普通小麦与其近缘种及人工合成材料的耐盐性分析

程西永， 王杨铭， 吴少辉， 任 妍， 董中东， 詹克慧， 许海霞

(1.河南农业大学农学院, 河南 郑州 450002; 2.洛阳农林科学院，河南 洛阳 471023)



普通小麦与其近缘种及人工合成材料的耐盐性分析

程西永1， 王杨铭1， 吴少辉2， 任 妍1， 董中东1， 詹克慧1， 许海霞1

(1.河南农业大学农学院, 河南 郑州 450002; 2.洛阳农林科学院，河南 洛阳 471023)

为了比较普通小麦与其近缘种和人工合成材料对盐胁迫的敏感性差异，以普通小麦以及小麦近缘种黑麦、硬粒小麦和人工合成材料六倍体小黑麦、八倍体小黑麦为试验材料，调查了不同盐浓度胁迫条件下供试材料的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数等性状，研究了盐处理对不同种质生长量的抑制，同时测定了可溶性糖含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性等生理指标。结果表明，供试的试验材料在耐盐性上略有差异，萌发期和幼苗期的耐盐性基本一致，表现为黑麦>八倍体小黑麦>普通小麦>六倍体小黑麦>硬粒小麦。综合各性状来看，黑麦和八倍体小黑麦的耐盐性较好，在普通小麦的耐盐性改良中具有一定的利用价值。

普通小麦；近缘种；人工合成材料；耐盐性

盐渍环境严重影响作物的产量，是造成作物减产的主要非生物胁迫因子之一[1]。世界上20%的灌溉土地受盐渍化影响[2]。中国盐渍土面积约4.0×107hm2，随着不合理的灌溉和环境的恶化，次生盐渍化将日益加重[3]。农作物如小麦、玉米、水稻、大麦等均是非盐生植物，对盐胁迫比较敏感[4]。作为世界重要粮食作物的小麦，人们通过各种途径来提高其耐盐性，例如，通过对大量的种质资源进行筛选、常规杂交以及与小麦近缘属的杂交等方法培育小麦耐盐品种[5]。由于耐盐性是一个复杂的性状，其遗传机制和分子生物学机制尚没有完全分析清楚，限制了小麦耐盐品种的利用。随着农业生产环境的改变和人工选择的结果，小麦的遗传多样性丢失严重，耐逆性有所下降[6]，目前，中国小麦育种难以突破的瓶颈是生产上所用的品种遗传资源较为狭窄[7]。小麦野生近缘植物携带有大量有益基因，是高产、优质、抗逆育种的丰富基因源[8]。在小麦2级或者3级基因源中发掘和利用新基因是育种工作的任务之一，硬粒小麦是小麦的2级基因源，其染色体组为AABB，黑麦是小麦的3级基因源，其染色体组为RR，通过黑麦与硬粒小麦、普通小麦进行有性杂交和染色体加倍，培育出了新种质六倍体小黑麦和八倍体小黑麦[9,10]。关于小麦耐盐性的研究很多，但基本上是在普通小麦品种间进行，而关于小麦不同种属间的耐盐性分析相对较少。本研究以不同染色体倍性的黑麦(RR)、硬粒小麦(AABB)、普通小麦(AABBDD)、六倍体小黑麦(AABBRR) 和八倍体小黑麦(AABBDDRR)为材料，以不同浓度盐胁迫处理供试材料，对试验材料的耐盐性进行分析鉴定，研究盐胁迫对小麦及其近缘种和人工合成材料的影响，为通过远缘材料改良普通小麦的耐盐性提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本试验选用的普通小麦品种(TriticumaestivumL.)为耐盐品种德抗961 (Dekang 961)，小麦近缘种选取黑麦(Triticale)和硬粒小麦(Triticumturgidum)，人工合成材料为六倍体小黑麦(Hexaploidtriticale)和八倍体小黑麦(Triticalessecale)。所有试验材料均由河南农业大学小麦育种室提供，全部为同年收获的种子。

1.2 试验方法

1.2.1 萌发期试验 挑选子粒饱满、大小均匀的小麦及其近缘种和人工合成材料分别用3%的H2O2消毒8 min，蒸馏水冲洗5遍，置于铺有2层滤纸的培养皿(直径7.5 cm)内, 每皿30粒，3次重复。设置盐(NaCl)浓度分别为0(蒸馏水对照)，25，50，75，100 mmol·L-1处理。每皿中加入相应浓度的NaCl溶液15 mL，对照加入等体积的蒸馏水，置于温度20 ℃的生长箱中进行发芽。发芽期间每天用移液枪向培养皿中加入等体积损失的水分。3 d后计算各测试品种的发芽势，7 d后测量胚芽鞘长、主胚根长、芽长、根数，计算发芽率、发芽指数与活力指数。

