不同播期下小麦品种百农207越冬期生理生化特性

王玉玲，李新华，乔 红，欧行奇，何鸿举，郭景丽，4*

（1.河南科技学院 生命科技学院，河南 新乡 453003；2.新乡市农乐种业有限责任公司，河南 新乡 453003；3.河南科技学院 食品学院，河南 新乡 453003；4.河南心连心化学工业集团股份有限公司，河南 新乡 453003）

河南是我国小麦生产的第一大省，小麦种植面积占全国的1/4，对保障国家粮食安全具有举足轻重的地位。近年来，气候变暖，天气异常，暖冬、冬季低温、倒春寒和干热风等极端天气“频发、重发、叠发”，对实现小麦高产稳产提出严峻挑战，培育和推广抗逆稳产小麦品种已势在必行。2014年小麦新品种百农207通过国家审定，自2016年起，该品种已成为河南省及黄淮南片种植面积第一大高产品种[1]，产生了巨大的社会经济效益，对实现小麦高产稳产发挥了关键作用。在农业生产实践中，小麦越冬期抗寒性越差，遭受倒春寒的危害会越严重。2018 年4 月6 日21：00 至次日6：00，河南滑县等多地< 0 ℃气温持续约9 h，草面温度-7.28 ℃，小麦遭受倒春寒严重危害。经本课题组调查，百农207和西农511平均冻穗率仅4.8%和9.9%，其他6个品种平均冻穗率达16%以上，如丰德存5号和郑麦366平均冻穗率分别达77.0%和81.3%，可见百农207表现出了较好的耐倒春寒能力[2]。小麦品种耐倒春寒能力除与其自身遗传特性有密切关系外，还与栽培条件、越冬期耐寒性有关[3-5]。欧行奇和王玉玲认为越冬期抗寒性为春季抗寒性奠定了基础，越冬期抗寒性好，春季抗寒性不一定好，但越冬期抗寒性差，春季抗寒性必然降低[3]。播期是重要的栽培措施，适期播种可以使小麦整个生育阶段处于较佳的温、光、水等条件下，有利于小麦壮苗、分蘖多、成大蘖，避开不良气候的影响，实现小麦高产稳产[6-8]。关于百农207播期虽有报道，但还不能明确适宜播期[9-11]，如王玉玲等[9]研究认为百农207在10月01日、10月08日和10月22日适宜播期下能够获得较高的产量，但没有确定10月15日是否为适宜播期；另外，对于不同播期下百农207越冬期耐寒性生理生化方面的评价还鲜有报道。鉴此，本试验以周麦18为对照，研究在不同播期下小麦品种百农207越冬期根系活力及叶片脯氨酸含量、叶绿素含量、可溶性蛋白含量、丙二醛含量、SOD活性和POD活性，以期为评价百农207耐寒性及确定适宜黄淮南部麦区播种时期提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小麦品种为百农207和周麦18，属半冬性，均由河南科技学院百农207小麦育种团队提供。

1.2 试验设计

试验于2016年10月至2017年6月，在河南省辉县市北云门镇河南科技学院小麦遗传改良研究中心育种基地进行。该基地地势平坦，土壤肥力中等，灌溉条件好。2016年8月中上旬前茬玉米掩青，播种前一次性基施N 20 kg/hm2，P2O516 kg/hm2和K2O 12 kg/hm2，旋耕混匀。随机区组设计，3次重复，每小区行长8 m，6行，行距0.22 m。试验分为5个播期，分别为10月08日、10月15日、10月22日、10月29日和11月05日，基本苗均为300万/hm2。取样时期为越冬期（2017年01月19日），在气温最低时（-8 ℃）当日上午8：00—10：00，选取生长均匀一致且有代表性的植株，取其上部完全展开叶片，用蒸馏水冲洗3次后，滤纸吸干，剪成小段，用锡箔纸包裹后放于液氮罐速冻，置于-80 ℃冰箱保存备用，用于测定叶片叶绿素、脯氨酸和可溶性蛋白等含量；选取20 cm土层的根系进行根系活力测定。

1.3 测定项目与方法

根系活力用TTC法测定，叶绿素含量用丙酮提取法测定，Pro含量用磺基水杨酸提取—茚三酮显色法测定，Pr 含量用考马斯亮蓝法测定，MDA 含量用硫代巴比妥显色法测定，SOD 活性用氮蓝四唑显色法测定，POD活性用愈创木酚显色法测定，每项指标重复3次。

1.4 数据处理

采用DPS©数据处理系统进行差异显著性分析，用Microsoft Excel 2010进行数据处理和图表绘制。

2 结果与分析

2.1 播期对百农207越冬期根系活力的影响

在小麦生长发育过程中，根系活力的强弱与小麦生长状况有密切关系，是植物抗寒性鉴定的重要指标之一。由图1可看出，随着播期推迟，百农207和周麦18越冬期根系活力呈“先升高后下降”趋势，各播期下百农207根系活力均显著高于对照周麦18（P<0.05）。5个播期中，2个小麦品种均以10月15日播期根系活力最强，百农207根系活力较其他播期显著提高（1.86～2.51倍），周麦18根系活力与10月22日差异不显著（P<0.05），但显著高于其他播期（1.04～2.18倍）。百农207在10月08日播期有较高的根系活力，10月22日与10月29日播期根系活力持平，而11月05日播期根系活力显著下降。周麦18在10月15日播期后根系活力下降比较平缓。

