不同播期下小麥品種百農(nóng)207越冬期生理生化特性

王玉玲，李新華，喬 紅，歐行奇，何鴻舉，郭景麗，4*

（1.河南科技學(xué)院 生命科技學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.新鄉(xiāng)市農(nóng)樂種業(yè)有限責(zé)任公司，河南 新鄉(xiāng) 453003；3.河南科技學(xué)院 食品學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；4.河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453003）

河南是我國小麥生產(chǎn)的第一大省，小麥種植面積占全國的1/4，對保障國家糧食安全具有舉足輕重的地位。近年來，氣候變暖，天氣異常，暖冬、冬季低溫、倒春寒和干熱風(fēng)等極端天氣“頻發(fā)、重發(fā)、疊發(fā)”，對實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，培育和推廣抗逆穩(wěn)產(chǎn)小麥品種已勢在必行。2014年小麥新品種百農(nóng)207通過國家審定，自2016年起，該品種已成為河南省及黃淮南片種植面積第一大高產(chǎn)品種[1]，產(chǎn)生了巨大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，對實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中，小麥越冬期抗寒性越差，遭受倒春寒的危害會(huì)越嚴(yán)重。2018 年4 月6 日21：00 至次日6：00，河南滑縣等多地< 0 ℃氣溫持續(xù)約9 h，草面溫度-7.28 ℃，小麥遭受倒春寒嚴(yán)重危害。經(jīng)本課題組調(diào)查，百農(nóng)207和西農(nóng)511平均凍穗率僅4.8%和9.9%，其他6個(gè)品種平均凍穗率達(dá)16%以上，如豐德存5號和鄭麥366平均凍穗率分別達(dá)77.0%和81.3%，可見百農(nóng)207表現(xiàn)出了較好的耐倒春寒能力[2]。小麥品種耐倒春寒能力除與其自身遺傳特性有密切關(guān)系外，還與栽培條件、越冬期耐寒性有關(guān)[3-5]。歐行奇和王玉玲認(rèn)為越冬期抗寒性為春季抗寒性奠定了基礎(chǔ)，越冬期抗寒性好，春季抗寒性不一定好，但越冬期抗寒性差，春季抗寒性必然降低[3]。播期是重要的栽培措施，適期播種可以使小麥整個(gè)生育階段處于較佳的溫、光、水等條件下，有利于小麥壯苗、分蘗多、成大蘗，避開不良?xì)夂虻挠绊?，?shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)[6-8]。關(guān)于百農(nóng)207播期雖有報(bào)道，但還不能明確適宜播期[9-11]，如王玉玲等[9]研究認(rèn)為百農(nóng)207在10月01日、10月08日和10月22日適宜播期下能夠獲得較高的產(chǎn)量，但沒有確定10月15日是否為適宜播期；另外，對于不同播期下百農(nóng)207越冬期耐寒性生理生化方面的評價(jià)還鮮有報(bào)道。鑒此，本試驗(yàn)以周麥18為對照，研究在不同播期下小麥品種百農(nóng)207越冬期根系活力及葉片脯氨酸含量、葉綠素含量、可溶性蛋白含量、丙二醛含量、SOD活性和POD活性，以期為評價(jià)百農(nóng)207耐寒性及確定適宜黃淮南部麥區(qū)播種時(shí)期提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為百農(nóng)207和周麥18，屬半冬性，均由河南科技學(xué)院百農(nóng)207小麥育種團(tuán)隊(duì)提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年10月至2017年6月，在河南省輝縣市北云門鎮(zhèn)河南科技學(xué)院小麥遺傳改良研究中心育種基地進(jìn)行。該基地地勢平坦，土壤肥力中等，灌溉條件好。2016年8月中上旬前茬玉米掩青，播種前一次性基施N 20 kg/hm2，P2O516 kg/hm2和K2O 12 kg/hm2，旋耕混勻。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，每小區(qū)行長8 m，6行，行距0.22 m。試驗(yàn)分為5個(gè)播期，分別為10月08日、10月15日、10月22日、10月29日和11月05日，基本苗均為300萬/hm2。取樣時(shí)期為越冬期（2017年01月19日），在氣溫最低時(shí)（-8 ℃）當(dāng)日上午8：00—10：00，選取生長均勻一致且有代表性的植株，取其上部完全展開葉片，用蒸餾水沖洗3次后，濾紙吸干，剪成小段，用錫箔紙包裹后放于液氮罐速凍，置于-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆?，用于測定葉片葉綠素、脯氨酸和可溶性蛋白等含量；選取20 cm土層的根系進(jìn)行根系活力測定。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

