硒對鄭麥366雌雄蕊原基分化期抗倒春寒能力的影響

王永鋒，李歌星，趙新亮，劉明久，張自陽*

(1.原陽縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，河南原陽 453500；2.河南科技學(xué)院，河南新鄉(xiāng)453003)

硒是動植物生長發(fā)育所必需的營養(yǎng)元素，已有研究表明，硒對植物的生長發(fā)育具有多種生理效應(yīng)影響，適量的硒可以清除植物體內(nèi)過量自由基，在一定程度上硒能夠緩解植物因遭受脅迫造成的損傷，研究證明硒增強了植株自身的抗氧化能力，從而提高植株的抗逆境和抗衰老的能力，保證植株的正常生長。

春季低溫(倒春寒)是影響黃淮及長江中下游冬小麥生產(chǎn)的主要氣象災(zāi)害之一。近年來，春季低溫災(zāi)害頻發(fā)。1981—2019年的28年間，我國小麥主產(chǎn)區(qū)共發(fā)生14次晚春寒流，頻率高達50%。春季，從雄蕊原基分化期到花藥分離期的幼穗發(fā)育對低溫敏感，這時如果出現(xiàn)倒春寒，將直接導(dǎo)致小麥幼穗畸形，小花發(fā)育受阻，小麥穗粒數(shù)下降，從而導(dǎo)致小麥產(chǎn)量嚴重下降。而近年來隨著全球氣候的變化異常，極端溫度事件頻頻發(fā)生，小麥在生育期內(nèi)遭遇倒春寒的可能性也由此增大。倒春寒已經(jīng)成為限制河南小麥產(chǎn)量及品質(zhì)的重要因素。倒春寒具有隨機性和不可預(yù)測性，使得農(nóng)藝預(yù)防措施和補救方法很難跟上，容易對小麥產(chǎn)量造成不可逆轉(zhuǎn)的損失。

研究表明，硒提高了小麥幼苗的抗旱性，促進了小麥種子萌發(fā)，但用硒元素用于研究倒春寒的報道較少。鑒于此，筆者為探討不同濃度的硒溶液對小麥抗倒春寒能力的影響，以盆栽低溫敏感型小麥品種鄭麥366為試驗材料，分別用0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2.4 mg/L的亞硒酸鈉溶液噴施雌雄蕊原基分化期的鄭麥366幼苗，3 d后將各處理材料放入人工氣候室0 ℃低溫脅迫處理36 h，測定各處理中鄭麥366葉片的抗氧化酶活性及丙二醛含量，成熟期調(diào)查結(jié)實性，以期為硒元素對小麥抗春季低溫脅迫的研究提供理論參考。

1 材料與方法

試驗材料為鄭麥366，由河南科技學(xué)院作物遺傳育種實驗室提供。

試驗材料的準備。準備鄭麥366品種的種子，在小麥播種期將其稀播于塑料盆中，編號掛牌，待出苗后定期澆水，將其放于室外使保持在自然條件下生長。

不同濃度亞硒酸鈉處理。翌年春注意觀察小麥分化情況，在拔節(jié)后取小麥分蘗，用解剖針剝離正在分化的幼穗，在解剖鏡下觀察其分化情況，待小麥發(fā)育至雌雄蕊原基分化期分別噴施0 mg/L(低溫處理對照)、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2.4 mg/L的亞硒酸鈉溶液于葉片上，連續(xù)噴施2次，使其充分吸收3 d，然后將噴施亞硒酸鈉的小麥盆缽放入智能人工氣候室，進行低溫脅迫處理。常溫對照處理(CK)仍放室外，不予低溫脅迫。

低溫脅迫處理。將各重復(fù)小麥放入預(yù)先調(diào)好的智能人工氣候室中低溫脅迫(白天：0 ℃，12 h，濕度70%；黑夜：0 ℃，12 h，濕度75%)處理36 h后取出，放回室外，一部分取處理的小麥倒二葉，液氮速凍，然后放入超低溫冰箱中保存，另外一部分調(diào)查自交結(jié)實率。

抗氧化酶活性的測定。低溫處理的葉片用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的試劑盒測定過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性。

丙二醛(MDA)含量的測定。用北京索萊寶科技有限公司生產(chǎn)的MDA試劑盒進行丙二醛含量的測定。

結(jié)實性測定。定期對室外小麥進行澆水，觀察小麥麥穗生長情況，待其灌漿20 d左右，取各處理中小麥麥穗的結(jié)實情況，以其作為經(jīng)亞硒酸鈉處理后低溫脅迫下鄭麥366的結(jié)實性。

