干旱胁迫下淮麦33等不同小麦品种幼苗生理响应的研究

［KH－*D］顾正中，周羊梅，杨子博，王安邦，冷苏凤，熊娟，刘廷武，徐建明*

(1．江苏省徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏淮安223001;2．江苏省种子管理站，江苏南京210036;3．江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室，淮阴师范学院，江苏淮安223300)

干旱胁迫下淮麦33等不同小麦品种幼苗生理响应的研究

［KH－*3D］顾正中1，周羊梅1，杨子博1，王安邦1，冷苏凤2，熊娟3，刘廷武3，徐建明3*

(1．江苏省徐淮地区淮阴农业科学研究所，江苏淮安223001;2．江苏省种子管理站，江苏南京210036;3．江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室，淮阴师范学院，江苏淮安223300)

以淮麦33、淮麦29、淮麦20和周麦18 4个小麦品种为试验材料，研究在干旱胁迫下不同小麦品种幼苗的生理响应。结果表明，在20%PEG6000(w/v)渗透胁迫下，不同小麦品种的生理响应具有显著差异，幼苗地上部的生物量、叶片中叶绿素的含量、细胞膜脂氧化产物MDA含量、SOD活性、POD活性、可溶性糖及可溶性蛋白含量在不同品种间有显著差异。其中淮麦33明显优于其他品种，说明淮麦33小麦幼苗具有较强抗干旱的生理特性。

小麦;干旱胁迫;淮麦33;幼苗生理响应

小麦是世界上广泛种植的三大粮食作物之一，小麦的生长对干旱胁迫条件敏感，小麦的产量直接受到各地旱涝的影响。全球大约有1/3的地区属于干旱和半干旱地区，我国干旱、半干旱土地面积约占全国耕地总面积的47%，干旱是造成我国特别是黄淮地区小麦产量不高不稳的重要因素之一。在干旱胁迫下，植物会发生一系列形态和生理上的变化［1］，例，幼苗和根系的生长受到影响，细胞保护酶发生变化、叶片叶绿素含量下降、根系活力变化、细胞膜脂氧化、并形成一些渗透调节物质如可溶性糖和可溶性蛋白［2－11］。而这些变化品种间差异明显［12－13］，因此通过育种的手段来提高小麦的抗旱性是解决小麦产量问题的一个重要途径。淮麦33是江苏徐淮地区淮阴农业科学研究所以烟农19为母本、郑麦991为父本培育而成，于2013年通过江苏省审定，2015年通过国家审定。并于2013年以1033万元全国最高价实现了品种经营权转让。本研究采用淮麦33以及近年来生产上较大面积推广的小麦品种为研究对象，探索在干旱胁迫下小麦幼苗的生理指标的变化，为小麦抗干旱育种和淮麦33的大面积推广提供技术支撑。

1 材料与方法

1．1 实验材料及干旱胁迫处理

实验在江苏省环洪泽湖生态农业生物技术重点实验室进行，实验材料为淮麦33、淮麦29、淮麦20和周麦18 4个小麦品种。

挑选4个品种的饱满整齐的小麦种粒，用1．0 %的NaClO消毒20 min后，用自来水反复冲洗3次左右，25℃恒温避光培养中用清水培养24 h，小麦种子露白后，挑选露白均匀一致的籽粒用镊子排放在盛有营养膜的塑料盆中置于日光温室里培养。将每个品种的小麦分为3盆，每盆均为30株，置于相同的实验室环境下进行培养，出苗1周后用Hoagland完全营养液培养，待小麦幼苗培养至2叶1心时，用浓度为20%PEG6000(W/V)进行处理，模拟干旱胁迫条件，5 d后随机抽取植株10株进行幼苗生长量与有关生理生化指标的测定。

1．2 指标的测定

叶绿素含量的测定采用丙酮浸泡提取比色法［14］。丙二醛(MDA)含量的测定采用硫代巴比妥酸法［14］。根系活力的测定采用TTC法［15］。SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)法，POD活性采用愈创木酚法［15］，可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250法［16］。

1．3 数据分析

采用Microsoft Excel整理数据，用SPSS和Origin9．0软件分析数据和作图。

2 结果与分析

2．1 干旱胁迫下不同小麦品种幼苗生物量变化特征

在干旱胁迫下，幼苗的生物量的变化是衡量小麦抗旱性的1个重要指标。由表1可以看出，在干旱胁迫下，不同品种小麦幼苗的生物量变化不同，尤其表现在地上部的生物量有显著差异，以淮麦33的最高，鲜重分别比淮麦29、淮麦20和周麦18高48．88%、34．62%和75．02%，干重分别比淮麦29、淮麦20和周麦18高38．00%、36．63%和75．80%。而地下部不同小麦品种的生物量变化差异不明显，这说明干旱胁迫在一定时间内首先影响地上部的生长发育，而对地下部的影响可能会推迟。以淮麦33的最高，并与其他小麦品种有显著差异，说明淮麦33对干旱胁迫不敏感，受干旱胁迫影响小。

