两种抗旱性不同的小麦幼苗对干旱胁迫的生理响应

赵美荣，李永春，常怡慧，凌海燕

（赤峰学院 生命科学学院，内蒙古 赤峰 024000）

摘 要：以两个抗旱性不同的小麦品种，抗旱型HF9703和干旱敏感型921842，为实验材料，研究了25% PEG–6000模拟的渗透胁迫对小麦渗透调节物质、膜系统以及抗氧化酶活性的影响.结果表明，经25% PEG-6000胁迫处理后，参试小麦品种的脯氨酸、可溶性糖积累量增加，SOD、APX活性升高，其中HF9703升高幅度较大.丙二醛含量及电解质外渗量在干旱胁迫下增加，其中921842的丙二醛及电解质外渗量增加量更大一些.各项生理指标综合分析结果表明，HF9703较强的抗旱能力与其渗透调节作用和抗氧化能力相关.

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
关键词 ：小麦；干旱胁迫；渗透调节；抗氧化能力

中图分类号：Q945.78 文献标识码：A 文章编号：1673-260X（2015）03-0011-03

基金项目：内蒙古自然科学基金项目资助（2013MS0502）

水是生命的物质基础，然而水资源不足是全世界面临的难题[1].近年来，干旱灾害逐年加重，严重威胁作物的产量和品质.小麦是世界性粮食作物，经常受到干旱胁迫的影响.目前关于小麦抗旱性的研究主要集中在形态生理方面，聚乙二醇（PEG-6000）模拟渗透胁迫在小麦抗旱性研究中具有准确性高，稳定性好等优点，常用于小麦的抗旱性鉴定[2].因此本实验选取两种抗旱性不同的小麦品种HF9703和921842为材料，用25%PEG-6000模拟干旱胁迫，然后选用其幼苗叶片进行生理指标的测定，从而分析不同小麦品种对干旱胁迫的响应，探讨小麦抗旱的生理特性，以期为小麦抗旱性品种的选育提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 材料与培养

1.1.1 实验材料

本实验采用两种抗旱性不同的小麦品种，抗旱性强的HF9703和干旱敏感型的921842为材料.

1.1.2 材料培养与处理

挑选均匀一致的小麦种子，放在被水润湿的滤纸上发芽24h，然后，选取发芽一致的种子10粒，有序地播种在盛有石英砂的塑料盆（高，8cm；直径，10cm）中，在温度为25℃±1℃、光周期为14/10h光/暗条件下进行砂培，每天浇灌Hoagland营养液.

当培养至小麦三叶一心时期，用25% PEG-6000模拟干旱胁迫处理，以正常营养液为对照（CK），每个处理设三个平行重复.3天后，剪取其叶片用于实验分析.

1.2 实验方法

1.2.1 水分关系测定

叶片相对含水量（RWC）、渗透调节能力（OA）按照王贵平的方法[3]测定.

1.2.2 游离脯氨酸、可溶性糖含量的测定

采用张志良等[4]的方法，游离脯氨酸采用酸性茚三酮法；可溶性糖含量采用蒽酮法.

1.2.3 丙二醛（MDA）含量和电解质外渗量的测定

采用张志良等[4]的方法测定.

1.2.4 抗氧化酶活性测定

参照Bartoli等[5]的方法.称取0.5g叶片，置于预冷的研钵中，加入5ml预冷的磷酸缓冲液，冰浴研磨，离心10min（12,000g、4℃），上清液即为超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT），过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的粗提液.显色反应后计算其活性.

可溶性蛋白的测定参考张志良等[4]的考马斯亮蓝G-250显色法.

1.3 统计分析

实验结果均为3次或3次以上重复的平均值±SE.

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对两品种小麦渗透调节能力的影响

干旱条件下，植物首先表现的是渗透胁迫，因此我们检测了小麦幼苗的相对含水量（RWC）和渗透调节能力（OA）.结果如图1-A所示，干旱引起RWC明显下降，而且921842中RWC的下降程度高于HF9703.图1-B表明，胁迫下两品种小麦叶片均表现出较高的渗透调节能力，HF9703的OA明显高于921842.这一结果表明，抗旱性强的小麦品种能够维持较高的渗透调节能力，保持细胞的水分平衡.

可溶性糖和脯氨酸是重要的渗透调节物质，其含量往往与植物的抗逆性呈正相关，在一定程度上能反映植物体内的水分状况，可作为植物缺水的参考指标[6].因此我们分析了干旱条件下，两品种小麦可溶性糖以及脯氨酸含量变化（图1-C、D）.结果表明，在正常水分培养条件下，两品种小麦可溶性糖及脯氨酸含量没有明显的差异.经25%PEG干旱胁迫处理后，两品种小麦可溶性糖及脯氨酸含量明显增加，但抗旱性强的HF9703的增加量明显大于干旱敏感型的921842.这一结果表明，渗透调节物质在植物抵御干旱胁迫时起着重要的作用.

2.2 干旱胁迫对两品种小麦膜系统的伤害

电解质外渗是膜系统受到伤害的一个生理指标，常被用于评价作物对胁迫的抗性和敏感性[7].本文结果如图2-A所示，干旱胁迫明显增加了小麦叶片细胞膜的离子渗漏，抗旱性强的HF9703离子渗漏低于干旱敏感型的921842.

膜脂过氧化是植物细胞膜受损伤的另一个评价指标，通常用丙二醛（MDA）含量来衡量膜脂过氧化程度[8].结果如图2-B所示，在正常水分培养条件下，两品种小麦相比，其MDA含量无显著差异，经25%PEG干旱胁迫处理后，两品种小麦中MDA含量均增加了，但921842的增加量更多.

