水楊酸對水分脅迫下小麥幼苗生理生化特性的影響

王賀正 沈思涵 張冬霞 王改凈 鄭金枝 畢 彪 王文杰

（河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，471023，河南洛陽）

水在植物生長中發(fā)揮著重要作用，水分虧缺會嚴(yán)重影響到植物的生長發(fā)育[1]。植物遭到水分脅迫時，其體內(nèi)活性氧含量會有所增加，引起細(xì)胞膜脂過氧化，細(xì)胞膜的完整性被破壞，導(dǎo)致膜功能改變，影響植物正常的代謝活動[2]。水楊酸（SA）是一種小分子酚類化合物，可以調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育，增強(qiáng)植物抵御不良環(huán)境的能力[3-5]，如誘導(dǎo)氣孔關(guān)閉以減少水分散失，提高超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）等酶的活性以降低質(zhì)膜過氧化水平，最終緩解干旱對植物造成的傷害[6-8]。小麥?zhǔn)鞘澜缟系诙蠹Z食作物，世界上約有70%的小麥播種在干旱、半干旱地區(qū)[9-10]。近年來，由于環(huán)境惡化，我國可以利用的水資源快速減少，干旱現(xiàn)象日益嚴(yán)重[11]。前人[12-13]對逆境脅迫下小麥的反應(yīng)機(jī)制研究較多，常以PEG-6000模擬干旱脅迫研究小麥幼苗的抗旱性，但鮮見水分脅迫下小麥幼苗對外源SA響應(yīng)機(jī)制的報(bào)道。本試驗(yàn)以不同濃度的SA處理小麥幼苗，通過探討水分脅迫下SA對小麥幼苗的保護(hù)機(jī)制，旨在尋找提高小麥抗旱性的途徑或方法，為小麥的抗旱栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為小麥品種洛旱6號。洛旱6號屬于半冬性中熟品種，具有抗旱節(jié)水、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、綜合抗性好的特點(diǎn)，適宜在黃淮冬麥區(qū)的山西南部、陜西渭北的旱肥地、河南西北部等旱地種植。

1.2 材料培養(yǎng)與處理

試驗(yàn)于2018年9月在河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室采用水培方法進(jìn)行。種子精選后，用10%次氯酸鈉溶液消毒20min，用蒸餾水沖洗干凈，擺進(jìn)直徑為90cm底部墊有濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿50粒，室溫培養(yǎng)。待種子露白后，以Hoagland營養(yǎng)進(jìn)行培養(yǎng)。兩葉一心后，分組進(jìn)行如下處理：20% PEG-6000（對照，CK），20% PEG-6000 含 0.2mmol/L SA（S1）、0.6mmol/L SA（S2）、1.0mmol/L SA（S3），每處理設(shè)9次重復(fù)，各處理分別于處理4、8d后采樣測定各項(xiàng)指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

分別采用蒽酮比色法、考馬斯亮藍(lán)G-250法、茚三酮比色法測定可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和氨基酸含量[14]；采用 O2—.對羥胺氧化法測定 O2—.含量[15]，采用Wang等[16]介紹的方法測定H2O2含量，采用硫代巴比妥酸顯色法測定丙二醛（MDA）含量[14]；分別采用紫外分光光度法、愈創(chuàng)木酚法、氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法測定CAT、POD、SOD活性[17]；采用稱重法測定地上部和地下部重量，計(jì)算根冠比。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel、SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 SA對水分脅迫下小麥幼苗根冠比的影響

由圖1可以看出，在水分脅迫下，隨著生長期的延長，各處理小麥根冠比增加。同一測定時期，SA處理根冠比均比CK減小，S1、S2、S3處理的根冠比在處理后4d分別比CK減少了13.0%、29.7%、21.9%，在處理后8d分別比CK減少了6.4%、23.7%、17.9%；隨著SA濃度的增加，根冠比呈先降低后升高的趨勢，S2處理根冠比最小，且與CK差異顯著。由此表明，施用SA可以降低小麥幼苗的根冠比，改善幼苗地上部分的生長。SA在0.6mmol/L濃度時，最有利于減緩水分脅迫對小麥幼苗地上部分生長的抑制作用。

圖1 SA對水分脅迫下小麥幼苗根冠比的影響Fig.1 Effects of SA on root-shoot ratio of wheat seedlings under water stress

2.2 SA對水分脅迫下小麥幼苗可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和氨基酸含量的影響

圖2表明，隨著處理天數(shù)增加，各處理可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和氨基酸含量增加。同一測定時期，SA處理各物質(zhì)含量均比CK增加，以S2處理增幅最大。處理后4和8d，S2處理可溶性糖含量分別較CK增加了14.7%和25.3%，可溶性蛋白質(zhì)含量分別較CK增加了4.5%和26.5%，氨基酸含量分別較CK增加了51.0%和66.9%，且均與CK差異顯著。

