黃淮地區主推小麥品種種子發芽期耐淹性研究

歐行奇， 李新華， 歐陽娟

(1.河南科技學院， 河南 新鄉 453003； 2.新鄉市農樂種業有限責任公司， 河南 新鄉 453003)

淹水脅迫指植物處于周期或長期厭氧或缺氧環境下，其有氧呼吸和維持生命活動所需能量產生受到限制，是植物常遭受的非生物脅迫之一[1]。種子耐淹性的篩選是世界范圍內關注的問題,長期淹水使小麥發芽和發芽能力下降，且不同小麥品種之間差異顯著[2]。長時間浸泡種子則顯著降低種子中溶解氧的含量，從而降低其發芽率，其苗期的生物量、葉面積等都會受到影響[3]。小麥籽粒的耐淹性研究中,研究較多的有抗氧化酶系統包括SOD/CAT系統和硫氧還蛋白還原酶/1-Cys過氧化氫還原酶(1-Cys peroxiredoxin,1-Cys prx)系統[4-6]。淹水脅迫引起細胞內活性氧的積累，對植物造成嚴重的氧化損傷，從而抑制植株的生長和產量[7-8],為了緩解活性氧對植物細胞的損傷，植物長期進化并形成了復雜的酶類和非酶類的防御體系[9-10]。植物在逆境條件下也會產生大量的滲透調節物質，如：脯氨酸、可溶性糖和甜菜堿等，這些物質能緩解ROS(reactive oxygen species)的損傷作用[11],研究發現，脯氨酸不僅僅是一種滲透調節物質，而且可以作為抗氧化劑和細胞程序性死亡的抑制劑[12]。灌漿期淹水脅迫導致小麥根、葉片中氮總量降低,葉片中超氧化物歧化酶、過氧化物酶、抗氧化酶等活性降低,抗壞血酸、谷胱甘肽等抗氧化劑含量減少,氧含量升高，使根細胞死亡、旗葉衰老加劇[13]。

在冬小麥生長初期土壤澇漬會造成嚴重的產量損失[2]，拔節期和花后漬水處理顯著降低了小麥產量、穗粒數、千粒重[14]，耐淹種質資源選育是保障穩產和高產的基礎之一。我國秦嶺、淮河以南，青藏高原以東，屬南方冬麥區，大部分地區實行麥稻兩熟制或麥稻稻、麥豆稻、稻麥肥等三熟制。水稻是唯一一種能夠很好地適應洪澇、部分洪水或完全淹沒的谷類作物[15]，小麥作為旱地栽培作物，其耐淹性則顯著低于水稻。因此，在稻麥輪作系統中，因其特殊的種植環境則更需要關注小麥種子發芽出苗期的耐淹性。本研究選用黃淮南部麥區四個主推半冬性小麥品種(百農207、周麥18、周麥22、百農AK 58)，采用不同時間淹水浸種處理，正常管理至發芽，測定其形態、酶活性和非酶物質的變化，研究其在種子發芽期的淹水敏感性。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

四個小麥品種均為半冬性小麥品種，分別為百農207、周麥18、周麥22、百農AK 58，均為黃淮南部麥區的主推品種。

1.2 試驗設計

試驗設置淹水1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 d，每個處理重復3次，每次重復50粒，對照(0 d)為正常發芽管理的種子。

具體操作方法：選擇健康均勻的小麥種子50粒，用5%雙氧水消毒2 min后，用自來水沖洗3次，再用純凈水將種子浸泡12 h充分吸脹，將吸脹的種子放入玻璃培養皿中，用純凈水將種子全部淹沒，每天早晨和晚上將培養皿中的水倒出，用自來水沖洗后重新放入培養皿中，再倒入純凈水將種子全部淹沒，設定淹水時間結束后進行正常的發芽管理，均統一管理到淹水解除后10 d。發芽管理均在光照培養箱中25 ℃培養，光照和黑暗各12 h。

1.3 植物形態調查和生理指標測定

發芽管理第7天時調查各處理的發芽數，正常管理10 d時各處理每重復隨機抽取5株，測量根長、苗高、根干重和苗干重，同時測定根系活力和10 d苗齡小麥葉片過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、根系活力、脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量、葉片可溶性蛋白含量[16]。

1.4 試驗數據處理

小麥發芽率、苗高、苗干重、根干重均以對照為100%，將淹水處理的相應結果除以對照獲得相對發芽率、相對苗高、相對苗干重、相對根干重。淹水4 d處理有一個品種的相對發芽率為0，因此相對苗高、相對苗干重、相對根干重統計到淹水4 d處理。淹水2 d處理有2個品種的相對發芽率低于50%，因此根系活力、葉片SOD活性、葉片POD活性、葉片MDA含量、葉片脯氨酸含量、葉片可溶性蛋白含量數據統計到淹水2 d處理。數據用SPSS 18.0軟件進行方差分析和Duncan檢驗。

