摘要:为了提高小麦苗的抗旱能力,用自制的抗旱剂进行浸种后模拟干旱试验。结果表明:制剂2浸种后进行干旱胁迫处理,小麦幼苗SOD活性比清水+胁迫处理提高40.9%~60.0%,提高的原因是能诱导出新的同工酶,活性维持时间为35天;抗旱剂处理后再进行干旱胁迫,小麦幼苗根系活力明显增强,根长和根干重都有不同程度的增加,其中制剂2和制剂3处理,根长比清水浸种后胁迫处理提高1.0倍和69.8%,根干重提高1.5倍和85.7%,根数提高1.3倍和1.0倍。制剂2处理茎叶干重最大,比清水+胁迫处理增加70.4%,根冠比增加48.1%。综上,本试验条件下制剂2是缓解麦苗干旱胁迫效果较理想的制剂。 

  关键词:小麦幼苗;抗旱制剂;浸种;SOD活性;干旱胁迫;形态指标 

  黃淮海平原属半干旱,半湿润地区,热量资源可满足喜凉,喜温作物一年两熟的要求,主要种植方式为冬小麦-夏玉米。年降水量500~900 mm,季节分配不均,主要集中在夏季,7—8月降水量约占全年的45%~65%。秋,冬,春三季均为水分亏缺的干旱期,小麦生长期内缺水达150~200 mm,全年水分支出大于输入,亏缺水分约400 mm[1]。黄淮海地区冬小麦一般在上年10月份播种,当年6月份收获,整个生育期正值降水量相对稀少时期,生育期间的降水量在125~250 mm之间,占年降水量的25%~29%,自然降水不能满足冬小麦生长的需要,因此冬小麦旱灾频发,一般年份冬春雨雪少,由于冬春气候干燥,积雪不多,所以春季温度上升极快,作物生长发育较迅速,春季干旱是该区小麦生产的一大限制因子[2-4]。据研究,黄淮海地区自1961年以来,春季,冬季以及冬小麦生长季内均表现为不同程度的干旱,干旱频率达90%以上,其中春,冬两季最为干旱[5,6]。为解决小麦种植过程中因遭受干旱导致出苗率降低等问题,课题组进行抗旱剂的研制,并进行抗旱制剂浸种对冬小麦抗旱能力及产量影响的试验,以期为其大面积推广应用提供参考。 

  1 材料与方法 

  1.1 试验材料 

  供试抗旱制剂是以提高体内保护性酶活性,消除氧自由基伤害为准则,筛选出能提高小麦体内保护性酶活性的元素,如铜,锌,硒,钙,硼,钾等配以氨基酸和壳聚糖,制成符合含氨基酸水溶肥料标准的抗旱制剂3种,分别为制剂1,制剂2和制剂3,技术指标为氨基酸≥100 g/L,微量元素≥20 g/L。供试小麦品种为济麦22。 

  1.2 试验方法 

  1.2.1 种子处理 精选小麦种子用0.1% HgCl2消毒10 min,用清水冲洗干净,分别用清水,0.2% 制剂1,0.2%制剂2,0.2%制剂3溶液浸种24 h后取出,种子晾干后进行胁迫处理。   1.2.2 胁迫处理 用高渗溶液法,即用-0.5 MPa的聚乙二醇-6000(PEG-6000)水溶液对种子进行模拟干旱胁迫处理。处理1:清水浸种+不胁迫;处理2:清水浸种+干旱胁迫;处理3:制剂1浸种+干旱胁迫;处理4:制剂2浸种+干旱胁迫;处理5:制剂3浸种+干旱胁迫。发芽皿为长×宽×高=10 cm×10 cm×5 cm 的塑料盒,以单层滤纸为芽床。100粒种子为一个重复,重复4次。将预处理的种子分别放入发芽皿中,各加入-0.5 MPa PEG-6000水溶液12 mL,加盖后放入20℃恒温箱内培养。每周随机选取5粒进行SOD活性测定,发芽两周后随机选取5株测定小麦苗的形态指标。 

