干旱脅迫對小麥品種百農207 葉片生理特性的影響

張雪潔 單長卷 趙新亮

（河南科技學院 河南新鄉(xiāng)453003）

水分是影響小麥生長發(fā)育和產量提高的重要環(huán)境因素之一[1]。 干旱對植物的傷害主要體現在不同部位水分的重新分配、膜和細胞核損傷及活性氧（ROS）的大量產生。 過量ROS 的產生會導致膜質過氧化和膜結構的破壞，對細胞造成損傷[2-3]。 植物細胞中的抗氧化酶能有效地清除活性氧， 可以減輕或消除干旱脅迫對植物的傷害。 在抗氧化酶系統(tǒng)中，SOD 是植物體內清除活性氧的第一道防線， 可以將超氧陰離子消除，產生過氧化氫（H2O2），而CAT 等抗氧化酶能進一步將H2O2分解成H2O， 并使活性氧含量處于較低水平[4-5]。 百農207 為河南科技學院新培育的小麥品種，在田間表現出較強的抗旱性。 但到目前為止，有關百農207 抗旱生理方面的研究尚未見報道。 因此，從抗氧化和水分含量角度研究百農207 抗旱性的生理機制，將對闡釋其抗旱機理具有重要的意義。

以百農207 幼苗為材料， 研究了PEG 脅迫對其葉片 SOD、GPX、GR、CAT、APX 和 AO 活性、H2O2含量和相對含水量、抗氧化物質AsA 和GSH 含量的影響，以初步闡釋百農207 幼苗抗旱的生理機制。

1 材料與方法

1.1 材料培養(yǎng)

試驗于2019 年進行，供試材料為百農207 小麥品種。 選用顆粒飽滿、無病蟲害、大小均勻的小麥籽粒，用0.1% HgCl2進行常規(guī)消毒，再用蒸餾水將小麥籽粒漂洗數次，置于容器中用蒸餾水浸泡24 h。 后將浸泡好的小麥籽粒整齊的擺放在事先備好的培養(yǎng)皿中，20 粒/皿，在培養(yǎng)皿底部鋪上一層濾紙，加入10 mL水。 蓋上蓋子，在培養(yǎng)箱中進行發(fā)芽與幼苗培養(yǎng)，設置培養(yǎng)箱溫度為25℃、濕度為30%左右，待種子發(fā)芽把蓋子揭開。 當第1 片葉展開時，把幼苗從濾紙上分開轉到沒有濾紙的培養(yǎng)皿中。 當第2 片葉完全展開和第3 片葉剛長出時，移入營養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)。 將準備好的一次性塑料杯套入一次性紙杯中備用， 挑選植株大小一致、根系完整、健康的小麥幼苗，每6 株為一組放入備好的一次性杯中， 每杯加入60 mL 營養(yǎng)液，在培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)，營養(yǎng)液每2 d 換1 次。待植株4 葉1 心時， 挑選植株大小和生長情況基本一致的幼苗進行試驗。

1.2 試驗設計

共設置3 種處理， 每個處理3 個重復， 即對照（CK）、10%PEG 和 15%PEG 處理。對照采用 60 mL 蒸餾水進行處理；10%PEG 采用 40 g PEG 加 360 mL 蒸餾水進行干旱脅迫處理；15% PEG 采用60 g PEG 加340 mL 蒸餾水進行干旱脅迫處理， 每個處理6 株幼苗。 在處理5 d 后，分別測定各個處理下葉片的相應生理指標。

1.3 測定方法

采用氮藍四唑法測定SOD 活性[6]；參照張志良等的方法測定CAT 活性和過氧化氫含量[7]，CAT 活性以A240每分鐘內變化0.1 定義為1 個酶活單位； 參照沈文飚等的方法測定APX 活性， 以A290每分鐘內變化0.01 定義為 1 個酶活單位[8]；參照 Griffith 的方法測定GSH 含量[6]， AsA 含量采用南京建成試劑盒測定，參照 Grace 和 Logan 的方法測定GR 活性，以 A340每分鐘內變化0.01 定義為1 個酶活單位；GPX 活性參照賀忠群等的方法測定[9]。

