葉面噴硒對干旱脅迫下小麥幼苗生理特性的影響

蘆文杰，尹美強，黨芳芳，曹夢琳，溫銀元，孫敏，郝興宇，高志強

（山西農業大學農學院，山西太谷030801）

葉面噴硒對干旱脅迫下小麥幼苗生理特性的影響

蘆文杰，尹美強，黨芳芳，曹夢琳，溫銀元，孫敏，郝興宇，高志強

（山西農業大學農學院，山西太谷030801）

研究不同質量濃度硒處理對PEG（模擬干旱）脅迫下小麥幼苗形態及生理特性的影響，為小麥有效抗旱和合理補硒提供理論依據。用不同質量濃度硒（20，40，60 mg/L）處理PEG脅迫下的小麥幼苗，研究不同質量濃度硒對PEG脅迫下小麥幼苗株高、根長、根數及鮮干質量的影響，分析小麥幼苗葉片丙二醛、超氧陰離子自由基含量、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性及葉綠體色素含量的變化。結果表明，適宜質量濃度的硒顯著提高了PEG脅迫下小麥幼苗的株高、根長、根數及鮮質量、干質量、葉綠體色素含量，降低了丙二醛和超氧陰離子自由基含量，同時提高了SOD，POD活性。外源施硒對小麥幼苗生長中干旱脅迫有一定的緩解作用，以40 mg/L硒處理效果最佳。

葉面噴硒；PEG脅迫；小麥

小麥是世界范圍內主要的糧食作物，我國小麥生產占據著重要地位，據2005年聯合國糧農組織的統計結果顯示，我國小麥的種植總面積占世界總種植面積的10.5%，總產量占世界總產量的15.4%。但我國約70%的小麥分布在干旱與半干旱區域[1]，因此，在小麥的種植過程中，干旱是造成其減產最為關鍵的因素。

眾所周知，硒是人體所必需的微量元素之一，有研究表明，硒不僅可以預防人體的心血管疾病，還可以提高機體的免疫功能[2]。然而我國約2/3的耕地土壤中硒含量及有效性都較低[3]，導致這些地區的人群也缺硒[4]，而我國作為人口大國，補硒就成為一個亟待解決的問題。生物體中的硒是人類營養硒來源的基本渠道，即使部分來自于副食品，但從食物鏈的角度看，最初還是來自植物硒源。目前越來越多的研究證明，硒不僅是人體與動物必需的營養元素，還可以有效地提高作物硒的含量及產量，并且有效地增強作物抗性。已有的研究表明，葉面噴施亞硒酸鈉可以有效緩解除草劑對水稻的脅迫，O2-·，H2O2等活性氧以及膜脂過氧化產物MDA含量降低，減慢自氧化速率，抗氧化酶SOD，POD和CAT活性的應激升高[5]；噴硒后小麥葉片谷胱甘肽過氧化物酶活性顯著提高，籽粒硒含量及產量也明顯提高[6]；盆栽試驗研究表明，低質量濃度硒可提高生菜中SOD，POD活性，促進生長，而高質量濃度硒則起抑制作用；MDA含量隨著硒質量濃度的提高而增加[7]。

本試驗將通過研究不同質量濃度硒對PEG（模擬干旱）脅迫下小麥幼苗形態及生理特性的影響，旨在為小麥生產中面臨的干旱與產量問題提供新的解決途徑。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

試驗于2015年11月16日在山西農業大學農學院植物生理實驗室進行，供試的小麥品種為靜冬0331，由山西農業大學農學院小麥栽培課題組提供。

1.2 試驗設計

選取均勻且飽滿的小麥種子，于0.1%HgCl2浸泡15 min進行消毒，再用蒸餾水反復清洗，然后將洗凈的種子攤于濾紙上，陰干后種于培養皿（直徑90 mm）中，每個培養皿50粒。基質為蒸餾水，每皿中7 mL，2層濾紙，置于室溫黑暗培養。2 d后揭蓋置于光架上進行光照培養，待小麥胚根長到20 mm時澆1/2 Hoagland溶液，3 d后澆Hoagland完全營養液。待第2片葉完全展開時進行硒（亞硒酸鈉）處理。試驗硒處理質量濃度分別為20（S1），40（S2），60 mg/L（S3），以噴施蒸餾水為對照（CK），共4個處理，每個處理重復3次。待硒吸收2 d后進行20% PEG模擬干旱處理。

