不同逆境胁迫下小麦苗期生理指标的测定

◇洛阳师范学院生命科学学院 袁聪颖 陈柯新 王 悦 郭冰玉 郑晓漫

为探究不同品种小麦在干旱、盐胁迫逆境环境下生理指标的变化情况，分析研讨小麦抗旱抗盐能力的强弱，本实验选用11种优势小麦品种实验材料，分别使用20%PEG（6000）、5%NaCl与0.4M甘露醇溶液处理小麦幼苗，模拟干旱和盐胁迫环境。进而对正常条件下和胁迫处理条件下的小麦幼苗进行脯氨酸、过氧化氢、丙二醛含量以及叶绿素含量的测定。实验结果表明：经干旱、盐胁迫处理后不同品种的脯氨酸、过氧化氢和丙二醛含量值均不同程度升高，叶绿素含量变化呈下降趋势，且幅度较大。经综合分析，小麦品种百农207、偃师4110抗旱、抗盐性能最佳。该研究从生理指标角度对小麦的耐旱耐盐性进行评价，在一定程度上为研究盐渍逆境下的小麦育种与种植提供一定的理论依据和选择。

小麦是世界种植面积最广的农作物，其营养价值高，用途广，产量大约占世界粮食产量的1/3，全世界约有1/3的人口以小麦为主要食物[1]。在我国，小麦作为种植面积仅次于水稻的第二大粮食作物，其生产在粮食作物中占有举足轻重的地位。据统计，我国城乡的居民中50%～60%以小麦为主要粮食，小麦占我国居民的口粮消费总量43%左右，从中我们可以看出，小麦在我国的粮食安全中有着举足轻重的地位[2]。然而近年来，随着人类的经济发展、人口膨胀及环境污染，造成水资源短缺、全球气候变暖等现象，致使土壤干旱及土壤盐渍化现象日趋严重[3-4]。高盐干旱等非生物胁迫会严重影响高等植物的生长和发育，使农作物的产量降低。高盐干旱可以导致植物细胞缺水，使植物细胞发生渗透胁迫、离子胁迫，破坏膜结构，从而导致植物体内多个代谢活动的失调，如降低植物的光合作用、增加呼吸耗能以及积累有毒物质等。此外，高盐、干旱胁迫还使细胞产生氧化胁迫、损伤蛋白质和核酸等[5-7]。土壤高盐及干旱造成小麦产量和质量的大幅度下降,威胁着人类的食物来源和食品安全。小麦抗旱、抗盐性研究和小麦抗旱、抗盐育种已成为当今世界上的重要课题之一。植物体内脯氨酸、丙二醛、过氧化氢及叶绿素等生理生化指标均可以作为植物抗旱、抗盐评价标准[8-10]。国内外许多学者利用生理生化指标对小麦、黑麦、偃麦草和水稻等作物进行了抗盐抗旱能力的测定[11-13]。小麦幼苗的形态指标和生理指标受逆境胁迫影响较大，品种之间会表现出较大的差异，因此可从不同方面反映出品种的抗逆能力。前人研究中，大多使用单一胁迫对小麦品种抗逆性做出评价。本文选取11个地方优势小麦品种，分别使用PEG（6000）、NaCl与甘露醇模拟高盐及干旱环境对小麦幼苗脯氨酸、丙二醛、过氧化氢和叶绿素含量进行测定，为高盐及干旱、半干旱土壤地区小麦种植与优良品种选育作出指导，为小麦抗旱抗盐研究奠定基础。

1 材料和方法

1.1 植物材料

供试小麦品种为：偃展4110，百旱207，郑麦366，周麦18，百农207，华育116，华育166，百农64，百农201，华育198，周麦16。以上小麦品种均有河南科技学院欧行奇教授课题组提供。

1.2 种子消毒及培养

挑选籽粒饱满的小麦种子作为试验材料，首先使用75%酒精浸泡小麦种子5min，然后使用无菌水冲洗6次，将冲洗后的小麦种子均匀的摆放于铺有两层滤纸的培养皿中，每个培养皿中加入适量无菌水，使用保鲜膜封口，放置于22℃恒温光照培养箱中至种子萌发。将萌发后的小麦种子转至Hogland培养液中进行水培养，培养条件为：每天500μmol m-2s-1光照16h，温度22℃，湿度60%；黑暗8h，温度16℃，湿度80%，将小麦幼苗培养至两叶一心期。

1.3 植物幼苗的胁迫处理

将两叶一心期的小麦幼苗分别放置于含有20%PEG（6000）、5%NaCl与0.4M甘露醇的Hogland培养液中，对照组放置于等体积Hogland培养液中，每个处理重复三次。5d 后取幼苗叶片进行生理生化实验。

