乙烯利浸種對春小麥苗期抗旱性的影響

董玉新 張華英 候林慧 姜 超 甄林峰

(1.呼倫貝爾學院 內蒙古 海拉爾 021000；2.內蒙古自治區氣象科學研究所 內蒙古 呼和浩特 010000)

呼倫貝爾市大興安嶺丘陵旱作區是內蒙古優質春小麥產區，也是內蒙古重要的商品糧基地。[1]但該地區春季氣溫回升較快，蒸發旺盛，而降雨稀少，[2]常常發生季節性干旱，嚴重影響正常的農業生產。[3]加之當地農業基礎設施較為薄弱，防災能力不強，特別是抗旱品種缺乏，抗旱手段薄弱，致使小麥單產不高，總產不穩。由此可見，干旱已成為制約該地區小麥高產、穩產的關鍵因素之一。針對內蒙古呼倫貝爾地區小麥生產現狀，在穩定現有種植面積的基礎上，如何通過抗旱技術革新進一步穩定春小麥產量，保障自治區乃至國家糧食安全，已成為我國春小麥生產亟待突破的重大課題之一?；卦耘嘧鳛橐环N提高作物抗旱性的新方法，使用植物生長調節劑調控作物的生長發育和生理生化過程，提高作物在干旱條件下的抵抗能力，改善植株生長發育狀況，從而提高籽粒產量，在抗旱增產栽培中應用較為廣泛且效果較好。[4]

乙烯利作為一種優質高效的外源植物生長調節劑，不僅自身能釋放出乙烯，而且還能誘導植株產生乙烯，具有調節植物生長發育、增強抗逆性和提高產量等作用。[5-7]在抗逆栽培領域，乙烯利不僅能夠促進作物種子在遭遇干旱脅迫時提早萌發出苗，而且還具有低成本，無污染的特點。[8]它可以降低由有害離子和毒素導致的細胞損傷，維持細胞結構的完整性和內外環境的穩定性，從而維持植株的正常生理功能，減少逆境給種子或幼苗帶來的傷害。[9]研究發現，采用乙烯利浸種能夠促進美女櫻、玉米種子的萌發，[10][11]提高甘蔗“健康種子”的抗旱性，[12]改善水分脅迫下甘蔗苗期的光合性能。乙烯利浸種處理可促進甘蔗生長并提高抗旱性，其作用機制可能是提高了葉片中蛋白質含量和總核酸含量。[13]

目前，國內外關于乙烯利在作物化控栽培方面的研究已有較多報道，[14-16]而對我國北方高寒旱作區應用乙烯利浸種提高小麥抗旱性的研究尚不多見。本研究以增強小麥抗旱性為目標，比較研究乙烯利浸種對不同干旱脅迫水平下小麥種子萌發出苗、苗期形態特征及抗性生理指標的差異，旨在明確不同土壤水分條件下，乙烯利浸種對小麥苗期抗旱性的影響，為內蒙古呼倫貝爾大興安嶺丘陵旱作區合理利用乙烯利提高小麥植株抗旱性提供理論依據與實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試小麥品種：克春4號

試驗藥品：40%乙烯利(水劑)

1.2 試驗地

本試驗于呼倫貝爾學院牙克石校區遮雨棚內進行。牙克石市位于呼倫貝爾市中部、大興安嶺中脊中段西坡。該區屬于中溫帶季風性森林草原氣候和寒溫帶季風性針葉林氣候，土壤為黑鈣土。

1.3 試驗設計

挑選大小均勻、籽粒飽滿、無污染的小麥種子，用20%的H2O2消毒10 min，再用蒸餾水沖洗干凈，分別用0、100、200、300 mg/kg的乙烯利浸種12 h后播種。試驗設土壤相對含水量為40%～45%的重度干旱、土壤相對含水量為60%～65%的輕度干旱2個干旱水平，并以土壤相對含水量為75%～80%的適宜含水量為對照(表1)，3次重復。將浸種后的小麥種子播種于直徑25 cm的聚乙烯塑料盆中，每盆30株，播深在3 cm左右。