1.3 指標測定及方法

測定丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸分光光度法[8]；超氧陰離子自由基的含量采用高俊鳳[9]的方法進行測定。超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定采用氮藍四唑（NBT）光化還原抑制法[10]；過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚法[10]；葉綠素含量的測定采用Arnon[11]的方法。

在PEG處理后的第1，3，5，7，11天，分別取第1片成熟葉片進行相關指標的測定。處理后第11天，在每個處理中選取生長均勻的幼苗10株，測量其株高、根長、根數、鮮干質量。

1.4 數據處理

所得數據用Microsoft Excel 2003軟件繪圖，用SPSS 17.0進行方差分析，Duncan新復極差法進行顯著性檢驗。

2）價格昂貴、維護成本高。高校用于科研的大型儀器設備品質精良，價格昂貴。例如：美國Precitech公司的納米精密車銑復合機床Nanoform X約290萬元/臺套；FIE公司的聚焦離子電子雙束系統Small dual beam是500多萬元/臺套，單個鏡頭的最低價格十幾萬元，維保費近30萬元/年。這些儀器設備精度高，對環境要求也高。例如：大型重載裝備需要構筑減振地基；納米級制造裝備及測量儀器需要恒溫、無塵，具備萬級凈化間標準環境；OLED柔性電子薄膜封裝實驗不僅需要恒溫、無塵，還需要真空環境等。

2 結果與分析

2.1 PEG脅迫下不同質量濃度硒對小麥幼苗株高、根長、根數及鮮質量、干質量的影響

由表1可知，葉面噴硒處理11 d后，20，40 mg/L硒明顯緩解了PEG對小麥幼苗株高的抑制作用，但60 mg/L硒反而降低了干旱脅迫下幼苗株高，較CK降低3.1%，且差異顯著（P＜0.05）；以40 mg/L硒處理的緩解作用最明顯，較CK提高了4.7%，且差異顯著（P＜0.05）。

葉面噴硒處理11 d后，都不同程度地提高了小麥幼苗根長及根數，S2處理最為明顯，其根長及根數較CK分別增加了4.8%，5.7%，且差異顯著（P＜0.05）。

葉面噴硒處理11 d后，隨硒質量濃度的增大，小麥幼苗鮮質量、干質量呈現先升高后降低的趨勢，都在S2處理處達到最大，小麥幼苗鮮質量、干質量較CK分別提高了18.1%，15.4%，差異顯著（P＜0.05）。

表1 葉面噴硒對PEG脅迫下小麥幼苗株高、根長、根數及干質量的影響

由此可見，低質量濃度的硒處理可以明顯提高PEG脅迫下小麥幼苗的株高、根長、根數及鮮質量、干質量，以40 mg/L（S2）處理最為明顯，而高質量濃度硒處理使得小麥幼苗對PEG脅迫的緩解能力降低，甚至加重了小麥幼苗的受傷害程度。

2.2 葉面噴硒對PEG脅迫下小麥幼苗葉綠體色素含量的影響

從表2可以看出，葉面施硒后，各濃度硒處理下小麥葉片的葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素及總葉綠素含量較CK均有不同程度的增加；隨處理時間的延長，總葉綠素含量逐漸升高后緩慢降低。

S2，S3處理下的葉片中葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素含量均與CK間差異達到顯著水平，類胡蘿卜素含量在第1，5，7天均與CK間差異達到顯著水平；S1處理下，第3天葉片中葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量較CK分別提高25.5%，18.9%，23.9%，且差異達到顯著水平；第7天葉片中葉綠素a、葉綠素b及總葉綠素含量較CK分別提高20.8%，11.1%，17.6%，差異達到顯著水平；第1，5天葉片中葉綠素b含量與對照間未達到顯著水平，類胡蘿卜素含量在第3，5，7天較CK分別提高32.5%，75.1%，16.0%，差異達到顯著水平（P＜0.05）。

表2 葉面噴硒對PEG脅迫下小麥幼苗葉綠體色素含量的影響mg/g

由圖1可知，隨處理時間的延長，不同處理下小麥幼苗葉片POD活性均呈先升高后降低的趨勢，在第5天達到峰值。不同質量濃度硒處理后，隨硒質量濃度的增加，小麥葉片POD活性提高，在硒處理質量濃度達到一定后，隨硒質量濃度的進一步增加，POD活性呈降低趨勢；以40 mg/L的硒處理（S2）下POD活性提高程度最高，在處理后第7天，與CK相比，POD活性增加了18.0%，差異達到極顯著水平（P＜0.01）。

