H2O2前处理对小麦幼苗抗盐性的影响

2012-08-20王振南杨惠敏周瑞莲

草业科学 2012年5期

王振南，杨惠敏，周瑞莲

（1．草地农业生态系统国家重点实验室兰州大学草地农业科技学院，甘肃兰州730020；2．鲁东大学生命科学学院，山东烟台264025）

全球约有9．5亿hm2的盐渍化土地，而中国约有1亿hm2［1］。土壤盐渍化可通过离子失衡和严重的生理干旱而持久地影响作物生长［2－3］，给农业生产造成了重大影响。小麦（Triticum aestivum）是世界上总产量第二的粮食作物，其产量和品质的稳定是全球“粮食安全”和“食物安全”的重要保证。但是，有很大一部分小麦的种植区分布在盐渍化土壤区，因此，其产量和质量受到土壤盐渍化的极大影响［4］，严重威胁到“粮食安全”和“食物安全”。如何保证小麦在盐渍化土壤中的正常生长、维持其产量和质量的稳定引起了人们广泛关注，因而小麦抗盐性的相关研究成为热点之一。研究发现，小麦抗盐的主要机制在于：随盐含量的增加，小麦叶片的角质层蜡质含量、肉质化程度、相对含水量和干物质的积累速率都呈增加趋势，从而使叶片具有较高的保水能力［5］；同时，清除自由基的相关酶活性增加，使质膜的稳定性增加［5－6］；另外，对盐离子的特异性吸收和转移［7］，也使小麦具有一定的抗盐性。

小麦抗盐性机制的阐明为在实践中改善小麦抗性提供了理论基础。研究发现，对植物施用外源钙［8］、对小麦幼苗施用外源甜菜碱［9］和水杨酸［10］、对水稻（Oryza sativa）施用 H2O2和 NO［11］等都能在一定程度上增加植物的抗盐性。Fedina等［12］用H2O2处理大麦（Hordeum vulgare）幼苗后使其抗盐性增强；de Azevedo Neto等［13］用 H2O2前处理玉米（Zea mays）后，诱导了玉米适应盐胁迫。这些研究给小麦抗盐性改善的研究提供了思路。本研究用H2O2进行前处理，然后观测NaCl处理后小麦幼苗的生长和相关生理变化，探讨H2O2对小麦幼苗抗盐性的影响。

1 材料与方法

1．1 材料培养与处理选取籽粒饱满、均匀一致的春小麦烟农 5286（T．aestivum cv．Yannong 5286）和冬小麦永良12（T．aestivumcv．Yongliang 12）的种子置于培养皿泡种萌发，待大部分种子露白后选取大小一致、饱满且露白的种子置于浸湿的滤纸上，套袋培养。在小麦根扎入滤纸、芽长4～5cm时，将滤纸转移到白瓷盘中撑起的纱网上，加入含H2O2或NaCl的培养液继续培养。培养和处理在人工气候箱内完成，箱内温度25℃／18℃（日／夜），空气相对湿度70%，光照强度22 000lx。

以不含琼脂的 MS培养基［12－14］为基础培养液（对照），设5种处理：仅添加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），以及仅1．2%的NaCl添加（Na）。其中，H5＋Na和 H100＋Na处理为H2O2处理2d后，继续以1．2%NaCl处理。在处理第5天时取样测定。

1．2 指标测定小麦幼苗株高用直尺法测定，叶片相对电导率（Relative Electrical Conductivity，REC）用煮沸法［15］测定，叶片丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量用硫代巴比妥酸氧化比色法［16］测定，叶片脯氨酸（Proline）含量用磺基水杨酸法［17］测定，叶片可溶性糖（Water Soluble Sugar，WSS）含量用蒽酮法［18］测定，叶片过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性用愈创木酚法［19］测定，叶片过氧化氢酶（Catalase，CAT）活性用过氧化氢－碘量法测定［20］，叶片超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）活性用氮蓝四唑光还原法测定［21］。

