于 晶，孟健男，曾 儼，蒼 晶*，李卓夫

（1.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150030；2.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱 150030）

低溫對植物的傷害表現(xiàn)為冷害和凍害兩種類型，冷害是0℃以上低溫對植物的傷害，包括直接破壞細(xì)胞原生質(zhì)活性的直接傷害和引起細(xì)胞代謝失常的間接傷害，凍害是0℃以下低溫使植物組織內(nèi)結(jié)冰而引起的傷害，包括細(xì)胞內(nèi)結(jié)冰和細(xì)胞間隙結(jié)冰傷害[1]。不同植物種類、同種植物的不同品種對低溫的抗性不同，在可承受的低溫下植物體內(nèi)會發(fā)生許多生理生化變化[2-3]及誘導(dǎo)抗寒基因或抗凍蛋白的形成來適應(yīng)低溫逆境[4-7]，但隨著低溫的不斷下降及低溫時間的延長，植物便會死亡，因此，通過植物受低溫脅迫后恢復(fù)生長的能力（返青率）可以直接來判斷其抗寒能力[8]。

2007年，冬小麥品種東農(nóng)冬麥1號在黑龍江省高寒地區(qū)育成、并通過了品種審定，該品種抗寒性極強(qiáng)，可以在黑龍江省等寒地（最低溫度-30℃）存活，但是，由于黑龍江省不僅冬季嚴(yán)寒、風(fēng)大，而且降雪量年際間不平衡，若雪少則易造成冬季麥苗裸露田間，被風(fēng)吹干而死亡，如果遇秋冬和返青期土壤含水量不適宜（過高或過低），就會在很大程度上影響返青率。為確保東農(nóng)冬麥1號能夠安全越冬，有必要對其土壤含水量和低溫雙重逆境脅迫進(jìn)行綜合深入研究。目前對東農(nóng)冬麥1號的研究主要集中在對低溫的抗性上[9-11]，對不同脅迫之間的相互關(guān)系以及交叉適應(yīng)的機(jī)制還所知甚少。本研究通過比較不同抗寒品種東農(nóng)冬麥1號、濟(jì)麥22（對照）品種在不同土壤含水量及低溫逆境脅迫下返青率的情況，探討植物對不同脅迫交叉適應(yīng)的可能機(jī)制，確定春季田間最適返青的土壤含水量，為指導(dǎo)大田冬小麥封凍前及春季返青前澆灌提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與種植

供試冬小麥材料為東農(nóng)冬麥1號（D）和濟(jì)麥22（J），由東北農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥育種室提供。種子精選后于2008年9月9日室外盆栽播種，盆栽用土取自東北農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)田，黑土。播深5 cm，株距1 cm，坐水種植，施基肥量與正常大田常規(guī)種植一致。盆栽材料3種土壤含水量（30%～35%，25%～30%，20%～25%）處理，每個處理10盆。3 d測定一次土壤（分蘗節(jié)附近）含水量，使土壤水分一直保持在上述3個含量范圍內(nèi)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 幼苗外部形態(tài)及生長習(xí)性

越冬期不同溫度下觀察幼苗外部形態(tài)，并對試驗(yàn)材料的幼苗生長習(xí)性進(jìn)行目測評定。

1.2.2 返青率調(diào)查

分別記錄小麥盆栽材料越冬期溫度穩(wěn)定5 d降至-10～-15℃、-15～-20℃、-20～-25℃和-25～-30℃后，在晝夜溫度15℃/10℃恢復(fù)培養(yǎng)及次年春季緩慢升溫時的盆栽返青率，并以同時期大田種植材料的返青率為參照。

1.2.3 數(shù)據(jù)記錄及統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003完成數(shù)據(jù)處理，DPS 3.01軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 麥苗外部形態(tài)及生長習(xí)性

小麥抗寒性與麥苗的生長狀態(tài)有關(guān)。匍匐型（葉片全部匍匐于地面）是抗寒性強(qiáng)的類型；半匍匐型（葉片尖端與地面接觸，葉身離開地面）具有中等抗寒性；半直立型（葉片全部離開地面，但不完全直立）具有較弱的抗寒性；直立型（葉片全部直立）是抗寒性弱的類型。兩個冬小麥品種越冬期生長狀態(tài)有很大的差異。東農(nóng)冬麥1號葉片全部匍匐于地面，濟(jì)麥22葉片尖部著地，葉身直立（見圖版Ⅰ）。兩個品種均2～3個分蘗，在低溫-10～-15℃時，葉片均呈深綠色，兩者直觀上無差異；在低溫-15～-20℃時東農(nóng)冬麥1號葉片僅葉尖部略黃，而濟(jì)麥22葉片明顯黃化；在低溫-20～-25℃及-25～-30℃時東農(nóng)冬麥1號僅葉片尖端干枯，而濟(jì)麥22葉片幾乎全部黃枯。

