黄淮地区主推小麦品种种子发芽期耐淹性研究

欧行奇， 李新华， 欧阳娟

(1.河南科技学院， 河南 新乡 453003； 2.新乡市农乐种业有限责任公司， 河南 新乡 453003)

淹水胁迫指植物处于周期或长期厌氧或缺氧环境下，其有氧呼吸和维持生命活动所需能量产生受到限制，是植物常遭受的非生物胁迫之一[1]。种子耐淹性的筛选是世界范围内关注的问题,长期淹水使小麦发芽和发芽能力下降，且不同小麦品种之间差异显著[2]。长时间浸泡种子则显著降低种子中溶解氧的含量，从而降低其发芽率，其苗期的生物量、叶面积等都会受到影响[3]。小麦籽粒的耐淹性研究中,研究较多的有抗氧化酶系统包括SOD/CAT系统和硫氧还蛋白还原酶/1-Cys过氧化氢还原酶(1-Cys peroxiredoxin,1-Cys prx)系统[4-6]。淹水胁迫引起细胞内活性氧的积累，对植物造成严重的氧化损伤，从而抑制植株的生长和产量[7-8],为了缓解活性氧对植物细胞的损伤，植物长期进化并形成了复杂的酶类和非酶类的防御体系[9-10]。植物在逆境条件下也会产生大量的渗透调节物质，如：脯氨酸、可溶性糖和甜菜碱等，这些物质能缓解ROS(reactive oxygen species)的损伤作用[11],研究发现，脯氨酸不仅仅是一种渗透调节物质，而且可以作为抗氧化剂和细胞程序性死亡的抑制剂[12]。灌浆期淹水胁迫导致小麦根、叶片中氮总量降低,叶片中超氧化物歧化酶、过氧化物酶、抗氧化酶等活性降低,抗坏血酸、谷胱甘肽等抗氧化剂含量减少,氧含量升高，使根细胞死亡、旗叶衰老加剧[13]。

在冬小麦生长初期土壤涝渍会造成严重的产量损失[2]，拔节期和花后渍水处理显著降低了小麦产量、穗粒数、千粒重[14]，耐淹种质资源选育是保障稳产和高产的基础之一。我国秦岭、淮河以南，青藏高原以东，属南方冬麦区，大部分地区实行麦稻两熟制或麦稻稻、麦豆稻、稻麦肥等三熟制。水稻是唯一一种能够很好地适应洪涝、部分洪水或完全淹没的谷类作物[15]，小麦作为旱地栽培作物，其耐淹性则显著低于水稻。因此，在稻麦轮作系统中，因其特殊的种植环境则更需要关注小麦种子发芽出苗期的耐淹性。本研究选用黄淮南部麦区四个主推半冬性小麦品种(百农207、周麦18、周麦22、百农AK 58)，采用不同时间淹水浸种处理，正常管理至发芽，测定其形态、酶活性和非酶物质的变化，研究其在种子发芽期的淹水敏感性。

1 材料与方法

1.1 试验材料

四个小麦品种均为半冬性小麦品种，分别为百农207、周麦18、周麦22、百农AK 58，均为黄淮南部麦区的主推品种。

1.2 试验设计

试验设置淹水1、2、3、4、5、6、7、8、9、10 d，每个处理重复3次，每次重复50粒，对照(0 d)为正常发芽管理的种子。

具体操作方法：选择健康均匀的小麦种子50粒，用5%双氧水消毒2 min后，用自来水冲洗3次，再用纯净水将种子浸泡12 h充分吸胀，将吸胀的种子放入玻璃培养皿中，用纯净水将种子全部淹没，每天早晨和晚上将培养皿中的水倒出，用自来水冲洗后重新放入培养皿中，再倒入纯净水将种子全部淹没，设定淹水时间结束后进行正常的发芽管理，均统一管理到淹水解除后10 d。发芽管理均在光照培养箱中25 ℃培养，光照和黑暗各12 h。

1.3 植物形态调查和生理指标测定

发芽管理第7天时调查各处理的发芽数，正常管理10 d时各处理每重复随机抽取5株，测量根长、苗高、根干重和苗干重，同时测定根系活力和10 d苗龄小麦叶片过氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、根系活力、脯氨酸(Pro)含量、丙二醛(MDA)含量、叶片可溶性蛋白含量[16]。

1.4 试验数据处理

小麦发芽率、苗高、苗干重、根干重均以对照为100%，将淹水处理的相应结果除以对照获得相对发芽率、相对苗高、相对苗干重、相对根干重。淹水4 d处理有一个品种的相对发芽率为0，因此相对苗高、相对苗干重、相对根干重统计到淹水4 d处理。淹水2 d处理有2个品种的相对发芽率低于50%，因此根系活力、叶片SOD活性、叶片POD活性、叶片MDA含量、叶片脯氨酸含量、叶片可溶性蛋白含量数据统计到淹水2 d处理。数据用SPSS 18.0软件进行方差分析和Duncan检验。

