孫常青 ，屈 非 ，王 晉 ，韻曉冬 ，孫 麗 ，郭志利

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031；2.太原學(xué)院外語(yǔ)系，山西太原030012）

水資源短缺已成為世界性危機(jī)，嚴(yán)重限制著作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量[1-2]，全球氣候變化更是加劇了這一情況的發(fā)生[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，世界上有50多個(gè)國(guó)家、地區(qū)以及43%的耕地處于干旱半干旱區(qū)[4]，而我國(guó)干旱半干旱耕地面積大約占總耕地面積的51%，每年有將近250萬(wàn)hm2耕地受到不同程度干旱的影響[5]。在有限的水資源條件下，人們尋求各種方法來(lái)緩解由干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的影響。

小麥（Triticum aestivumL.）是世界上最主要的糧食作物之一，在我國(guó)其栽培面積占到禾谷類作物的30%左右，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位，其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展直接關(guān)系到糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定[6-8]，因此，其抗旱資源的研究也更加具有現(xiàn)實(shí)意義。在有限的水分條件下，選育抗旱性強(qiáng)、高水分利用率及高產(chǎn)的品種，是提高干旱地區(qū)作物產(chǎn)量的主要途徑[9]。水分脅迫是小麥最常見(jiàn)的脅迫之一，嚴(yán)重限制植物的生長(zhǎng)并影響作物的產(chǎn)量、形態(tài)、生理和生化過(guò)程[10]。

近年來(lái)，很多學(xué)者就水分脅迫與植物抗旱生理進(jìn)行了廣泛研究。電導(dǎo)率是反映植株細(xì)胞電解質(zhì)滲透率的指標(biāo)，丙二醛含量是反映膜脂過(guò)氧化作用強(qiáng)弱的重要指標(biāo)，脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[11-13]。不同的小麥品種抗旱性差別也較大。如姜淑欣等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在PEG模擬干旱條件處理小麥植株時(shí)，其抗旱品種普冰143葉片中脯氨酸含量較不抗旱品種鄭引1號(hào)更高；時(shí)振振等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍水分脅迫時(shí)，小麥葉、葉鞘和莖中脯氨酸、丙二醛含量隨著脅迫程度和時(shí)間的增加而上升，且增加幅度較大的西旱2號(hào)，其抗旱性也相對(duì)更強(qiáng)。但前人的研究多以小麥葉片或莖作為研究對(duì)象，而對(duì)其根和芽的研究較少。

本試驗(yàn)通過(guò)在模擬干旱條件下對(duì)抗旱型和水分敏感型小麥品種發(fā)芽期在水分脅迫條件下根和芽生理指標(biāo)差異進(jìn)行分析，探討水分脅迫對(duì)不同小麥品種發(fā)芽期的影響，旨在為抗旱小麥品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為運(yùn)旱20410（耐旱品種）和臨遠(yuǎn)3158（水地品種），由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

1.2 試劑

K+（0.1mmol/L）測(cè)試液：0.1mmol/LKCl，0.1mmol/L CaCl2，0.1 mmol/L MgCl2，0.5 mmol/L NaCl，0.2 mmol/L Na2SO4，0.3 mmol/L MES，pH 值 6.0，用 Tris調(diào)節(jié)pH值。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年8月在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所進(jìn)行，小麥種子溫湯浸種30 min后瀝出，（25±1）℃清水浸泡24 h，再將種子瀝出，挑選萌動(dòng)勢(shì)一致的種子，擺入培養(yǎng)皿（直徑9 cm），注入K+測(cè)試液 5 mL，（25±1）℃繼續(xù)培養(yǎng) 5 d，待主根長(zhǎng)至5 cm左右，將培養(yǎng)皿內(nèi)水分吸凈，分別加入0（CK），19.2%的聚乙二醇（PEG6000）溶液進(jìn)行水分脅迫處理，24 h后進(jìn)行指標(biāo)測(cè)試，試驗(yàn)重復(fù)3次。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 相對(duì)電導(dǎo)率的測(cè)定 電導(dǎo)率的測(cè)定參照姬俊華等[16]方法，分別將經(jīng)過(guò)PEG脅迫處理和對(duì)照的小麥試材洗凈、吸干多余水分，將芽和根分別剪下并各稱取1.0 g，放入潔凈的50 mL三角瓶中，加入10 mL去離子水后，放入真空干燥器中抽氣15 min左右，至材料不再釋放氣泡為止。取出試材，加瓶塞，外滲30 min后用電導(dǎo)率儀測(cè)定初始電導(dǎo)率（S1）。將材料轉(zhuǎn)入沸水浴中加熱15 min，冷卻后再次測(cè)定終電導(dǎo)率（S2），計(jì)算相對(duì)電導(dǎo)率。