從圖2可以看出，隨處理時間的延長，各個處理下小麥幼苗葉片SOD活性均呈緩慢上升的趨勢。不同質量濃度硒處理后，隨硒質量濃度的增加，小麥葉片SOD活性提高，在硒處理質量濃度達到40 mg/L后，隨硒質量濃度的進一步增加，SOD活性呈降低趨勢；以40 mg/L的硒處理（S2）下SOD活性提高程度最高，在處理后第5天，SOD活性較CK增加了71.0%，差異達到極顯著水平（P＜0.01）。

2.4 PEG脅迫下葉面噴硒對小麥幼苗丙二醛（MDA）、超氧陰離子自由基（O2-·）含量的影響

由圖3可知，隨著培養天數的增加，PEG脅迫下各處理的超氧陰離子含量呈先降低后升高的趨勢，在第5天達到最低。與單一PEG脅迫處理（CK）相比，低質量濃度硒處理（S1，S2）后的小麥幼苗超氧陰離子含量明顯降低，以40 mg/L處理（S2）降低程度最大，處理后第5天，較CK降低了5.5%，差異達到極顯著水平（P＜0.01）。高質量濃度硒處理（S3）后，小麥幼苗超氧陰離子含量較S2處理出現明顯的上升趨勢，處理后第5天，較CK降低了1.1%，差異不顯著。

從圖4可以看出，隨著處理時間的增加，PEG脅迫下各處理的丙二醛含量呈先緩慢降低后逐漸升高的趨勢，并在第5天達到最低值。與單一PEG脅迫處理（CK）相比，低質量濃度硒處理（S1，S2）后的小麥幼苗丙二醛含量明顯降低，以40 mg/L處理（S2）降低程度最大，處理后第5天，較CK降低了79.21%，差異達到極顯著水平（P＜0.01）。高質量濃度硒處理（S3）后，小麥葉片丙二醛含量較CK增加，在第5天增加程度最高，較CK提高了61.79%，差異達到顯著水平（P＜0.05）。

由此可見，葉面噴施適宜質量濃度的硒可以有效地緩解PEG對小麥幼苗的脅迫，明顯降低超氧陰離子和丙二醛的含量，以40 mg/L（S2）處理效果最為明顯。

3 討論與結論

作物在干旱脅迫下，最直觀的表現就是其形態上的變化。王富剛[12]的研究表明，施硒促進了綠豆幼苗株高、主根的生長。本試驗結果表明，小麥幼苗葉面噴施適宜質量濃度的硒后，其株高、根長、根數及干質量、鮮質量都有增長，在40 mg/L下，較CK分別提高4.7%，4.8%，5.7%，15.4%，18.1%，且差異顯著。

作物生產過程中，葉綠體色素的含量與光合性能及最后的產量是緊密相關的，因此，常以葉綠體色素含量的變化來衡量不同處理的影響效果。夏永香等[13]研究表明，低質量分數硒（0.001～0.05 mg/kg）處理后，可不同程度地促進百合科、十字花科、豆科、禾本科等一些作物的種子萌發和幼苗生長，增強作物的光合作用，提高葉片中葉綠素的含量，進而促進植物生長，提高作物的產量和品質。郭美俊等[14]的研究表明，與對照相比，葉面噴施112.5 g/hm2的亞硒酸鈉溶液，可顯著提高谷子葉片中光合色素含量和光合性能，同時提高谷子的產量。高家合等[15]研究表明，在烤煙葉片中，低質量分數硒（4 μg/g）處理時，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素a＋b、類胡蘿卜素含量分別比對照增加5.37%，17.53%，6.56%，18.75%；當硒質量分數為8 μg/g時，其葉綠素含量開始下降；當硒質量分數高達16 μg/g時，烤煙葉片中葉綠素和類胡蘿卜素含量與對照相比顯著下降。本研究中，硒處理后第5天，硒質量濃度為40 mg/L時，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量分別比對照增加103.84%，38.22%，77.62%，161.77%，差異達到極顯著水平（P＜0.01），硒質量濃度為60 mg/L時，葉綠素a、葉綠素b、總葉綠素、類胡蘿卜素含量分別比對照增加68.19%，21.81%，49.39%，91.47%，較硒質量濃度為40 mg/L時都有所降低。

