四分體期低溫脅迫對2個小麥品種幼穗結實率及生理特性的影響

王智煜 李迎迎 胡雅倩 張自陽 朱啟迪 劉明久

摘要：為明確四分體期低溫脅迫對小麥結實率和生理特性的影響，以百農矮抗58和鄭麥366的幼穗為材料，利用人工氣候箱模擬0 ℃低溫脅迫處理，研究低溫脅迫下百農矮抗58和鄭麥366的結實性、可溶性糖含量、可溶性蛋白質含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性等生理指標的變化。結果表明，與對照相比，低溫脅迫下，百農矮抗58結實率下降7.9%;鄭麥366結實率顯著下降，比對照下降91.2%。百農矮抗的可溶性蛋白質含量顯著增加，鄭麥366可溶性蛋白含量與對照相比幾乎沒有變化;低溫脅迫處理下，百農矮抗58、鄭麥366可溶性糖含量與對照相比均有所增加，但沒有達到顯著水平;百農矮抗58幼穗中SOD、CAT、POD活性與對照相比均呈現顯著增加;鄭麥366幼穗中SOD、CAT活性顯著增加，但POD活性顯著下降;四分體時期百農矮抗58抗春季低溫脅迫能力要顯著高于鄭麥366;低溫脅迫下，百農矮抗58積累了較高的可溶性蛋白質抵御低溫脅迫的傷害，同時具有較強的抗氧化酶活性來抵御活性氧代謝帶來的損傷，這可能是百農矮抗58具有耐春季低溫脅迫的原因。

關鍵詞：小麥;四分體期;幼穗;低溫脅迫;結實率;生理特性;小麥春季耐寒性鑒定

中圖分類號： S435.111.3+13;S512.101? 文獻標志碼： A? 文章編號：1002-1302（2019）10-0114-03

小麥春季凍害一直是我國黃淮冬麥區和長江中下游冬麥區小麥生產的主要氣象災害之一[1-2]。春季低溫指春季氣溫回升后，溫度又突然降低，此時完成春化階段的小麥生長開始加快，對低溫的抵御能力較弱，完全失去抵御0 ℃低溫的能力，造成小麥植株外部形態及內部結構損傷或者死亡，從而影響小麥產量構成因素，降低產量。嚴重的春季低溫凍害可以導致單位穗數、穗粒數明顯下降，減產10%～40%，甚至造成絕收，使小麥生產遭受巨大損失[3-6]。黃淮冬麥區春季常有極端低溫出現，據統計2002—2017年間，我國冬麥區出現了8次不同程度的低溫凍害現象[7-9]，嚴重影響我國小麥生產的穩產性、豐產性，威脅著我國的糧食安全、穩定。小麥的耐寒機制是一個復雜的生理過程，以往研究春季低溫對小麥的影響大都側重于一個生長發育時期，但不同品種的抗逆機制不盡相同[10-13]。低溫脅迫對小麥品種葉片生理生化的影響研究較多，對低溫脅迫下幼穗研究較少，對低溫脅迫下幼穗抗倒春寒機制研究更少。因此，本研究以低溫敏感和不敏感2個小麥品種為試驗材料，采用盆栽與人工模擬低溫脅迫處理的方法，研究小麥四分體期春季低溫脅迫下小麥幼穗的結實特性與生理指標變化，為揭示小麥春季抗倒春寒的生理生化機制以及小麥春季耐寒性鑒定提供理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為百農矮抗58、鄭麥366，由河南科技學院小麥中心提供。

1.2 方法

試驗于2016—2017年在河南省新鄉市河南科技學院試驗田進行。材料的種植采用盆栽法，盆栽土取大田耕層 0～25 cm深處土壤，土壤平均堿解氮含量為62.1 mg/kg，速效磷含量為11.1 mg/kg，速效鉀含量為130.5 mg/kg，有機質含量為1.15 g/kg。盆直徑22 cm，高25 cm，每盆裝土8 kg，盆底部鉆3個小孔，保證盆內土壤與大田土壤的溫度一致，水分和空氣流通。將盆埋入大田后，盆內土壤與盆外大田齊平。土壤用水澆透沉實后于2016年10月10日播種，3葉期定苗，每盆留苗8株。2個品種分別設對照和處理2組，每組6桶。同時，另外播種5盆用于取樣鏡檢跟蹤幼穗發育進程，幼穗發育進程觀察按照崔金梅等的方法[14]進行。拔節期結合澆水每盆施尿素10 g。

1.2.1 低溫處理 根據百農矮抗58、鄭麥366幼穗發育進程，待小麥生長發育至四分體期后，分別將5盆材料從大田移入人工氣候箱中（人工氣候箱設置為白天：溫度0 ℃，濕度70%，時間12 h，光照強度18 000 lx;夜晚：溫度0 ℃，濕度75%，時間12 h，光照強度0 lx）處理3 d。以不處理的田間盆栽為對照。對照和處理取幼穗，樣品在冰盒上分幼穗，將幼穗剪成0.5 cm長的小段，混勻，按0.5 g分裝，置于-80 ℃冰箱內貯存備用，對各項指標進行測定。

1.2.2 生理指標測定方法 可溶性糖含量測定采用蒽酮比色法[15]，可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250染色法[16]利用愈創木酚法測定過氧化物酶（POD）活性[17]，氮藍四唑（NBT）光化還原法測定超氧化物歧化酶（SOD）活性[18]，以抑制氮藍四唑光氧化還原50%的酶量為1個活性單位（U），用U/（mg·min）表示，丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸顯色法[17]。

1.2.3 單株結實率測定 將處理后盆栽的小麥埋于田間自然生長至成熟調查結實率，每個處理調查10株，求平均結實率。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫對2個小麥品種幼穗結實率的影響