1.4 數據處理

采用SAS 軟件對所測數據在α=0.05 水平上進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 PEG 脅迫對 SOD、CAT 活性的影響

由表1 可知，與對照相比，不同濃度PEG 脅迫處理均使百農207 幼苗葉片抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）活性顯著降低。 10%PEG 處理使 SOD 活性比CK 降低了 20.4%，15%PEG 處理使 SOD 活性比 CK降低了55.7%。隨著PEG 濃度的增加，SOD 活性降低的越明顯。 這說明，PEG 脅迫對百農207 幼苗葉片SOD 活性具有顯著的抑制作用。 與CK 相比，不同濃度PEG 脅迫均明顯降低葉片CAT 活性，10%PEG 處理使CAT 活性相比CK 降低了86.8%，15%PEG 處理使CAT 活性相比CK 降低了94.7%。 隨著PEG 濃度的增加，CAT 活性降低的更明顯。表明PEG 脅迫對百農207 幼苗葉片CAT 活性亦具有顯著的抑制作用。

表1 PEG 脅迫對SOD 和CAT 活性的影響

2.2 PEG 脅迫對GR 和GPX 活性的影響

由表 2 可知， 與 CK 相比，10%PEG 脅迫對 GR活性沒有顯著影響；15%PEG 導致GR 活性顯著降低，比對照降低了100%。 這說明，不同濃度PEG 對GR 活性的影響不同， 隨著 PEG 濃度的增加，GR 的活性降低越明顯。 與CK 相比，10%PEG 處理使葉片GPX 活性顯著降低，比對照降低了74.3%。 與CK 相比，15%PEG 處理使GPX 的活性顯著增加，比對照增加了20.5%。 這說明，低濃度PEG 導致GPX 活性下降，高濃度PEG 則導致GPX 的活性增加。 表明隨干旱增加， 百農207 幼苗可以通過增強葉片GPX 活性而提高抗旱能力。

表2 PEG 脅迫對GR、GPX 活性的影響

2.3 PEG 脅迫對抗壞血酸氧化酶（AO）和 APX 活性的影響

由表3 可知，與CK 相比，不同濃度PEG 均顯著降低了 AO 的活性。 與 CK 相比，10%PEG 處理使葉片AO 活性顯著降低，比對照降低了33.3%；15%PEG處理使AO 活性進一步顯著降低， 比對照降低了66.6%。 這說明，隨著PEG 濃度的增加AO 活性降低越顯著。 AO 為抗壞血酸降解酶，而抗壞血酸是一種重要的抗氧化物質。 因此，AO 活性的降低表明干旱下百農207 幼苗可以通過減緩抗壞血酸的降解而維持其含量，進而提高抗旱性。

表3 PEG 脅迫對抗壞血酸氧化酶（AO）、APX 活性的影響

與CK 相比， 不同濃度PEG 均顯著增加了葉片APX 的活性。 與 CK 相比，10%PEG 處理使葉片 APX活性顯著增加， 比對照增加了500%；15%PEG 處理使APX 活性顯著增加了1 200%。 這說明，隨著PEG濃度的增加， 幼苗葉片APX 活性增強越顯著。 這表明，隨干旱程度的增加，百農207 幼苗可以通過增強葉片APX 活性而提高其抗旱性。

2.4 PEG 脅迫對抗壞血酸 （AsA） 和 GSH 含量的影響

由表4 可知，與CK 相比，不同濃度PEG 脅迫均使百農207 幼苗葉片中的AsA 含量顯著降低。 10%PEG 處理使葉片AsA 含量顯著降低了30.7%，15%PEG 處理使 AsA 含量降低了 20.8%。 而 15%PEG 與10%PEG 相比，15%PEG 處理下葉片 AsA 含量顯著高于10%PEG 處理。

