油菜素內酯對小麥幼苗抗旱性的誘導效應

華智銳+李小玲

摘要：以商麥1619為材料，在PEG6000模擬干旱條件下，研究不同濃度（0、1、0.1、0.01、0.001 mg/L）油菜素內酯（BR）對小麥幼苗抗旱性的誘導效應。通過測定小麥幼苗抗旱性相關生理指標，比較分析油菜素內酯對小麥幼苗干旱脅迫的緩解效應。結果表明，在干旱條件下，經BR處理的小麥幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性均提高，丙二醛（MDA）含量降低，相對含水量提高，從而提高了小麥幼苗的抗旱性。其中，0.1 mg/L BR對提高小麥幼苗的抗旱性作用效果最佳。

關鍵詞：油菜素內酯；小麥；幼苗；抗旱性

中圖分類號： S512.101 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）01-0062-04

油菜素內酯（brassinolide，簡稱BR）又稱蕓薹素內酯或蕓苔素，它是一種甾類化合物，廣泛存在于植物界，對植物生長發育有多方面的調節作用[1-2]。油菜素內酯是一種新型的、生理活性強、無毒的植物激素，作用機理類似于生長素，由于其生理活性大大超過了現有的5種激素，已被國際上譽為第六大激素，對植物生長發育有著多方面的重要影響，其主要的生理效應是促進細胞生長和分裂，促進植物光合作用，提高植物的抗逆性，具體表現為提高植物的抗旱[3-9]、抗鹽[10]、抗氧化[11-12]能力，在自然條件不利時更是突出，又稱逆境條件的緩和劑[1-2]。BR可以增強玉米[3-4]等作物的抗旱性，從而提高產量和品質，還可以提高羊草、沙棘、花椰菜[5-7]等抗旱性，提高苗木[8-9]的抗旱性。

商洛市位于陜西省秦嶺南麓東段，地勢復雜，自然災害頻發，耕地肥力水平低，糧食產量一直沒有大的突破。尤其是小麥品種“多、亂、雜”現象嚴重，缺乏抗病蟲、抗倒伏、抗旱耐寒、高產穩產的優質品種，“干旱、嚴寒、病蟲”一直都是商洛小麥的幾大脅迫因子。其中，干旱是小麥生產的主要問題。選育出抗旱、高產、穩產的小麥新品種是提高旱地小麥產量、促進小麥大規模持續穩定增產、保障國家糧食安全的有效途徑之一。目前干旱地區小麥生產推廣的主要品種，雖然有較強的適應性，但小麥抗旱性較差，而且加工品質很難滿足人們生活的需要[13]。

商麥1619是在商麥5226基礎上選育的高產小麥新品種，通過10多年系統選育而成，是針對商洛旱地小麥育種現狀，根據抗旱、優質、高產、綜合農業性狀優良的育種要求而育成的適宜旱塬、旱坪地種植的優質高產小麥新品種[14]。

本試驗以商麥1619為材料，在20%聚乙二醇（PEG）[15-16]模擬干旱條件下，研究外源油菜素內酯對小麥幼苗抗旱性的誘導效應。通過測定小麥幼苗抗旱性相關生理指標，比較分析油菜素內酯對小麥幼苗干旱脅迫的緩解效應，為油菜素內酯在農作物抗旱應用上提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與處理

供試驗的小麥品種為商洛學院培育的優質小麥新品種商麥1619。選取飽滿、均勻一致的小麥種子，用75%乙醇消毒10 min，再用蒸餾水沖洗干凈，室溫浸泡6 h。一批種于18個培養皿內，每皿30粒，試驗共設2個對照[分別是CK1（蒸餾水對照）、CK2（20% PEG對照）]和4個處理（T1，20% PEG+BR 0.001 mg/L；T2，20% PEG+BR 0.01mg/L；T3，20% PEG+BR 0.1mg/L；T4，20% PEG+BR 1 mg/L），每個處理3次重復，測定小麥種子的發芽率和發芽勢；另一批種于25個培養皿內，每皿30粒，待長到2葉1心時，用20% PEG6000模擬干旱處理小麥幼苗，培養2～3 d后，以不噴施BR為對照組（CK），其余4個處理分別噴施1、0.1、0.01、0.001 mg/L BR，上午、下午各1次，每個處理5次重復，分時間段（1、3、5、7、9 d）測定小麥幼苗抗旱性生理指標，選出對小麥抗旱性影響最適的BR濃度。

