冠菌素對冬小麥幼苗生長和抗氧化酶活性的影響

李飛　李建民

摘要[目的]為了分析在20%PEG模擬干旱條件下噴施濃度為1 μmol/L的冠菌素對小麥幼苗形態(tài)及抗氧化酶活性等的影響。[方法]以冬小麥品種濟麥22和良星99為試驗材料，采用室內(nèi)水培方法，設(shè)置4個處理（CK+QS，全營養(yǎng)液+噴施清水；CK+COR，全營養(yǎng)液+噴施COR；PEG+QS，PEG處理+噴施清水；PEG+COR，PEG處理+噴施COR）。[結(jié)果]在干旱脅迫條件下，與噴施清水處理相比，噴施濃度為1 μmol/L的冠菌素能顯著提高冬小麥株高、根生長量、葉片相對含水量、葉綠素含量、可溶性蛋白含量以及SOD、POD和CAT的活性。此外，在正常生長條件下，噴施冠菌素也同樣能起到促進小麥幼苗生長和提高抗氧化酶活性的作用。[結(jié)論]冠菌素作為一種新型植物生長調(diào)節(jié)劑對緩解干旱脅迫對冬小麥苗期生長的影響具有潛在的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞冬小麥；冠菌素；干旱脅迫；生長抗氧化酶

中圖分類號S512文獻標識碼A文章編號0517-6611（2014）09-02537-04

基金項目國家科技支撐計劃項目（2011BAD16B15）。

作者簡介李飛（1988- ），男，河南漯河人，碩士研究生，研究方向：作物栽培生理。*通訊作者，教授，博士，從事作物栽培與抗逆生理的教學(xué)和研究。

小麥是我國重要的糧食作物。干旱一直是影響小麥生產(chǎn)的最主要非生物脅迫因素[1]。研究小麥抗旱機制，并建立相應(yīng)調(diào)控技術(shù)，對小麥生產(chǎn)具有重要的意義。在諸多的抗旱調(diào)控技術(shù)中，化學(xué)調(diào)控技術(shù)因其方式的可調(diào)控性和技術(shù)的綜合性而備受關(guān)注[2]。

冠菌素（Coronatine，COR）是1977年Ichihara等[3-4]從丁香假單胞菌絳紅致病變種的培養(yǎng)液中分離出一種全新的化合物，最初發(fā)現(xiàn)它能誘導(dǎo)意大利黑麥草（Italian ryegrass）出現(xiàn)萎黃病[5]。隨著對COR研究的深入，發(fā)現(xiàn)COR的結(jié)構(gòu)、功能與茉莉酸類物質(zhì)相類似，具有調(diào)節(jié)生長、抑制衰老、促進細胞分化、提高葉綠素含量和植物抗逆性等生理功能[6]。由于茉莉酸類物質(zhì)價格昂貴，難以大規(guī)模用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而COR作為茉莉酸類的功能類似物[7]，其活性大概是茉莉酸類的100～1 000倍[8-10]，因此COR作為潛在的新型植物生長調(diào)節(jié)劑已受到廣泛關(guān)注[11]。前人研究表明，冠菌素能提高水稻[12]、玉米、小麥[13]、花生[14]等的抗旱性，黃瓜[15]的抗寒性，小麥[16]、鷹嘴豆[17]的抗高溫性及棉花[18]的抗鹽性等。筆者以抗旱性不同的小麥品種為材料，研究了干旱脅迫條件下冠菌素對幼苗生長和抗氧化活性的影響。

1材料與方法

1.1試驗材料供試材料為冬小麥品種濟麥22（抗旱品種）與良星99（干旱敏感品種）。幼苗生長在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)南溫室，采用Hoagland水培法進行培養(yǎng)。冠菌素由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化學(xué)控制工程技術(shù)中心提供。

1.2試驗處理選取均勻一致的種子，用濃度10%過氧化氫浸泡消毒10～15 min，用蒸餾水沖洗5次。將沖洗后的種子置于蒸餾水中，在室溫下浸種24 h。種子露白后播于盛有干凈細沙方形塑料盆中，在光照培養(yǎng)室條件下生長。當幼苗長至1葉1心時，挑選生長一致的麥苗移苗進行水培（霍格蘭全營養(yǎng)液），接著在幼苗長至3葉期時用濃度20%PEG6000（溶于霍格蘭全營養(yǎng)液）處理，干旱脅迫48 h時在葉面噴施1 μmol/L COR，處理72 h后取樣測定，將生測樣品保存在-80 ℃下備用。

試驗共設(shè)4個處理，每個處理重復(fù)3次。4個處理分別為CK+QS（全營養(yǎng)液+噴清水），CK+COR（全營養(yǎng)液+噴冠菌素），PEG+QS（PEG處理+噴清水），PEG+COR（PEG處理+噴冠菌素）。

