水杨酸对水分胁迫下小麦幼苗生理生化特性的影响

王贺正 沈思涵 张冬霞 王改净 郑金枝 毕 彪 王文杰

（河南科技大学农学院，471023，河南洛阳）

水在植物生长中发挥着重要作用，水分亏缺会严重影响到植物的生长发育[1]。植物遭到水分胁迫时，其体内活性氧含量会有所增加，引起细胞膜脂过氧化，细胞膜的完整性被破坏，导致膜功能改变，影响植物正常的代谢活动[2]。水杨酸（SA）是一种小分子酚类化合物，可以调节植物生长发育，增强植物抵御不良环境的能力[3-5]，如诱导气孔关闭以减少水分散失，提高超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等酶的活性以降低质膜过氧化水平，最终缓解干旱对植物造成的伤害[6-8]。小麦是世界上第二大粮食作物，世界上约有70%的小麦播种在干旱、半干旱地区[9-10]。近年来，由于环境恶化，我国可以利用的水资源快速减少，干旱现象日益严重[11]。前人[12-13]对逆境胁迫下小麦的反应机制研究较多，常以PEG-6000模拟干旱胁迫研究小麦幼苗的抗旱性，但鲜见水分胁迫下小麦幼苗对外源SA响应机制的报道。本试验以不同浓度的SA处理小麦幼苗，通过探讨水分胁迫下SA对小麦幼苗的保护机制，旨在寻找提高小麦抗旱性的途径或方法，为小麦的抗旱栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料为小麦品种洛旱6号。洛旱6号属于半冬性中熟品种，具有抗旱节水、高产稳产、综合抗性好的特点，适宜在黄淮冬麦区的山西南部、陕西渭北的旱肥地、河南西北部等旱地种植。

1.2 材料培养与处理

试验于2018年9月在河南科技大学农学与生物实验教学中心实验室采用水培方法进行。种子精选后，用10%次氯酸钠溶液消毒20min，用蒸馏水冲洗干净，摆进直径为90cm底部垫有滤纸的培养皿中，每皿50粒，室温培养。待种子露白后，以Hoagland营养进行培养。两叶一心后，分组进行如下处理：20% PEG-6000（对照，CK），20% PEG-6000 含 0.2mmol/L SA（S1）、0.6mmol/L SA（S2）、1.0mmol/L SA（S3），每处理设9次重复，各处理分别于处理4、8d后采样测定各项指标。

1.3 测定项目与方法

分别采用蒽酮比色法、考马斯亮蓝G-250法、茚三酮比色法测定可溶性糖、可溶性蛋白质和氨基酸含量[14]；采用 O2—.对羟胺氧化法测定 O2—.含量[15]，采用Wang等[16]介绍的方法测定H2O2含量，采用硫代巴比妥酸显色法测定丙二醛（MDA）含量[14]；分别采用紫外分光光度法、愈创木酚法、氮蓝四唑（NBT）光还原法测定CAT、POD、SOD活性[17]；采用称重法测定地上部和地下部重量，计算根冠比。

1.4 数据分析

采用Excel、SPSS软件进行数据分析和处理。

2 结果与分析

2.1 SA对水分胁迫下小麦幼苗根冠比的影响

由图1可以看出，在水分胁迫下，随着生长期的延长，各处理小麦根冠比增加。同一测定时期，SA处理根冠比均比CK减小，S1、S2、S3处理的根冠比在处理后4d分别比CK减少了13.0%、29.7%、21.9%，在处理后8d分别比CK减少了6.4%、23.7%、17.9%；随着SA浓度的增加，根冠比呈先降低后升高的趋势，S2处理根冠比最小，且与CK差异显著。由此表明，施用SA可以降低小麦幼苗的根冠比，改善幼苗地上部分的生长。SA在0.6mmol/L浓度时，最有利于减缓水分胁迫对小麦幼苗地上部分生长的抑制作用。

图1 SA对水分胁迫下小麦幼苗根冠比的影响Fig.1 Effects of SA on root-shoot ratio of wheat seedlings under water stress

2.2 SA对水分胁迫下小麦幼苗可溶性糖、可溶性蛋白质和氨基酸含量的影响

图2表明，随着处理天数增加，各处理可溶性糖、可溶性蛋白质和氨基酸含量增加。同一测定时期，SA处理各物质含量均比CK增加，以S2处理增幅最大。处理后4和8d，S2处理可溶性糖含量分别较CK增加了14.7%和25.3%，可溶性蛋白质含量分别较CK增加了4.5%和26.5%，氨基酸含量分别较CK增加了51.0%和66.9%，且均与CK差异显著。