发芽指数(Gi)= ∑(Gt/Dt)

活力指数(Vi)=Gi×SL

Gi: 发芽指数；Vi: 活力指数；Gt:t时间(天)内的发芽数；Dt: 为相应的发芽天数；SL(cm): 生长7 d的芽长。Gi越大，表明发芽速度越快；Vi越大，表明发芽快且长势好。

1.2.2 幼苗期试验 培养条件与萌发期相同，当小麦幼苗长到两叶一心时，用200 mmol·L-1NaCl处理，在盐胁迫2，4，6，8 d后分别取样，测定生理指标。平行设置3次重复，同时以营养液培养的幼苗作为对照。

1.2.2.1 叶片可溶性糖含量测定 参照张宪政蒽酮比色法测定叶片可溶性糖含量[11]。

1.2.2.2 叶片超氧物歧化酶(SOD)活性测定 参照李合生氮蓝四唑法测定叶片超氧化物歧化酶活性[12]。

1.3 数据处理

用Microsoft Excel软件处理系统进行图表制作，用DPS软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同盐浓度胁迫下普通小麦与其近缘种及人工合成材料发芽情况比较

在0，25，50，75，100 mmol·L-1盐胁迫条件下，对供试材料的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数进行了分析，并进行了方差分析和多重比较(其中对发芽势和发芽率的数据在方差分析时进行了反正弦转换)，结果列于表1。从表1可以看出，随着盐浓度增加，各个材料的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均呈下降趋势，其中硬粒小麦对低浓度的盐处理比较敏感，在25 mmol·L-1盐胁迫条件下，硬粒小麦的各指标都迅速下降，其发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别为0.40，0.69，14.33和112.21，均为最低值，且与对照达显著差异，其盐敏感浓度为25 mmol·L-1。盐处理对黑麦种子萌发的影响最小，在低浓度盐胁迫条件下，黑麦的发芽势、发芽率影响不显著，但对活力指数的影响较大，黑麦的盐敏感浓度为100 mmol·L-1。普通小麦对低浓度的盐胁迫不敏感，但高浓度的盐胁迫对其发芽抑制较明显，普通小麦的盐敏感浓度为75 mmol·L-1；六倍体小黑麦对50 mmol·L-1盐胁迫处理较敏感，其各发芽指标迅速降低；八倍体小黑麦随着盐浓度的增加仍能大体维持较高的发芽水平，变化幅度相对不明显，但在75 mmol·L-1高盐胁迫条件下，发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均显著下降。

表1 普通小麦与其近缘种和人工合成材料在不同盐胁迫条件下的发芽情况(平均值)

注：表中同一列数值后面不同小写字母表示在5%水平下差异显著。下同。

Note：The data in a column by different letters indicate significant difference at the 5% probability level.The same as below.

对普通小麦及其近缘种和人工合成材料在不同盐浓度胁迫下的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数分别进行方差分析，5个供试材料在不同NaCl浓度胁迫下的发芽势、发芽率、发芽指数和活力指数均呈显著差异(P<0.05)，对小麦及其近缘种属的各萌发性状分别进行多重比较，结果列于表2。从表2可以看出，黑麦、八倍体小黑麦和普通小麦在盐胁迫条件下其发芽势、发芽率显著高于六倍体小黑麦和硬粒小麦。

2.2 普通小麦与其近缘种及人工合成材料在不同盐浓度胁迫下生长状况比较

在NaCl胁迫条件下，小麦及其近缘种和人工合成材料的生长发育均受到不同程度的抑制，随着盐浓度升高，幼苗生长的抑制加重(图1)。

对普通小麦及其近缘种和人工合成材料在不同盐浓度胁迫7 d后测量其芽长、芽鞘长、根长和根数，随着盐浓度增加，供试材料的芽长、芽鞘长和根长减小，根数减少(表3)。在25 mmol·L-1盐浓度下，硬粒小麦的芽长、芽鞘长、根长和根数与对照相比降幅最大，分别下降了17.40%，26.39%，16.11%和17.17%，说明硬粒小麦对低浓度的盐胁迫处理最为敏感。在各生长量指标中，盐浓度对供试材料的根数影响最小，对芽长和根长的影响最大。在100 mmol·L-1NaCl浓度下，黑麦、硬粒小麦、普通小麦、六倍体小黑麦和八倍体小黑麦的芽长与对照相比，降幅分别达到了66.66%，87.01%，82.22%，84.41%和67.63%，根长的降幅也比较高，降幅分别为64.66%，67.28%，67.68%，63.46%和67.73%，对芽长和根长的抑制都超过50%，说明高浓度的盐胁迫对供试材料的生长抑制最为严重。

表2 普通小麦与其近缘种和人工合成材料发芽情况的多重比较

从左到右盐浓度依次为0，25，50，75，100 mmol·L-1

表3 普通小麦及其近缘种和人工合成材料在盐胁迫下生长量的变化(平均值)

注：表中同一列数值后面不同小写字母表示在5%水平下差异显著.

