乙烯利浸种对春小麦苗期抗旱性的影响

董玉新 张华英 候林慧 姜 超 甄林峰

(1.呼伦贝尔学院 内蒙古 海拉尔 021000；2.内蒙古自治区气象科学研究所 内蒙古 呼和浩特 010000)

呼伦贝尔市大兴安岭丘陵旱作区是内蒙古优质春小麦产区，也是内蒙古重要的商品粮基地。[1]但该地区春季气温回升较快，蒸发旺盛，而降雨稀少，[2]常常发生季节性干旱，严重影响正常的农业生产。[3]加之当地农业基础设施较为薄弱，防灾能力不强，特别是抗旱品种缺乏，抗旱手段薄弱，致使小麦单产不高，总产不稳。由此可见，干旱已成为制约该地区小麦高产、稳产的关键因素之一。针对内蒙古呼伦贝尔地区小麦生产现状，在稳定现有种植面积的基础上，如何通过抗旱技术革新进一步稳定春小麦产量，保障自治区乃至国家粮食安全，已成为我国春小麦生产亟待突破的重大课题之一。化控栽培作为一种提高作物抗旱性的新方法，使用植物生长调节剂调控作物的生长发育和生理生化过程，提高作物在干旱条件下的抵抗能力，改善植株生长发育状况，从而提高籽粒产量，在抗旱增产栽培中应用较为广泛且效果较好。[4]

乙烯利作为一种优质高效的外源植物生长调节剂，不仅自身能释放出乙烯，而且还能诱导植株产生乙烯，具有调节植物生长发育、增强抗逆性和提高产量等作用。[5-7]在抗逆栽培领域，乙烯利不仅能够促进作物种子在遭遇干旱胁迫时提早萌发出苗，而且还具有低成本，无污染的特点。[8]它可以降低由有害离子和毒素导致的细胞损伤，维持细胞结构的完整性和内外环境的稳定性，从而维持植株的正常生理功能，减少逆境给种子或幼苗带来的伤害。[9]研究发现，采用乙烯利浸种能够促进美女樱、玉米种子的萌发，[10][11]提高甘蔗“健康种子”的抗旱性，[12]改善水分胁迫下甘蔗苗期的光合性能。乙烯利浸种处理可促进甘蔗生长并提高抗旱性，其作用机制可能是提高了叶片中蛋白质含量和总核酸含量。[13]

目前，国内外关于乙烯利在作物化控栽培方面的研究已有较多报道，[14-16]而对我国北方高寒旱作区应用乙烯利浸种提高小麦抗旱性的研究尚不多见。本研究以增强小麦抗旱性为目标，比较研究乙烯利浸种对不同干旱胁迫水平下小麦种子萌发出苗、苗期形态特征及抗性生理指标的差异，旨在明确不同土壤水分条件下，乙烯利浸种对小麦苗期抗旱性的影响，为内蒙古呼伦贝尔大兴安岭丘陵旱作区合理利用乙烯利提高小麦植株抗旱性提供理论依据与实践指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试小麦品种：克春4号

试验药品：40%乙烯利(水剂)

1.2 试验地

本试验于呼伦贝尔学院牙克石校区遮雨棚内进行。牙克石市位于呼伦贝尔市中部、大兴安岭中脊中段西坡。该区属于中温带季风性森林草原气候和寒温带季风性针叶林气候，土壤为黑钙土。

1.3 试验设计

挑选大小均匀、籽粒饱满、无污染的小麦种子，用20%的H2O2消毒10 min，再用蒸馏水冲洗干净，分别用0、100、200、300 mg/kg的乙烯利浸种12 h后播种。试验设土壤相对含水量为40%～45%的重度干旱、土壤相对含水量为60%～65%的轻度干旱2个干旱水平，并以土壤相对含水量为75%～80%的适宜含水量为对照(表1)，3次重复。将浸种后的小麦种子播种于直径25 cm的聚乙烯塑料盆中，每盆30株，播深在3 cm左右。

