小麥幼苗對鹽堿脅迫的生理生化響應特征

嚴暢+黃河清+毛震宇+韓陳樂毅+邢輝

摘 要：研究小麥對鹽堿脅迫生理響應特征，旨在找出小麥幼苗耐鹽堿范圍及其對鹽堿地改良的應用潛力。通過模擬10組不同鹽堿梯度土壤脅迫試驗研究了小麥體內有機小分子滲透調節和保護氨基酸活性變化。結果表明，鹽堿脅迫由低到高，脯氨酸的積累呈現明顯由慢到快的趨勢，但到最高值后開始下降；丙二醛濃度隨氯化鈉或碳酸鈉濃度的上升呈非線性上升趨勢，在一定范圍內減緩甚至下降。同濃度碳酸鈉脅迫下脯氨酸和丙二醛的濃度均高于氯化鈉脅迫下的濃度，顯示出小麥氯化鈉脅迫的適應性更強。該試驗結果表明，小麥葉片在不同鹽堿脅迫條件下各耐鹽堿生理指標產生的一系列適應性反應具有較大的濃度和鹽類差異性。研究選用的小麥種為“濟麥21”，該研究可為耐鹽堿作物選育及根莖型禾草改良鹽堿化草地提供理論和實踐依據。

關鍵詞：脅迫；鹽堿；小麥；丙二醛；脯氨酸；生理指標

土壤鹽堿災害已經成為全球最嚴重、最受關注的環境地質災害之一。農業生產造成的嚴重的損失，是人類面臨的生態危機之一。世界現有耕地中，約有3.4億hm2的鹽土和5.6億hm2的蘇打鹽土，占耕地總面積的60%。在中國東北的內陸地區，由于土壤中含有較高濃度的HCO3-和CO32-，引起土壤嚴重鹽堿化，作物生長受到限制，個別區域甚至寸草不生。中國鹽堿地面積約1億萬hm2，西北、華北、東北西部和濱海地區都有分布。東北鹽堿土主要分布在松嫩平原，近年來東北新增的鹽堿化土地主要來自于草原鹽堿化。因此，研究鹽堿環境如何影響農作物生長，以及農作物耐受鹽堿脅迫的機制，對于利用、改造鹽堿化的土壤進行農業生產具有重要意義。小麥是世界主要糧食作物，研究植物對鹽堿脅迫的生理響應特點，提高作物和牧草的耐鹽堿性和種子產量對改良和利用退化鹽堿草地具有重要意義。

本研究對象為不同鹽堿土壤環境中正常生長的小麥，從其根莖和葉片的滲透調節物質（包括脯氨酸及丙二醛）含量變化分析小麥對鹽堿脅迫進行的生理生化反應，以期為耐鹽堿作物選育及鹽堿地生物治理提供理論參數和實踐依據。

一、材料與方法

1.材料及處理

供試小麥品種：濟麥21。選取顆粒飽滿的小麥種子浸泡消毒后，置于光照恒溫培養箱中培養（光照度60 lx，光照12 h，25 ℃；黑暗8 h，20 ℃），至三葉期后選生長狀況相似的22盆植株進行模擬鹽堿脅迫處理，即分別以濃度梯度為0.6mol/L，1.2mol/L，1.8mol/L，2.4mol/L的氯化鈉，3mol/L和濃度梯度為0.3mol/L，0.6mol/L，

0.9mol/L，1.2mol/L，1.8mol/L的碳酸氫鈉對植株進行模擬鹽堿脅迫，處理時間96 h并設空白對照。

2.試驗方法

取鹽堿脅迫處理96 h后的植株葉片，進行生理指標測定，包括MDA（丙二醛）含量和Pro（脯氨酸）含量。Pro含量測定參照李合生的方法，MDA含量測定參照張志良的方法，數據均來自可見光分光光度計。

二、結果與分析

1.小麥植株MDA含量比較

丙二醛（malonaldehyde，MDA）是膜脂過氧化作用的最終產物之一，能直接反映膜受損程度。因此，水分脅迫條件下植物MDA含量的高低經常被用來表示細胞膜受傷害的程度，進而被用作鑒定植物抗旱性的指標。相同水分脅迫條件下，MDA含量低或相對于對照增加幅度小的植物被認為是抗旱性強的植物。

（1）不同濃度氯化鈉處理小麥植株MDA含量比較

隨著氯化鈉濃度的加大，MDA濃度總體呈現增加趨勢，可顯示細胞膜系統的受損程度增加。但在氯化鈉濃度為1.2mol/L～1.8mol/L時呈現出略微下降，可推測在該范圍內植物對鹽堿的抵抗和滲透壓調節機制起到了一定減輕膜結構損傷的作用。

