小麥幼苗對鹽脅迫和水分脅迫的生理反應對比

王蘭蘭，劉 新，劉賀楠，田丹丹，呂永霞

（沈陽師范大學 化學與生命科學學院，沈陽 110034）

0 引 言

干旱和鹽漬對植物生長和作物產量的不利超過其他自然災害之和［1］。據統計，中國目前有3.8億hm2以上鹽堿地和0.07hm2億以上鹽漬化土壤，約占可耕地面積的20%，且呈逐年上升趨勢［2－3］。

小麥，是世界上總產量第二的糧食作物，也是我國鹽堿地主要栽培作物之一，在耕地不斷減少、人口不斷增長的情況下，研究小麥的耐旱耐鹽機理，對開發和有效利用鹽堿地具有重要的現實意義。研究表明，干旱屬于滲透脅迫，導致細胞失水，嚴重的可造成細胞膨壓的完全喪失，甚至細胞死亡。而鹽分對植物生長的抑制機理是一個很復雜的問題，涉及到滲透脅迫、離子毒害等綜合癥狀［4］，但植物也通過積累可溶性物質進行滲透調節［5］以及提高各種抗氧化酶活性［6］等適應機制來提高其抗鹽性。因此，開展小麥耐鹽和耐旱性研究，進而了解小麥抵御滲透脅迫的生理機制，將為土地資源的合理開發利用提供理論依據，進而改善生態環境，緩解糧食問題。

研究以小麥幼苗為材料，利用PEG－6000及NaCl溶液作為滲透調節劑模擬水分脅迫及鹽脅迫，從細胞膜透性、滲透調節、其他有關生理生化變化方面，較系統地研究小麥幼苗對水分脅迫及鹽脅迫的各種生理反應，并比較小麥幼苗對水分脅迫與鹽脅迫的生理反應差異，從而探討小麥幼苗抵御滲透脅迫的生理機制，為小麥抗旱及抗鹽害高產優質栽培提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

挑選均一飽滿且無病蟲害小麥種子，經表面消毒后，用去離子水沖洗數次，隨后暗條件下25℃浸種12h。吸脹后的種子，在25℃光照培養箱中催芽12h，然后挑選發芽一致的種子均勻擺在紗網上，放于盛有適量水的塑料燒杯中，室溫下培養，培養至一葉一心期備用。

1.2 實驗處理

在小麥一葉一心期時進行脅迫處理。鹽脅迫采用NaCl濃度分別為50、100、150、200mmol／L，水勢為－0.23、－0.46、－0.68、－0.91MPa；干旱脅迫采用等滲于－0.23、－0.46、－0.68、－0.91 MPa的PEG－6000溶液，水勢的計算按Michel和Kaufmann［7］經典公式計算，濃度分別為12.7%、18.7%、23.3%、26.8% （w／v），分別作為輕度、中度、重度和超重度處理來模擬水分脅迫的水分虧缺程度，以無NaCl和PEG處理為對照。所用溶液均用Hoagland營養液溶配制，分別于脅迫處理第7d后取樣對各指標進行測定，同一指標重復3次。在水分脅迫及鹽脅迫處理過程中，對照始終使用Hogland營養液培養。

1.3 測定方法

采用外滲電導率法測定細胞膜透性［8］；丙二醛（MDA）含量測定采用TBA（硫代巴比妥酸）法測定［9］；游離脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮法［10］；可溶性糖含量測定采用蒽酮法［11］；葉綠素的提取和含量測定采用混合提取液法［12］；葉綠素熒光參數測定：采用FMS2調制式熒光測定儀（英國Hansatech公司）測定熒光參數。

1.4 數據處理

采用SPSS 12.0軟件，針對不同濃度處理的實驗數據進行方差分析（One－way ANOVA）分析，比較各處理項與對照項之間差異顯著性，數據以平均值±標準差（mean±SE）表示。

2 結果與分析

2.1 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片相對電導率影響

研究結果表明（如圖1），隨著脅迫程度的增加，兩種脅迫下小麥葉片的相對電導率均逐漸增大；鹽脅迫處理下小麥葉片的相對電導率均顯著高于等滲水分脅迫處理。

2.2 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片MDA含量影響

研究結果表明（如圖2），水分脅迫下，隨著脅迫程度的增加，小麥葉片MDA含量升高；等滲鹽處理后，MDA含量普遍高于水分脅迫；隨著鹽濃度升高，小麥葉片MDA含量呈先上升后降低趨勢，NaCl處理i濃度在150mmol／L時MDA含量出現最大值，之后下降，到超重度脅迫時兩種脅迫下MDA的含量相差不大。