2.3 普通小麦与其近缘种和人工合成材料在盐胁迫下的可溶性糖含量差异

在逆境胁迫条件下，植物可通过叶片合成可溶性糖来降低渗透势，适应不良环境。可溶性糖是很多非盐生植物的渗透调节剂，同时，可溶性糖也是合成有机物的碳架和能量的来源，对细胞膜和原生质胶体也有稳定作用。在外界逆境胁迫下，植物体内糖代谢均受影响，因此，也常用植物体内糖代谢水平来衡量环境对植物胁迫的程度以及植物对环境的适应性[13]。对普通小麦及其近缘种和人工合成材料在200 mmol·L-1盐浓度胁迫下的可溶性糖含量进行方差分析(结果未列出)，结果表明，5个试验材料的可溶性糖含量之间存在极显著差异(P<0.01)，在200 mmol·L-1盐胁迫后可溶性糖含量随胁迫时间变化(图2)，其基本变化趋势是随着胁迫时间延长，可溶性糖含量持续增加。5个试验材料可溶性糖含量的平均值大小为：黑麦>八倍体小黑麦>普通小麦>硬粒小麦>六倍体小黑麦。

图2 普通小麦与其近缘种和人工合成材料在200 mmol·L-1 盐胁迫下可溶性糖含量变化

2.4 普通小麦与其近缘种和人工合成材料在盐胁迫下的SOD活性比较

当植物遭遇逆境胁迫时，植株体内会诱发生成大量的氧自由基即活性氧，从而造成细胞膜脂、生物大分子核酸和蛋白质等氧化伤害。超氧化物歧化酶(SOD)是活性氧清除酶系统的重要保护酶，通过催化活性氧发生歧化反应产生分子态氧和过氧化氢，在减轻逆境对植物的的伤害中发挥较重要的作用[14]。本研究测定了普通小麦及其近缘种和人工合成材料在200 mmol·L-1NaCl胁迫后2，4，6，8 d的幼苗SOD 活性变化(图3)。从图3可以看出，各材料的变化趋势基本一致，SOD活性呈现出升高-降低-升高的趋势，5个材料SOD活性的平均值大小为：硬粒小麦>六倍体小黑麦>黑麦>普通小麦>八倍体小黑麦。

图3 普通小麦与其近缘种和人工合成材料在200 mmol·L-1 盐胁迫SOD活性变化

3 结论与讨论

测定盐胁迫条件下种子的发芽情况是植物耐盐性表现的重要依据之一。种子发芽是一个极为复杂的生理生化过程，而盐胁迫影响种子萌发的机制仍不清楚，因此，要评价小麦种子的耐盐性，要以多个指标为依据综合考虑。发芽率在一定程度上能够反映不同植物在萌发期耐盐性的大小，且与植物的耐盐性呈正比[15]。发芽指数和种子活力指数常作为评价种子发芽的指标，这些指标可以反映种子的发芽速度、发芽整齐度和幼苗健壮的趋势[16]。朱志华等研究表明，发芽指数和活力指数是小麦种子对盐反应最敏感的指标[17]。从本研究结果可以看出，盐胁迫条件下，供试材料的种子发芽势、发芽率、发芽指数及活力指数均随盐浓度升高而下降，但各指标的敏感性不同，活力指数因为与芽长有直接关系，在衡量小麦萌发期耐盐性方面更为敏感，但是，活力指数计算比较复杂，限制了其作为耐盐评价指标的应用。发芽指数与发芽势和发芽率的结果较为一致。