1.2 試驗指標測定方法

1.2.1 小麥種子發芽率與發芽勢的測定 選取飽滿、均勻一致的小麥種子，用75%乙醇消毒10 min，再用蒸餾水沖洗干凈，室溫浸泡6 h。種于18個培養皿內，每皿30粒，試驗共設2個對照（蒸餾水、20% PEG）和4個處理（20% PEG+BR 1 mg/L，20% PEG+BR 0.1 mg/L，20% PEG+BR 0.01 mg/L，20% PEG+BR 0.001 mg/L），每個處理3次重復[17]。

測定小麥種子的發芽率和發芽勢：

發芽率（GR）=∑GtN×100%。

式中：Gt表示7 d內正常發芽的種子數；N表示供試種子數。

發芽勢（GP）=n4N。

式中：n4表示4 d內正常發芽的種子數；N表示供試種子數。

1.2.2 小麥幼苗相對含水量的測定 將小麥幼苗葉片剪成小塊，稱取同等質量的2份（mf），1份于150～160 ℃烘箱中烘烤0.5～1 h，然后稱此時的干質量（md），1份放入蒸餾水中浸泡 70 min，當達到恒質量時，稱此時的質量（mt）[17]。

相對含水量=（鮮質量mf-干質量md）/（飽和鮮質量mt-干質量md）×100%。

1.2.3 小麥幼苗丙二醛（MDA）含量的測定 稱取小麥幼苗葉片0.3 g，放入冰浴的研缽中，加入少量石英砂和2 mL 0.05 mol/L 磷酸緩沖液（pH值7.8），研磨成勻漿。將勻漿移到試管中，再用2～3 mL 0.05 mol/L磷酸緩沖液（pH值78），沖洗研缽2次，合并提取液。然后在提取液中加入 5 mL 0.5%硫代巴比妥酸溶液，搖勻。將試管放入到沸水浴中煮沸10 min（當試管內溶液中出現小氣泡開始計時），到時間后，迅速將試管取出放入到冷水浴中。直到試管內溶液冷卻后，取3 000 g溶液離心15 min，取上清液并測量其體積。用0.5%硫代巴比妥酸作為空白測532、600、450 nm處的吸光度[18]。

按下式計算MDA含量：

MDA含量（μmol/g，FW）=[6.542×（D532 nm-D600 nm）-0599×D450 nm]×Vt/Vs×mf。

式中：Vt為提取液的總體積，mL；Vs為測定時用提取液的體積，mL；mf為樣品鮮質量，g。

1.2.4 小麥幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性的測定 （1）酶液的提取。取待測小麥幼苗葉片0.5 g放入冰浴的研缽中，加 2 mL 預冷的提取介質（pH值7.8的0.05 mol/L磷酸緩沖液內含1%聚乙烯吡咯烷酮），冰浴情況下研磨成勻漿，加入提取介質沖洗研缽，并使終體積定容至10 mL，在4 ℃下 10 500 r/min 離心20 min，上清液為SOD粗提液。

（2）顯色反應。選取透明度好，質地一致的試管4支，2支為測定管，2支為對照管，按照表1所示加入試劑?；靹蚝?，給其中1支對照管罩上比試管稍長一些的雙側黑色硬紙套遮光，與其他各管同時放在光照培養箱內反應10～20 min（各個管照光情況一致，反應溫度控制在25～35 ℃之間，根據酶活性適當調整酶的濃度和反應時間）。

（3）SOD活性的測定與計算。待反應結束后，用黑布罩住試管，終止反應。以遮光的對照管作為空白，分別在 560 nm 處測定各試管的吸光度[19]。

按下式計算SOD活性：

SOD活性（U/g，FW）=（Do-Ds）·VT/（0.5D0·mf·V1）。

式中：D0為照光對照管的吸光度；Ds為測定管的吸光度；VT為樣品液總體積，mL；V1為測定時樣品液用量，mL；mf為樣品鮮質量，g。

1.2.5 小麥幼苗過氧化氫酶（CAT）活性的測定 （1）酶提取液。稱取小麥幼苗葉片1 g置于預冷的研缽中，加適量 0.05 mol/L 磷酸緩沖液（pH值=7.0）及少量石英砂，在冰浴上研磨成勻漿，轉移至10 mL量瓶中，用磷酸緩沖液沖洗研缽2次（每次2 mL），合并沖洗液移至容量瓶中，定容至10 mL，搖勻。量取提取液5 mL于離心管中，在4 ℃、15 000 r/min下離心15 min，倒出上清液即為酶粗提液，4 ℃下保存。

（2）測定方法。選取10 mL具塞試管，加入2 mL酶提取液置于沸水浴中加熱煮死酶，冷卻備用；另選取10 mL試管4支，3支為測定管（3個重復），1支為對照管。按表2加入試劑。