以上结果表明，抗旱性弱的921842在干旱胁迫条件下，膜脂过氧化程度较高，电解质外渗较多，膜伤害严重，这可能是其对干旱胁迫敏感的一个主要原因.

2.3 干旱胁迫对两品种小麦抗氧化酶活性的影响

植物细胞在正常条件下活性氧（ROS）的产生和清除保持平衡，但在逆境条件下，这种平衡被打破，造成细胞中自由基等活性氧的积累.过多的活性氧会加剧膜脂过氧化作用，造成膜系统的损伤，严重时导致植物细胞死亡.植物抗氧化酶作为氧自由基的酶性清除剂，在逆境胁迫情况下，其活性变化依植物品种抗逆能力不同而异，在活性氧代谢中处于重要地位[9].于是我们检测了小麦叶片几种主要的抗氧化酶活性，包括超氧化物歧化酶（SOD），过氧化氢酶（CAT），过氧化物酶（POD）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）.

结果见图3，分析可得，在干旱胁迫的情况下，两品种小麦SOD和APX活性有所增加，HF9703的增加程度稍高于921842，表明抗氧化酶活性是HF9703抗旱性强的一个可能原因.但是CAT（图3-B）和POD（图3-C）活性降低，这说明不同的抗氧化酶活性对干旱胁迫的响应不同.

3 讨论与结论

渗透调节作用在小麦抗旱性中发挥重要作用.干旱胁迫下，植物细胞积累大量的无机离子、脯氨酸、可溶性糖及甜菜碱等渗透调节物质，从而维持一定的细胞膨压和渗透势，有利于植物细胞吸水[10,11].本文测定了干旱胁迫下RWC、渗透调节能力、可溶性糖及脯氨酸含量的变化（图1），结果表明，干旱胁迫下，抗旱性强的小麦可积累较多的脯氨酸、可溶性糖等渗透调节物质，来降低渗透势，维持细胞对水分的吸收，从而调节自身的水分状况，维持正常的代谢功能，因而表现为更强的抗旱性能.

抗氧化能力与小麦抗旱性密切相关.干旱逆境打破了植物细胞内超氧自由基（O2-·），羟自由基（·OH）等一系列活性氧的产生与清除之间的平衡，造成活性氧积累，膜脂过氧化增加.而超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶系统，可以协同作用，抵抗活性氧对细胞的伤害[12].在干旱胁迫条件下，两品种小麦都积累了一定量的MDA，但921842的积累量明显多于HF9703（图2），说明HF9703在干旱胁迫条件下发生膜脂过氧化程度较低，有较强的抗氧化能力.抗氧化酶活性变化（图3）表明，在干旱胁迫条件下，不同的抗氧化酶活性有不同的响应，但相对于921842，抗旱型小麦HF9703具有较高的抗氧化酶活性，因而，具有较高的抗氧化能力也许是HF9703抗旱性强的原因之一.

总之，抗旱性强的小麦品种能通过在短时间内积累大量的渗透调节物质，保持较高的抗氧化能力，维持膜系统的稳定性，更好地调节自身的生理机制以抵抗干旱逆境胁迫，有效地提高植物的抗旱性.因此，渗透调节以及抗氧化系统可能是小麦抵抗干旱胁迫的主要机制.

教育期刊网 http://www.jyqkw.com
参考文献：

〔1〕卢连荣，郎南军，郑科.植物抗旱性研究进展及发展趋势[J].安徽农业科学，2008，36(7)：2652-2654.

〔2〕姚有华，谢德庆，叶景秀.PEG胁迫下不同抗旱性春小麦品种的理化性质比较[J].广西农业科学，2012(1)：25-27.

〔3〕王贵平.甜菜碱提高小麦干旱高温耐性的生理机制研究[D].泰安：山东农业大学，2009.

〔4〕张志良，瞿伟菁，李小芳.植物生理学实验指导[M].北京：高等教育出版社，2010．103-104．

〔5〕Bartoli CG, Simontacchi M, Tambussi E, et al. Drought and watering-dependent oxidative stress: effect on antioxidant content in Triticum aestivum L leaves [J]. J Exp Bot,1999,50:375-383.

〔6〕余文琴.低温胁迫下番荔枝叶片若干生理生化指标的变化[J].福建农林大学学报，2006，35(2)：161-164．

〔7〕Rehman H, Malik SA, Saleem M. Heat tolerance of upland cotton during fruiting stage evaluated using cellular membrane thermostability[J].Field Crops Res,2004,85,149-158.

〔8〕Sudhakar C, Lakshmi A, Giridarakumar S. Changes in the antioxidant enzyme efficacy in two high yielding genotypes of mulberry (Morus alba L.) under NaCl salinity [J]. Plant sci,2001,161: 613-619.

〔9〕田世林，李莉.PEG-6000渗透胁迫对小麦抗旱性的影响[J].湖北农业科学，2008，47(1)：188-190．

〔10〕张正斌，山仑.小麦开花期旗叶水势晴天昼夜变化规律研究[J].西北农业学报，1998，7(1)：54-59．

〔11〕吴耀领.抗旱型与丰产型小麦品种对干旱高温胁迫的响应[D].泰安：山东农业大学，2010．

〔12〕唐益苗，赵昌平，高世庆，等.植物抗旱相关基因研究进展[J].麦类作物学报，2009，29(1)：166-173．