由表1可知，與對照相比，低溫脅迫下百農矮抗58結實率下降7.9%，沒有達到差異顯著水平。鄭麥366結實率顯著下降，比對照下降91.2%。表明低溫脅迫顯著影響了鄭麥366的結實性。低溫脅迫對百農矮抗58結實率影響較小。

2.2 四分體期低溫脅迫對2個小麥品種幼穗可溶性蛋白質含量的影響

由圖1可知，與對照相比，低溫脅迫對2個小麥品種的可溶性蛋白質含量影響不同。低溫脅迫下百農矮抗58的可溶性蛋白質含量顯著增加。鄭麥366可溶性蛋白質含量與對照相比幾乎沒有變化。

2.3 四分體期低溫脅迫對2個小麥品種幼穗可溶性糖含量的影響

由圖2可知，低溫脅迫處理下，百農矮抗58、鄭麥366可溶性糖含量與對照相比均有所增加，但均沒有達到顯著水平。

2.4 四分體期低溫脅迫對2個小麥品種幼穗SOD活性的影響

由圖3可以看出，低溫脅迫下，2個小麥品種幼穗中SOD活性均顯著高于對照。低溫處理下的百農矮抗58幼穗SOD活性最高，顯著高于其他3個處理。SOD活性大小順序為百農矮抗58低溫脅迫>鄭麥366低溫脅迫>百農矮抗58對 照> 鄭麥366對照。

2.5 四分體期低溫脅迫對2個小麥品種幼穗CAT活性的影響

由圖4可知，四分體期低溫處理3 d后，2個小麥品種幼穗CAT活性與對照相比顯著升高，其中百農矮抗58增加幅度最大，顯著高于鄭麥366低溫脅迫處理下幼穗中的CAT活性。百農矮抗58對照下CAT活性與低溫脅迫處理下鄭麥366CAT活性差異不大。

2.6 低溫脅迫對2個小麥品種幼穗POD活性的影響

由圖5可知，低溫脅迫下，2個小麥品種的幼穗中POD活性與對照相比均發生顯著變化。百農矮抗58低溫脅迫下POD活性顯著高于其對照。然而，低溫脅迫處理下的鄭麥366幼穗中POD活性顯著低于對照。

3 結論與討論

低溫脅迫處理發育到四分體期的小麥品種中百農矮抗58結實率僅下降7.9%，而鄭麥366結實率顯著下降，比對照下降了91.2%。說明百農矮抗58在四分體期抗低溫能力要好于鄭麥366。

春季低溫逆境下，植物組織內部生理生化會發生變化。

細胞內可溶性蛋白質具有很強的吸水性，它能降低細胞內束縛水的冰點，減少原生質內結冰而導致植物細胞被傷害的機會[19]，低溫脅迫改變了細胞磷脂雙層膜的空間構象和物理狀態。膜相的改變可顯著抑制細胞膜正常功能的發揮，使蛋白質從膜上解離，并發生膜融合，從而造成細胞組織的破壞。植株在低溫脅迫條件下常誘導產生較多的蛋白質，以提高細胞膜的完整性、穩定性來提高抗寒性[20-22]。但是不同的小麥品種在抵御低溫脅迫的過程中會產生不同含量的可溶性蛋白質從而表現出不同的抗寒能力。本研究表明，低溫脅迫下百農矮抗58的可溶性蛋白質含量顯著增加，而鄭麥366可溶性蛋白質含量與對照相比幾乎沒有變化。說明低溫脅迫下百農矮抗58能夠產生較多的可溶性蛋白質來抵御低溫脅迫的傷害，不耐低溫的鄭麥366由于產生可溶性蛋白質較少而容易受到傷害，從而造成結實率顯著下降。

可溶性糖作為一種重要的滲透調節物質，其積累可以提高細胞液濃度，防止原生質過度脫水[23]，有助于增強小麥抗寒性[24-25]。但是，本研究結果表明，低溫脅迫處理下百農矮抗58、鄭麥366可溶性糖含量與對照相比均有所增加，但沒有達到顯著水平。說明可溶性糖在抵御低溫脅迫的過程中沒有起到主要作用，這與鐘秀麗等的研究結果[26-27]一致。

植物抗寒性的不同與其細胞內具有不同水平的抗氧化酶活性和內源抗氧化劑含量相關，低溫脅迫條件下小麥會出現活性氧代謝紊亂，過多的活性氧會對植株造成傷害[28]，低溫脅迫下活性氧所引起的損傷是傷害產生的重要原因之一，抗寒能力強的植物比抗寒能力弱的植物具有更高水平的抗氧化能力。低溫脅迫下百農矮抗58幼穗中SOD、CAT、POD活性與對照相比均呈現顯著上升。說明百農矮抗58具有更強的抵御活性氧代謝帶來的損傷。相比之下，低溫脅迫下鄭麥366幼穗中SOD、CAT活性雖然顯著上升，但幼穗中POD活性出現顯著下降。說明鄭麥366的抗氧化酶系統不能及時清除幼穗內部具有危害的氧負離子和過氧化氫，使小麥幼穗組織細胞受到傷害。這也是低溫脅迫后鄭麥366結實率顯著下降的原因之一。

綜上所述可知，不同的小麥品種抗春季低溫脅迫的能力不同，四分體時期百農矮抗58抗春季低溫脅迫能力要高于鄭麥366。低溫脅迫下，百農矮抗58積累了較高的可溶性蛋白質抵御低溫脅迫的傷害，同時具有較強的抗氧化酶活性來抵御活性氧代謝帶來的損傷，這可能是百農矮抗58具有耐春季低溫脅迫的原因。

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