苗期進(jìn)行適度控水，對(duì)干旱脅迫下生理生化指標(biāo)進(jìn)行分析，進(jìn)一步了解新品種“盈億186”的抗旱性，為篩選抗旱優(yōu)質(zhì)小麥品種及雜交育種工作提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選擇小麥雜交新品種“盈億186”與對(duì)照品種“濟(jì)麥22”、“石麥22”；“濟(jì)麥22”為全國水地組區(qū)域?qū)φ掌贩N，“石麥22”為河北省節(jié)水組區(qū)域試驗(yàn)對(duì)照品種。

1.2 培養(yǎng)與處理方法

將飽滿的種子均勻種植在盛滿蛭石的花盆中，自然光照，溫度20～30℃。前期澆等量自來水，待真葉長出后間苗，每盆保留20棵，并改澆1/2荷格倫特營養(yǎng)液，每5d澆灌1次，每盆1000mL。幼苗長至3葉1心期時(shí)開始控水處理。對(duì)照正常澆營養(yǎng)液，控水處理水分為每盆300mL，使其處于適度缺水狀態(tài)。干旱處理30d后進(jìn)行指標(biāo)測定。對(duì)照和處理均3次重復(fù)。

1.3 指標(biāo)測定方法

硫代巴比妥酸法測定MDA含量；酸性茚三酮法測定Pro含量；考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量；紫外吸收法測定過氧化氫酶活性(CAT)；NBT法測定SOD活性；愈創(chuàng)木酚法測定POD活性[5]。用電子天秤稱量地上和根部鮮重，計(jì)算根冠比。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 23.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。參考韓瑞宏等的方法計(jì)算各生理指標(biāo)的隸屬函數(shù)值[6]。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)小麥生長的影響

缺水直接導(dǎo)致小麥地上部分生長減緩，為了充分吸收水分維持生長發(fā)育，根部會(huì)加速生長。表1數(shù)據(jù)表明，干旱處理后所有品種均表現(xiàn)為地上部分生物量顯著降低，而根部生物量增加，并且差異顯著?！皾?jì)麥22”地上部分鮮重降低幅度最大，但根部增長幅度也最大；“盈億186”地上部分生物量降低最少。干旱處理后3個(gè)品種根冠比表現(xiàn)為顯著增加，“濟(jì)麥22”增加幅度達(dá)到了345.2%。

表1 干旱脅迫對(duì)不同品種小麥鮮重和根冠比的影響

2.2 干旱脅迫對(duì)小麥葉片丙二醛含量的影響

干旱處理后，小麥葉片膜脂過氧化產(chǎn)物的丙二醛含量均增加，通過MDA能夠反映出細(xì)胞膜損傷后狀態(tài)。表2數(shù)據(jù)表明，“濟(jì)麥22”增加幅度最大，“盈億186”增長幅度最小。

表2 干旱脅迫對(duì)不同品種小麥丙二醛含量的影響

2.3 干旱脅迫對(duì)小麥葉片脯氨酸含量的影響

逆境脅迫尤其是干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致脯氨酸大量增加。脯氨酸作為植物細(xì)胞質(zhì)中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，可以發(fā)揮減少細(xì)胞酸性、抗氨毒、成為能量庫調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原等強(qiáng)大作用，是研究抗旱生理的重要生理指標(biāo)[7]。表3數(shù)據(jù)表明，3個(gè)小麥品種葉片中的脯氨酸在干旱脅迫下均顯著增加，其中“盈億186”增加幅度最大，“石麥22”次之。

表3 干旱脅迫對(duì)小麥葉片脯氨酸含量的影響

2.4 干旱脅迫對(duì)小麥抗氧化酶活性的影響

植物在受到干旱等逆境脅迫后，一般表現(xiàn)為抗氧化酶系統(tǒng)活性的增強(qiáng)。從表4數(shù)據(jù)可以看出，在遭受干旱脅迫后，3個(gè)小麥品種的抗氧化酶均增大，不同品種增加的幅度不同，“濟(jì)麥22”的SOD活性增加幅度最大，“盈億186”的POD、CAT活性增加最多。

