淺析PEG脅迫下小黑麥和小麥根系總吸收面積變化

李 娜

（甘肅省隴西縣農業技術推廣中心，甘肅隴西 748100）

世界范圍的干旱問題仍然是制約農業生產的主要逆境因子。據統計，干旱造成的糧食減產位于各自然災害之首。因此，研究作物對干旱的生理影響規律和適應性一直是熱點課題。干旱脅迫是影響小麥生長發育的一個重要的環境因子，研究小麥的抗旱機理，尋找提高小麥抗旱性的途徑，對抗性育種以及抗旱栽培具有重要意義。

植物的根系是吸收水分和礦質營養的主要器官，又是物質合成和轉化的器官，因此根系的生長發育狀況和活力直接影響植物體的地上部分的生長[1]。根系是植物與環境接觸的重要界面，土壤環境對植物的影響首先作用于根，根系感受逆境信號后產生相應的生理反應，繼而影響地上部分的生長[2]。有研究表明，從根系與地上部分之間的相互關系去分析植物的耐鹽能力是可行的，根莖比值小的植物，其耐鹽性往往比較差[3-4]。

植物的耐鹽性研究工作，大多選材于小麥、棉花、西紅柿等作物。我國小麥種植面積是繼水稻之二的國家，常年種植面積2 666.67萬hm2以上[5]。我國旱農區是小麥的主要產區之一，以北緯35～40°為界，旱農區偏北，緯度較高地區以種植小麥為主，偏南地區則以種植冬小麥為主。小麥屬禾本科植物，為須根系，根系入土可達20～30cm耕層，可充分吸收養分和水分[6]。本研究以小麥根系的總吸收面積變化為重點，探索PEG脅迫條件下小麥根系吸收面積的特點，為研究小麥等作物的抗旱性奠定理論基礎和積累基本數據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為小黑麥35ITSN-15、35ITSN-17、36ITSN-148和小麥甘春-20。

1.2 實驗設計與處理方法

挑選子粒飽滿，大小一致無殘缺的小麥種子，經75%酒精消毒沖洗后，迅速用清水清洗并浸泡24h待種子露白后，均勻擺放在培養皿中，保證光照和水分適宜。一周后挑選高度一致、長勢良好的幼苗分別加入10%、20%、30%的PEG溶液模擬干旱脅迫，分別在模擬脅迫24、48、72、96h后，剪取小麥根系待用。以加水小麥幼苗作為對照。

1.3 實驗儀器與試劑

721-型分光光度計，電子天平，容量瓶，移液管等。

0.0002mol/L（0.064g/L）甲烯藍溶液；PEG溶液。

1.4 測定方法

甲烯藍法測定根系吸收面積[7]

取三個小燒杯編好號碼，各加入甲烯藍溶液5ml，將稱取好的小麥根系依次放入燒杯中各1.5min，再分別吸取1ml溶液稀釋10倍混勻后，取適量溶液置于660nm下測定吸光度。

依照下列公式求出根的吸收面積：

總吸收面積（m2）=（第一杯中被吸收的甲烯藍毫克數+第二杯中被吸收的甲烯藍毫克數）×1.1m2

活躍吸收面積（m2）=第三杯中被吸收的甲烯藍毫克數×1.1m2

活躍吸收面積（%）=根系活躍吸收面積（m2）/根系總吸收面積（m2）×100%

2 結果與分析

2.1 PEG脅迫對小黑麥35ITSN-15根系活力的影響

圖1 小黑麥35ITSN-15在不同時間不同濃度下其根系活力變化

因為植物吸水最主要的方式是靠根系吸水，因此由圖1可以看出，小黑麥35ITSN-15在正常水分條件下，處理24h時根系總吸收面積最大值為2.713 3m2，隨著時間的延長，種子內的能量耗盡，吸收面積也就隨之下降為2.551 8m2。在脅迫時間為48和72h下，根系吸收面積均呈下降趨勢，說明在這個時間段，因為小黑麥根系受到外界PEG溶液的脅迫，使根系吸收水分的能力減弱，其長勢也不如正常水分，植株的形態發生了變化，葉片也開始萎蔫。可以看出在PEG濃度為20%脅迫96h時，其根系總吸收面積有了一定的回升為2.612 4m2，由此可以看出隨著干旱脅迫時間的延長根系可能暫時有了適應干旱條件的應激性，但最終會因PEG濃度過高造成根系吸水困難，使根系吸收面積呈現下降水平。