1.3測定指標及方法

1.3.1鮮重、干物重、根冠比的測定。隨機挑選每個處理5株小麥，用吸水紙擦干根系、葉片，稱鮮重；然后，在105 ℃殺青30 min，80 ℃下烘干至恒重，稱干重，計算根冠比、相對含水量。

1.3.2相對葉綠素含量的測定。從COR處理開始時，每天用葉綠素儀SPAD502（日本MINOLTA公司生產(chǎn)）測定幼苗第2葉的SPAD值。隨機挑選每個處理5株，并做標記，每個葉片測定3次。

1.3.3根系掃描。用EPSON EXPRESSIONTM1680根系掃描儀及WinRHIZO分析軟件測定總根長、根系表面積、平均根直徑。

1.3.4可溶性蛋白的含量測定。采用考馬斯亮藍G250染色法[19]。

1.3.5SOD、CAT、POD活性的測定。SOD活性測定參考Mishrahp[20]方法，以抑制NBT光化還原的50%為1個酶活性單位表示；CAT活性測定參考Mishra等[21]方法，以ΔA240每分鐘下降1.0為1個酶活性單位；POD活性的測定參考Egleygh等[22]方法，以每分鐘內(nèi)ΔA470變化0.01為1個酶活性單位。

1.4數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采用SPSS20.0和Microsoft Excel 2010進行顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同處理對幼苗株高、鮮重、干重和根冠比的影響從圖1A可以看出，與正常生長條件相比，在干旱脅迫條件下冬小麥幼苗株高出現(xiàn)明顯下降；無論在正常生長條件還是在干旱脅迫條件下，噴施COR均能提高冬小麥的株高，正常生長條件下濟麥22增幅為7.9%，干旱脅迫條件下增幅為17.4%，達005顯著差異水平；濟麥22與良星99 2個品種表現(xiàn)一致。

從圖1B可以看出，干旱脅迫和噴施冠菌素對冬小麥鮮重與株高的影響基本一致，即與正常生長條件相比，在干旱脅迫條件下冬小麥幼苗鮮重在005水平顯著降低；冠菌素能促進幼苗鮮重的增加，在正常生長條件下濟麥22、良星的增幅分別為13.3%、5.0%，在干旱脅迫條件下濟麥22、良星的增幅分別為23.8%、30.8%。

由表1可知，各處理的干重變化趨勢與鮮重基本一致，干旱脅迫條件下濟麥22和良星99的地上部、地下部干重都較正常生長條件下有所下降；無論是在正常生長條件還是干

注：不同小寫字母表示差異在005水平顯著。

圖1干旱脅迫和冠菌素對冬小麥幼苗株高（A）和鮮重（B）的影響旱脅迫條件下，噴施冠菌素均能在一定程度上促進干重的增加，而根冠比都出現(xiàn)一定程度的下降，其中濟麥22在干旱脅迫條件下差異在005水平顯著，而良星99在正常生長條件下差異在005水平顯著。

2.2不同處理對小麥幼苗葉片相對含水量和相對葉綠素含量的影響由圖2 可知，在干旱脅迫條件下濟麥22和良星99的相對含水量均有明顯的下降。在正常生長條件下濟麥22噴施冠菌素后相對含水量增加4.5%，在干旱脅迫條件下噴施COR增加12.2%。良星99的葉片相對含水量變化趨勢與濟麥22基本一致，但在正常生長條件下噴施冠菌素對葉片相對含水量的影響不明顯，在干旱脅迫條件下增加188%。

42卷9期李 飛等冠菌素對冬小麥幼苗生長和抗氧化酶活性的影響注：不同小寫字母表示差異在005水平顯著。

圖2干旱脅迫和冠菌素對冬小麥幼苗葉片相對含水量的影響由表2可知，在干旱脅迫條件下，濟麥22的SPAD值明顯低于正常生長條件下，而噴施COR后SPAD值出現(xiàn)升高的趨勢，噴施COR與對照的差異在處理72 h時達到005顯著差異水平；在正常生長條件下，噴施COR能明顯提高SPAD值，且在處理24 h時就達到005顯著水平。良星99的SPAD值變化趨勢與濟麥22基本一致。但是，在正常生長條件下，噴施COR對SPAD值的提高并未達到顯著差異；而在干旱脅迫下，在噴施COR處理48 h時達到0.05顯著差異水平。

2.3不同處理對小麥幼苗根系生長的影響由表3可知，在正常生長條件下，噴施COR能明顯提高根系的總根長、根表面積和根體積，且均達到0.05顯著差異水平。在干旱脅迫條件下，濟麥22和良星99的總根長、根表面積、體積均出現(xiàn)0.05水平顯著下降，濟麥22的降低程度比良星99更加明顯；噴施COR均能明顯提高2種小麥的總根長、根表面積，且達到0.05顯著差異水平。與根長、表面積和根直徑相比，根體積受COR的影響并不明顯。