1.4 小麦幼苗脯氨酸、丙二醛、过氧化氢和叶绿素含量的测定

小麦幼苗中脯氨酸的含量的测定，采用Troll酸性茚三酮显色法[14]。丙二醛含量的测定采用硫代巴比妥酸（TBA）法[15]。过氧化氢含量的测定根据刘俊等改进后的方法进行[16]。叶绿素含量的测定采用丙酮反复提取法[17]。

2 结果与分析

2.1 不同逆境胁迫对小麦幼苗脯氨酸含量的影响

本文使用20%PEG（6000）、0.4M甘露醇与5%NaCl 分别模拟干旱与盐胁迫处理供试小麦幼苗，并对其体内脯氨酸含量进行测定，结果显示（图1）：在20%PEG（6000）处理下，11个供试小麦品种偃展4110，百旱207，郑麦366，周麦18，百农207，华育116，华育166，百农64，百农201，华育198和周麦16，经处理后体内脯氨酸含量均增加，与对照组比较幼苗体内脯氨酸增加量分别为：47.16%、41.81%、26.21%、10.00%、74.10%、39.56%、36.61%、43.68%、8.12%、5.86%、5.18%；经0.4M甘露醇处理下，11个小麦品种体内脯氨酸含量增加量分别为：21.41%、43.36%、20.25%、5.25%、82.36%、7.79%、6.86%、13.21%、32.27%、11.81%、5.11%；经5%NaCl处理下，11个小麦品种体内脯氨酸含量增加量分别为：40.51%、49.95%、13.32%、2.35%、73.27%、34.49%、15.96%、13.56%、26.48%、37.96%、0.71%。综上可得，小麦品种偃展4110、百旱207、百农207抗旱抗盐性较强，其中小麦品种百农207最强。其他小麦品种抗旱抗盐能力稍弱。

图1 不同逆境胁迫下不同小麦品种幼苗脯氨酸含量的测定

2.2 不同逆境胁迫对小麦幼苗丙二醛含量的影响

分析图2可知，经过20%PEG（6000）、0.4M甘露醇与5%NaCl 处理的实验组小麦体内的丙二醛含量高于对照组，说明小麦幼苗受到PEG、甘露醇和盐胁迫时，小麦体内的MDA含量会受到影响。结果显示，使用20%PEG（6000）处理11个供试小麦品种偃展4110，百旱207，郑麦366，周麦18，百农207，华育116，华育166，百农64，百农201，华育198和周麦16后体内丙二醛含量均增加，与对照组比较幼苗体内丙二醛增加量分别为：9.98%、26.63%、55.58%、51.29%、4.17%、65.85%、81.06%、53.85%、34.36%、88.12%、72.85%；经0.4M甘露醇处理下，11个小麦品种体内丙二醛含量增加量分别为：12.47%、17.24%、21.91%、5.94%、5.84%、53.18%、32.40%、60.54%、44.77%、40.09%、27.64%；经5%NaCl处理下，11个小麦品种体内脯氨酸含量增加量分别为：18.73%、21.47%、58.63%、45.91%、17.90%、35.97%、25.69%、84.34%、30.74%、40.97%、21.62%。综合以上数据可以得出，在模拟干旱及盐胁迫下，百农207体内丙二醛含量增加最少，偃展4110次之，说明这两种品种小麦相对于其它品种而言具有较强的抗盐抗旱性。

图2 不同逆境胁迫下不同小麦品种幼苗丙二醛含量的测定

2.3 不同逆境胁迫对小麦幼苗过氧化氢含量的影响

当植物体内过氧化氢浓度过高时，会诱发体内细胞发生程序化死亡[18]。分析图3可知，经过20%PEG（6000）、0.4M甘露醇与5%NaCl处理的实验组小麦幼苗体内过氧化氢含量较对照组均由不同程度增幅。11个供试小麦品种偃展4110，百旱207，郑麦366，周麦18，百农207，华育116，华育166，百农64，百农201，华育198和周麦16，使用20%PEG（6000）处理后体内过氧化氢增加量分别为：9.36%、15.06%、23.97%、26.28%、7.92%、29.41%、14.95%、14.00%、27.06%、27.31%、7.95%；0.4M甘露醇处理下11个供试品种体内过氧化氢增加量为：4.95%、14.77%、8.16%、9.10%、2.78%、12.44%、33.86%、69.87%、20.14%、19.06%、1.67%；5%NaCl处理下增幅分别为：2.97%、12.33%、13.83%、18.66%、9.65%、26.97%、28.06%、12.85%、12.69%、22.05%、25.23%。综合分析以上数据，小麦品种百农207、偃展4110及百旱207经干旱及盐处理后体内过氧化氢含量增加相对较少，说明三种小麦品种可能具有较强的抗盐抗旱能力。此结果与以上结果相符。