  1.3 测定指标及方法 

  1.3.1 SOD活性的测定 采用氯化硝基四氮唑蓝(NBT)光化还原法测定[7]。 

  1.3.2 SOD同工酶电泳 采用聚丙烯酰胺凝胶电泳法[8],上样酶量30 μL,在浓缩胶(浓度为4%)里稳流20 mA。进入分离胶(浓度为8%)后稳流40 mA,6~7 h完成电泳。同工酶电泳染色采用NBT染色法,凝胶依次经染液I(0.2%NBT溶液)在黑暗下染色20 min,染液Ⅱ[0.001%核黄素溶液+0.33%TEMED溶液+36 mmo1/L磷酸盐缓冲液(pH 7.8)]在黑暗下染色15 min,染液Ⅲ[0.003%EDTA-Na2溶液+50 mmol/L磷酸盐缓冲液(pH 7.8)]在光照下染色20~30 min。转换染液期间需用去离子水冲洗凝胶,最终用95%乙醇浸泡5 min。再转入去离子水中照相,可使SOD酶带呈现出清晰透亮的酶谱。 

  1.3.3 根系活力的测定 采用氯化三苯基四氮唑(TTC) 法测定小麦的根系活力[7]。 

  1.3.4 幼苗形态指标的测定 取发芽两周的麦苗进行株高,根长,发根条数,植株根,茎叶干重测定,并计算根冠比。 

  2 结果与分析 

  2.1 抗旱制剂浸种对小麦幼苗SOD活性的影响 

   由图1看出,不同制剂浸种对干旱胁迫下小麦苗期SOD活性的影响不同。胁迫处理后,小麦幼苗中SOD活性均高于不胁迫处理,清水不胁迫处理从第一周到第七周SOD活性变化不大;清水+胁迫处理小麦幼苗SOD活性升高,第一周比不胁迫处理上升97.6%,之后SOD活性逐渐降低,到第七周时,比不胁迫处理SOD活性高6.1%,说明小麦遇到干旱时,在一定程度上会发生应激反应,但随着胁迫时间延长,小麦生命特征逐渐衰退,SOD活性也逐渐降低。胁迫处理后第一周,制剂1,制剂2和制剂3分别比清水+胁迫处理的高11.3%,40.9%和21.9%,随着胁迫时间延长,SOD活性逐渐降低,到第七周,则分别高12.9%,60.0%和17.9%,说明使用抗旱制剂浸种后提高了小麦对干旱的耐受程度。3个制剂处理的小麦幼苗SOD活性提高程度也不同,其中制剂2处理的SOD活性最高,比清水+胁迫处理高40.9%~60.0%,其次为制剂3处理,制剂1处理最低。因此,制剂2提高抗旱性效果最好。随着胁迫时间的延长,各制剂处理的SOD活性比清水+胁迫处理增幅逐渐下降,至第六周明显降低。所以,抗旱制剂持效时间为35天左右。 

  2.2 抗旱制剂浸种对小麦幼苗SOD同工酶的影响 

   为了明确胁迫处理下,抗旱制剂浸种的小麦幼苗SOD活性增强的原因,对不同胁迫处理的小麥幼苗进行了SOD同工酶电泳试验,结果(图2)表明,不同制剂浸种对胁迫处理下小麦幼苗SOD同工酶的影响不同,清水+胁迫处理的麦苗SOD同工酶为3条酶带,制剂1处理后,虽然SOD活性增强,但酶带数量没有变化,说明SOD活性的增强是提高了现有酶的活性。而制剂2和制剂3处理后,SOD同工酶酶带的数量由3条增加到5条,即诱导出了新的同工酶。表明经过制剂2和制剂3处理后,SOD活性增强与SOD同工酶带的增多也有关。 

   2.3 抗旱制剂浸种对小麦幼苗根系活力的影响 

   根系活力是小麦幼苗抗旱能力强弱的重要指标之一,根系活力增强,说明小麦根系生长和吸水能力较强,抗旱能力相应增强。由图3看出,麦苗在未受到胁迫时,根系活力为16.4 μg/(g·h),当受到胁迫后,根系活力增加2.4%,增幅不大,说明遇到干旱时,小麦根系活力在一定程度上会增强。经三种抗旱制剂浸种处理后,在受到干旱胁迫时,小麦根系活力均明显增高,与清水+胁迫处理相比,制剂1+胁迫处理根系活力增加3.6%,而制剂2和制剂3处理的根系活力分别提高10.7%和8.3%,增强效果明显。其中制剂2处理的麦苗根系活力最高,比制剂1处理提高6.9%,比制剂3处理提高2.2%。说明制剂2更有利于提高干旱胁迫下小麦的根系活力。 