盐胁迫时，植物可以通过积累可溶性物质参与植株的渗透调节和盐分抵御。可溶性糖作为渗透调节物质之一，能有效降低植物细胞的渗透势，增强细胞的渗透调节能力，提高小麦的耐逆性[18]。国内外对小麦的耐盐生理生化指标进行了大量的研究，例如，对盐胁迫叶片细胞膜透性、叶片游离脯氨酸含量、根系活力、SOD酶活性、质膜液泡膜H-ATPase活性等方面进行了较为深入的研究[19]，但是，这些生理生化指标直接用于耐盐的鉴定尚有困难：一是受环境影响大，重复性较差，难以进行大批量的种质资源鉴定；二是这些生理生化指标具有一定的波动性，不同批次测试样品间差异较大；三是发现这些指标与耐盐性和表现有时并不完全一致。石庆华等研究表明，可溶性糖是非盐生植物的重要渗透调节剂，在盐胁迫条件下，小麦幼苗体内可溶性糖含量升高[20]。梁超等认为，耐盐性好的品种的各种抗氧化酶活性均高于耐盐性差的品种[21]，小麦在200 mmol·L-1NaCl胁迫情况下，可溶性糖含量的增长率反映了该小麦品种对盐胁迫的反应程度，增长率越大耐性越强。SOD是细胞内清除活性氧的重要保护酶，在植物受到胁迫时，其活性会增加[22]。前人对盐胁迫下小麦幼苗抗氧化酶活性的影响进行了一些研究，但因取样方法和处理时间的不同使结果有较大差异。贺岩等发现，随着盐浓度的增高，小麦幼苗的SOD活性均呈下降趋势[23]。而姚春娜等[24]、王晓娟等[25]指出，随着盐浓度的增加，抗盐性小麦品种的SOD活性随盐浓度的增加呈现上升趋势，齐志广等[26]对于小麦在0.7% NaC1胁迫下的3～11 d的SOD 变化趋势研究表明，耐盐性强的品种SOD活性随着胁迫时间的延长逐渐降低，到胁迫6 d后酶活性降到最低，然后，随着盐胁迫时间的延长，SOD活性又迅速回升。耐盐性差的近等基因系材料SOD活性，在盐胁迫的前3 d一直处于上升趋势，随后酶活性有小幅度降低，胁迫后期又有上升趋势。在本试验中，不同种质材料在200 mmol·L-1NaCl盐胁迫条件下SOD活性呈现出升高-降低-升高的趋势。因此，尽管SOD参与了小麦植株对盐分胁迫的抵御和应答过程，但该酶活性的高低与小麦的耐盐能力强弱可能不存在直接对应关系。

就小麦的近缘种和人工合成材料而言，在萌发期和幼苗期，黑麦、八倍体小黑麦和六倍体小黑麦的耐盐性优于硬粒小麦，周琳等[27]认为，R组染色体的加入可提高麦类作物的抗逆性，黑麦在麦类作物耐盐性改良中具有很大应用潜力。本试验只是在实验室基础上对发芽指数、活力指数、可溶性糖含量与SOD酶活性的变化进行研究，若确立一个精确的定量耐盐指标，还需将实验室和大田相结合，对耐盐性指标进行综合评价分析。

综合各发芽相关指标，黑麦的盐敏感浓度为100 mmol·L-1，硬粒小麦为25 mmol·L-1，普通小麦和八倍体小黑麦的盐敏感浓度为75 mmol·L-1，六倍体黑小麦为50 mmol·L-1。普通小麦及其近缘种和人工合成材料种子萌发期的耐盐性表现为：黑麦>八倍体小黑麦>普通小麦>六倍体小黑麦>硬粒小麦。黑麦和八倍体小黑麦的耐盐性较好，硬粒小麦的耐盐性最差，黑麦和八倍体小黑麦在普通小麦的耐盐性改良中具有一定的利用价值。

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(责任编辑：常思敏)

Analysis on the salt-tolerance of common wheat， its relatives,and artificial materials

CHENG Xiyong1, WANG Yangming1, WU Shaohui2, REN Yan1,DONG Zhongdong1, ZHAN Kehui1, XU Haixia1

(1.College of Agronomy, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002,China; 2.Luoyang Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Luoyang 471022, China)

Common wheat cultivars were compared with their related genera species and artificial materials under different salt treatments in order to test their sensitivity to salt stress. Common wheat cultivars and its related species including rye and durum wheat, artificial materials such as six triticale and eight triticale were used as experimental materials. The germinating rate, germinating potential, germinating index, vigor index and other characteristics were investigated. At the same time, the content of soluble sugar and superoxide dismutase (SOD) activity were determined. The results showed that the salt tolerance traits among the tested wheat materials have slightly difference. The performance of salt tolerance at germination stage and seedling stage were similar. The tolerance to salt stress was rye > eight triticale > common wheat> six triticale > durum wheat. In conclusion, the rye and eight triticale had better salt tolerance than other materials and could improve the wheat traits under salt stress condition.

common wheat; relatives of common wheat; artificial materials; salt tolerance

2015-01-04

973计划(2014CB138105)；国家自然科学基金项目(31101207)

程西永(1972-)，男，河南商丘人，副教授，博士，主要从事小麦遗传育种研究。

许海霞(1971-)，女，河南洛阳人，教授，博士。

1000-2340(2015)03-0285-07

S 512.1

A