2 結果與分析

2.1 淹水脅迫對小麥種子相對發芽率、小麥相對苗高和根長、干物質的影響

由表1可知，隨著種子淹水天數的增加，各品種種子相對發芽率呈降低趨勢。淹水1 d處理，百農207、周麥22、百農AK 58種子相對發芽率同對照相比差異不顯著，周麥18種子相對發芽率同對照相比差異顯著。淹水2 d處理，種子相對發芽率同對照相比差異顯著，周麥22和周麥18種子相對發芽率同對照相比差異極顯著，二者的相對發芽率均小于50%；百農207種子相對發芽率為81.95%，百農AK 58種子相對發芽率為72.04%，百農207種子相對發芽率最高。淹水3 d處理，各品種種子相對發芽率均極顯著小于對照處理，百農207種子相對發芽率最高，為63.16%，周麥22種子相對發芽率最低，為10.38%，百農AK 58種子相對發芽率為30.18%，周麥18種子相對發芽率為11.29%。淹水4 d處理，周麥22、百農207、百農AK 58和周麥18的相對發芽率分別為0、39.1%、21.42%和4.52%。淹水5 d處理，周麥18、百農207和百農AK 58種子相對發芽率分別為0、24.06%和5.84%。淹水6 d處理和淹水7 d處理，百農207種子相對發芽率降低不顯著，百農AK 58種子相對發芽率均為0。淹水8 d處理和淹水9 d處理，百農207種子相對發芽率分別為6.77%和5.26%，其余品種種子相對發芽率均為0。淹水10 d處理，各小麥品種種子相對發芽率均為0。

表1 各小麥品種淹水處理相對發芽率

由表2可知，百農207平均相對根長最高，為84.99%，極顯著高于百農AK 58、周麥22和周麥18。百農207平均相對苗高最高，為95.06%，顯著高于周麥18，與周麥22和百農AK 58差異不顯著。百農AK 58平均相對根干重最高，為94.23%，與百農207和周麥18差異不顯著，周麥22的平均相對根干重最小，為82.41%。百農207平均相對苗干重最高，為90.63%,周麥18次之，周麥22平均相對苗高最低，各品種差異不顯著。

表2 淹水處理后各品種農藝性狀差異分析 單位：%

2.2 淹水脅迫處理后小麥根系活力

由圖1可知，各小麥品種種子淹水處理后，10 d苗齡根系活力呈降低趨勢。各品種對照處理的根系活力百農207最高，極顯著高于其余3個品種。淹水1 d處理百農207和百農AK 58根系活力同對照相比差異不顯著，周麥22根系活力顯著小于對照，周麥18根系活力極顯著小于對照，淹水1 d處理百農207根系活力極顯著高于其余3個品種。淹水2 d處理百農207根系活力顯著小于對照處理，百農AK 58、周麥22和周麥18根系活力極顯著小于對照處理，淹水2 d處理百農207根系活力極顯著高于其余3個品種。

圖1 淹水處理各小麥品種根系活力

2.3 淹水處理對小麥抗氧化酶活性及膜質過氧化產物含量的影響

由圖2可知，淹水處理后各品種葉片SOD活性和POD活性均呈增加趨勢。對照處理百農207葉片SOD活性最高，極顯著高于其他品種。淹水1 d處理百農207葉片SOD活性極顯著高于其他品種，周麥18葉片SOD活性最低，極顯著小于其他品種。淹水2 d處理百農207葉片SOD活性極顯著高于周麥18和周麥22，顯著高于百農AK 58。淹水2 d處理百農207葉片SOD活性均高于其他處理。葉片POD活性隨著淹水天數的增加呈增加趨勢，不同處理的POD活性變化趨勢同SOD活性變化趨勢基本一致。百農207淹水1 d處理葉片POD活性最高，極顯著高于其他品種，淹水2 d處理百農207葉片POD活性顯著高于百農AK 58，極顯著高于周麥22和周麥18，極顯著高于淹水1 d處理和對照。

圖2 淹水處理不同小麥品種葉片SOD、POD活性

由圖3可知，隨著淹水天數的增加，各處理10 d苗齡葉片膜脂過氧化產物MDA含量呈降低趨勢。對照處理中周麥22和周麥18葉片MDA含量極顯著高于百農207和百農AK 58，淹水1 d處理周麥22葉片MDA含量顯著高于周麥18，極顯著高于百農207和百農AK 58。淹水2 d處理周麥22葉片MDA含量最高，顯著高于周麥18，極顯著高于百農207和百農AK 58，百農207葉片MDA含量最低，顯著低于其他品種。