將以上4支試管于25 ℃水浴鍋中預熱3 min后，再逐管加入0.2 mL 200 mmol/L H2O2溶液，每加1管迅速倒入石英比色皿中。然后在紫外分光度計上測定D240 nm（蒸餾水調零），每隔30 s讀數1次，共測3 min，記錄數據[19]。

（3）結果計算。以1 min內D240 nm減少0.1（3支測定管的平均值）的酶量為1個酶活性單位（U）。先求出3支試管各自 1 min 內D240 nm減少值，公式如下：

CAT活性[U/（g·min），FW]=ΔD240 nm×Vt/0.1×Vs×t×mf。

式中：ΔD240 nm=DS0-（DS1+DS2+DS3）/3，Ds0為加入煮死酶液對照管吸光度；Ds1、Ds2、Ds3為樣品測定管吸光度；Vt為粗酶提取液總體積；Vs為測定時取粗酶液體積，mL；mf為樣品鮮質量，g。

1.3 數據處理

所有處理每次測定重復3次，數據為3次測定值的平均值，用Excel進行數據統計與分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理下小麥種子發芽率與發芽勢的測定

如圖1所示，CK2，小麥種子的GR、GP都低于CK1，說明干旱脅迫對小麥種子的萌發有強烈的抑制作用。BR濃度為0.1 mg/L時GR、GP達到最大，GP達到11.7%，GR相對于CK2提高了70百分點。BR濃度為0.001、0.01、1 mg/L 時，GR相對于CK2分別提高1.7、4.5、3.3百分點，GP分別為67%、9.5%、8.3%。由此可見，隨BR濃度的升高，GR和GP都呈現出先升后降的趨勢，但仍高于CK2。說明施加BR，可以提高小麥種子的抗旱性，利于種子萌發。

2.2 不同濃度BR對小麥幼苗相對含水量的影響

由圖2可知，經不同濃度BR處理的小麥幼苗相對含水量較對照組均有明顯的提高。隨著干旱脅迫時間的延長，同一濃度BR對小麥幼苗相對含水量的影響也在不斷變化，整體表現為先下降后上升的趨勢。7 d后達到最低水平，就試驗組而言，0.001 mg/L BR作用效果最弱，但仍高于對照組，提高了10.9百分點，0.1 mg/L BR效果最好，提高了17.8百分點，說明BR可保持植物體內水分，抗旱性強。

2.3 不同濃度BR對小麥幼苗丙二醛含量的影響

由圖3可知，對照組在干旱脅迫下，MDA含量一直呈緩慢上升趨勢，而經BR處理過的試驗組小麥幼苗MDA含量在同一時間均低于對照組，說明BR可緩解膜脂過氧化的過程，降低丙二醛的含量。不同濃度BR對小麥幼苗MDA的影響程度是不同的，就同一天來說，隨著BR濃度的增大，MDA含量呈先下降后上升的趨勢，其中0.1 mg/L BR效果最為明顯，在9 d后時相對于對照組降低的比例最大，降低了53.3%。

2.4 不同濃度BR對小麥幼苗SOD和CAT活性的影響

由圖4、圖5可知，SOD和CAT活性變化趨勢相似，經不同濃度BR處理的試驗組小麥幼苗超氧化物歧化酶（SOD）活性和過氧化氫酶（CAT）活性均高于對照組，呈緩慢上升趨勢，說明BR具有提高小麥幼苗SOD、CAT活性的作用。就同一天來說，隨著BR濃度的增大，SOD、CAT含量呈先上升后下降的趨勢，其中0.1 mg/L BR效果最為明顯，在9 d后相對于對照組上升的比例最大，SOD提高了127.06%，CAT提高了99.54%，而在1 d后相對于對照組上升的比例最小，SOD提高了28.18%，CAT提高了31.85%；施加BR對小麥幼苗SOD、CAT活性的影響又是不同的，隨著干旱脅迫時間的延長，0.1 mg/L BR對小麥幼苗的影響明顯，SOD活性在9 d后上升的比例比1 d后上升的比例提高了98.88百分點，CAT活性在9 d后上升的比例比1 d后上升的比例提高了67.74百分點，說明干旱脅迫下，BR對小麥幼苗SOD的緩解作用比CAT高。

3 結論與討論

油菜素內酯是20世紀末被發現的一種新型植物激素，其作用不同于以往的五大類激素。大量研究表明，科學使用油菜素內酯能有效改善高溫、重金屬、干旱、低氧等不良環境下植物的抗氧化性能，減少其膜脂過氧化程度，從而促進植物的光合作用及干物質積累，減輕逆境傷害[1-2]。

