硒对郑麦366雌雄蕊原基分化期抗倒春寒能力的影响

王永锋，李歌星，赵新亮，刘明久，张自阳*

(1.原阳县农业农村局，河南原阳 453500；2.河南科技学院，河南新乡453003)

硒是动植物生长发育所必需的营养元素，已有研究表明，硒对植物的生长发育具有多种生理效应影响，适量的硒可以清除植物体内过量自由基，在一定程度上硒能够缓解植物因遭受胁迫造成的损伤，研究证明硒增强了植株自身的抗氧化能力，从而提高植株的抗逆境和抗衰老的能力，保证植株的正常生长。

春季低温(倒春寒)是影响黄淮及长江中下游冬小麦生产的主要气象灾害之一。近年来，春季低温灾害频发。1981—2019年的28年间，我国小麦主产区共发生14次晚春寒流，频率高达50%。春季，从雄蕊原基分化期到花药分离期的幼穗发育对低温敏感，这时如果出现倒春寒，将直接导致小麦幼穗畸形，小花发育受阻，小麦穗粒数下降，从而导致小麦产量严重下降。而近年来随着全球气候的变化异常，极端温度事件频频发生，小麦在生育期内遭遇倒春寒的可能性也由此增大。倒春寒已经成为限制河南小麦产量及品质的重要因素。倒春寒具有随机性和不可预测性，使得农艺预防措施和补救方法很难跟上，容易对小麦产量造成不可逆转的损失。

研究表明，硒提高了小麦幼苗的抗旱性，促进了小麦种子萌发，但用硒元素用于研究倒春寒的报道较少。鉴于此，笔者为探讨不同浓度的硒溶液对小麦抗倒春寒能力的影响，以盆栽低温敏感型小麦品种郑麦366为试验材料，分别用0、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2.4 mg/L的亚硒酸钠溶液喷施雌雄蕊原基分化期的郑麦366幼苗，3 d后将各处理材料放入人工气候室0 ℃低温胁迫处理36 h，测定各处理中郑麦366叶片的抗氧化酶活性及丙二醛含量，成熟期调查结实性，以期为硒元素对小麦抗春季低温胁迫的研究提供理论参考。

1 材料与方法

试验材料为郑麦366，由河南科技学院作物遗传育种实验室提供。

试验材料的准备。准备郑麦366品种的种子，在小麦播种期将其稀播于塑料盆中，编号挂牌，待出苗后定期浇水，将其放于室外使保持在自然条件下生长。

不同浓度亚硒酸钠处理。翌年春注意观察小麦分化情况，在拔节后取小麦分蘖，用解剖针剥离正在分化的幼穗，在解剖镜下观察其分化情况，待小麦发育至雌雄蕊原基分化期分别喷施0 mg/L(低温处理对照)、0.3、0.6、0.9、1.2、1.5、2.4 mg/L的亚硒酸钠溶液于叶片上，连续喷施2次，使其充分吸收3 d，然后将喷施亚硒酸钠的小麦盆钵放入智能人工气候室，进行低温胁迫处理。常温对照处理(CK)仍放室外，不予低温胁迫。

低温胁迫处理。将各重复小麦放入预先调好的智能人工气候室中低温胁迫(白天：0 ℃，12 h，湿度70%；黑夜：0 ℃，12 h，湿度75%)处理36 h后取出，放回室外，一部分取处理的小麦倒二叶，液氮速冻，然后放入超低温冰箱中保存，另外一部分调查自交结实率。

抗氧化酶活性的测定。低温处理的叶片用北京索莱宝科技有限公司生产的试剂盒测定过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性。

丙二醛(MDA)含量的测定。用北京索莱宝科技有限公司生产的MDA试剂盒进行丙二醛含量的测定。

结实性测定。定期对室外小麦进行浇水，观察小麦麦穗生长情况，待其灌浆20 d左右，取各处理中小麦麦穗的结实情况，以其作为经亚硒酸钠处理后低温胁迫下郑麦366的结实性。