2．2 干旱胁迫下不同小麦品种幼苗叶片叶绿素含量变化

干旱胁迫会引起幼苗叶片中叶绿素的降解，叶绿素降解的量和速度同样是衡量小麦品种抗干旱的一个重要指标。表2可以看出，在干旱胁迫下不同小麦品种叶片中叶绿素的含量有显著差异，以淮麦33叶片中总叶绿素和叶绿素A含量最高，分别比周麦18高51．40%和54．37%，特别是叶绿素A含量高，说明在干旱胁迫下，淮麦33较另外3个品种具有更强的光合作用能力。

表1 干旱胁迫下不同小麦品种幼苗生物量变化特征Table 1The change of biomass characteristic from different wheat species under drought stress

表2 干旱胁迫下不同小麦品种幼苗叶片叶绿素含量变化Table 2The change of chlorophyll content from different wheat species under drought stress

2．3干旱胁迫下不同小麦品种幼苗叶片中细胞膜脂氧化和SOD、POD活性的影响

在逆境条件下生物细胞的细胞膜首先会受到伤害，膜的组成成分膜脂会被氧化成为MDA(丙二醛)，因此在干旱胁迫下MDA含量的增加也是小麦幼苗抗干旱的一个重要指标。从图1可以看出，淮麦33在干旱胁迫下幼苗体内的MDA的含量最低，并与淮麦29、淮麦20和周麦18有显著差异，分别低51．41%、30．53%和35．30%。这说明淮麦33叶片中细胞膜受到干旱胁迫后伤害是最轻的。这与叶片中的清氧酶SOD和POD活性相关。从图2可以看出，淮麦33叶片中的SOD和POD的活性显著高于淮麦29、淮麦20和周麦18，SOD活性高71．57 %、174．75%和135．31%，POD活性分别高17．90 %、55．97%和37．09%，说明清氧酶活性高能够清除逆境条件下的氧自由基，减轻细胞膜伤害，减少膜脂氧化，这与MDA含量低是一致的。

图1 干旱胁迫下不同小麦品种幼苗MDA含量变化Fig．1The change of MDA content from different wheat species under drought stress

图2 干旱胁迫下不同小麦品种幼苗SOD、POD含量变化Fig．2The change of SOD and POD contents from different wheat species under drought stress

2．4 干旱胁迫下不同小麦品种幼苗叶片中可溶性糖和可溶性蛋白含量的影响

干旱胁迫下，植物通过体内代谢活动来调节细胞内的渗透物质，渗透物质的增加是引起渗透势下降、提高抗干旱的一个关键因素。可溶性糖是小麦幼苗细胞内的重要渗透调节物质，在受到干旱胁迫时体内的可溶性糖的含量就会增加，从图3可以看出，淮麦33叶片中的可溶性糖显著高于淮麦29、淮麦20和周麦18，分别高24．93%、30．60%和44．98%。

在干旱胁迫时小麦叶片中的可溶性蛋白质的含量也会发生变化，以适应环境变化。不同抗性的品种变化不同。从图3可以看出，在不同淮麦之间可溶性蛋白的含量差异不显著，但淮麦33较周麦18可溶性蛋白含量高46．96%，且达到显著差异，这与淮麦33幼苗的抗干旱特性一致。

图3 干旱胁迫下不同小麦品种幼苗可溶性蛋白及可溶性糖含量变化Fig．3The change of soluble protein and soluble sugar contents from different wheat species under drought stress

3 讨论

干旱胁迫可通过测定小麦幼苗叶片的生理特性来评价苗期的抗旱性。其中小麦幼苗生物量的变化可作为抗旱性的一个重要指标。本研究对4个试验品种苗期生物量的测定结果表明，干旱胁迫可以影响小麦苗期生物量在地上部分和地下部分的分配，其对地上部分的影响大于地下部分，这与山仑［17］的研究结果一致。不同品种幼苗生物量对干旱胁迫的反应不同，其中以淮麦33地上部分生物量最高，说明其受干旱胁迫的影响较小，可在一定程度上反映其较高的抗干旱能力。

刘艳等［18］研究认为，水分亏缺可导致作物叶绿体受到伤害，从而使叶绿素含量显著降低。本研究对4个供试小麦品种叶绿素含量的测定表明，干旱胁迫下，淮麦33幼苗叶片叶绿素含量，尤其是叶绿素A含量最高，与另外3个品种差异显著。可见淮麦33在水分亏缺情况下受到的伤害较小，仍然保持了较高的光合能力。