图3 不同逆境胁迫下不同小麦品种幼苗过氧化氢含量的测定

2.4 不同逆境胁迫对小麦幼苗叶绿素含量的影响

在干旱、盐等胁迫下植物叶片叶绿素含量会降低从而影响作物的光合作用[19]。由图4可知，经过20%PEG（6000）、0.4M甘露醇与5%NaCl处理下11种小麦品种体内叶绿素含量均降低，此结果与理论相符。11个供试小麦品种偃展4110，百旱207，郑麦366，周麦18，百农207，华育116，华育166，百农64，百农201，华育198和周麦16，使用20%PEG（6000）处理后体内叶绿素含量下降率分别为：40.45%、51.92%、58.64%、38.63%、36.68%、56.60%、59.90%、53.75%、61.94%、51.17%、58.60%；0.4M甘露醇处理下为叶绿素含量下降率分别为：56.13%、59.60%、64.45%、38.49%、47.58%、73.66%、87.16%、81.91%、63.30%、74.42%、54.37%；5%NaCl处理下叶绿素含量下降率分别为：55.84%、57.62%、72.31%、60.38%、52.20%、64.52%、66.11%、65.05%、85.03%、77.25%、63.21%。综上可知在干旱、盐胁迫下周18、百农207及偃展4110三个小麦品种体内叶绿素含量降低率相对较少，说明三种小麦品种抗盐抗旱能力可能较强。

图4 不同逆境胁迫下不同小麦品种幼苗叶绿素含量的测定

3 讨论

小麦幼苗时期是由营养生长向生殖生长过渡的一个重要时期，在小麦生长发育过程起到非常重要的作用，此时期直接影响小麦的成苗率以及最终产量[20]。因此，在逆境条件不同小麦品种幼苗期的抗逆性，对于促进成苗、减少逆境胁迫造成的损失具有重要的意义。

研究表明，小麦幼苗在面临干旱、盐胁迫时其体内会产生一系列的生理生化变化。干旱、盐胁迫下，植物体内水分的缺乏会影响到植物的渗透调节，脯氨酸是植物体内的一种主要渗透调节物质，在植物体内分布最为广泛，它降低胁迫环境对植物造成的氧化损伤。其在植物体内的含量的变化能够在一定的程度上反映出小麦抗旱、抗盐能力的强弱。已有研究表明，在正常的环境条件下，抗逆性较好的植物品种体内的游离脯氨酸含量也较高。另外当植物面临干旱、盐胁迫，渗透调节受到影响时，原生质膜会受到损伤[21]。植物组织或器官膜脂质会发生过氧化反应，丙二醛是此过氧化反应的重要产物。因此当小麦处于干旱胁迫下时，小麦体内的丙二醛含量也会发生相应的变化。丙二醛具有细胞毒性，大量累积会使膜蛋白受损，对细胞结构造成损害[22]。过氧化氢作为植物体内的一种常见活性氧物质，在植物体内的来源也是十分广泛的。而干旱、盐胁迫能够导致植物产生大量的活性氧，从而导致过氧化氢的含量增加。当过氧化氢浓度过高时，会破坏细胞内的一些大分子物质，甚至还会进一步的诱发程序性细胞死亡[18]。干旱、盐胁迫下会影响植物细胞膜的通透性，从而抑制植物的生长发育、光合作用、叶绿素合成、可溶性糖的含量等，在干旱、盐胁迫条件下，叶绿体是最敏感的细胞器之一，叶绿体中叶绿素是植物进行光合作用的物质基础，在光合作用中起着不可或缺的作用，其含量高低决定了光合速率大小，据研究表明在干旱、盐分胁迫下叶绿素含量降低的主要原因是由于叶绿体片层中捕光复合体的合成受到抑制造成的[11]。

使用20%PEG（6000）、0.4M甘露醇与5%NaCl 分别对供试小麦幼苗进行处理，并对其体内脯氨酸、丙二醛、过氧化氢和叶绿素含量进行测定，结果显示经处理后的小麦幼苗体内脯氨酸、丙二醛、过氧化氢含量与对照组相比均由升高，处理组小麦幼苗体内叶绿素含量低于对照组，此结果与理论相符。经综合分析小麦品种百农207及偃展4110抗逆性较好，此结果可为高盐及干旱、半干旱土壤地区小麦种植与优良品种选育作出指导，为小麦抗旱抗盐研究奠定基础。