由圖3A可知，不同處理下2個冬小麥品種的可溶性蛋白含量的變化趨勢基本一致。在正常生長條件下，噴施COR均能提高小麥的可溶性蛋白含量，但差異未能達到顯著水平。在干旱脅迫條件下，2個冬小麥品種的可溶性蛋白含量均在005水平顯著下降。噴施COR能顯著提高小麥幼苗葉片的可溶性蛋白含量，其中濟麥22增加了50.3%，良星99增加了60.4%。

由圖3B可知，無論在正常生長還是在干旱脅迫條件下，噴施COR均能提高2個小麥品種的SOD活性，且達到0.05顯著差異水平。在正常生長條件下濟麥22噴施COR與對照相比提高3.99%，在干旱脅迫下噴施COR與未噴施相比提高9.57%；良星99的變化趨勢與濟麥22基本一致，分別提高5.06%、14.76%。

由圖3C可知，在干旱脅迫條件下，2個小麥品種的POD活性均在0.05水平顯著下降，噴施COR均能提高POD活性，且差異達到0.05顯著水平。在正常生長條件下，噴施COR也能在0.05顯著提高濟麥22的POD活性，但對良星99的影響并不明顯。

由圖3D可知，2個小麥品種的CAT活性與POD活性的變化趨勢基本一致。在干旱脅迫條件下，2個小麥品種的CAT活性在0.05水平顯著降低，噴施COR能在0.05水平顯著提高CAT活性。在正常生長條件下，噴施COR同樣能提高濟麥22和良星99的CAT活性，且濟麥22達到0.05顯著差異水平。

3結(jié)論與討論

冠菌素作為一種新型的植物生長調(diào)節(jié)劑，具有類似于茉莉酸甲酯的結(jié)構(gòu)和功能。崔旭盛等[23]研究指出，冠菌素和茉莉酸甲酯處理均能增加金銀花微量元素含量的積累。目前，對于冠菌素的研究主要集中在誘導(dǎo)作物抗逆性方面，如冠菌素能提高香蕉、高粱、小麥、玉米、大豆等的抗旱性，黃瓜、小麥等抗寒性及小麥的抗高溫性等[24]。該研究表明，在干旱脅迫條件下噴施1 μmol/L冠菌素能明顯促進小麥幼苗生長，提高幼苗的抗氧化酶活性。

植物在遭遇干旱脅迫時最直接的表現(xiàn)就是形態(tài)的變化。苗期干物重的積累可作為評判抗旱性的一個指標[18]。該研究表明，在干旱脅迫條件下噴施COR能在0.05水平顯著提高小麥的干物重。根系是小麥的重要器官。它在小麥的生長發(fā)育和物質(zhì)代謝過程中發(fā)揮著重要作用[25]。前人研究表明，適度大小的根系與抵御干旱脅迫有著密切的關(guān)系[26]。該研究表明，在干旱脅迫條件下噴施COR能增加根系的總長度、根表面積、根體積，提高根系吸收水分的能力，從而緩解干旱脅迫對小麥的影響，并促進地上部生物量的增加。

可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸是植物體內(nèi)的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。在干旱脅迫條件下，小麥幼苗體內(nèi)可溶性蛋白會主動積累。該研究表明，噴施COR會促進可溶性蛋白含量積累進一步增加，從而提高小麥幼苗的抗旱性。

在干旱脅迫條件下，植物細胞內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除的平衡會遭到破壞，從而形成過量的活性氧。這些活性氧自由基的積累可引發(fā)或加劇細胞的膜脂過氧化，并且進一步導(dǎo)致細胞膜結(jié)構(gòu)和功能的損傷，促進細胞的衰老，嚴重時導(dǎo)致細胞死亡[27]。王言景等[28]研究表明，在干旱脅迫條件下噴施低濃度的COR能明顯提高小麥幼苗葉片中SOD活性，從而減輕膜脂過氧化的傷害。另有研究表明，在高溫脅迫條件下COR處理也能提高葉片中SOD活性[17]。該研究表明，在干旱脅迫條件下噴施COR能在0.05水平顯著提高小麥葉片的SOD、POD和CAT活性。

綜上所述，在干旱脅迫條件下噴施濃度為1 μmol/L的冠菌素能增加冬小麥幼苗株高、干鮮重、干重，提高幼苗葉片相對含水量、葉綠素含量、可溶性蛋白含量和SOD、POD、CAT活性，因而能明顯增強冬小麥幼苗的抗旱性。

參考文獻

[1] 左文博，吳靜利，楊奇，等.干旱脅迫對小麥根系活力和可溶性糖含量的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2010（6）：191-193.

[2] 李瑩，王志強，馬超，等.外源α-酮戊二酸對干旱脅迫下小麥籽粒灌漿和產(chǎn)量形成的影響[J].麥類作物學(xué)報，2012，32（2）：249-253.

[3] 齊付國.冠菌素提高小麥抗寒性的作用機制研究[D].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.