2.2 PEG脅迫對35ITSN-17根系活力的影響

圖2 小黑麥35ITSN-17在不同時間不同濃度下其根系活力變化

由圖2可以明顯看出，隨著處理時間的延長和PEG濃度的升高，小黑麥根系的總吸收面積均表現出不同程度的下降，并且當處理時間為48h下濃度為30%時，其根系總吸收面積下降到最小值為2.533 0m2。由此說明，PEG脅迫對小黑麥根系的生長有抑制作用，從而使得根系的總吸收面積降低。由于PEG對小黑麥發生了干旱脅迫，根系內水分濃度高于根系外的濃度，根系開始失水，并最終導致吸收能力下降。

2.3 PEG脅迫對36ITSN-148根系活力的影響

圖3 小黑麥36ITSN-148在不同時間不同濃度下根系活力變化

高鹽分的土壤中由于含有較高的離子，土壤中的水勢大大降低，降低了植物對水分的吸收，因此，植物處于高鹽分的土壤中先受到的是鹽分引起的水分脅迫[8]。由圖3可以看出，隨著PEG濃度的升高，其根系吸收面積均呈現下降的趨勢。下降趨勢較明顯的是在PEG濃度為20%下脅迫48h 下的根系活力。而在48和72h時，總吸收面積雖然也是下降，但下降幅度不太大。說明，在沒有PEG脅迫下，小麥根系能夠保持較高的吸收能力，后隨著PEG濃度的增加，根系活力下降，吸水力減弱，根的含水量也有較大幅度的下降。由此可以看出，在較低濃度鹽分下，PEG脅迫對其根系沒有產生太大的水分脅迫，隨著鹽濃度的升高，PEG脅迫的加重，水分脅迫對降低根系總吸收面積的跡象愈來愈明顯。

2.4 PEG脅迫對小麥甘春-20根系活力的影響

由圖4可以看出，甘春-20的根系總吸收面積在不同濃度PEG脅迫下總體呈下降的趨勢，且下降趨勢是隨著時間的延長和PEG脅迫濃度的升高而降低小麥根系總吸收面積的。可以明顯看出在PEG脅迫24h 時的根系總吸收面積較其他時間下的值都高，為2.597 0至2.553 8m2。在PEG溶液脅迫48和72h下的根系總吸收面積均呈下降的趨勢，且幅度不大，根系總吸收面積下降趨勢較為平緩，表明由于PEG脅迫，其對水分的吸收也有一定程度的下降，但影響較不明顯。而下降幅度較大的是在PEG濃度到達30%脅迫96h下的根系總吸收面積值為2.491 0m2，且從圖中可以看出濃度為20%，小麥根系總吸收面積有一點回升，表明在此時其根系對這種脅迫有了暫時的應激性所致，但和其它結果一樣，最終仍然呈下降趨勢。

圖4 小麥甘春-20在不同時間不同濃度下根系活力變化

3 結論

根據植物對溶質的吸收具有吸附的特性，我們應用甲烯藍作為吸附物質可以計算出小麥根系解吸到細胞中數值。不同品種的小麥抗旱能力差異也很大，這是植物在不同生態條件下長期發展過程中形成的特性。從這4種供試材料根系的吸收面積中可以得出：在本次研究中的四種品種的小麥，在低濃度PEG溶液中均可吸收水分生長，只是生長速度較正常水分條件下慢；而隨著PEG濃度的升高和脅迫時間的延長，其根系吸收面積均呈下滑趨勢，且植株葉片逐漸枯萎，生長趨勢從緩慢到停滯，盡管期間會出現一定程度的回升，但整體都為下降至停止的狀態。

這與細胞滲透勢也有一定關聯，細胞內溶液濃度大于細胞外溶液的濃度，則細胞吸水，反之失水。在供試小黑麥和小麥的根系周圍溶液濃度高于根系細胞內溶液的濃度，其根系會因失水而使根系吸收能力下降，隨之根系吸收面積也就會隨著PEG溶液濃度的升高而降低，從而最終導致植株生長速率也會隨著根系總吸收面積的降低而降低。因此在干旱地區，根系吸收能力可以作為選擇高抗性品種的生理指標來進行作物的選種繁育。

[1]劉海龍，鄭桂珍，關軍鋒，等.干旱脅迫下玉米根系活力和膜透性的變化[J].華北農學報，2002，17（2）：20-22.

[2]萬賢崇，宋永俊.鹽脅迫及其鈣調節對竹子根系活力和丙二醛含量的影響[J].南京林業大學學報（自然科學版），1995，19（3）：16-20.