圖1 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片相對電導率影響

圖2 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片MDA含量影響

2.3 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片游離脯氨酸含量影響

研究結果表明（如圖3），隨著滲透脅迫強度的增大，游離脯氨酸含量普遍高于對照，水分脅迫和鹽脅迫對比，水分脅迫下，游離脯氨酸含量除重度脅迫外普遍高于鹽脅迫處理。

2.4 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片可溶性糖含量影響

研究結果表明（如圖4），兩種脅迫處理下，隨著脅迫程度的增加，可溶性糖含量均是呈先上升后下降趨勢；鹽脅迫下可溶性糖含量普遍高于水分脅迫處理。

2.5 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片葉綠素含量影響

研究結果表明（如圖5），在兩種脅迫處理下，隨著脅迫程度的增加，葉綠素b含量的變化不顯著，而總葉綠素含量隨著葉綠素a含量的變化而變化，二者變化趨勢相同，均為低滲條件下與對照比較，略有升高后降低；等滲條件下，重度脅迫時，鹽脅迫下葉綠素含量顯著低于水分脅迫處理。

2.6 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片Fv／Fm影響

研究結果表明（如圖6），隨著兩種脅迫程度的增加，與對照比較，小麥Fv／Fm在低滲條件下略有上升后普遍降低，等滲條件下，鹽脅迫下小麥Fv／Fm顯著低于水分脅迫處理。

圖3 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片游離脯氨酸含量影響

圖4 水分脅迫和鹽脅迫對小麥幼苗可溶性糖含量影響

圖5 水分脅迫和鹽脅迫對小麥幼苗葉綠素含量影響

圖6 水分脅迫和鹽脅迫對小麥幼苗Fv／Fm影響

3 討 論

3.1 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片細胞質膜透性影響

本研究結果表明，水分脅迫和鹽脅迫下，與對照比較，小麥幼苗相對電導率和MDA含量顯著升高，表明滲透脅迫下，細胞質膜透性增大，膜質過氧化加劇。等滲鹽處理后，相對電導率和MDA含量普遍高于水分脅迫，說明鹽脅迫除對植物產生滲透脅迫外還存在離子毒害作用。另外鹽脅迫下，MDA含量在150mmol／L時出現最大值，之后含量呈下降趨勢，可能為高濃度鹽脅迫已經造成了細胞膜結構的破壞以及正常生理功能的紊亂所致。

3.2 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片滲透調節物質含量影響

滲透調節可以幫助植物順應干旱或鹽的脅迫，小麥在鹽分或干旱脅迫下滲透調節主要是通過可溶性糖，脯氨酸等親水性溶質的積累而實現［13］。不同研究均表明小麥在干旱脅迫或鹽脅迫下，可溶性糖增加，參與調節細胞滲透勢，提高滲透調節能力，從而保持相對良好的葉片水分狀況［14－15］。本研究表明，水分或鹽脅迫條件下，兩種滲透調節物質含量普遍高于對照，而可溶性糖積累量隨脅迫程度增加出現先上升后略有下降的現象，這可能是因為滲透調節作用有一定的局限性，嚴重脅迫使植物滲透調節能力降低或喪失［16］，從而導致可溶性糖含量的下降。而等滲鹽脅迫下可溶性糖含量普遍高于水分脅迫，而游離脯氨酸含量普遍低于鹽脅迫，說明可溶性糖可能是鹽脅迫下的一種主要滲透調節物質，而游離脯氨酸可能是水分脅迫下的主要滲透調節物質。

3.3 水分脅迫和鹽脅迫對小麥葉片光合作用的影響

申玉香［17］等低鹽脅迫處理小麥葉片的葉綠素下降速度緩慢，高鹽脅迫處理葉綠素含量快速下降。本研究結果表明，葉綠素含量低滲條件下與對照比較，略有升高后降低，可能是植物自身對外界刺激有一個應激反應，而使葉綠素含量上升。而后由于鹽脅迫下，植物吸收不到足夠的水分和礦質營養，造成營養不良，致使葉綠素含量降低，進而影響植物對光能的吸收。尤其是促進了葉綠素a的降解，從而導致總葉綠素含量的降低。重度滲透脅迫時，等滲鹽脅迫下葉綠素含量顯著低于水分脅迫。這也可能是離子毒害和細胞脫水的累加作用所致。

研究認為植物葉綠素熒光的變化可以反映植物受脅迫的情況［18］。本研究表明，輕度脅迫對小麥的Fv／Fm起到促進作用，而中度和重度脅迫則使Fv／Fm下降，這與葉綠素含量變化相一致，表明Fv／Fm的變化可能受葉綠素含量變化的直接影響。等滲條件下，鹽脅迫下小麥Fv／Fm顯著低于水分脅迫，說明除了脫水作用，鹽脅迫的離子傷害及其引發的過氧化作用可能是小麥Fv／Fm大幅降低的主要原因。

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