圖3 不同小麥品種淹水處理后葉片MDA含量

2.4 淹水脅迫處理后小麥葉片可溶性蛋白和Pro含量

由圖4可知，淹水處理后各小麥品種10 d齡苗葉片的可溶性蛋白和Pro含量均呈降低趨勢。對照處理中百農207葉片Pro含量極顯著高于其他品種，周麥18葉片Pro含量最低。淹水1 d處理百農207葉片Pro含量顯著高于百農AK 58，極顯著高于周麥22和周麥18。淹水2 d處理百農207葉片Pro含量顯著高于百農AK 58，極顯著高于周麥22和周麥18，周18的Pro含量最低。種子淹水處理后各品種10 d葉齡葉片可溶性蛋白含量同對照相比呈降低趨勢。對照處理百農207葉片可溶性蛋白含量極顯著高于其他品種，周麥18葉片可溶性蛋白含量最低。淹水1 d處理百農207葉片可溶性蛋白含量顯著高于百農AK 58,極顯著高于周麥22和周麥18，淹水2 d葉片可溶性蛋白含量變化趨勢同淹水1 d處理一致。

圖4 不同小麥品種淹水處理后葉片可溶性蛋白和Pro含量

3 小結與討論

黃淮南片麥區四個主推小麥品種在出苗期種子遭遇淹水脅迫時，隨著淹水處理天數的增加，品種間種子相對發芽率差異極顯著。淹水處理4 d周麥22種子相對發芽率為0，淹水處理5 d周麥22和周麥18種子相對發芽率均為0，淹水處理6 d百農AK 58種子相對發芽率也為0。淹水處理4 d后各品種種子相對發芽率均小于50%，百農207種子淹水處理7 d時相對發芽率為24.06%，各品種各處理相對發芽率數據顯示，百農207在種子出苗期具有較強的耐淹水能力。百農207的10 d苗齡的平均相對根長、平均相對苗高、平均相對苗干重均高于其他品種，百農AK58平均相對根干重則高于其他品種，周麥18的平均相對根長和平均相對苗高小于其他品種。小麥耐水淹基因型形態機制包括具有良好通氣組織的側根的發育，淹水后苗高和干物重降低[17-18]。10 d苗齡小麥根系活力隨著種子淹水天數的增加呈降低趨勢，同一淹水處理條件下百農207根系活力顯著高于其余三個品種，品種間根系活力差異顯著。本研究中百農207種子淹水脅迫后其相對干物量、相對苗高、根系活力等顯著高于其他品種，具有較好的耐淹特性。

淹水處理后小麥葉片SOD活性和POD活性變化趨勢一致，均隨淹水天數的增加呈顯著增加趨勢，百農207葉片SOD活性和POD活性均極顯著高于其余品種同一淹水處理。不同小麥品種種子淹水處理后10 d齡苗葉片膜脂過氧化產物MDA隨種子淹水天數增加呈降低趨勢，同一淹水天數處理百農207葉片MDA含量最低。不同小麥品種種子淹水處理后，10 d齡苗葉片的可溶性蛋白和Pro含量均隨淹水天數增加呈降低趨勢，不同品種同一淹水天數處理百農207葉片可溶性蛋白含量顯著高于其余三個品種，百農207對照處理葉片Pro含量極顯著高于其他品種和淹水處理，不同品種同一淹水天數處理百農207葉片Pro含量顯著高于其他品種。

小麥灌漿期淹水處理能導致小麥根、葉片中SOD、POD、抗氧化酶活性等活性降低,MDA含量增加[13]。當發生水澇脅迫時，芍藥通過提高葉片SOD和POD酶活，提高葉片可溶性蛋白含量等途徑提高自身適應澇漬的能力[19]。MDA是膜脂過氧化指標之一，逆境條件下抗性弱的品種MDA含量通常較高，另外脅迫發生時細胞質和液泡中的滲透調節物質Pro會急速上升，一般抗逆性強的品種往往積累較多的Pro[20]。本研究中百農207同一淹水天數處理葉片SOD酶活性、POD酶活性、Pro和可溶性蛋白含量顯著高于其余品種，MDA含量則顯著低于其余品種，說明在淹水脅迫條件下，百農207的抗逆性生理代謝快速響應，提高自身對澇漬的適應能力，說明百農207具有較好的耐淹性。有研究表明，種子滲出液和葉片MDA含量隨著逆境脅迫的增加而增加[21-24]，采取相應措施緩解脅迫條件后則作物葉片MDA含量降低[25-26]。而本研究中小麥種子淹水脅迫發芽后，小麥葉片MDA含量則降低，可能由于短時間的淹水脅迫，植物的抗氧化系統快速反應，降低了葉片中MDA的含量。綜合以上討論和研究結果，百農207在種子發芽出苗期有較強的耐淹性，其耐淹性顯著高于其余三個品種。