两种小麦在盐胁迫下早期幼苗生长及生理生化指标变化规律

肖冬宇，吴端阳，文 雪，周 岚，贺宏超，王岩岩

（长江大学生命科学学院，湖北 荆州 434025）

土壤盐渍化是世界范围内影响农业生产的主要非生物胁迫因素之一，据不完全统计，全球盐碱地面积为9.54亿hm2，中国有0.99亿hm2［1］。盐胁迫对植物生长发育存在显著影响。在盐处理下，种子萌发、根长、株高、果实发育均受到显著抑制［2，3］。小麦（Triticum aestivumL.）是世界上第三大粮食作物，近35%的人口以小麦为主食［4］。小麦是中国重要粮食作物，在生长发育过程中经常受到各种逆境胁迫而导致减产［5，6］，而盐胁迫就是其中之一。

研究发现，盐胁迫通过离子毒害、渗透胁迫以及氧化应激反应来影响植物的新陈代谢［7，8］，导致小麦发芽期间芽和根生长缓慢并积累大量的活性氧。植物体内抗氧化酶可移除细胞中多余的超氧化物离子，抗氧化酶类主要包括超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、过氧化氢酶（Catalase，CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（Peroxidase，APX）等［9］，它们可快速清除细胞中的活性氧，维持细胞完整性。另外小麦在盐胁迫条件下通过积累游离的脯氨酸来增强其渗透调节能力，维持细胞稳态。萌发期是小麦植株从异养型过渡到自养型的初期，这一时期是小麦整个生命过程中比较脆弱的阶段，这一时期小麦耐盐能力的强弱决定了小麦生长过程中是否可以正常发育，大量研究认为这一时期小麦种子各种生长指标可以作为耐盐性检测指标［10，11］。因此，拟选定耐盐型小麦新冬26和盐敏感小麦鄂恩1号两个小麦品种，从植物形态和生理水平出发，分析其在不同浓度钠盐胁迫下幼苗生长和抗氧化物酶活性的差异，分析盐离子对小麦的毒害以及小麦的耐盐生理机制，为后续耐盐品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 植物材料的培养

试验材料选择饱满、整齐的自然风干小麦种子，放入培养皿，15%H2O2消毒10 min，用去离子水浸泡4 h使小麦吸足水分，置于25℃的恒温培养室进行萌发；2 d后选取生长状态一致的种子进行水培，分别加入0、100、150、200 mmol/L的Na2SO4溶液，每个处理50粒种子，置于25℃的恒温培养室（光照度50μmol/（m2·s），16 h光照，8 h黑暗），逐日观察记录，共7 d。

1.2 芽长、主根长、鲜重和干重测定

待第7天时，将不同处理的3次重复中各随机选取小麦5株，处理后分别量取芽长、主根长、鲜重，并将植株分别放入铝盒内杀青（105℃、30 min），随后再烘干（80℃）至恒重后称其干重。

1.3 CAT、SOD、POD酶活性测定

CAT、SOD酶活性测定参考李忠光等［12］的方法，以每分钟变化0.1OD值为一个酶活性单位。POD采取愈创木酚法［13］测定。

1.4 脯氨酸、MDA含量检测

取脯氨酸测定参考贾亚宁［14］的方法，MDA含量测定采用硫代巴比妥酸比色法［13］。

1.5 数据分析

利用Excel 2019和GrapgPad Prism 8.0.1软件处理数据。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对小麦幼苗生长的影响

有研究表明，在逆境条件下幼苗期小麦体内生理特性变化最明显，其苗期受盐碱胁迫的主要表现为麦苗萎蔫、生长迟缓［15］。本试验中，不同浓度的盐胁胁迫下，两个小麦品种幼苗生长差异明显，随着盐浓度升高，新冬26和鄂恩1号生长第7天的芽长、根长、鲜重和干重均逐渐降低（图1 a、b、c、d），说明高浓度的盐分抑制小麦芽和根的生长。在相同盐浓度下，新冬26的根长、芽长、鲜重和干重均大于鄂恩1号；随着盐浓度的升高，新冬26的芽长和根长下降幅度比鄂恩1号小，说明盐分对新冬26幼苗生长的抑制小于鄂恩1号，新冬26和鄂恩1号的耐盐性有差异。

图1 小麦新冬26和鄂恩1号在不同盐浓度胁迫下生长第7天的状态

2.2 盐胁迫下两个小麦品种叶片抗氧化酶活性的变化

如图2 a、b、c所示，盐胁迫第1天，新冬26和鄂恩1号的抗氧化系统都被激活，酶活性都比对照高，且随着盐浓度的增加，相应的酶活性也升高，其中新冬26的酶活性比鄂恩1号高，且差异显著。由图d、e、f可以看出，随着盐处理天数的增加，各个酶活性呈现不同的变化规律，两个小麦品种中CAT和POD活性在处理第4天达到最大值，第7天酶活性都有所下降，但新冬26的酶活性始终高于鄂恩1号；鄂恩1号中SOD活性在第4天达到最高，而新冬26中SOD活性随着胁迫天数延长而增加，第7天最高；两个品种的酶活性变化存在差异，耐盐性的新冬26酶活性比鄂恩1号高，对盐胁迫有较好的应激反应，说明在盐胁迫时抗氧化系统是应对逆境的重要部分。