發芽率（GR）反映了種子發芽的量，發芽勢（GP）則反映了種子發芽的快慢和整齊度。干旱脅迫下，小麥種子的發芽率與發芽勢明顯下降，說明干旱脅迫對小麥種子的萌發有強烈的抑制作用。當施加不同濃度BR后，處理組相對于干旱脅迫下小麥種子的發芽率與發芽勢都有明顯的提高。

植物體內含水量直接影響植物的新陳代謝。干旱條件下，植物細胞原生質膜喪失選擇透性，會引起植物細胞代謝紊亂，經不同濃度BR處理的小麥幼苗相對含水量都有所提高。隨著干旱脅迫時間的延長，同一濃度BR對小麥幼苗相對含水量的影響是不同的，呈先下降后上升的趨勢。7 d后達到最低水平，就試驗組而言，0.001 mg/L BR作用效果最弱，但仍高于對照組，提高15.2%；0.1 mg/L BR效果最好，提高了19.8%，說明BR可保持植物體內水分，抗旱性作用強。

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化最重要的產物之一，可通過測定MDA的含量了解膜脂過氧化的程度，以間接測定膜系統受損程序以及植物的抗逆性。干旱脅迫下MDA含量可以說明植物生物膜受傷害的程度以及植物抗旱性的能力。干旱脅迫下，MDA含量一直呈緩慢上升趨勢，而經BR處理過的小麥幼苗MDA含量在同一時間均低于對照組，說明BR可緩解膜脂過氧化程度，降低丙二醛的含量，就同一天來說，隨著BR濃度的增大，MDA含量呈先下降后上升的趨勢，其中 0.1 mg/L BR效果最為明顯，在9 d后時相對于對照組降低的比例最大，降低了53.3%。

超氧化物歧化酶是生物體內重要的抗氧化酶，廣泛分布于各種生物體內，它與植物的衰老和抗逆性密切相關，是植物體內重要的保護酶之一。SOD是機體內天然存在的超氧自由基清除因子，可以與超氧物陰離子自由基（ O-2· ）發生歧化反應，生成O2和H2O2，生成的H2O2可被過氧化氫酶（CAT）分解為O2和H2O，以避免H2O2積累對細胞的氧化破壞作用。因此，SOD、CAT活性的測定在植物衰老和抗逆性研究中有著重要的意義。干旱脅迫下，BR對小麥幼苗SOD和CAT活性緩解趨勢相似，經不同濃度BR處理的小麥幼苗，其超氧化物歧化酶（SOD）活性和過氧化氫酶（CAT）活性均高于對照組，呈緩慢上升趨勢，說明BR具有提高小麥幼苗SOD、CAT活性的作用。其中0.1 mg/L BR效果最為明顯，在第9 d時相對于對照組上升的比例最大，SOD提高了12706%，CAT提高了99.54%；施加BR對小麥幼苗SOD、CAT活性的影響又是不同的，隨著脅迫時間的延長，0.1 mg/L BR對小麥幼苗的影響明顯，SOD活性在9 d后上升的幅度比1 d后上升的幅度提高了98.88百分點，CAT在9 d后上升的幅度比第1 d上升的幅度提高了67.74百分點，同時說明干旱脅迫下，BR對小麥幼苗SOD活性的緩解作用比CAT活性高。

周天等研究結果表明，經油菜素內酯處理的玉米幼苗相對含水量提高，從而提高了幼苗的抗旱性[3]。而在用油菜素內酯處理的幾個濃度中，0.1 mg/L油菜素內酯對提高玉米的抗旱性效果最好。韓德復等結果表明，經BR處理的羊草葉片相對含水量提高，從而提高了羊草的抗旱性。其中，0.1 mg/L BR對提高羊草的抗旱性效果最好[5]。李凱榮等研究發現，天然油菜素內酯處理增加了葉片含水量，降低了丙二醛含量，增強了超氧化物歧化酶和過氧化氫酶的活性[9]，表明天然油菜素內酯處理提高了側柏苗木的抗旱性。本研究以油菜素內酯作為外源物質，干旱脅迫下，用不同濃度的BR處理小麥幼苗，結果表明，相對含水量提高，丙二醛（MAD）含量下降，超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）活性提高，從而增強了小麥幼苗的抗旱能力。其中，0.1 mg/L BR對提高小麥幼苗的抗旱性作用效果最好，該結果與前人的相關研究結論[3，5，9]相一致。但商麥1619小麥抗旱性的研究，仍然需要后續更多指標測定和大田抗旱性穩定性狀表現的進一步驗證和探討。

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