根系活力用TTC法測定，葉綠素含量用丙酮提取法測定，Pro含量用磺基水楊酸提取—茚三酮顯色法測定，Pr 含量用考馬斯亮藍(lán)法測定，MDA 含量用硫代巴比妥顯色法測定，SOD 活性用氮藍(lán)四唑顯色法測定，POD活性用愈創(chuàng)木酚顯色法測定，每項(xiàng)指標(biāo)重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用DPS?數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行差異顯著性分析，用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對百農(nóng)207越冬期根系活力的影響

在小麥生長發(fā)育過程中，根系活力的強(qiáng)弱與小麥生長狀況有密切關(guān)系，是植物抗寒性鑒定的重要指標(biāo)之一。由圖1可看出，隨著播期推遲，百農(nóng)207和周麥18越冬期根系活力呈“先升高后下降”趨勢，各播期下百農(nóng)207根系活力均顯著高于對照周麥18（P<0.05）。5個(gè)播期中，2個(gè)小麥品種均以10月15日播期根系活力最強(qiáng)，百農(nóng)207根系活力較其他播期顯著提高（1.86～2.51倍），周麥18根系活力與10月22日差異不顯著（P<0.05），但顯著高于其他播期（1.04～2.18倍）。百農(nóng)207在10月08日播期有較高的根系活力，10月22日與10月29日播期根系活力持平，而11月05日播期根系活力顯著下降。周麥18在10月15日播期后根系活力下降比較平緩。

圖1 不同播期下小麥越冬期根系活力變化Figure 1 Changes of wheat root activity during overwintering period under different sowing dates

2.2 播期對百農(nóng)207越冬期葉片葉綠素含量的影響

由圖2可知，隨著播期推遲，2個(gè)小麥品種葉片葉綠素含量均呈“先升高后降低”趨勢。各播期百農(nóng)207葉片葉綠素含量均顯著高于周麥18（P<0.05），且以10月15日和10月22日播期葉片葉綠素含量較高，分別為1.14 和1.15 mg/g，顯著高于其他播期（P< 0.05），而周麥18 以10 月15 日葉片葉綠素含量最高，為0.45 mg/g。

圖2 不同播期下小麥越冬期葉片葉綠素含量變化Figure 2 Changes of wheat leaf chlorophyll content during overwintering period under different sowing dates

2.3 播期對百農(nóng)207越冬期葉片脯氨酸（Pro）含量的影響

脯氨酸是一種小分子的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，植物在遭受不良環(huán)境脅迫時(shí)會(huì)積累大量的脯氨酸，其含量可作為逆境脅迫的生理指標(biāo)之一。由圖3可見，隨播期推遲，2個(gè)小麥品種葉片Pro含量變化趨勢基本一致，大體呈先增后降的趨勢。除11月05日播期外，在10月08日至10月29日播期百農(nóng)207葉片Pro含量均顯著高于對照周麥18（P<0.05），百農(nóng)207以10月15日播期葉片Pro含量最高，顯著高于其他播期（P<0.05），而周麥18葉片Pro含量以10月29日播期最高，其次是10月15日播期。

圖3 不同播期下小麥越冬期葉片Pro含量變化Figure 3 Changes of wheat leaf proline(Pro)content during overwintering under different sowing dates

2.4 播期對百農(nóng)207越冬期葉片可溶性蛋白（Pr）含量的影響

植物在生長和發(fā)育過程中受到逆境脅迫時(shí)，會(huì)主動(dòng)合成并積累大量的蛋白質(zhì)和與滲透條件有關(guān)的小分子物質(zhì)，以減輕逆境的傷害。很多植物可溶性蛋白質(zhì)含量與抗寒性密切相關(guān)。由圖4可見，隨播期推遲，2個(gè)小麥品種越冬期葉片Pr 含量呈逐漸增加趨勢，在11 月05 日播期達(dá)到了最高值，且差異達(dá)顯著水平（P<0.05）。5個(gè)播期中百農(nóng)207葉片Pr含量均顯著高于周麥18（P<0.05）。

圖4 不同播期下小麥越冬期葉片Pr含量變化Figure 4 Changes of wheat leaf soluble protein(Pr)content during overwintering period under different sowing dates