图1 不同播期下小麦越冬期根系活力变化Figure 1 Changes of wheat root activity during overwintering period under different sowing dates

2.2 播期对百农207越冬期叶片叶绿素含量的影响

由图2可知，随着播期推迟，2个小麦品种叶片叶绿素含量均呈“先升高后降低”趋势。各播期百农207叶片叶绿素含量均显著高于周麦18（P<0.05），且以10月15日和10月22日播期叶片叶绿素含量较高，分别为1.14 和1.15 mg/g，显著高于其他播期（P< 0.05），而周麦18 以10 月15 日叶片叶绿素含量最高，为0.45 mg/g。

图2 不同播期下小麦越冬期叶片叶绿素含量变化Figure 2 Changes of wheat leaf chlorophyll content during overwintering period under different sowing dates

2.3 播期对百农207越冬期叶片脯氨酸（Pro）含量的影响

脯氨酸是一种小分子的渗透调节物质，植物在遭受不良环境胁迫时会积累大量的脯氨酸，其含量可作为逆境胁迫的生理指标之一。由图3可见，随播期推迟，2个小麦品种叶片Pro含量变化趋势基本一致，大体呈先增后降的趋势。除11月05日播期外，在10月08日至10月29日播期百农207叶片Pro含量均显著高于对照周麦18（P<0.05），百农207以10月15日播期叶片Pro含量最高，显著高于其他播期（P<0.05），而周麦18叶片Pro含量以10月29日播期最高，其次是10月15日播期。

图3 不同播期下小麦越冬期叶片Pro含量变化Figure 3 Changes of wheat leaf proline(Pro)content during overwintering under different sowing dates

2.4 播期对百农207越冬期叶片可溶性蛋白（Pr）含量的影响

植物在生长和发育过程中受到逆境胁迫时，会主动合成并积累大量的蛋白质和与渗透条件有关的小分子物质，以减轻逆境的伤害。很多植物可溶性蛋白质含量与抗寒性密切相关。由图4可见，随播期推迟，2个小麦品种越冬期叶片Pr 含量呈逐渐增加趋势，在11 月05 日播期达到了最高值，且差异达显著水平（P<0.05）。5个播期中百农207叶片Pr含量均显著高于周麦18（P<0.05）。

图4 不同播期下小麦越冬期叶片Pr含量变化Figure 4 Changes of wheat leaf soluble protein(Pr)content during overwintering period under different sowing dates

2.5 播期对百农207越冬期叶片丙二醛（MDA）含量的影响

小麦遭受到低温、高温、盐害和涝渍等逆境时，会引发膜脂的过氧化作用。MDA是植物膜脂过氧化作用的产物之一，其含量高低可作为膜结构损伤程度的一个重要指标。图5显示，2个小麦品种越冬期叶片MDA含量变化趋势不尽一致，随播期推迟，百农207叶片MDA含量呈逐渐增加，周麦18则呈先上升后下降趋势，且百农207叶片MDA 含量均显著低于对照周麦18（P<0.05）。同一品种不同播期叶片MDA 含量差异均达极显著水平（P<0.05），百农207以10月08日和10月15日叶片MDA含量较低，周麦18以10月22日最低，均显著低于其他播期。

图5 不同播期下小麦越冬期叶片MDA含量变化Figure 5 Changes of wheat leaf malondialdehyde(MDA)content during overwintering period under different sowing dates

2.6 播期对百农207越冬期叶片保护酶系统的影响

2.6.1 对叶片超氧化物歧化酶（SOD）活性的影响

图6 不同播期下小麦越冬期叶片SOD含量变化Figure 6 Changes of wheat leaf SOD activity during overwintering period under different sowing dates

2.6.2 对叶片过氧化物酶（POD）活性的影响

POD是定位于植物叶绿体中清除H2O2的重要保护酶类，能够将H2O2分解H2O，从而降低H2O2对植物的毒害作用，其活性与植物抗寒性关系密切。图7显示，随着播期推迟，百农207越冬期叶片POD活性呈“先降后升再降”趋势，而周麦18呈逐渐降低趋势。各播期下百农207叶片POD 活性均高于对照周麦18，且以10月08日和10月29日较高，其次是10月15日和10月22日，11月05日最低。而周麦18叶片POD活性以10月08日播期最高，显著高于其他播期（P<0.05），10月15日和10月22日播期叶片POD活性无明显差异。说明小麦品种百农207在播期较晚（10月29日）时，有较强的自身调节能力，表现为保护酶活性增强，以减轻低温对小麦活性氧代谢的破坏。