用Excel 2016和DPS软件对试验数据进行统计分析；采用Duncan氏新复极差法对数据进行多重比较。

2 结果与分析

与常温对照相比，郑麦366低温处理后结实性显著降低(图1)，说明倒春寒胁迫严重影响了郑麦366的结实性。由图1、2可知，经过36 h的低温胁迫后，郑麦366的结实性因亚硒酸钠溶液处理浓度的不同而有所差异，整体呈先升高再降低的趋势，其中0.9 mg/L处理下结实性最高，平均每穗达到20粒，与低温胁迫相比其结实性提高到了正常结实性的55.56%。其次是1.2、0.6 mg/L浓度处理，再次是1.5、0.3和2.4 mg/L浓度处理。经亚硒酸钠溶液处理后以上处理的结实性均高于0 mg/L浓度处理，说明经亚硒酸钠溶液处理后提高了郑麦366抗低温胁迫的能力，且0.9 mg/L浓度处理对提高小麦结实性表现最佳。

图1 不同浓度亚硒酸钠溶液处理郑麦366穗子结实表型特征Fig.1 Phenotypic characteristics of grain setting of Zhengmai 366 ears treated with different concentrations of sodium selenite solution

注：CK为未进行低温胁迫和亚硒酸钠溶液处理Note:CK was treatment without low temperature stress and sodium selenite solution图2 不同浓度亚硒酸钠处理对低温胁迫下郑麦366结实性的影响Fig.2 Effects of different concentrations of sodium selenite treatment on seed setting of Zhengmai 366 under low temperature stress

CAT能够清除植物受到胁迫时产生的HO，其活性常与植物的抗逆性相关。喷施亚硒酸钠溶液对郑麦366叶片中CAT活性的影响因处理浓度的不同而变化。由图3可知，低温胁迫后不同浓度的亚硒酸钠处理下郑麦366叶片中CAT活性变化幅度变化明显，CAT活性整体呈现先上升后下降的趋势。经低温胁迫36 h后，0.9 mg/L的亚硒酸钠溶液处理与其他浓度处理间差异显著，除0与0.3 mg/L浓度处理、1.2与1.5 mg/L以及0与2.4 mg/L处理间差异不显著外，其他各处理间在0.05水平均差异显著，且在0.9 mg/L浓度处理下叶片中过氧化氢酶活性最高。

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 图3 不同浓度亚硒酸钠处理对郑麦366过氧化氢酶(CAT)活性的影响Fig.3 Effects of different concentrations of sodium selenite on CAT activity of Zhengmai 366

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 图4 不同浓度亚硒酸钠处理对郑麦366叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性的影响Fig.4 Effects of different concentrations of sodium selenite on superoxide dismutase(SOD)activity in Zhengmai 366 leaves

过氧化物酶(POD)是在逆境条件下植物体内酶促防御系统的关键酶之一，它与过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)相互协调配合，能够清除植物体内过剩的自由基，使植物体内自由基维持在正常的动态水平，从而提高植物的抗逆性。由图5可知，低温胁迫后不同浓度的亚硒酸钠处理POD活性变化明显，整体呈降低、升高再降低的趋势，在0.9 mg/L的浓度处理下的郑麦366叶片中所含过氧化物酶含量明显最高，并且与其余各浓度处理间在0.05水平差异显著。

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 图5 不同浓度亚硒酸钠处理对郑麦366叶片过氧化物酶(POD)活性的影响Fig.5 Effects of different concentrations of sodium selenite on POD activity in Zhengmai 366 leaves

抗坏血酸过氧化物酶(APX)是植物体内，尤其是叶绿体中清除HO的关键酶，植物体内APX的活性升高有利于植株内HO的清除。由图6可知，经亚硒酸钠溶液处理后，随着处理浓度的增大，APX的活性呈现先增高再降低再升高的趋势，分别为0.28、0.50、1.02、1.21、0.60、0.79、0.81 U/g。其中，0.9 mg/L浓度处理下APX的活性最高，为1.21 U/g，并与其余各浓度处理间差异显著，说明该浓度处理清除植物体内HO能力较强，进而可提高植株抗寒能力。