2.5 播期對百農(nóng)207越冬期葉片丙二醛（MDA）含量的影響

小麥遭受到低溫、高溫、鹽害和澇漬等逆境時(shí)，會(huì)引發(fā)膜脂的過氧化作用。MDA是植物膜脂過氧化作用的產(chǎn)物之一，其含量高低可作為膜結(jié)構(gòu)損傷程度的一個(gè)重要指標(biāo)。圖5顯示，2個(gè)小麥品種越冬期葉片MDA含量變化趨勢不盡一致，隨播期推遲，百農(nóng)207葉片MDA含量呈逐漸增加，周麥18則呈先上升后下降趨勢，且百農(nóng)207葉片MDA 含量均顯著低于對照周麥18（P<0.05）。同一品種不同播期葉片MDA 含量差異均達(dá)極顯著水平（P<0.05），百農(nóng)207以10月08日和10月15日葉片MDA含量較低，周麥18以10月22日最低，均顯著低于其他播期。

圖5 不同播期下小麥越冬期葉片MDA含量變化Figure 5 Changes of wheat leaf malondialdehyde(MDA)content during overwintering period under different sowing dates

2.6 播期對百農(nóng)207越冬期葉片保護(hù)酶系統(tǒng)的影響

2.6.1 對葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影響

圖6 不同播期下小麥越冬期葉片SOD含量變化Figure 6 Changes of wheat leaf SOD activity during overwintering period under different sowing dates

2.6.2 對葉片過氧化物酶（POD）活性的影響

POD是定位于植物葉綠體中清除H2O2的重要保護(hù)酶類，能夠?qū)2O2分解H2O，從而降低H2O2對植物的毒害作用，其活性與植物抗寒性關(guān)系密切。圖7顯示，隨著播期推遲，百農(nóng)207越冬期葉片POD活性呈“先降后升再降”趨勢，而周麥18呈逐漸降低趨勢。各播期下百農(nóng)207葉片POD 活性均高于對照周麥18，且以10月08日和10月29日較高，其次是10月15日和10月22日，11月05日最低。而周麥18葉片POD活性以10月08日播期最高，顯著高于其他播期（P<0.05），10月15日和10月22日播期葉片POD活性無明顯差異。說明小麥品種百農(nóng)207在播期較晚（10月29日）時(shí)，有較強(qiáng)的自身調(diào)節(jié)能力，表現(xiàn)為保護(hù)酶活性增強(qiáng)，以減輕低溫對小麥活性氧代謝的破壞。

圖7 不同播期下小麥越冬期葉片POD含量變化Figure 7 Changes of wheat leaf POD activity during overwintering period under different sowing dates

3 討論與結(jié)論

小麥根系是吸收水分和養(yǎng)分的主要器官，其活力高低直接影響著作物的生長發(fā)育和產(chǎn)量，越冬期至抽穗期抗寒性強(qiáng)的小麥品種根系活力一直高于抗寒性弱的品種[12-14]。本研究中，隨著播期推遲，越冬期2個(gè)小麥品種根系活力呈先升高后下降的趨勢，各播期下百農(nóng)207 根系活力均顯著高于對照周麥18（P<0.05），2個(gè)小麥品種均以10月15日播期根系活力最強(qiáng)，說明百農(nóng)207抗寒性強(qiáng)于周麥18，10月15日播期有利于增強(qiáng)2個(gè)小麥品種的根系活力和抗寒性，提高營養(yǎng)吸收能力，促進(jìn)植株健壯生長和發(fā)育。研究還發(fā)現(xiàn)，百農(nóng)207根系活力在10月08日播期也較高，而周麥18根系活力最低，表明播種早時(shí)氣溫較高，百農(nóng)207表現(xiàn)出生長發(fā)育穩(wěn)健，周麥18則發(fā)育較快，生長過旺，根系活力相對偏低，因此周麥18不能太早播種。

葉色深淺是葉綠素含量的外觀表現(xiàn)，葉綠素含量能夠反映作物葉片光合性能，可作為越冬期抗寒性選擇的一個(gè)簡單有效指標(biāo)，低溫脅迫下小麥葉片葉綠素含量明顯下降[15-16]。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著播期推遲，2個(gè)小麥品種葉片葉綠素含量均呈先升高后降低趨勢，百農(nóng)207以10月15日和10月22日播期葉片葉綠素含量較高，而周麥18 以10 月15 日最高，各播期下百農(nóng)207 葉綠素含量均高于周麥18。表明在自然低溫脅迫下，播期過早或過晚均會(huì)影響小麥葉綠素的合成，葉綠素含量低。田間觀察發(fā)現(xiàn)，百農(nóng)207冬前大分蘗多，葉色深綠，越冬抗寒性較好。