图7 不同播期下小麦越冬期叶片POD含量变化Figure 7 Changes of wheat leaf POD activity during overwintering period under different sowing dates

3 讨论与结论

小麦根系是吸收水分和养分的主要器官，其活力高低直接影响着作物的生长发育和产量，越冬期至抽穗期抗寒性强的小麦品种根系活力一直高于抗寒性弱的品种[12-14]。本研究中，随着播期推迟，越冬期2个小麦品种根系活力呈先升高后下降的趋势，各播期下百农207 根系活力均显著高于对照周麦18（P<0.05），2个小麦品种均以10月15日播期根系活力最强，说明百农207抗寒性强于周麦18，10月15日播期有利于增强2个小麦品种的根系活力和抗寒性，提高营养吸收能力，促进植株健壮生长和发育。研究还发现，百农207根系活力在10月08日播期也较高，而周麦18根系活力最低，表明播种早时气温较高，百农207表现出生长发育稳健，周麦18则发育较快，生长过旺，根系活力相对偏低，因此周麦18不能太早播种。

叶色深浅是叶绿素含量的外观表现，叶绿素含量能够反映作物叶片光合性能，可作为越冬期抗寒性选择的一个简单有效指标，低温胁迫下小麦叶片叶绿素含量明显下降[15-16]。本试验结果显示，随着播期推迟，2个小麦品种叶片叶绿素含量均呈先升高后降低趋势，百农207以10月15日和10月22日播期叶片叶绿素含量较高，而周麦18 以10 月15 日最高，各播期下百农207 叶绿素含量均高于周麦18。表明在自然低温胁迫下，播期过早或过晚均会影响小麦叶绿素的合成，叶绿素含量低。田间观察发现，百农207冬前大分蘖多，叶色深绿，越冬抗寒性较好。

脯氨酸与和可溶性蛋白是植物重要的小分子渗透调节物质，是植物抗逆性的重耍指标[17-18]。在逆境下，植物能够积累较多的脯氨酸和可溶性蛋白，增强对不良环境的适应性，有效缓解细胞外结冰后细胞失水，保持了细胞液的流动性，增强膜的稳定性，减少伤害的发生，提高植物的耐寒性[19-22]。本研究中，随播期推迟，2个小麦品种叶片Pro含量大体呈先增后降的趋势，这与张军等[17]研究结果基本一致；而Pr含量呈逐渐增加趋势，这与孙淑欣[23]研究结果相似。试验结果表明，10月08日至10月29日播期下百农207叶片Pro含量和Pr含量均显著高于对照周麦18（P<0.05），说明在低温胁迫下，百农207能够产生更多的低温诱导蛋白，耐寒性优于对照周麦18。

在逆境下，植物遭受伤害时，会发生膜脂过氧化作用，使膜系统受到损伤，引起膜脂过氧化产物MDA积累，MDA可以较好地评判植物对逆境伤害的抵抗力，其含量低的小麦品种细胞膜系统受到逆境胁迫伤害越轻，抗寒性强于含量高的品种[24-25]。本研究发现，随着播期推迟，百农207叶片MDA含量呈逐渐增加趋势，而周麦18呈先上升后下降趋势，且百农207叶片MDA 含量均显著低于对照周麦18（P<0.05），说明早播时百农207较周麦18越冬期细胞膜受到的损伤较少，耐早播能力强。研究还发现，百农207以10月08日和10月15日较低，而周麦18以10月22日最低，说明不同小麦品种应选择适宜的播种时期，降低膜脂过氧化作用，减少细胞膜透性，使细胞膜受伤害程度减轻。

在低温胁迫下植物体内活性氧的形成和清除之间的平衡被打破，活性氧自由基活性氧积累，就会损伤细胞，植物会启动自身保护机制——增强保护酶活性来提高植物的抗寒性，其活性高低在一定程度上能够反映植物抗寒性强弱[17，26]。本试验中，不同播期下，百农207和周麦18越冬期叶片SOD和POD活性均以10月08日播期最高，10月15日和10月22日较高，且百农207叶片SOD和POD活性均高于对照周麦18。究其原因，在10月08日至10月22日播期下，积温较高，百农207冬前生长健壮，根系活力较强，叶绿素含量较高，表现出了更强的耐寒性。综上所述，10月08日至10月15日可作为百农207的适宜播期，周麦18应适当晚播。

在生产实践中，百农207和周麦18虽然同为半冬性类型品种，但是不同品种幼苗生长速度对温度的反应明显不同，在同样温度和积温条件下，周麦18生长速度快，表现为叶色浅、叶片薄，百农207生长稳健，表现为叶色深、叶片厚。因此，在播期偏早的情况下，周麦18冻害严重，百农207冻害轻。多年育种经验和调查表明，周麦18常年叶片冻害程度为3级左右，百农207常年叶片冻害程度为2级左右。由于百农207越冬期抗冻性强，也为春季耐倒春寒奠定了良好基础。