表4 干旱脅迫對(duì)小麥葉片抗氧化酶活性的影響

2.5 干旱脅迫下3個(gè)小麥品種主要指標(biāo)隸屬度比較

植物的抗旱性如果只采用單一生理指標(biāo)進(jìn)行衡量和分析，很難對(duì)其抗旱性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。為了更加全面系統(tǒng)地評(píng)價(jià)小麥抗旱性強(qiáng)弱，對(duì)主要生理指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)值的計(jì)算，并最終計(jì)算出隸屬度。表5數(shù)據(jù)表明，“盈億186”隸屬度最高，達(dá)到0.689，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于2個(gè)對(duì)照品種。

表5 不同品種小麥干旱脅迫下各項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)值和隸屬度

3 討論

作物根系是土壤水分和礦物質(zhì)的直接吸收利用者，當(dāng)受到水分脅迫時(shí)，首先感應(yīng)的是根系，根系迅速發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，使整個(gè)植株對(duì)水分脅迫作出反應(yīng)，同時(shí)影響地上部“光系統(tǒng)”的建成和產(chǎn)量。缺水條件下，作物的地上部分生長被抑制，但是根系卻能繼續(xù)伸長，有利于作物從土壤中吸收水分，這種根、莖對(duì)干旱逆境的不同反應(yīng)通常認(rèn)為是作物對(duì)干旱條件的適應(yīng)性[8]。但根部過于發(fā)達(dá)會(huì)影響地上部分生長，干旱條件下建立合理的根冠比對(duì)水分利用和產(chǎn)量提高具有重要意義。本試驗(yàn)結(jié)果表明，“盈億186”在干旱脅迫下地上部分生物量降低最少，根冠比增加幅度與對(duì)照品種相比處于中間水平，驗(yàn)證了以上結(jié)論。

質(zhì)膜是植物在逆境脅迫中首先受到傷害的原初位點(diǎn)，大量研究表明，干旱誘導(dǎo)的膜脂過氧化是造成植物細(xì)胞膜受到損傷的關(guān)鍵因素[9]。膜脂過氧化產(chǎn)物MDA對(duì)細(xì)胞具有很強(qiáng)的毒性，其含量的高低反映了植物受到干旱脅迫后受損傷的程度。本試驗(yàn)結(jié)果表明，干旱缺水導(dǎo)致小麥葉片丙二醛含量增加，“盈億186”增加幅度最小，說明其膜脂過氧化程度相對(duì)較低，受到的傷害相對(duì)較小。

脯氨酸(Pro)是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，能降低細(xì)胞滲透勢保持膨壓，增加植物的耐旱能力。大量研究表明，干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致植物體內(nèi)的Pro會(huì)大量積累，Pro的積累能力與抗旱性成正相關(guān)，增加植物在干旱逆境下的生存能力[10,11]。本研究表明，在干旱脅迫下，不同品種小麥的脯氨酸(Pro)含量較對(duì)照組均有增大的趨勢，“盈億186”增加幅度最大。

植物細(xì)胞在長期進(jìn)化過程中形成了防御活性氧離子毒害的保護(hù)酶系統(tǒng)。即超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)等各種酶類，以維持植物體內(nèi)活性氧離子代謝的動(dòng)態(tài)平衡。這些保護(hù)酶在清除超氧自由基、過氧化氫、過氧化物以及阻止或減少羥基自由基形成等方面起重要的作用，酶活性越高，植物的抗逆性越強(qiáng)[12]。本試驗(yàn)表明，干旱處理一段時(shí)間后，3個(gè)品種的小麥葉片以上3種抗氧化酶活性均有所增大，說明干旱缺水導(dǎo)致活性氧水平增加，小麥的抗氧化酶增加了表達(dá)量，及時(shí)清除有害物質(zhì)，降低干旱對(duì)植物造成的生理水平的傷害。

作物抗旱是由多基因控制的復(fù)雜過程，其抗旱性和品種、干旱程度與干旱時(shí)間等密切相關(guān)。通過隸屬函數(shù)法對(duì)小麥苗期多個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，認(rèn)為雜交新品種“盈億186”與對(duì)照品種相比具有較好的抗旱性。該研究結(jié)果為加快小麥育種提供了理論依據(jù)。