脯氨酸與和可溶性蛋白是植物重要的小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，是植物抗逆性的重耍指標(biāo)[17-18]。在逆境下，植物能夠積累較多的脯氨酸和可溶性蛋白，增強(qiáng)對不良環(huán)境的適應(yīng)性，有效緩解細(xì)胞外結(jié)冰后細(xì)胞失水，保持了細(xì)胞液的流動(dòng)性，增強(qiáng)膜的穩(wěn)定性，減少傷害的發(fā)生，提高植物的耐寒性[19-22]。本研究中，隨播期推遲，2個(gè)小麥品種葉片Pro含量大體呈先增后降的趨勢，這與張軍等[17]研究結(jié)果基本一致；而Pr含量呈逐漸增加趨勢，這與孫淑欣[23]研究結(jié)果相似。試驗(yàn)結(jié)果表明，10月08日至10月29日播期下百農(nóng)207葉片Pro含量和Pr含量均顯著高于對照周麥18（P<0.05），說明在低溫脅迫下，百農(nóng)207能夠產(chǎn)生更多的低溫誘導(dǎo)蛋白，耐寒性優(yōu)于對照周麥18。

在逆境下，植物遭受傷害時(shí)，會(huì)發(fā)生膜脂過氧化作用，使膜系統(tǒng)受到損傷，引起膜脂過氧化產(chǎn)物MDA積累，MDA可以較好地評判植物對逆境傷害的抵抗力，其含量低的小麥品種細(xì)胞膜系統(tǒng)受到逆境脅迫傷害越輕，抗寒性強(qiáng)于含量高的品種[24-25]。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著播期推遲，百農(nóng)207葉片MDA含量呈逐漸增加趨勢，而周麥18呈先上升后下降趨勢，且百農(nóng)207葉片MDA 含量均顯著低于對照周麥18（P<0.05），說明早播時(shí)百農(nóng)207較周麥18越冬期細(xì)胞膜受到的損傷較少，耐早播能力強(qiáng)。研究還發(fā)現(xiàn)，百農(nóng)207以10月08日和10月15日較低，而周麥18以10月22日最低，說明不同小麥品種應(yīng)選擇適宜的播種時(shí)期，降低膜脂過氧化作用，減少細(xì)胞膜透性，使細(xì)胞膜受傷害程度減輕。

在低溫脅迫下植物體內(nèi)活性氧的形成和清除之間的平衡被打破，活性氧自由基活性氧積累，就會(huì)損傷細(xì)胞，植物會(huì)啟動(dòng)自身保護(hù)機(jī)制——增強(qiáng)保護(hù)酶活性來提高植物的抗寒性，其活性高低在一定程度上能夠反映植物抗寒性強(qiáng)弱[17，26]。本試驗(yàn)中，不同播期下，百農(nóng)207和周麥18越冬期葉片SOD和POD活性均以10月08日播期最高，10月15日和10月22日較高，且百農(nóng)207葉片SOD和POD活性均高于對照周麥18。究其原因，在10月08日至10月22日播期下，積溫較高，百農(nóng)207冬前生長健壯，根系活力較強(qiáng)，葉綠素含量較高，表現(xiàn)出了更強(qiáng)的耐寒性。綜上所述，10月08日至10月15日可作為百農(nóng)207的適宜播期，周麥18應(yīng)適當(dāng)晚播。

在生產(chǎn)實(shí)踐中，百農(nóng)207和周麥18雖然同為半冬性類型品種，但是不同品種幼苗生長速度對溫度的反應(yīng)明顯不同，在同樣溫度和積溫條件下，周麥18生長速度快，表現(xiàn)為葉色淺、葉片薄，百農(nóng)207生長穩(wěn)健，表現(xiàn)為葉色深、葉片厚。因此，在播期偏早的情況下，周麥18凍害嚴(yán)重，百農(nóng)207凍害輕。多年育種經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查表明，周麥18常年葉片凍害程度為3級左右，百農(nóng)207常年葉片凍害程度為2級左右。由于百農(nóng)207越冬期抗凍性強(qiáng)，也為春季耐倒春寒奠定了良好基礎(chǔ)。