2.2 返青率

在氣溫連續(xù)5 d通過-10～-15℃、-15～-20℃、-20～-25℃及-25～-30℃時，分別將室外盆栽材料轉(zhuǎn)移至室內(nèi)（15℃/10℃）恢復(fù)培養(yǎng)，調(diào)查返青情況，并于次年春季調(diào)查緩慢升溫的盆栽及大田返青率（見表1）?；謴?fù)生長15 d后的麥苗狀態(tài)見圖版Ⅱ～Ⅳ。

圖版Ⅰ 越冬期東農(nóng)冬麥1號（D）與濟(jì)麥22（J）麥苗生長狀態(tài)PlateⅠ Wheat growth state of Dongnongdongmai1 and Jimai22 in wintering

表1 東農(nóng)冬麥1號與濟(jì)麥22的返青率Table1 Overwinter survival rate of Dongnongdongmai1 and Jimai22

圖版Ⅱ 東農(nóng)冬麥1號（D）與濟(jì)麥22（J）恢復(fù)生長15 d的麥苗狀態(tài)（-10～-15℃）PlateⅡ Wheat state of Dongnongdongmai1 and Jimai22 after recovery growth 15 d(-10～-15℃)

圖版 Ⅲ 東農(nóng)冬麥1號（D）與濟(jì)麥22（J）恢復(fù)生長15 d的麥苗狀態(tài)（-15～-20℃）PlateⅢ Wheat state of Dongnongdongmai1 and Jimai22 after recovery growth 15 d(-15～-20℃)

圖版 Ⅳ 東農(nóng)冬麥1號（D）與濟(jì)麥22（J）恢復(fù)生長15 d的麥苗狀態(tài)（-20～-25℃及-25～-30℃）PlateⅣ Wheat state of Dongnongdongmai1 and Jimai22 after recovery growth 15 d(-20～-25℃and-25～-30℃)

-10～-15℃低溫后的麥苗在晝夜15℃/10℃溫度下恢復(fù)生長15 d時，兩個材料均已返青，不同的土壤含水量麥苗返青情況有很大差異。土壤含水量高，返青苗長勢弱，濟(jì)麥22爛根極為嚴(yán)重，存活率低；土壤含水量正?；蚱蜁r，返青麥苗長勢好，根壯葉茂（見圖版V-a）。從整體來看，東農(nóng)冬麥1號的長勢在3種土壤含水量下均好于濟(jì)麥22（見圖版Ⅱ）。-15～-20℃低溫后的麥苗在15℃/10℃溫度下恢復(fù)生長15 d時，不論土壤含水量高低，濟(jì)麥22均爛根，無一返青，而東農(nóng)冬麥1號在含水量適中及偏低時能夠返青，且低含水量處理的返青率高于適中含水量處理（見圖版Ⅲ），其根系生長旺盛（見圖版V-b），但地上部分長勢比-10～-15℃降溫下生長的麥苗慢。

-20～-25℃及-25～-30℃低溫后的麥苗在15℃/10℃溫度下恢復(fù)生長15 d時東農(nóng)冬麥1號和濟(jì)麥22均未返青（見圖版Ⅳ），且各含水量處理的濟(jì)麥22均爛根，而東農(nóng)冬麥1號無爛根現(xiàn)象（見圖版V-c），約30 d后東農(nóng)冬麥1號開始返青。麥苗越過冬季后，在次年春季緩慢升溫條件下，濟(jì)麥22均未返青，東農(nóng)冬麥1號正常返青。試驗(yàn)表明，小麥越冬期經(jīng)同樣低溫后，經(jīng)緩慢升溫過程的返青率要顯著高于突然增至高溫的返青率；隨著溫度的降低，返青時間逐漸延長，返青率下降。綜上所述，無論土壤含水量在什么范圍內(nèi)，濟(jì)麥22越冬的極限溫度都在-15℃左右，而東農(nóng)冬麥1號在-30℃左右的越冬條件下仍可以正常返青。相關(guān)性分析表明，溫度與返青率呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.91；土壤含水量與返青率呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.18。

