摘要：為了提高小麥苗的抗旱能力，用自制的抗旱劑進(jìn)行浸種后模擬干旱試驗(yàn)。結(jié)果表明：制劑2浸種后進(jìn)行干旱脅迫處理，小麥幼苗SOD活性比清水+脅迫處理提高40.9%～60.0%，提高的原因是能誘導(dǎo)出新的同工酶，活性維持時(shí)間為35天;抗旱劑處理后再進(jìn)行干旱脅迫，小麥幼苗根系活力明顯增強(qiáng)，根長(zhǎng)和根干重都有不同程度的增加，其中制劑2和制劑3處理，根長(zhǎng)比清水浸種后脅迫處理提高1.0倍和69.8%，根干重提高1.5倍和85.7%，根數(shù)提高1.3倍和1.0倍。制劑2處理莖葉干重最大，比清水+脅迫處理增加70.4%，根冠比增加48.1%。綜上，本試驗(yàn)條件下制劑2是緩解麥苗干旱脅迫效果較理想的制劑。
關(guān)鍵詞：小麥幼苗;抗旱制劑;浸種;SOD活性;干旱脅迫;形態(tài)指標(biāo)
黃淮海平原屬半干旱、半濕潤(rùn)地區(qū)，熱量資源可滿足喜涼、喜溫作物一年兩熟的要求，主要種植方式為冬小麥-夏玉米。年降水量500～900 mm，季節(jié)分配不均，主要集中在夏季，7—8月降水量約占全年的45%～65%。秋、冬、春三季均為水分虧缺的干旱期，小麥生長(zhǎng)期內(nèi)缺水達(dá)150～200 mm，全年水分支出大于輸入，虧缺水分約400 mm[1]。黃淮海地區(qū)冬小麥一般在上年10月份播種，當(dāng)年6月份收獲，整個(gè)生育期正值降水量相對(duì)稀少時(shí)期，生育期間的降水量在125～250 mm之間，占年降水量的25%～29%，自然降水不能滿足冬小麥生長(zhǎng)的需要，因此冬小麥旱災(zāi)頻發(fā)，一般年份冬春雨雪少，由于冬春氣候干燥，積雪不多，所以春季溫度上升極快，作物生長(zhǎng)發(fā)育較迅速，春季干旱是該區(qū)小麥生產(chǎn)的一大限制因子[2-4]。據(jù)研究，黃淮海地區(qū)自1961年以來(lái)，春季、冬季以及冬小麥生長(zhǎng)季內(nèi)均表現(xiàn)為不同程度的干旱，干旱頻率達(dá)90%以上，其中春、冬兩季最為干旱[5，6]。為解決小麥種植過(guò)程中因遭受干旱導(dǎo)致出苗率降低等問(wèn)題，課題組進(jìn)行抗旱劑的研制，并進(jìn)行抗旱制劑浸種對(duì)冬小麥抗旱能力及產(chǎn)量影響的試驗(yàn)，以期為其大面積推廣應(yīng)用提供參考。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試抗旱制劑是以提高體內(nèi)保護(hù)性酶活性、消除氧自由基傷害為準(zhǔn)則，篩選出能提高小麥體內(nèi)保護(hù)性酶活性的元素，如銅、鋅、硒、鈣、硼、鉀等配以氨基酸和殼聚糖，制成符合含氨基酸水溶肥料標(biāo)準(zhǔn)的抗旱制劑3種，分別為制劑1、制劑2和制劑3，技術(shù)指標(biāo)為氨基酸≥100 g/L，微量元素≥20 g/L。供試小麥品種為濟(jì)麥22。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 種子處理 精選小麥種子用0.1% HgCl2消毒10 min，用清水沖洗干凈，分別用清水、0.2% 制劑1、0.2%制劑2、0.2%制劑3溶液浸種24 h后取出，種子晾干后進(jìn)行脅迫處理。 1.2.2 脅迫處理 用高滲溶液法，即用-0.5 MPa的聚乙二醇-6000（PEG-6000）水溶液對(duì)種子進(jìn)行模擬干旱脅迫處理。處理1：清水浸種+不脅迫;處理2：清水浸種+干旱脅迫;處理3：制劑1浸種+干旱脅迫;處理4：制劑2浸種+干旱脅迫;處理5：制劑3浸種+干旱脅迫。發(fā)芽皿為長(zhǎng)×寬×高=10 cm×10 cm×5 cm 的塑料盒，以單層濾紙為芽床。100粒種子為一個(gè)重復(fù)，重復(fù)4次。將預(yù)處理的種子分別放入發(fā)芽皿中，各加入-0.5 MPa PEG-6000水溶液12 mL，加蓋后放入20℃恒溫箱內(nèi)培養(yǎng)。每周隨機(jī)選取5粒進(jìn)行SOD活性測(cè)定，發(fā)芽?jī)芍芎箅S機(jī)選取5株測(cè)定小麥苗的形態(tài)指標(biāo)。
1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法