圖2 SA對水分脅迫下小麥幼苗可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和氨基酸含量的影響Fig.2 Effects of SA on contents of soluble sugar, protein and amino acid in wheat seedlings under water stress

2.3 SA對水分脅迫下小麥幼苗O2—.、H2O2 和MDA含量的影響

在各測定時期，各處理O2—.、H2O2和 MDA 含量變化趨勢基本一致，均隨生長時間延長而增加，SA處理均比CK有所降低（圖3）。同一測定時期，O2—.、H2O2和MDA含量以S2處理最低，與CK相比降幅最大，且差異顯著。處理后4d，S2處理的O2—.、H2O2和MDA含量分別比CK下降了42.9%、28.5%和42.5%，處理后8d，分別較CK下降了55.3%、27.5%和43.8%。表明，適宜濃度SA處理，能夠有效降低水分脅迫下O2—.和H2O2含量，緩解MDA的積累，減輕細(xì)胞的膜脂過氧化程度。

2.4 SA對水分脅迫下小麥幼苗SOD、POD和CAT活性的影響

圖3 SA對水分脅迫下小麥幼苗、H2O2和MDA含量的影響Fig.3 Effects of SA on contents of , H2O2 and MDA in wheat seedlings under water stress

隨著時間延長，各處理SOD、POD和CAT活性增強(qiáng)（圖4）。各測定時期SA處理酶活性均比CK明顯增加，均以S2處理酶活性最高（除處理4d時SOD活性），且與CK差異顯著。處理后4d，S2處理的SOD、POD和CAT活性分別比CK提高了42.3%、243.3%和78.3%；處理后8d，分別比CK提高了92.1%、250.2%和66.4%。表明，水分脅迫下SA能明顯提高小麥幼苗SOD、POD和CAT活性，增強(qiáng)活性氧自由基的清除能力，降低水分脅迫對小麥幼苗的傷害。

3 討論

可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和氨基酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境條件下能夠維持細(xì)胞正常的滲透壓及膜系統(tǒng)的穩(wěn)定性，起到一定的抗逆作用[18]。而適宜的外源物質(zhì)（如水楊酸、脫落酸、茉莉酸、葡萄糖等）能促進(jìn)水分脅迫下植株滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累，提高對水分脅迫的適應(yīng)能力[19-21]。本研究表明，水分脅迫下，SA處理的小麥幼苗中可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和氨基酸含量明顯高于對照處理，這些物質(zhì)的大量積累能夠有效降低細(xì)胞的滲透勢，有利于增強(qiáng)細(xì)胞吸水能力，提高小麥幼苗的抗旱性。

圖4 SA對水分脅迫下小麥幼苗SOD、POD和CAT活性的影響Fig.4 Effects of SA on activities of SOD、POD and CAT in wheat seedlings under water stress

逆境脅迫會引發(fā)活性氧積累，破壞活性氧產(chǎn)生和清除之間的平衡，加速脂質(zhì)過氧化作用，導(dǎo)致MDA含量和活性氧產(chǎn)生速率增加，破壞細(xì)胞的完整性，從而影響植物的正常生長代謝[22-25]。SOD、POD和CAT是植物細(xì)胞內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)中重要的保護(hù)性酶，有研究表明，SA等外源物質(zhì)能誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)抗氧化酶活性提高，緩解干旱脅迫對小麥生長的不良影響[19，26]。本研究用SA處理水分脅迫下小麥幼苗也得到類似結(jié)果。本試驗(yàn)表明，水分脅迫下，外源SA能提高小麥幼苗SOD、POD和CAT活性，增強(qiáng)活性氧清除能力，從而降低小麥幼苗O2—.、H2O2等活性氧含量，減輕細(xì)胞膜脂過氧化程度，使MDA含量降低，從而緩解水分脅迫對小麥幼苗的氧化傷害，促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)代謝，更有利于可溶性碳水化合物和氨基酸等物質(zhì)的積累，提高細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)能力，也為小麥幼苗生長提供了物質(zhì)條件。

4 結(jié)論

水分脅迫下，外源SA能提高小麥幼苗可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和氨基酸含量，改善植株的滲透調(diào)節(jié)，增強(qiáng)SOD、POD和CAT活性，增強(qiáng)活性氧的清除能力，降低O2—.、H2O2等活性氧含量，減少M(fèi)DA積累，從而增強(qiáng)小麥幼苗的抗旱能力，促進(jìn)小麥幼苗的生長。試驗(yàn)表明，0.6mmol/L SA對緩解水分脅迫對小麥幼苗的影響效果顯著。