圖版V 不同溫度及不同含水量下東農(nóng)冬麥1號（D）與濟(jì)麥22（J）的比較PlateV Comparison of Dongnongdongmai1 and Jimai22 in different temperature and different soil moisture

3 討論與結(jié)論

小麥能否安全越冬主要取決于品種（即基因型）的抗寒性，但也受外界環(huán)境及栽培措施等其他因素影響。對于同一小麥品種來說，抗寒性與其播期、播量及播深有關(guān)，還與光照、溫度、土質(zhì)和墑情、肥料的施用種類及多少有關(guān)[12]。小麥品種的抗寒性可通過直接目測越冬期小麥形態(tài)而初步測定，即抗寒性強(qiáng)的品種植株匍匐于地面生長，抗寒性弱的品種植株直立于地面生長；也可以通過第二年返青情況直接判定，即經(jīng)過嚴(yán)冬后存活的小麥比例多少。本試驗(yàn)通過外部形態(tài)及返青率同時證實(shí)了東農(nóng)冬麥1號的抗寒性極強(qiáng)，濟(jì)麥22的抗寒性中等，兩種方法互相驗(yàn)證，結(jié)果非常可靠。土壤含水量影響小麥的返青率。目前，對麥田含水量與小麥抗寒性關(guān)系的研究尚不系統(tǒng)。本試驗(yàn)通過盆栽控制土壤含水量的方法初步證明：土壤水分超過30%會導(dǎo)致返青期的小麥嚴(yán)重爛根；土壤含水量中等（25%左右）或偏低（20%左右），有利于小麥返青，根系生長旺盛；但土壤水分偏低時，麥苗長勢弱于土壤含水量中等時的情況；但土壤含水量過低，則麥苗會旱死。至于土壤水分含量低到什么程度會導(dǎo)致小麥不能返青，還需進(jìn)一步研究。此外，小麥在越冬期經(jīng)歷的溫度不同對返青的影響也很大。本試驗(yàn)通過土壤含水量與溫度的聯(lián)合分析表明，在不同土壤含水量下，小麥越冬后的返青率均隨溫度的不斷降低而逐漸下降，且返青時間相應(yīng)延長。關(guān)于小麥返青的土壤臨界水分、氣溫以及它們之間的關(guān)系正在進(jìn)一步探討。

[1]李合生.現(xiàn)代植物生理學(xué)[M].2版.北京:高等教育出版社,2006.

[2]Gana J A,Sutton F,Kenefick D G.cDNA structure and expression patterns of a low-temperature-specific wheat gene tacr7[J].Plant Mol Biol,1997,34:643-650.

[3]Minami A,Nagao M,Ikegami K,et al.Cold acclimation in bryophytes:low-temperature-induced freezing tolerance in Physcomitrella patens is associated with increases in expression levels of stress-related genes but not with increase in level of endogenous abscisic acid[J].Planta,2005,220:414-423.

[4]Cabane M,Calvet P,Vincens P,et al.Characterization of chillingacclimation-related proteins in soybean and identification of one as amember of the heat shock protein HSP70 family[J].Planta,1993,190(3):346-353.

[5]Guy C L,Haskell D.Detection of polypeptides associated with the cold acclimation process in spinach[J].Electophoresis,1988,9(11):787-796.

[6]Meza-Basso L,Alberdi M,Raynal M,et al.Changes in protein synthesis in rapeseed(Brassica napus)seedling during a low temperature treatment[J].Plant Physiol,1986,82(3):733-738.

[7]李曉毓.低溫脅迫下菊花蛋白質(zhì)組的雙向電泳分析及質(zhì)譜鑒定[D].貴陽:貴州大學(xué),2006.

[8]王靜,魏小紅,龍瑞軍.植物抗寒機(jī)制的研究方法與進(jìn)展[J].甘肅科技縱橫,2004,33(6):72-73.

[9]王曉楠,付連雙,李卓夫,等.低溫馴化及封凍后不同抗寒性小麥品種的形態(tài)建成及生理基礎(chǔ)分析[J].作物學(xué)報(bào),2009,35(7):1313-1319.

[10]于晶,張林,蒼晶,等.不同抗寒性冬小麥分蘗節(jié)低溫誘導(dǎo)蛋白比較研究[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2009,20(5):1092-1098.

[11]于晶,張林,崔紅,等.高寒地區(qū)冬小麥東農(nóng)冬麥1號越冬前的生理生化特性[J].作物學(xué)報(bào),2008,34(11):2019-2025.

[12]于晶,張林,蒼晶,等.冬小麥抗寒性研究進(jìn)展[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,39(11):123-127.