1.3.1 SOD活性的測(cè)定 采用氯化硝基四氮唑藍(lán)（NBT）光化還原法測(cè)定[7]。
1.3.2 SOD同工酶電泳 采用聚丙烯酰胺凝膠電泳法[8]，上樣酶量30 μL，在濃縮膠（濃度為4%）里穩(wěn)流20 mA。進(jìn)入分離膠（濃度為8%）后穩(wěn)流40 mA，6～7 h完成電泳。同工酶電泳染色采用NBT染色法，凝膠依次經(jīng)染液I（0.2%NBT溶液）在黑暗下染色20 min、染液Ⅱ[0.001%核黃素溶液+0.33%TEMED溶液+36 mmo1/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.8）]在黑暗下染色15 min、染液Ⅲ[0.003%EDTA-Na2溶液+50 mmol/L磷酸鹽緩沖液（pH 7.8）]在光照下染色20～30 min。轉(zhuǎn)換染液期間需用去離子水沖洗凝膠，最終用95%乙醇浸泡5 min。再轉(zhuǎn)入去離子水中照相，可使SOD酶帶呈現(xiàn)出清晰透亮的酶譜。
1.3.3 根系活力的測(cè)定 采用氯化三苯基四氮唑（TTC） 法測(cè)定小麥的根系活力[7]。
1.3.4 幼苗形態(tài)指標(biāo)的測(cè)定 取發(fā)芽?jī)芍艿柠溍邕M(jìn)行株高、根長(zhǎng)、發(fā)根條數(shù)、植株根、莖葉干重測(cè)定，并計(jì)算根冠比。
2 結(jié)果與分析
2.1 抗旱制劑浸種對(duì)小麥幼苗SOD活性的影響
由圖1看出，不同制劑浸種對(duì)干旱脅迫下小麥苗期SOD活性的影響不同。脅迫處理后，小麥幼苗中SOD活性均高于不脅迫處理，清水不脅迫處理從第一周到第七周SOD活性變化不大;清水+脅迫處理小麥幼苗SOD活性升高，第一周比不脅迫處理上升97.6%，之后SOD活性逐漸降低，到第七周時(shí)，比不脅迫處理SOD活性高6.1%，說(shuō)明小麥遇到干旱時(shí)，在一定程度上會(huì)發(fā)生應(yīng)激反應(yīng)，但隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，小麥生命特征逐漸衰退，SOD活性也逐漸降低。脅迫處理后第一周，制劑1、制劑2和制劑3分別比清水+脅迫處理的高11.3%、40.9%和21.9%，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，SOD活性逐漸降低，到第七周，則分別高12.9%、60.0%和17.9%，說(shuō)明使用抗旱制劑浸種后提高了小麥對(duì)干旱的耐受程度。3個(gè)制劑處理的小麥幼苗SOD活性提高程度也不同，其中制劑2處理的SOD活性最高，比清水+脅迫處理高40.9%～60.0%，其次為制劑3處理，制劑1處理最低。因此，制劑2提高抗旱性效果最好。隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，各制劑處理的SOD活性比清水+脅迫處理增幅逐漸下降，至第六周明顯降低。所以，抗旱制劑持效時(shí)間為35天左右。
2.2 抗旱制劑浸種對(duì)小麥幼苗SOD同工酶的影響
為了明確脅迫處理下，抗旱制劑浸種的小麥幼苗SOD活性增強(qiáng)的原因，對(duì)不同脅迫處理的小麥幼苗進(jìn)行了SOD同工酶電泳試驗(yàn)，結(jié)果（圖2）表明，不同制劑浸種對(duì)脅迫處理下小麥幼苗SOD同工酶的影響不同，清水+脅迫處理的麥苗SOD同工酶為3條酶帶，制劑1處理后，雖然SOD活性增強(qiáng)，但酶帶數(shù)量沒有變化，說(shuō)明SOD活性的增強(qiáng)是提高了現(xiàn)有酶的活性。而制劑2和制劑3處理后，SOD同工酶酶帶的數(shù)量由3條增加到5條，即誘導(dǎo)出了新的同工酶。表明經(jīng)過(guò)制劑2和制劑3處理后，SOD活性增強(qiáng)與SOD同工酶帶的增多也有關(guān)。
2.3 抗旱制劑浸種對(duì)小麥幼苗根系活力的影響