图2 新冬26和鄂恩1号在不同盐浓度和不同胁迫天数下的酶活性

2.3 盐胁迫下不同小麦脯氨酸和MDA含量的变化

脯氨酸作为渗透调节物质在盐胁迫时可减轻渗透胁迫。由图3a可以看出，在盐胁迫下随着盐浓度的升高，第1天时新冬26和鄂恩1号的脯氨酸含量逐渐升高，其中新冬26的脯氨酸含量高于鄂恩1号，且差异显著。说明耐盐性强的新冬26可以积累较多的脯氨酸。由图3b可以看出，随着盐胁迫时间的延长，两种小麦的脯氨酸含量先升高，第4天达到最高，后开始下降，其中新冬26的脯氨酸含量始终高于鄂恩1号，且下降幅度也比鄂恩1号小。说明在盐胁迫下耐盐强的品种产生较多的脯氨酸来减轻渗透胁迫。

MDA是细胞膜过氧化的重要产物，它的产生能加剧膜损伤，是反映膜损害程度的重要指标［16-19］。从图3c可以看出，在盐处理下第1天，随着盐浓度增加两种小麦的MDA含量上升，小麦细胞膜过氧化损伤加重，新冬26中的MDA含量比鄂恩1号低，说明其细胞膜损伤程度较低。从图3d看出，在相同浓度盐胁迫下，MDA含量随着胁迫天数的增加逐渐增加，第7天时新冬26的MDA含量低于鄂恩1号，表明耐盐性强的品种在盐胁迫下更能维持细胞膜的稳态。

图3 新冬26和鄂恩1号在不同盐浓度和不同胁迫天数下的脯氨酸和MDA含量

3 讨论

有研究表明，盐分影响植物正常的新陈代谢、生长及发育，甚至导致植物死亡［20-22］，当植物处于盐胁迫下，生长被抑制，根作为吸收营养的主要器官，其变化也会影响植物地上部分的生长［9-23］，根长、芽长、鲜重和干重反映植物生长发育的好坏。翁亚伟等［24］研究表明，盐胁迫下小麦的总根长及干物质重均显著下降。本研究显示随着盐浓度的增加，幼苗的生长受到抑制，芽长、根长、干重和鲜重都有所下降，但耐盐品种的下降程度比敏感品种低，这与李有芳等［25］、孙君艳等［26］的研究结果相似。

在盐胁迫下，植物会产生较多的活性氧分子，活性氧会使细胞膜脂过氧化和脱酰化，导致细胞膜损伤，而解决活性氧的酶就包括SOD、CAT和POD等抗氧化酶，它们能够快速清除细胞中活性氧［9］。本研究发现随着盐浓度的增加，小麦中抗氧化酶活性增强，耐盐性强的品种中酶活性高于盐敏感品种，这与张超强等［27］的研究结果相似。研究发现随着盐胁迫时间的增强，耐盐品种新冬26中SOD活性持续升高，也有研究表明SOD活性在耐盐性高的植物种比较突出，在盐胁迫时酶活性变化快且活性周期长，而在不耐盐的植物中活性变化不灵活［28］；也有研究发现SOD活性随着盐处理时间延长先上升后下降，同时CAT有相同的变化趋势［19］，与本研究结果相似。对于POD酶，有研究发现POD活性随着胁迫时间的延长呈先上升后下降趋势［29，30］，与本研究结果有相同之处。本试验中，总体上新冬26的抗氧化酶活性要高于鄂恩1号，表现出更强的抗氧化能力，有效抑制活性氧的产出，维持细胞的完整性。

脯氨酸是一种重要的渗透调节物质，当植物处于盐胁迫下，就会合成大量脯氨酸来减迫［31］，脯氨酸的含量可作为植物抵抗盐胁迫的生理指标［32］。结果表明，随着盐浓度的升高，小麦中脯氨酸的含量也随着升高，而且耐盐品种的脯氨酸含量高于盐敏感品种，这与张士功等［33］的研究结果一致。MDA含量是植物细胞膜过氧化程度的体现，MDA含量与植物细胞抗逆强弱有很大关系［34］，本试验发现小麦MDA含量随着盐浓度的增加而增加，而且随着胁迫时间的延长而积累，表明细胞膜受损程度加剧，但是耐盐品种比敏感品种积累较少的MDA，显示膜受损情况相对较轻，这与刘艳丽等［19］的研究结果一致。

试验研究了不同小麦品种在盐胁迫下的生长情况和一些生理生化指标的变化情况，发现耐盐品种比盐敏感品种在盐胁迫下生长更好，有较高的抗氧化酶活性，能够积累更多的脯氨酸来维持细胞稳态，而且耐盐品种的细胞膜受损程度较低，有更强的耐盐性。