表1 試驗設計方案

1.4 測試項目與方法

1.4.1出苗率調查

出苗后數計每盆缽內出苗數，根據播種種子數，計算出苗率。

出苗率=出苗數/播種種子數×100%。

1.4.2植株形態指標測定

于小麥三葉期在各處理中分別取出5株，測量主莖高度，取植株上所有綠色葉片，并測算其面積。

1.4.3葉片生理指標測定

于小麥三葉期在各處理選取代表性植株10株，摘取所有綠葉，切碎后混合，用氮藍四唑(NBT)顯色法測定超氧化物歧化酶(SOD)活性；用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)含量；用茚三酮法測定葉片游離脯氨酸的含量；用考馬斯亮藍法測定可溶性蛋白含量；用蒽酮法測定可溶性糖含量。

1.5 數據處理

本試驗全部數據均采用Microsoft Excel 2007、SAS 9.0和SigmaPlot 12.5軟件進行統計分析及作圖。

2 結果與分析

2.1不同處理對春小麥出苗率的影響

不同處理春小麥田間出苗率存在顯著差異(表2)。不同土壤水分條件下，干旱脅迫顯著降低了春小麥的田間出苗率，重度干旱下出苗率最低，適宜水分條件下出苗率最高，說明干旱是制約春小麥出苗的重要因素之一。不同乙烯利浸種濃度間比較，適宜水分條件下，不同乙烯利濃度對出苗率的影響差異不顯著；輕度干旱條件下，出苗率隨乙烯利濃度的增加而升高，A2B3、A2B4處理間差異不顯著，但顯著高于其他處理；重度干旱條件下，出苗率隨乙烯利濃度的增加而呈升高趨勢，其中，A3B4處理出苗率最高，為76.6%，顯著高于其他處理，較A3B1處理提高了9.1%。

表2 不同處理下春小麥的田間出苗率

2.2 不同處理對春小麥苗期株高的影響

由表3可見，不同處理下春小麥苗期株高存在顯著差異。不同土壤水分條件間比較，各處理小麥株高表現為A3處理

表3 不同處理下春小麥的株高差異

2.3 不同處理對春小麥苗期單株葉面積的影響

不同處理春小麥苗期單株葉面積存在顯著差異(表4)。不同土壤水分條件下，春小麥單株葉面積隨土壤含水量的降低而減少，重度干旱條件下，各處理葉面積最小，顯著低于其他水分處理，說明干旱脅迫可以顯著減少春小麥的綠葉面積，降低群體的光合生產能力。不同乙烯利濃度間比較，春小麥單株葉面積在適宜水分條件和輕度干旱條件下呈現出相似的變化趨勢，即隨著乙烯利濃度的增加而增加，但B3、B4處理間差異均不顯著；重度干旱條件下，春小麥單株葉面積隨乙烯利濃度的增加而增加，在300 mg/kg處達到最大值，為4.69 cm2，顯著高于其他處理，較B1處理增加了37.5%。

表4 不同處理下春小麥單株葉面積差異

2.4 乙烯利浸種對春小麥苗期葉片生理指標的影響

2.4.1不同處理下葉片丙二醛(MDA)含量差異

由圖1可見，不同處理下春小麥葉片丙二醛含量存在顯著差異。不同土壤水分條件間比較，干旱脅迫可以顯著提高春小麥苗期葉片丙二醛的含量，重度干旱和輕度干旱處理葉片MDA含量分別較對照升高了44.07%和82.31%。不同乙烯利濃度處理間比較，各水分條件下春小麥葉片MDA含量的變化趨勢類似，即隨乙烯利濃度的增加而降低。輕度干旱條件下，B3、B4處理間差異不顯著，但顯著低于B1、B2處理，B3處理較清水處理(B1)降低了15.63%；重度干旱條件下，葉片MDA含量隨乙烯利濃度的增加而降低，B4處理MDA含量最低，為4.33 μmol/g，較清水處理降低了22.40%，且處理間差異達到顯著水平。