在干旱脅迫下，植物體內活性氧的產生與清除系統發生紊亂[16]，抗氧化酶會大量積累，如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性提高[17]，同時滲透壓發生變化，導致脂質過氧化，膜透性增加，使丙二醛含量增加[18]。王富剛[12]的研究結果表明，硒質量濃度為3，5，10，15 mg/L的亞硒酸鈉溶液顯著提高了綠豆幼苗葉綠素含量、游離脯氨酸含量及SOD，CAT，POD這3種保護酶的活性；降低了丙二醛含量。張艷嫣等[19]的研究表明，適量質量濃度（0.05～0.10 mg/L）外源硒處理對低溫脅迫下鐵皮石斛幼苗葉綠素降解具有緩解效應，可降低MDA含量，增加脯氨酸含量，同時顯著提高GSH-AsA循環活性，從而提高鐵皮石斛的耐冷性，但過高質量濃度的外源硒處理（＞0.20 mg/L）則效果相反。付小麗[20]研究結果表明，在硒質量分數適宜的情況下，小麥及油菜葉片SOD，POD等抗氧化酶的活性增強，內源活性氧清除物質GSH含量增加，膜脂過氧化產物丙二醛含量降低；但是在硒質量分數過高的條件下，小麥和油菜葉片SOD和POD等抗氧化酶的活性及抗氧化物質GSH，AsA含量降低，MDA含量增加。Cartes等[21]研究表明，施加亞硒酸鹽對不同品種黑麥草的硒含量和抗氧化作用有影響。硒主要富集在根中，而且由于SOD的抑制與GSH-Px的活化，膜的氧化損傷降低。

本試驗研究表明，20，40 mg/L硒可以緩解PEG對小麥幼苗的脅迫，60 mg/L硒處理則出現對小麥幼苗的毒害作用，以40 mg/L硒處理對小麥幼苗PEG脅迫緩解效果最顯著，在處理后第3天超氧陰離子含量降低了6.0%，處理后第5天丙二醛含量降低了60.17%；處理后第7天，POD活性提高了18.0%，處理后第5天，SOD活性提高了71.0%，差異均達到極顯著水平（P＜0.01）。

綜上所述，本試驗通過硒對PEG脅迫下小麥幼苗的形態及生理特性的影響研究表明，在低質量濃度硒（20，40 mg/L）處理下，可以緩解干旱脅迫，有效提高小麥幼苗的生長，其中，40 mg/L處理為最佳；高質量濃度硒（60 mg/L）處理下，對小麥幼苗的緩解作用減弱，從超氧陰離子自由基與丙二醛的含量可以看出，高質量濃度硒對小麥幼苗已經產生毒害，表明在PEG與高質量濃度硒的雙重作用下，活性氧大量積累并誘發膜脂過氧化作用增強。

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Effect of Selenium Foliar Spray on the Physiological Characteristics of Wheat Seedlings under Drought Stress

LUWenjie，YINMeiqiang，DANGFangfang，CAOMenglin，WENYinyuan，SUNMin，HAOXingyu，GAOZhiqaing
（College ofAgronomy，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The effects of different concentration of selenium on growth and physiological characteristics of wheat at seedling stage were studied under the PEG（drought）stress,which provided a theoretical basis to resist drought and supplement selenium in wheat. Wheat seedlings were treated with different selenium concentration（20,40,60 mg/L）under drought stress.The paper investigated the effect of different concentration of selenium on the plant height,root length,root numbers,fresh and dry quality and the content of chlorophyll ofwheat at seedling stage.The changes ofMDA and O2-·content,the activities of SOD,POD were also analyzed.The results showed that the different concentration ofselenium could obviously increase the plant height,root length,root numbers and fresh quality, dryqualityofwheat seedlings,decrease the content ofMDA and O2-·,and increase the activities ofSOD,POD and chlorophyll content.It suggested that exogenous application ofseleniumon the growth ofwheat seedlings under PEGstress had a certain mitigation,especiallyin the treatment of40 mg/Lselenium.

foliar sprayofselenium;PEGstress;wheat

S512.1

A

1002-2481（2016）12-1780-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.12.10

2016-08-18

國家公益性行業科研專項（201303104）；現代農業產業技術體系建設專項（CARS-03-01-24）

蘆文杰（1987-），女，山西運城人，在讀碩士，研究方向：植物生理與分子生物學。尹美強為通信作者。