表1 试验设计方案

1.4 测试项目与方法

1.4.1出苗率调查

出苗后数计每盆钵内出苗数，根据播种种子数，计算出苗率。

出苗率=出苗数/播种种子数×100%。

1.4.2植株形态指标测定

于小麦三叶期在各处理中分别取出5株，测量主茎高度，取植株上所有绿色叶片，并测算其面积。

1.4.3叶片生理指标测定

于小麦三叶期在各处理选取代表性植株10株，摘取所有绿叶，切碎后混合，用氮蓝四唑(NBT)显色法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性；用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量；用茚三酮法测定叶片游离脯氨酸的含量；用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量；用蒽酮法测定可溶性糖含量。

1.5 数据处理

本试验全部数据均采用Microsoft Excel 2007、SAS 9.0和SigmaPlot 12.5软件进行统计分析及作图。

2 结果与分析

2.1不同处理对春小麦出苗率的影响

不同处理春小麦田间出苗率存在显著差异(表2)。不同土壤水分条件下，干旱胁迫显著降低了春小麦的田间出苗率，重度干旱下出苗率最低，适宜水分条件下出苗率最高，说明干旱是制约春小麦出苗的重要因素之一。不同乙烯利浸种浓度间比较，适宜水分条件下，不同乙烯利浓度对出苗率的影响差异不显著；轻度干旱条件下，出苗率随乙烯利浓度的增加而升高，A2B3、A2B4处理间差异不显著，但显著高于其他处理；重度干旱条件下，出苗率随乙烯利浓度的增加而呈升高趋势，其中，A3B4处理出苗率最高，为76.6%，显著高于其他处理，较A3B1处理提高了9.1%。

表2 不同处理下春小麦的田间出苗率

2.2 不同处理对春小麦苗期株高的影响

由表3可见，不同处理下春小麦苗期株高存在显著差异。不同土壤水分条件间比较，各处理小麦株高表现为A3处理

表3 不同处理下春小麦的株高差异

2.3 不同处理对春小麦苗期单株叶面积的影响

不同处理春小麦苗期单株叶面积存在显著差异(表4)。不同土壤水分条件下，春小麦单株叶面积随土壤含水量的降低而减少，重度干旱条件下，各处理叶面积最小，显著低于其他水分处理，说明干旱胁迫可以显著减少春小麦的绿叶面积，降低群体的光合生产能力。不同乙烯利浓度间比较，春小麦单株叶面积在适宜水分条件和轻度干旱条件下呈现出相似的变化趋势，即随着乙烯利浓度的增加而增加，但B3、B4处理间差异均不显著；重度干旱条件下，春小麦单株叶面积随乙烯利浓度的增加而增加，在300 mg/kg处达到最大值，为4.69 cm2，显著高于其他处理，较B1处理增加了37.5%。

表4 不同处理下春小麦单株叶面积差异

2.4 乙烯利浸种对春小麦苗期叶片生理指标的影响

2.4.1不同处理下叶片丙二醛(MDA)含量差异

由图1可见，不同处理下春小麦叶片丙二醛含量存在显著差异。不同土壤水分条件间比较，干旱胁迫可以显著提高春小麦苗期叶片丙二醛的含量，重度干旱和轻度干旱处理叶片MDA含量分别较对照升高了44.07%和82.31%。不同乙烯利浓度处理间比较，各水分条件下春小麦叶片MDA含量的变化趋势类似，即随乙烯利浓度的增加而降低。轻度干旱条件下，B3、B4处理间差异不显著，但显著低于B1、B2处理，B3处理较清水处理(B1)降低了15.63%；重度干旱条件下，叶片MDA含量随乙烯利浓度的增加而降低，B4处理MDA含量最低，为4.33 μmol/g，较清水处理降低了22.40%，且处理间差异达到显著水平。