  2.4 抗旱制剂浸种对小麦幼苗形态指标的影响 

   由表1看出,清水+胁迫处理明显抑制了麦苗根长,发根数和株高,根冠比也较低。株高,根长,发根数,根干重和茎叶干重分别比不胁迫处理降低30.8%,35.4%,50.0%,31.7%和27.0%。用抗旱制剂浸种后胁迫处理,株高与不胁迫相比略有降低,但差异不大,其中制剂2处理仅降低2.9%;根长和根干重都有不同程度的增加,其中制剂2和制剂3处理根长比清水+胁迫处理提高1.0倍和69.8%,根干重提高1.5倍和85.7%,说明抗旱制剂对根系的生长有促进作用,从而提高了麦苗的抗旱能力;与清水+胁迫处理相比,三种制剂浸种后胁迫处理的发根数明显增加,制剂1和制剂3浸种后胁迫处理的发根数均提高1.0倍,而制剂2处理提高1.3倍;茎叶干重和根冠比也有不同程度的提高,其中制剂2处理的茎叶干重最大,比清水+胁迫处理增加70.4%,根冠比增加48.1%。说明制剂2对于缓解麦苗干旱胁迫效果较理想。 

   3 讨论与结论 

   植物在逆境胁迫下,通常会产生高度反应性的氧自由基,引起生物膜的过氧化损伤,导致膜通透性增加,膜功能受损。相应的,植物体内也有一套复杂的活性氧清除系统来保护植物细胞免受活性氧的损伤。其中SOD是植物体内酶促防御系统的重要保护酶,它能催化体内的歧化反应,从而使需氧生物免受毒害[9]。本试验结果表明,用抗旱制剂浸种处理的小麦苗在受到干旱胁迫时,其SOD活性,SOD同工酶都有良好的表现。从出苗第一周开始,三种制剂浸种后胁迫处理SOD活性均比清水+胁迫处理高,其中制剂2处理比清水+胁迫处理高40.9%~60.0%,SOD活性提高的原因可能是诱导出了新的同工酶,活性维持时间为35天。    植物根系是活跃的吸收器官和合成器官,根的生长情况和代谢水平即根系活力直接影响植物地上部的生长,营养状况,抗性以及产量,是植物生长的重要生理指标之一[10]。本试验结果表明,抗旱制剂浸种后胁迫处理,小麦根系活力会明显增强,制剂2和制剂3处理的根系活力分别比清水+胁迫处理提高10.7%和8.3%;对麦苗株高影响较小,其中制剂2处理仅比不胁迫处理降低26%;根长和根干重都有不同程度的提高,其中制剂2和制剂3处理根长比清水+胁迫处理提高1.0倍和69.8%,根干重提高1.5倍和85.7%,发根数提高1.3倍和1.0倍,茎叶干重和根冠比也有不同程度的提高,其中制剂2处理的茎叶干重最大,比清水+胁迫处理增加70.4%,根冠比增加48.1%。综上结果表明制剂2是缓解麦苗干旱胁迫效果较理想的制剂。 

  参 考 文 献: 

  [1] 邓振镛, 张强, 尹宪志,等. 干旱灾害对干旱气候变化的响应[J].冰川冻土, 2007, 29(1): 114-118. 

  [2] 李森, 吕厚荃, 张艳红,等. 黄淮海地区1961—2006年干湿状况时空变化[J].气象科技, 2008, 36(5): 601-605. 

  [3] 王志伟, 翟盘茂. 中国北方近50年干旱变化特征[J].地理学报, 2003, 58(增刊): 61-68. 

  [4] 荣艳淑, 薛文亮. 华北地区近50年气候变化的再分析[C] // 第五届长三角气象科技论坛. 上海, 2008: 646-650. 

  [5] 迟竹萍. 近45年山东夏季降水时空分布及变化趋势分析[J]. 高原气象,2009, 28(1): 220-226. 

  [6] 温克刚, 王建国, 孙典卿. 中国气象灾害大典·山东卷[M]. 北京: 气象出版社, 2006. 

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