用Excel 2016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)極差法對數(shù)據(jù)進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

與常溫對照相比，鄭麥366低溫處理后結(jié)實性顯著降低(圖1)，說明倒春寒脅迫嚴重影響了鄭麥366的結(jié)實性。由圖1、2可知，經(jīng)過36 h的低溫脅迫后，鄭麥366的結(jié)實性因亞硒酸鈉溶液處理濃度的不同而有所差異，整體呈先升高再降低的趨勢，其中0.9 mg/L處理下結(jié)實性最高，平均每穗達到20粒，與低溫脅迫相比其結(jié)實性提高到了正常結(jié)實性的55.56%。其次是1.2、0.6 mg/L濃度處理，再次是1.5、0.3和2.4 mg/L濃度處理。經(jīng)亞硒酸鈉溶液處理后以上處理的結(jié)實性均高于0 mg/L濃度處理，說明經(jīng)亞硒酸鈉溶液處理后提高了鄭麥366抗低溫脅迫的能力，且0.9 mg/L濃度處理對提高小麥結(jié)實性表現(xiàn)最佳。

圖1 不同濃度亞硒酸鈉溶液處理鄭麥366穗子結(jié)實表型特征Fig.1 Phenotypic characteristics of grain setting of Zhengmai 366 ears treated with different concentrations of sodium selenite solution

注：CK為未進行低溫脅迫和亞硒酸鈉溶液處理Note:CK was treatment without low temperature stress and sodium selenite solution圖2 不同濃度亞硒酸鈉處理對低溫脅迫下鄭麥366結(jié)實性的影響Fig.2 Effects of different concentrations of sodium selenite treatment on seed setting of Zhengmai 366 under low temperature stress

CAT能夠清除植物受到脅迫時產(chǎn)生的HO，其活性常與植物的抗逆性相關(guān)。噴施亞硒酸鈉溶液對鄭麥366葉片中CAT活性的影響因處理濃度的不同而變化。由圖3可知，低溫脅迫后不同濃度的亞硒酸鈉處理下鄭麥366葉片中CAT活性變化幅度變化明顯，CAT活性整體呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。經(jīng)低溫脅迫36 h后，0.9 mg/L的亞硒酸鈉溶液處理與其他濃度處理間差異顯著，除0與0.3 mg/L濃度處理、1.2與1.5 mg/L以及0與2.4 mg/L處理間差異不顯著外，其他各處理間在0.05水平均差異顯著，且在0.9 mg/L濃度處理下葉片中過氧化氫酶活性最高。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 圖3 不同濃度亞硒酸鈉處理對鄭麥366過氧化氫酶(CAT)活性的影響Fig.3 Effects of different concentrations of sodium selenite on CAT activity of Zhengmai 366

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 圖4 不同濃度亞硒酸鈉處理對鄭麥366葉片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響Fig.4 Effects of different concentrations of sodium selenite on superoxide dismutase(SOD)activity in Zhengmai 366 leaves

過氧化物酶(POD)是在逆境條件下植物體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)的關(guān)鍵酶之一，它與過氧化氫酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)相互協(xié)調(diào)配合，能夠清除植物體內(nèi)過剩的自由基，使植物體內(nèi)自由基維持在正常的動態(tài)水平，從而提高植物的抗逆性。由圖5可知，低溫脅迫后不同濃度的亞硒酸鈉處理POD活性變化明顯，整體呈降低、升高再降低的趨勢，在0.9 mg/L的濃度處理下的鄭麥366葉片中所含過氧化物酶含量明顯最高，并且與其余各濃度處理間在0.05水平差異顯著。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 圖5 不同濃度亞硒酸鈉處理對鄭麥366葉片過氧化物酶(POD)活性的影響Fig.5 Effects of different concentrations of sodium selenite on POD activity in Zhengmai 366 leaves

抗壞血酸過氧化物酶(APX)是植物體內(nèi)，尤其是葉綠體中清除HO的關(guān)鍵酶，植物體內(nèi)APX的活性升高有利于植株內(nèi)HO的清除。由圖6可知，經(jīng)亞硒酸鈉溶液處理后，隨著處理濃度的增大，APX的活性呈現(xiàn)先增高再降低再升高的趨勢，分別為0.28、0.50、1.02、1.21、0.60、0.79、0.81 U/g。其中，0.9 mg/L濃度處理下APX的活性最高，為1.21 U/g，并與其余各濃度處理間差異顯著，說明該濃度處理清除植物體內(nèi)HO能力較強，進而可提高植株抗寒能力。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 圖6 不同濃度亞硒酸鈉處理對鄭麥366葉片抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性的影響Fig.6 Effects of different concentrations of sodium selenite on the activity of APX in Zhengmai 366 leaves