图2 SA对水分胁迫下小麦幼苗可溶性糖、可溶性蛋白质和氨基酸含量的影响Fig.2 Effects of SA on contents of soluble sugar, protein and amino acid in wheat seedlings under water stress

2.3 SA对水分胁迫下小麦幼苗O2—.、H2O2 和MDA含量的影响

在各测定时期，各处理O2—.、H2O2和 MDA 含量变化趋势基本一致，均随生长时间延长而增加，SA处理均比CK有所降低（图3）。同一测定时期，O2—.、H2O2和MDA含量以S2处理最低，与CK相比降幅最大，且差异显著。处理后4d，S2处理的O2—.、H2O2和MDA含量分别比CK下降了42.9%、28.5%和42.5%，处理后8d，分别较CK下降了55.3%、27.5%和43.8%。表明，适宜浓度SA处理，能够有效降低水分胁迫下O2—.和H2O2含量，缓解MDA的积累，减轻细胞的膜脂过氧化程度。

2.4 SA对水分胁迫下小麦幼苗SOD、POD和CAT活性的影响

图3 SA对水分胁迫下小麦幼苗、H2O2和MDA含量的影响Fig.3 Effects of SA on contents of , H2O2 and MDA in wheat seedlings under water stress

随着时间延长，各处理SOD、POD和CAT活性增强（图4）。各测定时期SA处理酶活性均比CK明显增加，均以S2处理酶活性最高（除处理4d时SOD活性），且与CK差异显著。处理后4d，S2处理的SOD、POD和CAT活性分别比CK提高了42.3%、243.3%和78.3%；处理后8d，分别比CK提高了92.1%、250.2%和66.4%。表明，水分胁迫下SA能明显提高小麦幼苗SOD、POD和CAT活性，增强活性氧自由基的清除能力，降低水分胁迫对小麦幼苗的伤害。

3 讨论

可溶性糖、可溶性蛋白质和氨基酸是植物体内重要的渗透调节物质，在逆境条件下能够维持细胞正常的渗透压及膜系统的稳定性，起到一定的抗逆作用[18]。而适宜的外源物质（如水杨酸、脱落酸、茉莉酸、葡萄糖等）能促进水分胁迫下植株渗透调节物质的积累，提高对水分胁迫的适应能力[19-21]。本研究表明，水分胁迫下，SA处理的小麦幼苗中可溶性糖、可溶性蛋白质和氨基酸含量明显高于对照处理，这些物质的大量积累能够有效降低细胞的渗透势，有利于增强细胞吸水能力，提高小麦幼苗的抗旱性。

图4 SA对水分胁迫下小麦幼苗SOD、POD和CAT活性的影响Fig.4 Effects of SA on activities of SOD、POD and CAT in wheat seedlings under water stress

逆境胁迫会引发活性氧积累，破坏活性氧产生和清除之间的平衡，加速脂质过氧化作用，导致MDA含量和活性氧产生速率增加，破坏细胞的完整性，从而影响植物的正常生长代谢[22-25]。SOD、POD和CAT是植物细胞内活性氧清除系统中重要的保护性酶，有研究表明，SA等外源物质能诱导细胞内抗氧化系统相关基因的表达，促进抗氧化酶活性提高，缓解干旱胁迫对小麦生长的不良影响[19，26]。本研究用SA处理水分胁迫下小麦幼苗也得到类似结果。本试验表明，水分胁迫下，外源SA能提高小麦幼苗SOD、POD和CAT活性，增强活性氧清除能力，从而降低小麦幼苗O2—.、H2O2等活性氧含量，减轻细胞膜脂过氧化程度，使MDA含量降低，从而缓解水分胁迫对小麦幼苗的氧化伤害，促进细胞内物质代谢，更有利于可溶性碳水化合物和氨基酸等物质的积累，提高细胞的渗透调节能力，也为小麦幼苗生长提供了物质条件。

4 结论

水分胁迫下，外源SA能提高小麦幼苗可溶性糖、可溶性蛋白质和氨基酸含量，改善植株的渗透调节，增强SOD、POD和CAT活性，增强活性氧的清除能力，降低O2—.、H2O2等活性氧含量，减少MDA积累，从而增强小麦幼苗的抗旱能力，促进小麦幼苗的生长。试验表明，0.6mmol/L SA对缓解水分胁迫对小麦幼苗的影响效果显著。