圖1 不同干旱脅迫處理對小麥苗期葉片丙二醛含量的影響

2.4.2不同處理下葉片游離脯氨酸含量差異

由圖2所示，干旱脅迫下春小麥苗期葉片游離脯氨酸含量較適宜水分條件有顯著增加，且隨干旱程度的加重呈現升高趨勢，以重度干旱處理(A3)游離脯氨酸含量最高，較適宜水分處理(A1)增加了179.94%。不同浸種液濃度間比較，春小麥葉片游離脯氨酸含量隨濃度的增加而呈現升高趨勢。輕度干旱條件下，以300 mg/kg處理(B4)游離脯氨酸含量最高，但與B3處理差異不顯著；重度干旱條件下，B4處理的游離脯氨酸含量最高，達142.02 ug/g，顯著高于其他處理，較清水處理增加60.86%。說明，采用適當濃度的乙烯利浸種處理可以增強春小麥植株的滲透調節能力。

圖2 不同干旱脅迫處理對小麥苗期葉片游離脯氨酸含量的影響

2.4.3不同處理下葉片可溶性糖含量差異

如圖3所示，干旱脅迫下小麥苗期葉片可溶性糖含量存在顯著差異。春小麥葉片可溶性糖含量隨干旱程度的增加而顯著升高，其中，重度干旱處理下可溶性糖含量較適宜水分處理增加了109.37%。不同乙烯利濃度處理間比較，春小麥葉片可溶性糖含量隨浸種液濃度的增加而降低，整體表現為浸種處理低于清水處理。輕度干旱條件下，可溶性糖含量以乙烯利濃度為200 mg/kg的處理(B3)最低，為36.13 mg/g，與B4處理差異不顯著，但顯著低于其他處理；重度干旱條件下，可溶性糖含量以300 mg/kg的處理(B4)最低，顯著低于其他處理，較清水處理下降了20.59%。

圖3 不同干旱脅迫處理對小麥苗期葉片可溶性糖含量的影響

2.4.4不同處理下葉片可溶性蛋白含量差異

由圖4可知，不同處理下春小麥苗期葉片可溶性蛋白含量存在顯著差異。不同土壤水分條件下，葉片可溶性蛋白含量隨干旱程度的加深而增加，以A3處理的可溶性蛋白含量最高，較適宜水分條件升高了115.75%，說明，干旱脅迫提高了春小麥葉片的可溶性蛋白含量。不同浸種濃度處理間比較，適宜水分條件下，葉片可溶性蛋白含量隨濃度的增加呈現先升高后降低的趨勢，在200 mg/kg處達到最大值；輕度干旱條件下，不同處理間葉片可溶性蛋白含量從高到低依次為B4處理>B3處理>B2處理>B1處理，B3處理與B4處理差異不顯著，但顯著高于其他處理；重度干旱條件下，葉片可溶性蛋白含量隨濃度的增加而增加，以乙烯利濃度為300 mg/kg的處理(B4)表現最好，較清水處理提高了41.50%。

圖4 不同干旱脅迫處理對小麥苗期葉片可溶性蛋白含量的影響

2.4.5不同處理下葉片SOD活性差異

過氧化物歧化酶(SOD)參與活性氧的清除反應，在抗氧化系統中處于核心地位。SOD活性直接影響了作物活性氧基清除能力的強弱，與作物抗逆性息息相關。不同處理下小麥苗期葉片SOD活性差異如圖5所示，干旱脅迫處理小麥葉片SOD活性均較適宜水分處理有顯著提高，且重度干旱處理>輕度干旱處理，A3處理葉片的SOD活性較A1處理增加了59.06%。不同乙烯利濃度處理間比較，春小麥葉片SOD活性均隨濃度的增加而增加，輕度干旱條件下，表現為B3處理>B4處理>B2處理>B1處理，其中B3處理與B4處理差異不顯著；重度干旱條件下，以乙烯利濃度為300 mg/kg的處理(B4)表現最優，高于清水處理(B1)44.93%。