丙二醛(MDA)是膜脂過氧化終產(chǎn)物，是膜系統(tǒng)受傷害程度的重要標志之一，其含量越高，細胞膜系統(tǒng)經(jīng)逆境脅迫后所造成的損傷程度就越嚴重，MDA含量與植物耐寒性呈負相關(guān)關(guān)系。由圖7可知，經(jīng)低溫脅迫后，各處理間丙二醛含量變化明顯，其中0和0.3 mg/L濃度處理、0.6和1.5 mg/L濃度處理、1.2和1.5 mg/L濃度處理差異不顯著，其余各處理間均差異顯著，且0.9 mg/L處理的丙二醛含量最低。

注：不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 圖7 不同濃度亞硒酸鈉處理對鄭麥366葉片丙二醛(MDA)含量的影響Fig.7 Effects of different concentrations of sodium selenite on MDA content in Zhengmai 366 leaves

3 結(jié)論與討論

冬小麥在春季遇倒春寒會降低小麥的有效穗數(shù)和穗粒數(shù)，最終影響其產(chǎn)量。在該研究中，經(jīng)低溫脅迫后鄭麥366品種的結(jié)實率顯著降低。說明雌雄蕊原基分化期是鄭麥366的低溫敏感時期，該期若遇到0 ℃低溫會造成鄭麥366的嚴重減產(chǎn)。該研究結(jié)果表明，雌雄蕊原基分化期的鄭麥366噴施亞硒酸鈉溶液再進行低溫脅迫，其結(jié)實性能夠得到一定程度的恢復(fù)，效果因噴施濃度的不同而差異明顯，其中0.9 mg/L濃度處理鄭麥366的結(jié)實性最高，與對照處理比較其結(jié)實性能提高到55.56%。

該試驗中0 mg/L濃度處理在0 ℃低溫脅迫36 h導(dǎo)致結(jié)實性非常低，這可能是由于0 ℃低溫脅迫36 h對小麥幼穗凍害影響較大，經(jīng)亞硒酸鈉溶液處理后結(jié)實性雖得到一定的恢復(fù)，0.9 mg/L亞硒酸鈉溶液噴施后低溫處理結(jié)實性恢復(fù)最高，達到對照的55.56%，而大田試驗中連續(xù)遭遇0 ℃低溫脅迫36 h的情況不常遇見，噴施0.9 mg/L亞硒酸鈉溶液可能使幼穗凍害恢復(fù)能力會更好，在今后的研究中還需進一步驗證和完善。

CAT與超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、抗壞血酸酶(APX)被稱為抗氧化酶保護系統(tǒng)。低溫逆境條件下的植物機體內(nèi)會發(fā)生一系列生理生化的變化，其中活性氧含量的積累被認為是植物受冷害脅迫的重要原因。植物體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)能夠清除機體內(nèi)的活性氧，可以抵御因活性氧的積累對植物帶來的損害，從而提高植物抵抗逆境脅迫的能力。

該研究結(jié)果顯示，與低溫對照相比，低溫脅迫下亞硒酸鈉溶液處理提高了雌雄蕊原基分化期鄭麥366葉片中CAT、SOD、POD、APX的含量，0.9 mg/L處理抗氧化酶活性顯著高于低溫處理，說明噴施亞硒酸鈉溶液提高了鄭麥366抵抗低溫脅迫的能力。這與硒對低溫脅迫下的鐵皮石斛、草莓和馬鈴薯植物具有一定緩解效應(yīng)的結(jié)論一致。

研究表明，硒緩解了低溫對黃瓜的傷害，MDA含量與植物耐寒性呈負相關(guān)關(guān)系。低溫脅迫下MDA含量越低說明植物抗低溫能力越強。該研究結(jié)果表明，噴施亞硒酸鈉的鄭麥366在低溫脅迫后丙二醛含量呈先降低再升高的趨勢。0.9 mg/L處理下鄭麥366丙二醛含量濃度最低，顯著低于其他處理。結(jié)合0.9 mg/L處理下鄭麥366的抗氧化酶活性可以看出，硒元素提高了鄭麥366在低溫脅迫下體內(nèi)抗氧化酶活性，降低了MDA含量，緩解了低溫脅迫的傷害，提高了小麥植株抵抗低溫凍害的能力，從而提高植株產(chǎn)量。