表4 PEG 脅迫對AsA 和GSH 含量的影響

與CK 相比， 不同濃度PEG 脅迫均使幼苗葉片GSH 的含量顯著上升。 10%PEG 使葉片GSH 含量增加了 24.4%，15%PEG 使 GSH 含量增加了 22.2%。 表明在PEG 脅迫下, 百農207 幼苗可以通過提高葉片GSH 含量而增強其抗氧化能力。

2.5 PEG 脅迫對H2O2 含量和相對含水量的影響

由表 5 可知， 對照幼苗葉片中 H2O2含量為0.52，10%PEG 下 葉 片 H2O2含 量 比 CK 升 高 了23.07%，15%PEG 下葉片 H2O2含量比 CK 升高了38.46%。 這說明， 隨著 PEG 濃度的增加， 幼苗葉片H2O2含量呈現增加趨勢。這表明，隨干旱脅迫的加劇，百農207 幼苗葉片遭受的氧化脅迫越嚴重。10%PEG下葉片相對含水量比CK 降低了4.93%，15%PEG 下葉片相對含水量比CK 降低了14.18%。 說明隨著PEG 濃度的增加， 小麥幼苗葉片相對含水量呈下降趨勢，PEG 脅迫破壞了百農207 幼苗的水分平衡。

表5 PEG 脅迫對H2O2 含量和相對含水量的影響

3 結論與討論

衡量植物水分平衡的重要指標是葉片相對含水量的高低。 本研究表明，在干旱脅迫下百農207 幼苗葉片的相對含水量下降， 這說明干旱脅迫導致植株本身的水分平衡遭到了破環(huán)。 隨著PEG 脅迫濃度的增加，百農207 幼苗水分平衡遭受的破壞越嚴重。 干旱脅迫下百農207 幼苗葉片中H2O2含量增加。 H2O2是植物代謝中產生的一種活性氧， 其濃度過高就會導致細胞膜脂過氧化，從而對細胞造成氧化損害。 本試驗研究結果表明，隨PEG 濃度的增加，小麥葉片中H2O2也隨之增加， 這說明干旱脅迫的加劇對小麥葉片造成的氧化脅迫理更加嚴重。

植物組織中SOD 活性對抗逆性強弱有很密切的關系[10]，宋新穎等研究表明，在干旱脅迫下小麥葉片SOD 活性降低[11]，宮德襯的研究則表明，干旱脅迫導致SOD 活性升高[12]。 由此可知，干旱脅迫可以顯著降低小麥葉片SOD 活性， 這與宋新穎等的研究結果一致，而與宮德襯的研究結果不一致。 此外，本試驗結果還表明， 小麥幼苗可以通過顯著提高葉片APX 活性而提高植株的抗氧化能力。 隨著干旱脅迫程度的增加，小麥葉片中APX 活性逐漸提高，從而增加了小麥的抗氧化能力， 但AO 活性則隨PEG 脅迫濃度的增加而逐漸下降，從而維持AsA 含量。APX 和AO 都與抗壞血酸代謝有關， 這說明百農207 可以通過調節(jié)抗壞血酸代謝而提高其抗旱性。

結果表明，在干旱脅迫下，小麥葉片GSH 含量升高，從而抵抗不良環(huán)境造成的氧化脅迫，進而提高了植株的抗氧化能力，這與前人的研究結果一致[13-15]。但本研究表明，干旱導致GR 活性下降，這說明干旱下百農207 幼苗GSH 含量的增加很可能與其合成代謝有關。而本研究對GSH 合成代謝酶并未進行研究。因此進一步研究干旱對百農207 幼苗葉片GSH 合成代謝酶活性的影響， 對進一步闡釋百農207 的抗旱生理機制具有重要意義。