外源活性物质对小麦苗期抗逆性的影响

武 迪，张 锋,2，隋春莹，师君慧，万雪洁，刘义国，韩 伟，师长海

（1青岛农业大学农学院，山东省旱作农业技术重点实验室，山东 青岛 266109；2中国科学院东北地理与农业生态研究所，长春 130102；3山东省农业技术推广中心，济南 250100）

0 引言

土壤盐渍化是限制中国耕地利用、影响作物产量的重要因素之一。当前中国约有3670万hm2盐碱地，加之不合理利用土地使得土壤盐渍化的面积趋于增加，土壤盐渍化将会造成作物严重减产[1]，因此，开发利用盐碱土的生产潜力越发重要。土壤中盐分主要以渗透和离子效应等方式影响出苗，造成细胞难以进行正常的生理代谢，从而导致植物出苗缓慢，长势弱，直接造成作物减产[2]。通过施加外源物质以提高作物的抗逆性是一种行之有效的途径。

棉花黄萎菌-大丽花轮枝孢(Verticillium dahliae)Asp f2类蛋白(VDAL)为大丽花轮枝孢的外泌蛋白，是烟曲霉(Aspergillus fumigatus)f2类锌离子结合蛋白[3]，可以通过生物发酵工艺，将棉花黄萎病Vd146菌系VDAL146蛋白制备成蛋白干粉获得[4]。VDAL作为一种免疫激活蛋白，能够大幅调控细胞分裂素、茉莉酸及油菜素内酯等八种激素信号途径中的关键基因，可与植物胞内E3连接酶直接互作并激活PTI（胞外）及ETI（胞内）免疫反应，提高作物对逆境及病害的免疫能力[5-8]。

海藻寡糖(algal oligosaccharides,AOS)是由海藻酸钠降解而来的一类聚合度为2 ～10的小分子化合物，可以有效的促进植物生长，提高植物的抗逆能力[9]。Liu等[10]的研究表明，叶面喷施海藻寡糖能够增加番茄叶片脯氨酸和可溶性糖的含量，降低丙二醛(MDA)的积累，增强相关酶的活性，以此来提高番茄的抗旱性。海藻寡糖也可以通过诱导抗氧化酶活性的提高，维持氧自由基的产生和消除平衡，减少膜脂过氧化产物MDA的产生，细胞膜的生物功能能够得到有效的保护[11]。王晨霞等[12]发现，利用AOS浸种处理玉米，促进了盐胁迫条件下玉米种子的萌发和根的生长，提高其耐盐能力。同样，汪有元等[13]研究表明，利用海藻酸钾处理棉籽，在盐胁迫条件下，可以促进棉花幼苗根的生长。

小麦是中国重要的粮食作物，也是滨海中轻度盐碱土壤上重要的栽培作物之一。出苗期至分蘖期是冬小麦一生中的重要生育阶段，对盐胁地小麦建成合理群体，保证产量稳定具有重要意义。为探究VDAL和AOS对缓解小麦苗期盐胁迫的效应及其机理，本试验采用盐碱土盆栽法，研究VDAL和AOS拌种对盐碱土冬小麦形态特性和生理特性的影响，以期为盐碱地小麦生产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验供试品种为‘青麦6号’。分别以大丽轮枝孢Asp f2类蛋白溶液(0.8%，VDAL)、海藻寡糖(0.1%，AOS)和蒸馏水50 mL(CK)浸润300 g精选的小麦种子，搅拌均匀，室温下放置6 h后播种。

试验在防雨棚内开展，采用种植箱土培法，将拌种后的小麦种子等倍行距(8 cm)播种于规格相同的白色塑料种植箱(60 cm×54 cm×44cm)中，种植箱中按照30 g/m³混拌尿素做基肥，每处理3个种植箱重复，播种后浇等量清水，至箱土充分湿润。栽培土取自东营黄河三角洲小麦-玉米轮作体系农田的耕层，土壤含盐量为3.2‰，有机质11.6 g/kg、全氮1.26 g/kg、碱解氮91.62mg/kg、有效磷5.93mg/kg、速效钾212.05mg/kg、pH 8.24。于小麦三叶一心期取样，测定形态及生理指标。

1.2 指标测定方法

三叶一心期时每种植箱挖取连续的20株，用蒸馏水冲洗干净，10株用于测定形态指标。另外10株，分为地上部（叶）和地下部（根），放在105℃烘箱内杀青30 min，之后于80℃下烘干至恒重，称取干重，计算根冠比。