图1 不同干旱胁迫处理对小麦苗期叶片丙二醛含量的影响

2.4.2不同处理下叶片游离脯氨酸含量差异

由图2所示，干旱胁迫下春小麦苗期叶片游离脯氨酸含量较适宜水分条件有显著增加，且随干旱程度的加重呈现升高趋势，以重度干旱处理(A3)游离脯氨酸含量最高，较适宜水分处理(A1)增加了179.94%。不同浸种液浓度间比较，春小麦叶片游离脯氨酸含量随浓度的增加而呈现升高趋势。轻度干旱条件下，以300 mg/kg处理(B4)游离脯氨酸含量最高，但与B3处理差异不显著；重度干旱条件下，B4处理的游离脯氨酸含量最高，达142.02 ug/g，显著高于其他处理，较清水处理增加60.86%。说明，采用适当浓度的乙烯利浸种处理可以增强春小麦植株的渗透调节能力。

图2 不同干旱胁迫处理对小麦苗期叶片游离脯氨酸含量的影响

2.4.3不同处理下叶片可溶性糖含量差异

如图3所示，干旱胁迫下小麦苗期叶片可溶性糖含量存在显著差异。春小麦叶片可溶性糖含量随干旱程度的增加而显著升高，其中，重度干旱处理下可溶性糖含量较适宜水分处理增加了109.37%。不同乙烯利浓度处理间比较，春小麦叶片可溶性糖含量随浸种液浓度的增加而降低，整体表现为浸种处理低于清水处理。轻度干旱条件下，可溶性糖含量以乙烯利浓度为200 mg/kg的处理(B3)最低，为36.13 mg/g，与B4处理差异不显著，但显著低于其他处理；重度干旱条件下，可溶性糖含量以300 mg/kg的处理(B4)最低，显著低于其他处理，较清水处理下降了20.59%。

图3 不同干旱胁迫处理对小麦苗期叶片可溶性糖含量的影响

2.4.4不同处理下叶片可溶性蛋白含量差异

由图4可知，不同处理下春小麦苗期叶片可溶性蛋白含量存在显著差异。不同土壤水分条件下，叶片可溶性蛋白含量随干旱程度的加深而增加，以A3处理的可溶性蛋白含量最高，较适宜水分条件升高了115.75%，说明，干旱胁迫提高了春小麦叶片的可溶性蛋白含量。不同浸种浓度处理间比较，适宜水分条件下，叶片可溶性蛋白含量随浓度的增加呈现先升高后降低的趋势，在200 mg/kg处达到最大值；轻度干旱条件下，不同处理间叶片可溶性蛋白含量从高到低依次为B4处理>B3处理>B2处理>B1处理，B3处理与B4处理差异不显著，但显著高于其他处理；重度干旱条件下，叶片可溶性蛋白含量随浓度的增加而增加，以乙烯利浓度为300 mg/kg的处理(B4)表现最好，较清水处理提高了41.50%。

图4 不同干旱胁迫处理对小麦苗期叶片可溶性蛋白含量的影响

2.4.5不同处理下叶片SOD活性差异

过氧化物歧化酶(SOD)参与活性氧的清除反应，在抗氧化系统中处于核心地位。SOD活性直接影响了作物活性氧基清除能力的强弱，与作物抗逆性息息相关。不同处理下小麦苗期叶片SOD活性差异如图5所示，干旱胁迫处理小麦叶片SOD活性均较适宜水分处理有显著提高，且重度干旱处理>轻度干旱处理，A3处理叶片的SOD活性较A1处理增加了59.06%。不同乙烯利浓度处理间比较，春小麦叶片SOD活性均随浓度的增加而增加，轻度干旱条件下，表现为B3处理>B4处理>B2处理>B1处理，其中B3处理与B4处理差异不显著；重度干旱条件下，以乙烯利浓度为300 mg/kg的处理(B4)表现最优，高于清水处理(B1)44.93%。

