兩種小麥在鹽脅迫下早期幼苗生長及生理生化指標變化規(guī)律

肖冬宇，吳端陽，文 雪，周 嵐，賀宏超，王巖巖

（長江大學生命科學學院，湖北 荊州 434025）

土壤鹽漬化是世界范圍內影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要非生物脅迫因素之一，據(jù)不完全統(tǒng)計，全球鹽堿地面積為9.54億hm2，中國有0.99億hm2［1］。鹽脅迫對植物生長發(fā)育存在顯著影響。在鹽處理下，種子萌發(fā)、根長、株高、果實發(fā)育均受到顯著抑制［2，3］。小麥（Triticum aestivumL.）是世界上第三大糧食作物，近35%的人口以小麥為主食［4］。小麥是中國重要糧食作物，在生長發(fā)育過程中經(jīng)常受到各種逆境脅迫而導致減產(chǎn)［5，6］，而鹽脅迫就是其中之一。

研究發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫通過離子毒害、滲透脅迫以及氧化應激反應來影響植物的新陳代謝［7，8］，導致小麥發(fā)芽期間芽和根生長緩慢并積累大量的活性氧。植物體內抗氧化酶可移除細胞中多余的超氧化物離子，抗氧化酶類主要包括超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）、過氧化氫酶（Catalase，CAT）和抗壞血酸過氧化物酶（Peroxidase，APX）等［9］，它們可快速清除細胞中的活性氧，維持細胞完整性。另外小麥在鹽脅迫條件下通過積累游離的脯氨酸來增強其滲透調節(jié)能力，維持細胞穩(wěn)態(tài)。萌發(fā)期是小麥植株從異養(yǎng)型過渡到自養(yǎng)型的初期，這一時期是小麥整個生命過程中比較脆弱的階段，這一時期小麥耐鹽能力的強弱決定了小麥生長過程中是否可以正常發(fā)育，大量研究認為這一時期小麥種子各種生長指標可以作為耐鹽性檢測指標［10，11］。因此，擬選定耐鹽型小麥新冬26和鹽敏感小麥鄂恩1號兩個小麥品種，從植物形態(tài)和生理水平出發(fā)，分析其在不同濃度鈉鹽脅迫下幼苗生長和抗氧化物酶活性的差異，分析鹽離子對小麥的毒害以及小麥的耐鹽生理機制，為后續(xù)耐鹽品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 植物材料的培養(yǎng)

試驗材料選擇飽滿、整齊的自然風干小麥種子，放入培養(yǎng)皿，15%H2O2消毒10 min，用去離子水浸泡4 h使小麥吸足水分，置于25℃的恒溫培養(yǎng)室進行萌發(fā)；2 d后選取生長狀態(tài)一致的種子進行水培，分別加入0、100、150、200 mmol/L的Na2SO4溶液，每個處理50粒種子，置于25℃的恒溫培養(yǎng)室（光照度50μmol/（m2·s），16 h光照，8 h黑暗），逐日觀察記錄，共7 d。

1.2 芽長、主根長、鮮重和干重測定

待第7天時，將不同處理的3次重復中各隨機選取小麥5株，處理后分別量取芽長、主根長、鮮重，并將植株分別放入鋁盒內殺青（105℃、30 min），隨后再烘干（80℃）至恒重后稱其干重。

1.3 CAT、SOD、POD酶活性測定

CAT、SOD酶活性測定參考李忠光等［12］的方法，以每分鐘變化0.1OD值為一個酶活性單位。POD采取愈創(chuàng)木酚法［13］測定。

1.4 脯氨酸、MDA含量檢測

取脯氨酸測定參考賈亞寧［14］的方法，MDA含量測定采用硫代巴比妥酸比色法［13］。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2019和GrapgPad Prism 8.0.1軟件處理數(shù)據(jù)。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對小麥幼苗生長的影響

有研究表明，在逆境條件下幼苗期小麥體內生理特性變化最明顯，其苗期受鹽堿脅迫的主要表現(xiàn)為麥苗萎蔫、生長遲緩［15］。本試驗中，不同濃度的鹽脅脅迫下，兩個小麥品種幼苗生長差異明顯，隨著鹽濃度升高，新冬26和鄂恩1號生長第7天的芽長、根長、鮮重和干重均逐漸降低（圖1 a、b、c、d），說明高濃度的鹽分抑制小麥芽和根的生長。在相同鹽濃度下，新冬26的根長、芽長、鮮重和干重均大于鄂恩1號；隨著鹽濃度的升高，新冬26的芽長和根長下降幅度比鄂恩1號小，說明鹽分對新冬26幼苗生長的抑制小于鄂恩1號，新冬26和鄂恩1號的耐鹽性有差異。

圖1 小麥新冬26和鄂恩1號在不同鹽濃度脅迫下生長第7天的狀態(tài)

2.2 鹽脅迫下兩個小麥品種葉片抗氧化酶活性的變化

如圖2 a、b、c所示，鹽脅迫第1天，新冬26和鄂恩1號的抗氧化系統(tǒng)都被激活，酶活性都比對照高，且隨著鹽濃度的增加，相應的酶活性也升高，其中新冬26的酶活性比鄂恩1號高，且差異顯著。由圖d、e、f可以看出，隨著鹽處理天數(shù)的增加，各個酶活性呈現(xiàn)不同的變化規(guī)律，兩個小麥品種中CAT和POD活性在處理第4天達到最大值，第7天酶活性都有所下降，但新冬26的酶活性始終高于鄂恩1號；鄂恩1號中SOD活性在第4天達到最高，而新冬26中SOD活性隨著脅迫天數(shù)延長而增加，第7天最高；兩個品種的酶活性變化存在差異，耐鹽性的新冬26酶活性比鄂恩1號高，對鹽脅迫有較好的應激反應，說明在鹽脅迫時抗氧化系統(tǒng)是應對逆境的重要部分。