光合色素含量采用95%乙醇研磨浸提法；丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定；可溶性糖采用蒽酮比色法测定；脯氨酸积累量采用水合茚三酮显色法测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性采用氮蓝四唑光还原法测定；过氧化物酶(POD)活性测定采用愈创木酚法测定[14]。

1.3 数据统计与分析

使用Excel 2016软件进行数据整理，使用DPS7.05软件对所得数据进行方差分析和Duncan新复极差法多重比较(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 VDAL和AOS拌种对盐碱土小麦生物量的影响

与CK相比，VDAL和AOS拌种处理的株高分别增加了23.7%和21.2%，且差异显著，VDAL和AOS拌种明显改善了小麦幼苗生长；与CK相比，VDAL和AOS处理，均能显著增加叶片和根系干重，其中，VDAL和AOS拌种处理的叶干重分别较对照增加36.4%和42.4%；而且VDAL和AOS拌种的小麦苗期根冠比显著高于对照（表1）。

表1 拌种处理对小麦苗期生物量的影响

2.2 VDAL和AOS拌种对盐碱土小麦光合色素含量的影响

由表2可见，VDAL和AOS拌种处理对盐胁迫下小麦叶片的叶绿素b和叶绿素a/b值没有显著影响；而AOS拌种处理的叶绿素a、叶绿素a+b和类胡萝卜素含量分别对照高55.9%、14.6%和33.2%，且差异显著；VDAL的上述指标与对照间无差异。

表2 拌种处理对小麦苗期叶片叶绿素含量的影响

2.3 VDAL和AOS拌种对盐碱土小麦苗期叶片丙二醛及渗透调节物含量的影响

丙二醛是细胞质膜过氧化的产物，可以指示胁迫条件下植物受伤害的程度[15]。对照处理的麦苗MDA含量分别较VDAL和AOS拌种处理的高132.3%和74.5%，且差异显著；两个拌种处理相比较，AOS拌种处理的MDA含量显著高于VDAL拌种处理（图1）。

图1 拌种处理对盐胁迫小麦苗期丙二醛含量的影响

植物在遇到逆境胁迫时会积累渗透调节物质，降低细胞渗透势，从而提高抵御逆境的能力[11]。VDAL拌种处理较对照显著增加了小麦Pro含量，而AOS拌种处理对小麦Pro含量没有影响；VDAL和AOS拌种处理小麦叶片的可溶性糖含量分别比对照增加了25.9%和33.8%，且差异显著。VDAL与AOS拌种处理间的脯氨酸和可溶性糖含量差异均不显著（图2）。

图2 拌种处理对盐胁迫小麦苗期叶片脯氨酸(a)及可溶性糖(b)含量的影响

2.4 VDAL和AOS拌种对盐碱土小麦苗期抗氧化酶活性的影响

在逆境胁迫下，为了清除体内的氧自由基，植物可以通过提高体内的抗氧化酶活性来维持活性氧平衡，减少氧化损伤[11]。与对照相比，VDAL和AOS拌种处理对盐胁迫下小麦的SOD酶活性没有显著影响；而VDAL和AOS拌种处理小麦的POD活性分别较对照高29.5%和33.9%，且差异均显著。VDAL和AOS拌种处理间的SOD和POD活性无差异（图3）。

图3 拌种处理对小麦SOD酶活性(a)和POD酶活性(b)的影响

3 讨论

在小麦出苗至分蘖期受盐胁迫导致出苗率低，分蘖少，最终导致后期群体不足是盐碱地小麦产量低的重要因素之一。研究提高小麦苗期耐盐能力的方法，对盐碱地小麦生产具有实际指导意义。

3.1 VDAL和AOS拌种对盐胁迫下小麦生长发育的影响

盐胁迫会对植物产生一定的影响，特别当盐胁迫程度加大时，会抑制植物的生长，植物生长指标的变化可以反应耐盐能力的程度[16]。作物幼苗的形态建成，关系着后期作物的生长发育和最终产量。大量研究表明，施加外源物质可以提高植物的抗逆能力。翁亚伟等研究表明在盐胁迫下，小麦的苗长显著降低[17]，而张倩等发现，喷施水杨酸可以缓解盐胁迫对小麦生长的抑制作用[18]。海藻寡糖作为一种功能性寡糖，可以提高玉米幼苗的耐盐能力，促进玉米幼苗的生长[19]。本研究表明，利用VDAL和AOS拌种处理，显著增加了小麦的株高。生物量是植物应对外界环境变化的直接指标[20]。丁顺华等发现，海藻寡糖可以显著提高盐胁迫下小麦幼苗鲜重[21]。在本研究中，VDAL和AOS拌种均可显著提高小麦叶片和根系的干重，同时根冠比也显著提高，这说明VDAL和AOS缓解了盐胁迫对小麦根系的伤害，促进小麦生长提高了根冠比，这与张倩等的研究结果相似[18]。