圖5 不同干旱脅迫處理對小麥苗期葉片SOD活性的影響

3 討論

近年來，全球溫室效應加劇導致極端干旱天氣頻繁發生，其干旱強度有逐漸增加的趨勢，嚴重阻礙了農業生產的可持續發展。[17]干旱對我國的農業影響尤為嚴重，我國農作物平均每年受旱面積2.2萬公頃，占全部農業災害面積的62%以上。目前，可以通過抗旱高產新品種的選育以及抗旱栽培新技術的推廣應用實現作物的抗旱增產。在栽培領域，作物化控技術與傳統栽培技術融合而產生的化控栽培技術是當前農業研究中熱門領域之一。[18]作物化控栽培是以應用植物生長調節劑(PGRs)為手段，通過改變植物內源激素系統，調節作物生長發育過程，使其朝著人們預期的方向和程度發生變化。[19]在抗旱栽培方面，主要是利用植物生長調節劑調控作物的生長發育以及植株內部生理生化過程，提高作物對干旱的適宜能力，增強植株的抗旱性，從而提高作物產量。干旱脅迫對植物的影響可以表現在植物生長發育的各個階段，其中，苗期是小麥分蘗發生和幼穗分化的關鍵時期，對產量構成因素中的穗數和穗粒數有直接影響，小麥若在苗期遭受干旱脅迫將嚴重影響分蘗發生和穗粒數的形成，進而導致產量降低。[20]干旱脅迫會導致小麥根系和地上部分的生長受阻，顯著降低小麥籽粒產量和收獲指數，[21]同時，小麥的株高、綠葉面積和比葉面積等形態指標都會明顯降低。[22]本研究發現，在遭遇干旱脅迫時，春小麥田間出苗率、苗期株高以及葉面積都呈現一定程度的下降，且干旱程度越重，下降越明顯。

研究表明，干旱脅迫對植物造成的損傷多數與活性氧有關，正常情況下，活性氧的清除與產生處于動態平衡，但當植物遭遇脅迫時，活性氧物質加速積累，細胞滲透性增加，離子大量泄漏，膜脂發生過氧化，造成膜系統損傷，嚴重時甚至會導致植物細胞死亡。[23]為降低膜系統損傷，SOD、POD和CAT的活性也會相應地發生變化并產生更多的滲透調節物質，而這些酶活性的高低以及滲透調節物質含量的多少與植物抗旱性息息相關。[24-27]脯氨酸是植物中最重要的滲透調節物質之一，在干旱脅迫下脯氨酸的過量積累是植物對抗干旱脅迫的重要措施，[28]在正常情況下，植物中游離的脯氨酸含量較低，而在干旱脅迫下，脯氨酸大量累積。[29]植物在面臨干旱脅迫過程會產生一些特殊的蛋白質，這些蛋白質在植物應對干旱脅迫的過程中起到分子伴侶、信號傳導、離子運輸以及維持細胞穩態等作用。[30]本研究表明，在輕度與重度干旱水平下，小麥苗期葉片脯氨酸含量分別較對照增加了97.6%和169.3%，這與前人的研究結果相一致。采用適宜濃度乙烯利浸種后，小麥苗期葉片脯氨酸含量分別較對照增加了212.2%和333.2%；同時，可溶性蛋白含量也顯著提高，這些滲透調節物質含量的增加，在一定程度上提高了小麥植株的抗旱性。與此同時，在干旱脅迫下，采用乙烯利處理的小麥苗期葉片中SOD活性較對照顯著增加，增強了小麥植株清除活性氧自由基的能力。由此可見，乙烯利浸種可以顯著提高旱作小麥苗期的抗旱性能，增加其在干旱脅迫下的出苗率，改善植株形態特征，進而促進生長，提高籽粒產量。

4 結論

與對照相比，干旱脅迫可以顯著降低春小麥的田間出苗率以及苗期株高和單株葉面積，而葉片中MDA含量、游離脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量以及SOD酶活性則顯著增加。乙烯利浸種處理可以顯著提高旱作小麥的田間出苗率，改善苗期葉面積和株高性狀，增強植株抗旱能力。本試驗結果表明，與清水處理相比，采用乙烯利浸種的小麥種子萌發后，其葉片中MDA含量顯著下降，雖然可溶性糖含量有所降低，但游離脯氨酸、可溶性蛋白含量及SOD活性則顯著升高，膜質過氧化程度相對較輕。在輕度干旱和重度干旱條件下，乙烯利浸種的適宜濃度分別為200 mg/kg和300 mg/kg。