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 图6 不同浓度亚硒酸钠处理对郑麦366叶片抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的影响Fig.6 Effects of different concentrations of sodium selenite on the activity of APX in Zhengmai 366 leaves

丙二醛(MDA)是膜脂过氧化终产物，是膜系统受伤害程度的重要标志之一，其含量越高，细胞膜系统经逆境胁迫后所造成的损伤程度就越严重，MDA含量与植物耐寒性呈负相关关系。由图7可知，经低温胁迫后，各处理间丙二醛含量变化明显，其中0和0.3 mg/L浓度处理、0.6和1.5 mg/L浓度处理、1.2和1.5 mg/L浓度处理差异不显著，其余各处理间均差异显著，且0.9 mg/L处理的丙二醛含量最低。

注：不同小写字母表示在0.05水平差异显著Note：Different lowercases in the same column indicated significant differences at 0.05 level 图7 不同浓度亚硒酸钠处理对郑麦366叶片丙二醛(MDA)含量的影响Fig.7 Effects of different concentrations of sodium selenite on MDA content in Zhengmai 366 leaves

3 结论与讨论

冬小麦在春季遇倒春寒会降低小麦的有效穗数和穗粒数，最终影响其产量。在该研究中，经低温胁迫后郑麦366品种的结实率显著降低。说明雌雄蕊原基分化期是郑麦366的低温敏感时期，该期若遇到0 ℃低温会造成郑麦366的严重减产。该研究结果表明，雌雄蕊原基分化期的郑麦366喷施亚硒酸钠溶液再进行低温胁迫，其结实性能够得到一定程度的恢复，效果因喷施浓度的不同而差异明显，其中0.9 mg/L浓度处理郑麦366的结实性最高，与对照处理比较其结实性能提高到55.56%。

该试验中0 mg/L浓度处理在0 ℃低温胁迫36 h导致结实性非常低，这可能是由于0 ℃低温胁迫36 h对小麦幼穗冻害影响较大，经亚硒酸钠溶液处理后结实性虽得到一定的恢复，0.9 mg/L亚硒酸钠溶液喷施后低温处理结实性恢复最高，达到对照的55.56%，而大田试验中连续遭遇0 ℃低温胁迫36 h的情况不常遇见，喷施0.9 mg/L亚硒酸钠溶液可能使幼穗冻害恢复能力会更好，在今后的研究中还需进一步验证和完善。

CAT与超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、抗坏血酸酶(APX)被称为抗氧化酶保护系统。低温逆境条件下的植物机体内会发生一系列生理生化的变化，其中活性氧含量的积累被认为是植物受冷害胁迫的重要原因。植物体内的抗氧化酶系统能够清除机体内的活性氧，可以抵御因活性氧的积累对植物带来的损害，从而提高植物抵抗逆境胁迫的能力。

该研究结果显示，与低温对照相比，低温胁迫下亚硒酸钠溶液处理提高了雌雄蕊原基分化期郑麦366叶片中CAT、SOD、POD、APX的含量，0.9 mg/L处理抗氧化酶活性显著高于低温处理，说明喷施亚硒酸钠溶液提高了郑麦366抵抗低温胁迫的能力。这与硒对低温胁迫下的铁皮石斛、草莓和马铃薯植物具有一定缓解效应的结论一致。

研究表明，硒缓解了低温对黄瓜的伤害，MDA含量与植物耐寒性呈负相关关系。低温胁迫下MDA含量越低说明植物抗低温能力越强。该研究结果表明，喷施亚硒酸钠的郑麦366在低温胁迫后丙二醛含量呈先降低再升高的趋势。0.9 mg/L处理下郑麦366丙二醛含量浓度最低，显著低于其他处理。结合0.9 mg/L处理下郑麦366的抗氧化酶活性可以看出，硒元素提高了郑麦366在低温胁迫下体内抗氧化酶活性，降低了MDA含量，缓解了低温胁迫的伤害，提高了小麦植株抵抗低温冻害的能力，从而提高植株产量。