1.4.2 丙二醛（MDA）含量的測(cè)定 稱取處理好的小麥芽和根各0.3 g，參照文獻(xiàn)[17]的方法測(cè)定小麥芽和根的丙二醛（MDA）含量。

1.4.3 脯氨酸含量的測(cè)定 稱取處理好的小麥芽和根各0.5 g，參考文獻(xiàn)[18]測(cè)定小麥芽和根的脯氨酸含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007和SPSS 16.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析，應(yīng)用Duncan氏新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)發(fā)芽期小麥相對(duì)電導(dǎo)率的影響

從圖1可以看出，水分脅迫24 h后，運(yùn)旱20410芽和根的對(duì)照組與處理組的相對(duì)電導(dǎo)率差異均不顯著（P＜0.05）。臨遠(yuǎn)3158芽的對(duì)照組與處理組的相對(duì)電導(dǎo)率分別為44.38%，54.92%，處理組比對(duì)照組相對(duì)電導(dǎo)率增加23.75%，而根部對(duì)照組與處理組的相對(duì)電導(dǎo)率分別為51.33%，62.41%，處理組比對(duì)照組相對(duì)電導(dǎo)率增加21.58%。2個(gè)品種在水分脅迫條件下根和芽的電導(dǎo)率均升高，但是在水分脅迫下臨遠(yuǎn)3158較運(yùn)旱20410芽和根的電導(dǎo)率差異更大，說(shuō)明其對(duì)水分脅迫的敏感性更強(qiáng)。

2.2 水分脅迫對(duì)發(fā)芽期小麥丙二醛含量的影響

由圖2可知，運(yùn)旱20410芽對(duì)照組與處理組的丙二醛含量分別為1.08，1.51 μmol/g，處理組比對(duì)照組丙二醛含量增加39.80%，而根部對(duì)照組與處理組的丙二醛含量分別為0.44，0.67 μmol/g，處理組比對(duì)照組丙二醛含量增加52.27%。臨遠(yuǎn)3158芽處理組與對(duì)照組的丙二醛含量分別為0.98，1.32 μmol/g，處理組比對(duì)照組的丙二醛含量增加34.70%，根部處理組與對(duì)照組的丙二醛含量分別為0.43，0.54 μmol/g，處理組比對(duì)照組丙二醛含量增加25.58%。2個(gè)品種小麥的芽和根在水分脅迫下丙二醛含量均有顯著增加（P＜0.05），但運(yùn)旱20410的增加幅度較臨遠(yuǎn)3158更大。

2.3 水分脅迫對(duì)發(fā)芽期小麥脯氨酸含量的影響

從圖3可以看出，在小麥發(fā)芽期，運(yùn)旱20410芽對(duì)照組與處理組的脯氨酸含量分別為58.73，323.37 μg/g，處理組為對(duì)照組的5.51倍，根部對(duì)照組與處理組的脯氨酸含量分別為43.73，253.76μg/g，處理組是對(duì)照組的5.80倍。臨遠(yuǎn)3158芽對(duì)照組與處理組的脯氨酸含量分別為132.97，431.09 μg/g，處理組是對(duì)照組的3.24倍，根部對(duì)照組與處理組的脯氨酸含量分別為112.94，208.54 μg/g，處理組約為對(duì)照組的1.85倍。在水分脅迫條件下，2個(gè)品種的芽和根脯氨酸含量均升高，但運(yùn)旱20410的脯氨酸迅速累積更迅速（P＜0.05）。