有研究表明，干旱胁迫是植物细胞膜系统受伤的重要原因［19］，而丙二醛(MDA)含量变化可以反映细胞膜受损伤的程度，抗旱性弱的品种，质膜过氧化程度要大于抗旱性强的品种［20］。另外，植物体内活性氧代谢系统的平衡受许多逆境的影响，如干旱胁迫能够增加植物体内活性氧的含量，植物中的SOD活性也会相应的增强。有研究认为，在适度的干旱胁迫下，植物体内SOD活性有所上升，且抗旱品种比不抗旱品种上升的更多［21］。王宝山等［22］的研究也证实小麦幼苗的抗旱能力与SOD活性密切相关。本研究对4个参试品种相关酶活性进行了测定，在干旱胁迫下，以淮麦33幼苗叶片中的MDA含量最低，POD和SOD活性最高，且与其它3个品种差异显著，该结果表明淮麦33受水分亏缺的伤害最小，且产生了更强的保护性酶系统。

在水分亏缺时，植物可积累一定量的渗透调节物质降低水势来适应外界环境，这是植物抗旱性的一种重要的生理机制［23］。李德全等［24］的研究表明，干旱胁迫下，抗旱性强的小麦品种渗透调节能力大于抗旱性弱的品种。可溶性糖是一种重要的渗透调节物质，本研究对供试小麦品种苗期可溶性糖进行了测定，干旱胁迫下，淮麦33幼苗叶片中的可溶性糖在4个小麦品种含量最高，且达到显著水平，该结果表明淮麦33在干旱胁迫下能产生更多的渗透调节物质来维持自身水势平衡。可溶性蛋白含量是植物代谢过程中蛋白质损伤的一项重要指标，韩蕊莲等［25］的研究认为，轻度干旱胁迫导致植物体内可溶性蛋白含量上升，而重度或中度干旱胁迫则导致其含量下降，且胁迫程度越强，下降幅度越明显。本研究中干旱胁迫下，淮麦33与淮麦29和淮麦20的可溶性蛋白含量差异不明显，但比周麦18高46．96 %，且差异显著，该结果表明淮麦33受到水分亏缺的影响较小，对干旱胁迫的耐受性强。

小麦苗期单一的抗旱生理指标并不能准确反映小麦的抗旱性，而应结合其他指标综合鉴定和评价。在模拟干旱胁迫下，本研究对淮麦33、淮麦29、淮麦20和周麦18 4个小麦品种的多个抗旱相关生理指标进行了测定，以淮麦33幼苗的生物量、叶绿素含量、SOD活性、POD活性、可溶性糖和可溶性蛋白的含量最高，而MDA含量最低。综合上述结果表明，淮麦33苗期受到干旱胁迫的伤害相对较轻，且其响应迅速，积累了较多的保护性物质以应对干旱胁迫。整体来看，淮麦33苗期具有较强的抗干旱能力。

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(责任编辑 李洁)

Effects of Physiology Response to Drought Stress in Huaimai 33 and Different Wheat Seedlings

GU Zheng-zhong1，ZHOU Yang-mei1，YANG Zi-bo1，WANG An-bang1，LENG Su-feng2，XIONG Juan3，LIU Ting-wu3，XU Jian-ming3*

(1．Huaiyin Institute of Agricultural Sciences in Xuhuai Region of Jiangsu Province，Jiangsu Huaian 223001，China;2．Seed Administration Bureau of Jiangsu Province，Jiangsu Nanjing 210036，China;3．Jiangsu Key Laboratory for Eco-Agricultural Biotechnology around Hongze Lake/Institute of Plant Biotechnology，Huaiyin Normal University，Jiangsu Huaian 223300，China)

The effects of physiology response to drought stress was studied in four different wheat seedling，including Huaimai 33，Huaimai 29，Huaimai 20 and Zhoumai 18，which could provide reliable theoretical basis for the wheat breeding and production．The result found that the different wheat species showed significant difference of physiology response，such as shoot biomass，foliar chlorophyll content，MDA content，the SOD and POD activity and soluble protein and soluble sugar contents，while exposed to 20%PEG6000 treatment(simulated drought condition)．Among them，Huaimai 33 displayed the great advantage compared with other species，indicating that it had a stronger tolerance to drought stress．

Wheat;Drought stress;Huaimai 33;Physiology response of seedling

S512．1

A

1001－4829(2017)1－0067－05

10．16213/j．cnki．scjas．2017．1．013

2016－02－06

江苏省重点研发计划(BE2015352-6);江苏省农业科技自主创新项目［CX(13)2022］

顾正中(1969－)，男，研究员，主要从事小麦育种研究，E-mail:hynksgzz@163．com，*为通讯作者。