叶绿素植物进行光合作用时的主要色素，而盐胁迫会对叶绿体微结构产生损伤，导致光合色素含量减少，从而影响植物光合作用正常进行，最终导致植物不正常生长，严重时导致死亡[23-24]。植物免疫激活蛋白能够诱导产生植物信号转导物质，激活植物进行信号传递途径，提高植物自身防卫系统和生长发育系统，提高自身抗逆性，促进光合作用[7]。VDAL作为一种植物免疫激蛋白，在本试验中对盐胁迫下小麦叶片的光合色素没有显著的提高作用，与上述研究的不一致，这可能与VDAL施用方式及施加浓度有关。本试验中，在盐胁迫条件下，利用AOS拌种处理可以显著提高小麦的叶绿素a，叶绿素a+b及类胡萝卜素含量，这与Craigie等[25]的研究结果相似，他们认为施加海藻寡糖可以显著提高小麦功能叶叶绿素含量和净光合速率，提高小麦的抗逆性。

3.2 VDAL和AOS拌种对盐胁迫下小麦抗逆生理的影响

丙二醛含量的高低反映作物细胞膜结构的损毁程度及抗氧化能力，可以指示植物的受胁迫程度[26]。本研究中，对照的丙二醛含量显著低于VDAL和AOS拌种处理，表明研究条件下的盆土含盐量对小麦造成了伤害，导致了质膜氧化伤害，而2个拌种处理对缓解这种损伤起到了作用，且VDAL的效果要优于海藻寡糖。

植物在遭受逆境胁迫时，可以通过体内脯氨酸、可溶性蛋白累积，提高细胞原生质浓度，降低细胞渗透势，提高细胞保水能力，维持原生质浓度的相对平衡，来缓解逆境胁迫[10,27]。在本研究盐胁迫下，海藻寡糖拌种提高了小麦Pro的含量，而VDAL拌种促进了小麦苗体内可溶性糖和脯氨酸的产生与积累，由此推断，它们的积累有效的促进了细胞吸水，是缓解渗透胁迫危害的途径之一，这与在玉米上研究结果相似[19]。

在受到胁迫时，植物体内的氧自由基提高，会导致离子比例和稳态失衡，细胞膜膜脂过氧化程度加剧，抑制多种生理代谢过程，对植物造成损害[11]，而这些自由基主要依靠植物体内的抗氧化酶系统（SOD、POD等）来清除。在低温胁迫条件下，外源海藻寡糖可以提高玉米幼苗根系内的抗氧化酶活性[28]。而喷施VDAL可以提高作物抗氧化酶活性，增强抗旱能力，提高作物品质[29]。本研究中，施用VDAL和AOS拌种，可以显著提高小麦POD活性，这可能是本研究条件下小麦减轻胁迫伤害的另一个途径。这与丁顺华等的研究结果不同，他们发现海藻寡糖能提高处于盐胁迫下小麦幼苗的SOD活性[21]，这可能与试验材料和海藻寡糖的施用方式的差异有关。

本研究中外源活性物质是通过拌种的方式应用到盐碱地小麦种植过程，小麦生育后期施用的效果还需要通过叶面喷施或者根施的方式进一步验证。本研究盆栽所用土壤来自黄河入海口区域农田，其盐碱成分与其他地区盐碱地存在差异，因此，本研究的结果对黄河三角洲盐碱地有指导意义，其他区域可以参照本研究结果做进一步研究。

4 结论

在盐胁迫条件下，VDAL和AOS拌种可以缓解盐胁迫对小麦根系的伤害，促进地上部伸长，分别使麦苗茎叶干重提高36.4%和42.4%。VDAL和AOS可能通过稳定光合色素含量，促进脯氨酸和可溶性糖积累，提高POD活性（分别较对照高29.5%和33.9%）来缓解盐胁迫，提高麦苗耐盐性。因此，在黄河三角洲小麦种植中，可以使用VDAL和AOS拌种。