2 结果与分析

2.1 淹水胁迫对小麦种子相对发芽率、小麦相对苗高和根长、干物质的影响

由表1可知，随着种子淹水天数的增加，各品种种子相对发芽率呈降低趋势。淹水1 d处理，百农207、周麦22、百农AK 58种子相对发芽率同对照相比差异不显著，周麦18种子相对发芽率同对照相比差异显著。淹水2 d处理，种子相对发芽率同对照相比差异显著，周麦22和周麦18种子相对发芽率同对照相比差异极显著，二者的相对发芽率均小于50%；百农207种子相对发芽率为81.95%，百农AK 58种子相对发芽率为72.04%，百农207种子相对发芽率最高。淹水3 d处理，各品种种子相对发芽率均极显著小于对照处理，百农207种子相对发芽率最高，为63.16%，周麦22种子相对发芽率最低，为10.38%，百农AK 58种子相对发芽率为30.18%，周麦18种子相对发芽率为11.29%。淹水4 d处理，周麦22、百农207、百农AK 58和周麦18的相对发芽率分别为0、39.1%、21.42%和4.52%。淹水5 d处理，周麦18、百农207和百农AK 58种子相对发芽率分别为0、24.06%和5.84%。淹水6 d处理和淹水7 d处理，百农207种子相对发芽率降低不显著，百农AK 58种子相对发芽率均为0。淹水8 d处理和淹水9 d处理，百农207种子相对发芽率分别为6.77%和5.26%，其余品种种子相对发芽率均为0。淹水10 d处理，各小麦品种种子相对发芽率均为0。

表1 各小麦品种淹水处理相对发芽率

由表2可知，百农207平均相对根长最高，为84.99%，极显著高于百农AK 58、周麦22和周麦18。百农207平均相对苗高最高，为95.06%，显著高于周麦18，与周麦22和百农AK 58差异不显著。百农AK 58平均相对根干重最高，为94.23%，与百农207和周麦18差异不显著，周麦22的平均相对根干重最小，为82.41%。百农207平均相对苗干重最高，为90.63%,周麦18次之，周麦22平均相对苗高最低，各品种差异不显著。

表2 淹水处理后各品种农艺性状差异分析 单位：%

2.2 淹水胁迫处理后小麦根系活力

由图1可知，各小麦品种种子淹水处理后，10 d苗龄根系活力呈降低趋势。各品种对照处理的根系活力百农207最高，极显著高于其余3个品种。淹水1 d处理百农207和百农AK 58根系活力同对照相比差异不显著，周麦22根系活力显著小于对照，周麦18根系活力极显著小于对照，淹水1 d处理百农207根系活力极显著高于其余3个品种。淹水2 d处理百农207根系活力显著小于对照处理，百农AK 58、周麦22和周麦18根系活力极显著小于对照处理，淹水2 d处理百农207根系活力极显著高于其余3个品种。

图1 淹水处理各小麦品种根系活力

2.3 淹水处理对小麦抗氧化酶活性及膜质过氧化产物含量的影响

由图2可知，淹水处理后各品种叶片SOD活性和POD活性均呈增加趋势。对照处理百农207叶片SOD活性最高，极显著高于其他品种。淹水1 d处理百农207叶片SOD活性极显著高于其他品种，周麦18叶片SOD活性最低，极显著小于其他品种。淹水2 d处理百农207叶片SOD活性极显著高于周麦18和周麦22，显著高于百农AK 58。淹水2 d处理百农207叶片SOD活性均高于其他处理。叶片POD活性随着淹水天数的增加呈增加趋势，不同处理的POD活性变化趋势同SOD活性变化趋势基本一致。百农207淹水1 d处理叶片POD活性最高，极显著高于其他品种，淹水2 d处理百农207叶片POD活性显著高于百农AK 58，极显著高于周麦22和周麦18，极显著高于淹水1 d处理和对照。

图2 淹水处理不同小麦品种叶片SOD、POD活性

由图3可知，随着淹水天数的增加，各处理10 d苗龄叶片膜脂过氧化产物MDA含量呈降低趋势。对照处理中周麦22和周麦18叶片MDA含量极显著高于百农207和百农AK 58，淹水1 d处理周麦22叶片MDA含量显著高于周麦18，极显著高于百农207和百农AK 58。淹水2 d处理周麦22叶片MDA含量最高，显著高于周麦18，极显著高于百农207和百农AK 58，百农207叶片MDA含量最低，显著低于其他品种。

