水楊酸浸種對低溫脅迫下二葉期冬小麥生理的影響

金曉弟

（山西大學生命科學學院，山西太原030006）

小麥是我國的第二大糧食作物[1]。由于環境氣候的變化，冬小麥越冬時田間存雪困難，麥苗裸露難以抵擋冬季嚴寒，造成冬小麥減產[1-2]。低溫是作物生長過程中常見的自然災害和主要脅迫因子，對農業生產危害嚴重，會影響農作物的生長、產量和地理分布等[2-3]。

水楊酸（salicylic acid，SA）是一種重要的小分子酚類物質，是植物體內的次生代謝產物，作為多功能植物激素和信號分子參與植物體內多種生理過程，在緩解氧化損傷以及增強植物的光合作用、抗逆性和環境適應能力方面具有重要作用[4-10]。例如，SA 可提高玉米幼苗[5]和華北落葉松幼苗[6]超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性，降低丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量。此外，SA 還可以有效緩解鋁對白苦瓜的毒害[7]、黑果枸杞的鹽脅迫[8]、小麥的干旱脅迫[9]和鉛對小麥的毒害[10]，以及提高高粱的耐冷性[3]、水稻幼苗的耐鹽性[11]和茄子的抗旱性[12]。

晉麥70 全生育期267 d 左右，屬強冬性中熟品種，具有較強的抗逆境和抗病蟲害的能力[13]。但有關SA 對其抗寒性的相關研究較少[2]。

本研究以晉麥70 為試驗材料，采用模擬低溫脅迫的方法，探究SA 浸種對晉麥70 葉片SOD、MDA、硝酸還原酶（Nitrate reductase，NR）、脯氨酸、可溶性糖、細胞膜透性和細胞水勢等生理指標的影響，旨在為冬小麥二葉期的抗寒性研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

冬小麥（Tritiam acstivum L.）晉麥70 種子購于山西省農業科學院作物科學研究所。種子購回后，用0.5%高錳酸鉀溶液沖洗消毒，再以蒸餾水沖洗后，備用。

1.2 試驗方法

在25 ℃下分別以蒸餾水以及0.25，0.50 mmol/L水楊酸浸種18 h（蒸餾水浸種為對照）。再以蒸餾水沖洗3 次，陰干后，挑選籽粒飽滿、大小均一的種子置于人工氣候箱黑暗中萌發2 d。隨后，光照培養14 h，溫度為27 ℃/20 ℃（光/暗），濕度65%。將生長至二葉期的冬小麥幼苗平均分成2 份，一份繼續培養，一份置于-5 ℃脅迫6 h。試驗設3 次重復。待低溫脅迫結束后，取葉片進行相關生理指標的測定。

1.3 測定項目及方法

以氮藍四唑（NBT）光還原法測定SOD 活性[10]；采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定MDA 含量[14]；以離體法測定NR 活性[15]；以磺基水楊酸法測定游離脯氨酸含量[16]；以蒽酮法測定可溶性糖含量[16]；以相對電導率表示細胞膜透性[17]；以露點水勢儀測定葉片水勢[18]。

1.4 數據處理

采用Excel 2019 和SPSS 20.0 軟件對試驗數據進行處理與分析，對各組間數據進行單因素方差分析并應用LSD 方法比較顯著性差異（P＜0.05）。結果用“平均值±標準差”表示。

2 結果與分析

2.1 水楊酸浸種對低溫脅迫下二葉期冬小麥葉片SOD 活性的影響

SA 浸種處理的冬小麥葉片SOD 活性均高于對照，且隨SA 浸種濃度升高而增大。正常溫度下，0.50 mmol/L SA 浸種顯著高于對照（P＜0.05），是對照的1.38 倍；低溫脅迫后，SA 浸種的SOD 活性也顯著高于對照，且相比正常溫度下，各組SOD 活性均顯著增高（P＜0.05），對照和0.25，0.50 mmol/L SA浸種處理分別升高54%，66%，71%（圖1）。

2.2 水楊酸浸種對低溫脅迫下二葉期冬小麥葉片MDA 含量的影響

正常溫度下，冬小麥經SA 浸種后，葉片MDA含量略有降低，但與對照間均未達顯著水平。低溫脅迫后，對照MDA 含量較正常溫度下顯著升高（P＜0.05），SA 浸種卻無明顯變化，也與正常溫度下的對照無顯著差異，但顯著低于低溫脅迫后的對照（P＜0.05）（圖2）。

2.3 水楊酸浸種對低溫脅迫下二葉期冬小麥葉片NR 活性的影響

正常溫度下，二葉期冬小麥葉片NR 活性隨SA浸種濃度升高而增大，且在0.50 mmol/L SA 浸種顯著高于對照（P＜0.05），是對照的1.41 倍。與正常溫度相比，低溫脅迫后，對照與SA 浸種處理的NR 活性均有不同程度的降低，且均達到顯著水平（P＜0.05）；SA 浸種處理與正常溫度下的對照間無顯著差異，且0.50 mmol/L SA 浸種NR 活性略高（圖3）。

2.4 水楊酸浸種對低溫脅迫下二葉期冬小麥葉片脯氨酸含量的影響

正常溫度下，冬小麥經過SA 浸種后，葉片脯氨酸含量略有升高，但是均未達顯著水平。低溫脅迫后，各組脯氨酸含量均顯著升高（P＜0.05），其中，0.50 mmol/L SA 浸種處理顯著高于低溫脅迫的對照（P＜0.05）（圖4）。