圖2 新冬26和鄂恩1號在不同鹽濃度和不同脅迫天數(shù)下的酶活性

2.3 鹽脅迫下不同小麥脯氨酸和MDA含量的變化

脯氨酸作為滲透調節(jié)物質在鹽脅迫時可減輕滲透脅迫。由圖3a可以看出，在鹽脅迫下隨著鹽濃度的升高，第1天時新冬26和鄂恩1號的脯氨酸含量逐漸升高，其中新冬26的脯氨酸含量高于鄂恩1號，且差異顯著。說明耐鹽性強的新冬26可以積累較多的脯氨酸。由圖3b可以看出，隨著鹽脅迫時間的延長，兩種小麥的脯氨酸含量先升高，第4天達到最高，后開始下降，其中新冬26的脯氨酸含量始終高于鄂恩1號，且下降幅度也比鄂恩1號小。說明在鹽脅迫下耐鹽強的品種產(chǎn)生較多的脯氨酸來減輕滲透脅迫。

MDA是細胞膜過氧化的重要產(chǎn)物，它的產(chǎn)生能加劇膜損傷，是反映膜損害程度的重要指標［16-19］。從圖3c可以看出，在鹽處理下第1天，隨著鹽濃度增加兩種小麥的MDA含量上升，小麥細胞膜過氧化損傷加重，新冬26中的MDA含量比鄂恩1號低，說明其細胞膜損傷程度較低。從圖3d看出，在相同濃度鹽脅迫下，MDA含量隨著脅迫天數(shù)的增加逐漸增加，第7天時新冬26的MDA含量低于鄂恩1號，表明耐鹽性強的品種在鹽脅迫下更能維持細胞膜的穩(wěn)態(tài)。

圖3 新冬26和鄂恩1號在不同鹽濃度和不同脅迫天數(shù)下的脯氨酸和MDA含量

3 討論

有研究表明，鹽分影響植物正常的新陳代謝、生長及發(fā)育，甚至導致植物死亡［20-22］，當植物處于鹽脅迫下，生長被抑制，根作為吸收營養(yǎng)的主要器官，其變化也會影響植物地上部分的生長［9-23］，根長、芽長、鮮重和干重反映植物生長發(fā)育的好壞。翁亞偉等［24］研究表明，鹽脅迫下小麥的總根長及干物質重均顯著下降。本研究顯示隨著鹽濃度的增加，幼苗的生長受到抑制，芽長、根長、干重和鮮重都有所下降，但耐鹽品種的下降程度比敏感品種低，這與李有芳等［25］、孫君艷等［26］的研究結果相似。

在鹽脅迫下，植物會產(chǎn)生較多的活性氧分子，活性氧會使細胞膜脂過氧化和脫酰化，導致細胞膜損傷，而解決活性氧的酶就包括SOD、CAT和POD等抗氧化酶，它們能夠快速清除細胞中活性氧［9］。本研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽濃度的增加，小麥中抗氧化酶活性增強，耐鹽性強的品種中酶活性高于鹽敏感品種，這與張超強等［27］的研究結果相似。研究發(fā)現(xiàn)隨著鹽脅迫時間的增強，耐鹽品種新冬26中SOD活性持續(xù)升高，也有研究表明SOD活性在耐鹽性高的植物種比較突出，在鹽脅迫時酶活性變化快且活性周期長，而在不耐鹽的植物中活性變化不靈活［28］；也有研究發(fā)現(xiàn)SOD活性隨著鹽處理時間延長先上升后下降，同時CAT有相同的變化趨勢［19］，與本研究結果相似。對于POD酶，有研究發(fā)現(xiàn)POD活性隨著脅迫時間的延長呈先上升后下降趨勢［29，30］，與本研究結果有相同之處。本試驗中，總體上新冬26的抗氧化酶活性要高于鄂恩1號，表現(xiàn)出更強的抗氧化能力，有效抑制活性氧的產(chǎn)出，維持細胞的完整性。

脯氨酸是一種重要的滲透調節(jié)物質，當植物處于鹽脅迫下，就會合成大量脯氨酸來減迫［31］，脯氨酸的含量可作為植物抵抗鹽脅迫的生理指標［32］。結果表明，隨著鹽濃度的升高，小麥中脯氨酸的含量也隨著升高，而且耐鹽品種的脯氨酸含量高于鹽敏感品種，這與張士功等［33］的研究結果一致。MDA含量是植物細胞膜過氧化程度的體現(xiàn)，MDA含量與植物細胞抗逆強弱有很大關系［34］，本試驗發(fā)現(xiàn)小麥MDA含量隨著鹽濃度的增加而增加，而且隨著脅迫時間的延長而積累，表明細胞膜受損程度加劇，但是耐鹽品種比敏感品種積累較少的MDA，顯示膜受損情況相對較輕，這與劉艷麗等［19］的研究結果一致。

試驗研究了不同小麥品種在鹽脅迫下的生長情況和一些生理生化指標的變化情況，發(fā)現(xiàn)耐鹽品種比鹽敏感品種在鹽脅迫下生長更好，有較高的抗氧化酶活性，能夠積累更多的脯氨酸來維持細胞穩(wěn)態(tài)，而且耐鹽品種的細胞膜受損程度較低，有更強的耐鹽性。