图3 不同小麦品种淹水处理后叶片MDA含量

2.4 淹水胁迫处理后小麦叶片可溶性蛋白和Pro含量

由图4可知，淹水处理后各小麦品种10 d龄苗叶片的可溶性蛋白和Pro含量均呈降低趋势。对照处理中百农207叶片Pro含量极显著高于其他品种，周麦18叶片Pro含量最低。淹水1 d处理百农207叶片Pro含量显著高于百农AK 58，极显著高于周麦22和周麦18。淹水2 d处理百农207叶片Pro含量显著高于百农AK 58，极显著高于周麦22和周麦18，周18的Pro含量最低。种子淹水处理后各品种10 d叶龄叶片可溶性蛋白含量同对照相比呈降低趋势。对照处理百农207叶片可溶性蛋白含量极显著高于其他品种，周麦18叶片可溶性蛋白含量最低。淹水1 d处理百农207叶片可溶性蛋白含量显著高于百农AK 58,极显著高于周麦22和周麦18，淹水2 d叶片可溶性蛋白含量变化趋势同淹水1 d处理一致。

图4 不同小麦品种淹水处理后叶片可溶性蛋白和Pro含量

3 小结与讨论

黄淮南片麦区四个主推小麦品种在出苗期种子遭遇淹水胁迫时，随着淹水处理天数的增加，品种间种子相对发芽率差异极显著。淹水处理4 d周麦22种子相对发芽率为0，淹水处理5 d周麦22和周麦18种子相对发芽率均为0，淹水处理6 d百农AK 58种子相对发芽率也为0。淹水处理4 d后各品种种子相对发芽率均小于50%，百农207种子淹水处理7 d时相对发芽率为24.06%，各品种各处理相对发芽率数据显示，百农207在种子出苗期具有较强的耐淹水能力。百农207的10 d苗龄的平均相对根长、平均相对苗高、平均相对苗干重均高于其他品种，百农AK58平均相对根干重则高于其他品种，周麦18的平均相对根长和平均相对苗高小于其他品种。小麦耐水淹基因型形态机制包括具有良好通气组织的侧根的发育，淹水后苗高和干物重降低[17-18]。10 d苗龄小麦根系活力随着种子淹水天数的增加呈降低趋势，同一淹水处理条件下百农207根系活力显著高于其余三个品种，品种间根系活力差异显著。本研究中百农207种子淹水胁迫后其相对干物量、相对苗高、根系活力等显著高于其他品种，具有较好的耐淹特性。

淹水处理后小麦叶片SOD活性和POD活性变化趋势一致，均随淹水天数的增加呈显著增加趋势，百农207叶片SOD活性和POD活性均极显著高于其余品种同一淹水处理。不同小麦品种种子淹水处理后10 d龄苗叶片膜脂过氧化产物MDA随种子淹水天数增加呈降低趋势，同一淹水天数处理百农207叶片MDA含量最低。不同小麦品种种子淹水处理后，10 d龄苗叶片的可溶性蛋白和Pro含量均随淹水天数增加呈降低趋势，不同品种同一淹水天数处理百农207叶片可溶性蛋白含量显著高于其余三个品种，百农207对照处理叶片Pro含量极显著高于其他品种和淹水处理，不同品种同一淹水天数处理百农207叶片Pro含量显著高于其他品种。

小麦灌浆期淹水处理能导致小麦根、叶片中SOD、POD、抗氧化酶活性等活性降低,MDA含量增加[13]。当发生水涝胁迫时，芍药通过提高叶片SOD和POD酶活，提高叶片可溶性蛋白含量等途径提高自身适应涝渍的能力[19]。MDA是膜脂过氧化指标之一，逆境条件下抗性弱的品种MDA含量通常较高，另外胁迫发生时细胞质和液泡中的渗透调节物质Pro会急速上升，一般抗逆性强的品种往往积累较多的Pro[20]。本研究中百农207同一淹水天数处理叶片SOD酶活性、POD酶活性、Pro和可溶性蛋白含量显著高于其余品种，MDA含量则显著低于其余品种，说明在淹水胁迫条件下，百农207的抗逆性生理代谢快速响应，提高自身对涝渍的适应能力，说明百农207具有较好的耐淹性。有研究表明，种子渗出液和叶片MDA含量随着逆境胁迫的增加而增加[21-24]，采取相应措施缓解胁迫条件后则作物叶片MDA含量降低[25-26]。而本研究中小麦种子淹水胁迫发芽后，小麦叶片MDA含量则降低，可能由于短时间的淹水胁迫，植物的抗氧化系统快速反应，降低了叶片中MDA的含量。综合以上讨论和研究结果，百农207在种子发芽出苗期有较强的耐淹性，其耐淹性显著高于其余三个品种。