根系活力是小麥幼苗抗旱能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)之一，根系活力增強(qiáng)，說(shuō)明小麥根系生長(zhǎng)和吸水能力較強(qiáng)，抗旱能力相應(yīng)增強(qiáng)。由圖3看出，麥苗在未受到脅迫時(shí)，根系活力為16.4 μg/（g·h），當(dāng)受到脅迫后，根系活力增加2.4%，增幅不大，說(shuō)明遇到干旱時(shí)，小麥根系活力在一定程度上會(huì)增強(qiáng)。經(jīng)三種抗旱制劑浸種處理后，在受到干旱脅迫時(shí)，小麥根系活力均明顯增高，與清水+脅迫處理相比，制劑1+脅迫處理根系活力增加3.6%，而制劑2和制劑3處理的根系活力分別提高10.7%和8.3%，增強(qiáng)效果明顯。其中制劑2處理的麥苗根系活力最高，比制劑1處理提高6.9%，比制劑3處理提高2.2%。說(shuō)明制劑2更有利于提高干旱脅迫下小麥的根系活力。
2.4 抗旱制劑浸種對(duì)小麥幼苗形態(tài)指標(biāo)的影響
由表1看出，清水+脅迫處理明顯抑制了麥苗根長(zhǎng)、發(fā)根數(shù)和株高，根冠比也較低。株高、根長(zhǎng)、發(fā)根數(shù)、根干重和莖葉干重分別比不脅迫處理降低30.8%、35.4%、50.0%、31.7%和27.0%。用抗旱制劑浸種后脅迫處理，株高與不脅迫相比略有降低，但差異不大，其中制劑2處理僅降低2.9%;根長(zhǎng)和根干重都有不同程度的增加，其中制劑2和制劑3處理根長(zhǎng)比清水+脅迫處理提高1.0倍和69.8%，根干重提高1.5倍和85.7%，說(shuō)明抗旱制劑對(duì)根系的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用，從而提高了麥苗的抗旱能力;與清水+脅迫處理相比，三種制劑浸種后脅迫處理的發(fā)根數(shù)明顯增加，制劑1和制劑3浸種后脅迫處理的發(fā)根數(shù)均提高1.0倍，而制劑2處理提高1.3倍;莖葉干重和根冠比也有不同程度的提高，其中制劑2處理的莖葉干重最大，比清水+脅迫處理增加70.4%，根冠比增加48.1%。說(shuō)明制劑2對(duì)于緩解麥苗干旱脅迫效果較理想。
3 討論與結(jié)論
植物在逆境脅迫下，通常會(huì)產(chǎn)生高度反應(yīng)性的氧自由基，引起生物膜的過(guò)氧化損傷，導(dǎo)致膜通透性增加，膜功能受損。相應(yīng)的，植物體內(nèi)也有一套復(fù)雜的活性氧清除系統(tǒng)來(lái)保護(hù)植物細(xì)胞免受活性氧的損傷。其中SOD是植物體內(nèi)酶促防御系統(tǒng)的重要保護(hù)酶，它能催化體內(nèi)的歧化反應(yīng)，從而使需氧生物免受毒害[9]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，用抗旱制劑浸種處理的小麥苗在受到干旱脅迫時(shí)，其SOD活性、SOD同工酶都有良好的表現(xiàn)。從出苗第一周開始，三種制劑浸種后脅迫處理SOD活性均比清水+脅迫處理高，其中制劑2處理比清水+脅迫處理高40.9%～60.0%，SOD活性提高的原因可能是誘導(dǎo)出了新的同工酶，活性維持時(shí)間為35天。 植物根系是活躍的吸收器官和合成器官，根的生長(zhǎng)情況和代謝水平即根系活力直接影響植物地上部的生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)狀況、抗性以及產(chǎn)量，是植物生長(zhǎng)的重要生理指標(biāo)之一[10]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，抗旱制劑浸種后脅迫處理，小麥根系活力會(huì)明顯增強(qiáng)，制劑2和制劑3處理的根系活力分別比清水+脅迫處理提高10.7%和8.3%;對(duì)麥苗株高影響較小，其中制劑2處理僅比不脅迫處理降低26%;根長(zhǎng)和根干重都有不同程度的提高，其中制劑2和制劑3處理根長(zhǎng)比清水+脅迫處理提高1.0倍和69.8%，根干重提高1.5倍和85.7%，發(fā)根數(shù)提高1.3倍和1.0倍，莖葉干重和根冠比也有不同程度的提高，其中制劑2處理的莖葉干重最大，比清水+脅迫處理增加70.4%，根冠比增加48.1%。綜上結(jié)果表明制劑2是緩解麥苗干旱脅迫效果較理想的制劑。
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