抗干热风小麦新种质生理特性分析

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(1.衡水学院生命科学系，河北 衡水 053000； 2.河北省农科院旱作农业研究所，河北 衡水 053000)

小麦是世界上最主要的粮食作物，在我国，小麦种植面积和总产量仅次于水稻[1-2]。我国水资源相对贫乏，土壤干旱是限制我国小麦生产的主要因素之一[3]。同时，在全球气候变暖的背景下，干热风气象灾害对全球变暖的响应表现更为突出和敏感，已成为气候变化研究中的重点和热点问题之一，严重危害我国粮食生产与农业可持续发展[4-5]。

干热风是一种高温、低湿，并伴有一定风力,具有干、热、风3个气象要素特征的农业气象灾害性天气，经常于春末夏初在我国内陆地区出现[6]。它主要危害小麦,有些地方还会危害棉花、玉米、水稻等作物，干热风将直接导致作物减产5%～10%，甚至更高[7-8]。

干热风可不同程度地影响植物生长，使农作物产量降低。长期以来，关于干热风的成因、特点及分布规律的研究很多[9]。如何提高作物对干热风的耐受力，增强作物抗性，同时保证胁迫条件下的作物产量，一直是科学家们研究的焦点问题。探明干热风条件下作物的生理生化机制，有助于更好地开展抗性品种筛选，为进一步培育抗性新品种提供帮助。本实验通过对小麦抗干热风新种质和石4185室内模拟干热风处理，对二者叶片进行超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶进行测定，研究小麦苗期胁迫下生理指标的变化情况，以期为小麦耐干热性的生理生化机制及抗性育种研究提供有益探索。

1 材料和方法

1.1 材料及处理

供试小麦品种石4185和抗干热风小麦新种质，由河北省农科院旱作农业研究所提供。

将2个小麦供试材料各取200粒种子，0.1% HgCl2消毒10 min，蒸馏水反复冲洗，摆放于铺有2层滤纸的培养皿中进行萌发，将发芽良好的种子移入纱网中营养液培养。待长至2叶1心时，对照组正常培养，处理组模拟干热风(高温/风)胁迫，分别处理2，4，8，12，24 h。分别取对照和处理的小麦叶片样品，在冰箱内低温保存备用。

1.2 实验方法

1.2.1 超氧化物歧化酶(SOD)活性测定

采用NBT光化还原法[10]。

1.2.2 过氧化物酶(POD)活性测定

采用愈创木酚法[10]。

1.2.3 过氧化氢酶(CAT)活性测定

采用紫外分光光度计法[10]。

1.2.4 数据整理与分析

将所得数据整理后，通过Excel软件作图并进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同胁迫时间对小麦SOD活性的影响

SOD是生物体内一种重要的氧自由基清除剂，能够平衡机体的氧自由基，从而避免当机体内超氧阴离子自由基浓度过高时引起的不良反应[11]。SOD作为植物自身防御外界不良环境的保护酶,其活性与植物抗逆性呈一定的相关性[12]。如图1所示，在胁迫时间为0～2 h时，小麦石4185 SOD活性不变，而抗干热风小麦新种质呈逐渐上升的趋势；2～24 h品种石4185 SOD活性呈下降趋势，抗干热风小麦超过4 h有逐渐下降的趋势，12 h后又逐渐上升，并且胁迫时间在2 h和8 h时差异性并未达到显著水平，在4 h和24 h时差异性达到显著水平，这表明抗干热风小麦比石4185品种的耐热性更持久、更强。

图1 高温胁迫对小麦SOD活性的影响

2.2 不同胁迫时间对小麦POD活性的影响

POD作为植物细胞内的一种保护性酶，它不仅可帮助植物抵御不良环境的影响，同时对各种植物病害胁迫及抗衰老有关[13]。如图2所示，在胁迫条件下，整体水平上抗性小麦POD活性比石4185高，且随胁迫时间的增加，POD活性呈先升高后下降的趋势。高温胁迫时间在0～2 h时抗性小麦POD活性上升较快,而石4185在2～4 h上升快，之后2种小麦POD活性都下降，但总体来说抗干热风小麦的POD活性较高。说明植株在短时间高温胁迫下有一定适应能力,但在长时间胁迫下，植株生长势降低，POD活性也相应减弱。

图2 高温胁迫对小麦POD活性的影响

2.3 不同胁迫时间对小麦CAT活性的影响

CAT是一种酶类清除剂，它可促使H2O2分解为分子氧和水，从而使生物体内的过氧化氢含量迅速降低，进而避免受到过氧化氢的毒害作用[14]。如图3所示，胁迫条件下，抗干热风小麦CAT活性呈先下降后上升再下降再上升的趋势，而石4185则正好相反。这可能是因为抗干热风小麦的植株内最初含有较高的CAT，或者有较强其他的非酶保护系统,能够清除胁迫产生的自由基，所以初期活性变化不大；而石4185小麦植株体最初含CAT量少，因而在受到高温胁迫后CAT含量迅速增长，有利于清理大量自由基。随着胁迫时间的延长，抗干热风小麦的CAT活性趋于平稳并加强，而石4185小麦的CAT活性急剧下降。

图3 高温胁迫对小麦CAT活性的影响

3 讨 论

近年来，全球气候变暖有逐年上升的趋势，进而引发大量环境问题。环境温度的升高影响了植物自身的生长过程，对植物分布、生长和生物产量产生极大的限制。在胁迫条件下，植物体内存在的自身抗氧化酶系统,对体内产生的活性氧加以清除，保证植物正常的代谢生长。一些耐干热植物在短时间高温胁迫下，其自身的抗氧化酶活性会普遍升高,随着胁迫时间的延长，抗氧化酶活性会不断下降，最终导致植物活性氧毒害，影响植物生长[15]。这在实验观察中得到了证实。同时，通过对2种小麦的对比分析发现，随着胁迫时间的增加，二者酶活性上均表现出较大的差异。其中对于SOD和POD活性，抗干热风新种质大体呈现先升高后降低的趋势，最终数值与初值变化不大；而CAT含量，抗性新种质小麦呈现整体下降的趋势，但对照品种含量虽有变化，但其最终数值与初值变化不大。说明抗干热风小麦新种质具有较强的活性氧清除能力，具有明显抵抗干热风的能力。

小麦在我国的粮食中占有主要地位，因此小麦的产量问题就关系到我国的国计民生。而干热风是影响小麦成熟产量的主要原因之一。目前，随着人类大量排放温室气体，使得环境温度升高，干热风出现的强度和频率也逐渐增大，小麦的产量将会受到严重影响。由此，筛选抗干热风小麦新品种，有效抵抗干热风，增加小麦的产量，就显得尤为重要。但由于干热风涉及干旱、高温和大风的同时胁迫，在生物生长和发育过程中将会受到多种基因的调控影响，其调控机理也会更复杂。