H2O2前處理對小麥幼苗抗鹽性的影響

王振南，楊惠敏，周瑞蓮

（1．草地農業生態系統國家重點實驗室 蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州730020；2．魯東大學生命科學學院，山東 煙臺264025）

全球約有9．5億hm2的鹽漬化土地，而中國約有1億hm2［1］。土壤鹽漬化可通過離子失衡和嚴重的生理干旱而持久地影響作物生長［2－3］，給農業生產造成了重大影響。小麥（Triticum aestivum）是世界上總產量第二的糧食作物，其產量和品質的穩定是全球“糧食安全”和“食物安全”的重要保證。但是，有很大一部分小麥的種植區分布在鹽漬化土壤區，因此，其產量和質量受到土壤鹽漬化的極大影響［4］，嚴重威脅到“糧食安全”和“食物安全”。如何保證小麥在鹽漬化土壤中的正常生長、維持其產量和質量的穩定引起了人們廣泛關注，因而小麥抗鹽性的相關研究成為熱點之一。研究發現，小麥抗鹽的主要機制在于：隨鹽含量的增加，小麥葉片的角質層蠟質含量、肉質化程度、相對含水量和干物質的積累速率都呈增加趨勢，從而使葉片具有較高的保水能力［5］；同時，清除自由基的相關酶活性增加，使質膜的穩定性增加［5－6］；另外，對鹽離子的特異性吸收和轉移［7］，也使小麥具有一定的抗鹽性。

小麥抗鹽性機制的闡明為在實踐中改善小麥抗性提供了理論基礎。研究發現，對植物施用外源鈣［8］、對小麥幼苗施用外源甜菜堿［9］和水楊酸［10］、對水稻（Oryza sativa）施用 H2O2和 NO［11］等都能在一定程度上增加植物的抗鹽性。Fedina等［12］用H2O2處理大麥（Hordeum vulgare）幼苗后使其抗鹽性增強；de Azevedo Neto等［13］用 H2O2前處理玉米（Zea mays）后，誘導了玉米適應鹽脅迫。這些研究給小麥抗鹽性改善的研究提供了思路。本研究用H2O2進行前處理，然后觀測NaCl處理后小麥幼苗的生長和相關生理變化，探討H2O2對小麥幼苗抗鹽性的影響。

1 材料與方法

1．1 材料培養與處理 選取籽粒飽滿、均勻一致的春 小 麥 煙 農 5286（T．aestivum cv．Yannong 5286）和冬小麥永良12（T．aestivumcv．Yongliang 12）的種子置于培養皿泡種萌發，待大部分種子露白后選取大小一致、飽滿且露白的種子置于浸濕的濾紙上，套袋培養。在小麥根扎入濾紙、芽長4～5cm時，將濾紙轉移到白瓷盤中撐起的紗網上，加入含H2O2或NaCl的培養液繼續培養。培養和處理在人工氣候箱內完成，箱內溫度25℃／18℃（日／夜），空氣相對濕度70%，光照強度22 000lx。

以不含瓊脂的 MS培養基［12－14］為基礎培養液（對照），設5種處理：僅添加5和100μmol·L－1的H2O2（H5和H100），添 加5和1 0 0 μmol·L－1的H2O2＋1．2%NaCl（H5＋Na和 H100＋Na），以及僅1．2%的NaCl添加（Na）。其中，H5＋Na和 H100＋Na處理為H2O2處理2d后，繼續以1．2%NaCl處理。在處理第5天時取樣測定。

1．2 指標測定 小麥幼苗株高用直尺法測定，葉片相 對 電 導 率 （Relative Electrical Conductivity，REC）用煮沸法［15］測定，葉片丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量用硫代巴比妥酸氧化比色法［16］測定，葉片脯氨酸（Proline）含量用磺基水楊酸法［17］測定，葉片可溶性糖（Water Soluble Sugar，WSS）含量用蒽酮法［18］測定，葉片過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性用愈創木酚法［19］測定，葉片過氧化氫酶（Catalase，CAT）活性用過氧化氫－碘量法測定［20］，葉片超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活性用氮藍四唑光還原法測定［21］。

1．3 數據統計分析 所有指標測定均重復3次，所有數據均用 Microsoft Excel錄入并制圖。用SPSS 11．5軟件進行統計分析，比較處理間差異的顯著性。

2 結果與分析

2．1 不同處理對小麥幼苗株高的影響 在H2O2和NaCl處理下，小麥幼苗的生長均受到抑制，但春小麥和冬小麥間存在差異（圖1）。與對照相比，所有處理（除H5外）下的春小麥株高均顯著降低，且1．2%NaCl處理（H5＋Na、H100＋Na和Na）間株高無顯著差異。與對照相比，所有的處理下冬小麥株高均降低，而且Na處理最小，高濃度H2O2處理（H100和 H100＋Na）下低于低濃度H2O2處理（H5和 H5＋Na）。

2．2 不同處理對小麥幼苗葉片丙二醛含量和相對電導率的影響 在NaCl處理下，小麥幼苗葉片丙二醛含量增加，但有H2O2前處理的增加程度較小（圖2）。與對照相比，所有處理下葉片丙二醛含量均增加，但H5＋Na和H100＋Na處理葉片丙二醛含量低于Na處理；高濃度H2O2處理（H100和H100＋Na）葉片丙二醛含量高于低濃度處理（H5和H5＋Na）。對于春小麥而言，H100＋Na與Na處理下丙二醛含量相差不大，而對冬小麥而言，Na處理葉片丙二醛含量高于H100Na處理。