（2）不同濃度碳酸鈉處理小麥植株MDA含量比較

隨著碳酸鈉濃度的加大，MDA濃度總體呈現增加趨勢，可顯示細胞膜系統的受損程度增加。但在碳酸鈉濃度為0.6mol/L～0.9mol/L時呈現出明顯的下降，可推測在該范圍內植物對鹽堿的抵抗和滲透壓調節機制起到了明顯減輕膜結構損傷的作用。

（3）氯化鈉和碳酸鈉處理小麥植株MDA含量的交叉比較

比較同摩爾濃度下氯化鈉和碳酸鈉對小麥植株MDA摩爾濃度的影響，受碳酸鈉脅迫時小麥植物體內的MDA濃度高于受氯化鈉脅迫時的濃度，可顯示在碳酸鈉條件下細胞膜結構受到的損傷更大。但在兩者濃度加大過程中均出現了趨緩或下降的情況，可能由于不同濃度下抵抗和滲透壓調節機制被激活的程度不同所導致，具體機制有待進一步研究。

2.小麥植株Pro含量比較

脯氨酸（proline）是一種重要的有機滲透調節物質，具有平衡液泡中的高濃度鹽分，避免細胞質脫水，穩定細胞蛋白質結構，防止酶變性失活和保持氮含量等作用。脯氨酸的積累是植物對抗鹽堿脅迫而采取的一種保護生理應激措施。[9]

（1）不同濃度氯化鈉處理小麥植株Pro含量比較

隨著氯化鈉濃度的加大，植株體內Pro濃度呈現先加速增長，后減速，最后下降的趨勢，最高峰處在2.4mol/L到3mol/L之間，但不同濃度下Pro濃度與氯化鈉濃度的比值具有較大差異性。可推測當濃度過高時，植物生產的Pro無法平衡液泡中的高濃度鹽分，造成細胞質脫水和酶的變性失活，Pro的合成速率下降，造成Pro濃度降低。但是植物體內還有一些其他與抗逆境指標相關的酶類，具體機制還需進一步研究。

（2）不同濃度碳酸鈉處理小麥植株Pro含量比較

隨著碳酸鈉濃度的加大，植物體內Pro濃度呈現非線性增長的趨勢，體現出明顯的正相關關系，但不同濃度下Pro濃度與碳酸鈉濃度的比值具有較大差異性。

（3）氯化鈉和碳酸鈉處理小麥植株Pro含量的交叉比較

比較同摩爾濃度下氯化鈉和碳酸鈉對小麥植株Pro摩爾濃度的影響，受碳酸鈉脅迫時小麥植物體內的脯氨酸濃度顯著高于氯化鈉脅迫時的濃度，但兩者上升的趨勢相近。可說明同濃度下植物對碳酸鈉的抵抗反應強度更大。endprint

三、討論

植物在脅迫下通常發生脂質的過氧化反應，產生有害的氧化物，而MDA就是氧化的重要最終產物之一。本實驗中，隨著鹽堿梯度由低到高，植株體內MDA濃度升高，質膜的通透性逐漸增大，這表明鹽堿使脂質過氧化水平加重，細胞膜系統在一定程度上遭到破壞，質膜通透性發生改變。濃度相對低時隨著濃度的升高MDA含量出現了上升不明顯甚至出現了下降的情況，體現出在濃度較低時小麥植株能對鹽堿脅迫體現出較好的抗性。同摩爾濃度下碳酸鈉脅迫時MDA濃度大于氯化鈉脅迫的濃度，說明碳酸鈉脅迫對小麥膜結構的損傷更大。

Pro是植物在水分脅迫下最為有效的滲透調節物質，它具有易于水合的趨勢或具有較強的水合能力，在植物受旱時它的增加有助于細胞或組織的持水作用，防止脫水。本實驗中Pro濃度與鹽脅迫程度在一定范圍內成非線性正相關關系，且相關度逐漸升高，但超過限度后調節機制出現失效跡象，體現出負相關關系。同摩爾濃度下碳酸鈉脅迫時Pro濃度大于氯化鈉脅迫的濃度，體現出同摩爾濃度下小麥植株對碳酸鈉脅迫的應激反應更強，但膜結構損傷也更高。本實驗為小麥的鹽堿抗性育種提供了一定的生理學基礎，而引起生理變化的分子機理還需進一步研究。

參考文獻：

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