图5 不同干旱胁迫处理对小麦苗期叶片SOD活性的影响

3 讨论

近年来，全球温室效应加剧导致极端干旱天气频繁发生，其干旱强度有逐渐增加的趋势，严重阻碍了农业生产的可持续发展。[17]干旱对我国的农业影响尤为严重，我国农作物平均每年受旱面积2.2万公顷，占全部农业灾害面积的62%以上。目前，可以通过抗旱高产新品种的选育以及抗旱栽培新技术的推广应用实现作物的抗旱增产。在栽培领域，作物化控技术与传统栽培技术融合而产生的化控栽培技术是当前农业研究中热门领域之一。[18]作物化控栽培是以应用植物生长调节剂(PGRs)为手段，通过改变植物内源激素系统，调节作物生长发育过程，使其朝着人们预期的方向和程度发生变化。[19]在抗旱栽培方面，主要是利用植物生长调节剂调控作物的生长发育以及植株内部生理生化过程，提高作物对干旱的适宜能力，增强植株的抗旱性，从而提高作物产量。干旱胁迫对植物的影响可以表现在植物生长发育的各个阶段，其中，苗期是小麦分蘖发生和幼穗分化的关键时期，对产量构成因素中的穗数和穗粒数有直接影响，小麦若在苗期遭受干旱胁迫将严重影响分蘖发生和穗粒数的形成，进而导致产量降低。[20]干旱胁迫会导致小麦根系和地上部分的生长受阻，显著降低小麦籽粒产量和收获指数，[21]同时，小麦的株高、绿叶面积和比叶面积等形态指标都会明显降低。[22]本研究发现，在遭遇干旱胁迫时，春小麦田间出苗率、苗期株高以及叶面积都呈现一定程度的下降，且干旱程度越重，下降越明显。

研究表明，干旱胁迫对植物造成的损伤多数与活性氧有关，正常情况下，活性氧的清除与产生处于动态平衡，但当植物遭遇胁迫时，活性氧物质加速积累，细胞渗透性增加，离子大量泄漏，膜脂发生过氧化，造成膜系统损伤，严重时甚至会导致植物细胞死亡。[23]为降低膜系统损伤，SOD、POD和CAT的活性也会相应地发生变化并产生更多的渗透调节物质，而这些酶活性的高低以及渗透调节物质含量的多少与植物抗旱性息息相关。[24-27]脯氨酸是植物中最重要的渗透调节物质之一，在干旱胁迫下脯氨酸的过量积累是植物对抗干旱胁迫的重要措施，[28]在正常情况下，植物中游离的脯氨酸含量较低，而在干旱胁迫下，脯氨酸大量累积。[29]植物在面临干旱胁迫过程会产生一些特殊的蛋白质，这些蛋白质在植物应对干旱胁迫的过程中起到分子伴侣、信号传导、离子运输以及维持细胞稳态等作用。[30]本研究表明，在轻度与重度干旱水平下，小麦苗期叶片脯氨酸含量分别较对照增加了97.6%和169.3%，这与前人的研究结果相一致。采用适宜浓度乙烯利浸种后，小麦苗期叶片脯氨酸含量分别较对照增加了212.2%和333.2%；同时，可溶性蛋白含量也显著提高，这些渗透调节物质含量的增加，在一定程度上提高了小麦植株的抗旱性。与此同时，在干旱胁迫下，采用乙烯利处理的小麦苗期叶片中SOD活性较对照显著增加，增强了小麦植株清除活性氧自由基的能力。由此可见，乙烯利浸种可以显著提高旱作小麦苗期的抗旱性能，增加其在干旱胁迫下的出苗率，改善植株形态特征，进而促进生长，提高籽粒产量。

4 结论

与对照相比，干旱胁迫可以显著降低春小麦的田间出苗率以及苗期株高和单株叶面积，而叶片中MDA含量、游离脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量以及SOD酶活性则显著增加。乙烯利浸种处理可以显著提高旱作小麦的田间出苗率，改善苗期叶面积和株高性状，增强植株抗旱能力。本试验结果表明，与清水处理相比，采用乙烯利浸种的小麦种子萌发后，其叶片中MDA含量显著下降，虽然可溶性糖含量有所降低，但游离脯氨酸、可溶性蛋白含量及SOD活性则显著升高，膜质过氧化程度相对较轻。在轻度干旱和重度干旱条件下，乙烯利浸种的适宜浓度分别为200 mg/kg和300 mg/kg。