圖1 處理5d時小麥幼苗株高Fig．1 Wheat seedlings height after 5－day treatment

在NaCl處理下，葉片相對電導率增加，但有H2O2前處理的增加程度較小（圖2）。與對照相比，所有的處理（除H100外）下春小麥葉片相對電導率明顯增加；H5＋Na和H100＋Na處理葉片相對電導率低于Na處理。H2O2和NaCl處理冬小麥葉片相對電導率變化與春小麥類似，但H2O2的保護作用更明顯：與對照相比，有 H2O2處理（H5、H100、H5＋Na和H100＋Na）的葉片相對電導率變化不大，遠低于Na處理。

2．3 不同處理對小麥幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量的影響 H2O2和NaCl處理小麥幼苗葉片脯氨酸含量增加，但春小麥和冬小麥間存在差異（圖3）。與對照相比，H5和H100下春小麥葉片脯氨酸無明顯變化，而H5＋Na、H100＋Na和Na處理葉片脯氨酸含量大幅度增加；H5＋Na處理葉片脯氨酸含量較Na處理高，而H100＋Na較Na處理低。而在冬小麥中，H2O2和NaCl處理均導致葉片脯氨酸含量增加，Na處理最高，而且高濃度H2O2處理（H100和H100＋Na）處理葉片脯氨酸含量高于低濃度H2O2處理（H5和H5＋Na）。

圖2 處理5d時小麥幼苗葉片丙二醛含量和相對電導率Fig．2 Leaf malondialdehyde（MDA）content and relative electrical conductivity（REC）of wheat seedlings after 5－day treatment

H2O2和NaCl處理葉片可溶性糖含量增加，但春小麥和冬小麥間存在差異（圖3）。與對照相比，所有處理（除H5外）的春小麥葉片可溶性糖含量均增加；H5＋Na和H100＋Na下葉片可溶性糖含量高于Na處理。對于冬小麥而言，所有處理的葉片可溶性糖含量均增加，而且高濃度H2O2處理（H100和H100＋Na）葉片可溶性糖含量高于低濃度H2O2處理（H5和H5＋Na）下，H100＋Na處理最高。

2．4 不同處理對小麥幼苗葉片過氧化物酶、過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性的影響

在H2O2和NaCl處理下，小麥幼苗葉片過氧化物酶活性均提高（圖4）。與對照相比，所有的處理下葉片過氧化物酶活性均提高，高濃度H2O2處理（H100和H100＋Na）高于低濃度 H2O2處理（H5和 H5＋Na），而且H100＋Na處理最高。但是，各處理下過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性變化無明顯規律（圖4）。

3 討論

鹽堿地土壤溶液中離子濃度偏高、比例失衡往往造成植物吸水困難、吸收的個別種類離子過多，導致植物體內滲透勢變化，不利于植物生理生化過程的正常進行，最終抑制植物的生長［2，22］。因此，1．2%NaCl處理下春小麥和冬小麥幼苗的生長受到明顯抑制。此外，H2O2處理也對小麥幼苗的生長有抑制作用，尤其高濃度H2O2處理下抑制作用明顯。但重要的是，本研究發現H2O2前處理能減輕NaCl脅迫對小麥幼苗生長的抑制，尤其低濃度H2O2減輕作用明顯。這與Fedina等［12］和de Azevedo Neto等［13］的結論一致，適度H2O2處理能增強植物的抗鹽性和適應性。

圖3 處理5d時小麥幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量Fig．3 Contents of leaf proline and water soluble sugar（WSS）of wheat seedlings after 5－day treatment

圖4 處理5d時小麥幼苗葉片過氧化物酶、過氧化氫酶和超氧化物歧化酶活性Fig．4 Activities of leaf peroxidase（POD），catalase（CAT）and superoxide dismutase（SOD）of wheat seedlings after 5－day treatment

為了抵抗離子失衡和生理干旱造成的傷害，植物通過調整細胞滲透勢來維持水分的吸收［23－25］，保證細胞功能的正常發揮。因此，1．2%NaCl處理下的春小麥和冬小麥幼苗葉片脯氨酸和可溶性糖含量增加，有利于細胞滲透勢的維持。本研究還發現，H2O2前處理可以提高NaCl脅迫下小麥幼苗的滲透調節能力，尤其高濃度H2O2前處理能明顯提高葉片可溶性糖含量。此外，為了發揮正常的細胞功能，細胞膜結構完整性的維持也必不可少，因此，在干旱和鹽脅迫下，雖然細胞膜脂過氧化加劇［26］，但抗氧化酶等活性的增加及其協同作用能有效減輕脅迫的傷害［27－28］。本研究發現，1．2%NaCl處理導致小麥幼苗葉片丙二醛含量和相對電導率增加，表明小麥受到脅迫后，細胞膜破壞增加，細胞內容物滲漏增多。雖然H2O2處理下葉片丙二醛含量和相對電導率也增加，但作為前處理，能減輕NaCl脅迫對細胞膜的破壞。本研究還發現，1．2%NaCl脅迫下葉片過氧化物酶活性增加，且高濃度H2O2前處理下增加幅度更大，提高了細胞抗氧化能力。

許多研究表明，H2O2前處理可提高不同植物的抗旱性［14］、抗冷性［29］和抗鹽性［12］等。本研究中，H2O2前處理后小麥幼苗的抗鹽性有一定的改善，這為實踐中改善小麥抗鹽性、增強其在鹽堿地的適應能力提供了一定的理論基礎。另外，H2O2前處理后春小麥和冬小麥幼苗對NaCl脅迫的響應和表現不同，可能與不同小麥品種的耐鹽性［30］及其對H2O2的敏感性不同有關，相關機制有待進一步研究。

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