2.5 水楊酸浸種對低溫脅迫下二葉期冬小麥葉片可溶性糖含量的影響

正常溫度下，經SA 浸種后，冬小麥葉片可溶性糖含量較對照均有增高，且在0.50 mmol/L SA 浸種處理下達到顯著水平（P＜0.05）。低溫脅迫后，SA 浸種處理可溶性糖含量均顯著高于對照（P＜0.05），且隨SA 浸種濃度的增大而增大，對照處理經低溫脅迫后與正常溫度下無顯著差異，SA 浸種處理卻顯著升高（P＜0.05）（圖5）。

2.6 水楊酸浸種對低溫脅迫下二葉期冬小麥葉片細胞膜透性的影響

正常溫度下，冬小麥經SA 浸種后，細胞膜透性與對照相比略有降低，但均未達顯著水平。低溫脅迫后，對照和0.25 mmol/L SA 浸種處理的細胞膜透性顯著升高（P＜0.05）；0.50 mmol/L SA 浸種處理在低溫脅迫后卻無明顯變化，但顯著低于低溫脅迫的對照（P＜0.05）。SA 浸種處理均與正常溫度下的對照間無顯著差異（圖6）。

2.7 水楊酸浸種對低溫脅迫下二葉期冬小麥葉片細胞水勢的影響

正常溫度下，冬小麥葉片細胞水勢在SA 浸種前后無顯著差異。低溫脅迫后，對照與正常溫度間無顯著差異，SA 浸種處理的細胞水勢顯著升高，且0.50 mmol/L SA 浸種處理的細胞水勢顯著高于低溫脅迫后的對照（P＜0.05）。與正常溫度下對照相比，低溫脅迫后的SA 浸種處理的細胞水勢均有顯著升高（P＜0.05）（圖7）。

3 討論

SOD 是生物體內重要的抗氧化酶，具有清除活性氧自由基（ROS）和防止膜脂質過氧化的生理功能[12，19]。MDA 是脂質過氧化的重要產物，可以反映作物受ROS 的攻擊程度和損傷情況[12，19]。細胞膜透性也是反映作物細胞損傷的重要指標，一般用相對電導率來表示。晉麥70 經低溫脅迫后，對照和SA浸種處理的葉片SOD 活性均被顯著誘導，說明其體內的抗氧化系統被激活，積極清除其體內的ROS，以免受損傷。晉麥70 經SA 浸種后，無論是在正常溫度下還是低溫脅迫后，其葉片SOD 活性均顯著高于對照，充分說明SA 具有誘導冬小麥SOD活性的功能。同樣的結果也在側柏幼苗[20]、玉米幼苗[5]、華北落葉松[6]中發現。晉麥70 經低溫脅迫后，對照組的相對電導率和MDA 含量顯著升高，表明低溫脅迫引發了其幼苗葉片細胞膜的脂質過氧化，造成了膜的損傷。但經SA 浸種后，相對電導率和MDA 含量與正常溫度下對照無顯著差異，說明SA浸種后，二葉期晉麥70 遭受的ROS 攻擊更少，受到的脂質過氧化程度也更輕，SA 起到了保護晉麥70 細胞膜的作用。類似的結果也在小麥東農冬麥1 號[1]、玉米幼苗[5]、華北落葉松[6]中發現。

硝酸還原酶是植物獲取氮的關鍵酶，可反映植物氮代謝的狀況，同時也與碳代謝有關[21]。氮代謝是植物的基本生理過程之一，氮素是植物體內遺傳物質、蛋白質、葉綠素以及一些關鍵代謝酶的基本組成元素[7，22]。晉麥70 經低溫脅迫后，對照組的NR活性被顯著抑制，直接影響其總氮和蛋白氮水平，對產量和品質產生不利影響[23]。經SA 浸種后，晉麥70 葉片NR 活性均受到不同程度的誘導，且低溫脅迫SA 浸種處理與正常溫度對照的NR 活性相當，表現出SA 對晉麥70 NR 的保護作用。類似的結果也在菊花蕾期中發現[23]。

脯氨酸和可溶性糖是作物體內重要的滲透調節劑，作物可以通過增加二者的含量，增大其滲透勢，增強其保水能力，保持各種酶的生理功能，維持正常生理代謝，增強植物的抗逆能力[12]。作物的細胞水勢也被認為是鑒別作物水分狀況的指標，具有反映作物組織新陳代謝的能力[24]。晉麥70 經低溫脅迫后，對照組中脯氨酸的含量顯著增高，表明其正積極應對低溫脅迫，提高自身的滲透壓，防止水分流失。但可溶性糖含量和細胞水勢沒有明顯增高，說明晉麥70 自身應對低溫脅迫能力有限。但經SA 浸種后，晉麥70 葉片中的脯氨酸、可溶性糖含量和細胞水勢均顯著升高，也均顯著高于正常溫度和低溫脅迫后的對照，充分說明了SA 在維持作物細胞滲透壓方面的積極作用。有研究發現，小麥（輪選988 品種）經根施SA 后，具有增加小麥根系脯氨酸和可溶性糖含量、改善細胞滲透壓、增強其抗逆能力的作用[10]；茄子種子經SA 浸種后，具有增強茄子幼苗脯氨酸和可溶性糖含量的作用[12]。

4 結論

本試驗結果表明，SA 浸種具有增強晉麥70 的抗氧化酶活性、降低膜損傷、增強氮代謝能力、提高滲透調節物質含量的作用。二葉期晉麥70 經低溫脅迫后，SA 具有防止其氧化損傷、維持膜的正常功能、增強抗逆境能力的作用，且0.50 mmol/L SA 浸種的效果優于0.25 mmol/L SA 浸種。