3 討論

種子的發(fā)芽期對(duì)水分的要求最敏感，不同品種其種子在發(fā)芽期對(duì)水分脅迫的耐受性也不同。在水分脅迫的條件下，細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)受損，透性增強(qiáng)，細(xì)胞內(nèi)部分電解質(zhì)和有機(jī)物外滲，而電導(dǎo)率則反映細(xì)胞電解質(zhì)的滲透率，因此，該指標(biāo)可直接反映質(zhì)膜透性改變和細(xì)胞受損情況[19-20]。運(yùn)旱20410是一個(gè)抗旱節(jié)水、品質(zhì)優(yōu)良的旱地品種，臨遠(yuǎn)3158是一個(gè)品質(zhì)優(yōu)良、高水肥條件下表現(xiàn)優(yōu)勢(shì)的水地品種。與對(duì)照相比，水分脅迫條件下，臨遠(yuǎn)3158芽和根的相對(duì)電導(dǎo)率差異不顯著，而抗旱品種運(yùn)旱20410芽和根的相對(duì)電導(dǎo)率均顯著增加，說(shuō)明水地品種臨遠(yuǎn)3158對(duì)由水分脅迫引起的芽和根部膜受損傷程度小于旱地品種運(yùn)旱20410，這一結(jié)果與張述義等[21]的研究結(jié)論相似。

植物在干旱脅迫下，細(xì)胞內(nèi)自由基的代謝產(chǎn)生大量活性氧，當(dāng)活性氧的積累超過(guò)傷害閾值時(shí)，會(huì)引起細(xì)胞膜脂過(guò)氧化反應(yīng)，從而產(chǎn)生丙二醛，因此，丙二醛成為衡量植物抗旱性強(qiáng)弱的一個(gè)重要指標(biāo)[22]。在本試驗(yàn)中，運(yùn)旱20410芽和根系中丙二醛含量在水分脅迫條件下增加率高于臨遠(yuǎn)3158，說(shuō)明運(yùn)旱20410膜的過(guò)氧化代謝產(chǎn)物積累多，膜損傷程度就較大。丙二醛含量的變化與電導(dǎo)率相同，丙二醛含量升高，說(shuō)明細(xì)胞過(guò)氧化傷害程度較重，從而發(fā)生脂質(zhì)過(guò)氧化作用，并影響到細(xì)胞電解質(zhì)滲漏，從而使電導(dǎo)率增加。脯氨酸作為有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其作用一是作為細(xì)胞質(zhì)的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，二是作為防脫水劑。KEMPLE等[23]研究黑麥時(shí)首先發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下游離脯氨酸大量積累，此后在多種作物的器官、組織和細(xì)胞的研究上得到證實(shí)。彭云玲等[24]在玉米耐旱自交系與旱敏感自交系苗期干旱脅迫試驗(yàn)中，也發(fā)現(xiàn)耐旱自交系中的脯氨酸含量高于旱敏感自交系。本研究結(jié)果顯示，在干旱脅迫下，2個(gè)小麥品種的脯氨酸含量均有增加，而運(yùn)旱20410的脯氨酸含量增加幅度更大，可見(jiàn)該品種對(duì)水分的反應(yīng)更敏感。綜上，在水分脅迫下，與臨遠(yuǎn)3158相比，運(yùn)旱20410的脯氨酸迅速累積更迅速，丙二醛含量和電導(dǎo)率的增加量相對(duì)也較少，干旱脅迫對(duì)細(xì)胞膜破壞性相對(duì)更小，說(shuō)明運(yùn)旱20410對(duì)水分脅迫的適應(yīng)性更強(qiáng)。因此，運(yùn)旱20410表現(xiàn)出更大的抗旱優(yōu)勢(shì)，這一點(diǎn)也與種植實(shí)際相符。