1．3 数据统计分析所有指标测定均重复3次，所有数据均用 Microsoft Excel录入并制图。用SPSS 11．5软件进行统计分析，比较处理间差异的显著性。

2 结果与分析

2．1 不同处理对小麦幼苗株高的影响在H2O2和NaCl处理下，小麦幼苗的生长均受到抑制，但春小麦和冬小麦间存在差异（图1）。与对照相比，所有处理（除H5外）下的春小麦株高均显著降低，且1．2%NaCl处理（H5＋Na、H100＋Na和Na）间株高无显著差异。与对照相比，所有的处理下冬小麦株高均降低，而且Na处理最小，高浓度H2O2处理（H100和 H100＋Na）下低于低浓度H2O2处理（H5和 H5＋Na）。

2．2 不同处理对小麦幼苗叶片丙二醛含量和相对电导率的影响在NaCl处理下，小麦幼苗叶片丙二醛含量增加，但有H2O2前处理的增加程度较小（图2）。与对照相比，所有处理下叶片丙二醛含量均增加，但H5＋Na和H100＋Na处理叶片丙二醛含量低于Na处理；高浓度H2O2处理（H100和H100＋Na）叶片丙二醛含量高于低浓度处理（H5和H5＋Na）。对于春小麦而言，H100＋Na与Na处理下丙二醛含量相差不大，而对冬小麦而言，Na处理叶片丙二醛含量高于H100Na处理。

图1 处理5d时小麦幼苗株高Fig．1 Wheat seedlings height after 5－day treatment

在NaCl处理下，叶片相对电导率增加，但有H2O2前处理的增加程度较小（图2）。与对照相比，所有的处理（除H100外）下春小麦叶片相对电导率明显增加；H5＋Na和H100＋Na处理叶片相对电导率低于Na处理。H2O2和NaCl处理冬小麦叶片相对电导率变化与春小麦类似，但H2O2的保护作用更明显：与对照相比，有 H2O2处理（H5、H100、H5＋Na和H100＋Na）的叶片相对电导率变化不大，远低于Na处理。

2．3 不同处理对小麦幼苗叶片脯氨酸和可溶性糖含量的影响 H2O2和NaCl处理小麦幼苗叶片脯氨酸含量增加，但春小麦和冬小麦间存在差异（图3）。与对照相比，H5和H100下春小麦叶片脯氨酸无明显变化，而H5＋Na、H100＋Na和Na处理叶片脯氨酸含量大幅度增加；H5＋Na处理叶片脯氨酸含量较Na处理高，而H100＋Na较Na处理低。而在冬小麦中，H2O2和NaCl处理均导致叶片脯氨酸含量增加，Na处理最高，而且高浓度H2O2处理（H100和H100＋Na）处理叶片脯氨酸含量高于低浓度H2O2处理（H5和H5＋Na）。

图2 处理5d时小麦幼苗叶片丙二醛含量和相对电导率Fig．2 Leaf malondialdehyde（MDA）content and relative electrical conductivity（REC）of wheat seedlings after 5－day treatment

H2O2和NaCl处理叶片可溶性糖含量增加，但春小麦和冬小麦间存在差异（图3）。与对照相比，所有处理（除H5外）的春小麦叶片可溶性糖含量均增加；H5＋Na和H100＋Na下叶片可溶性糖含量高于Na处理。对于冬小麦而言，所有处理的叶片可溶性糖含量均增加，而且高浓度H2O2处理（H100和H100＋Na）叶片可溶性糖含量高于低浓度H2O2处理（H5和H5＋Na）下，H100＋Na处理最高。

2．4 不同处理对小麦幼苗叶片过氧化物酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性的影响

在H2O2和NaCl处理下，小麦幼苗叶片过氧化物酶活性均提高（图4）。与对照相比，所有的处理下叶片过氧化物酶活性均提高，高浓度H2O2处理（H100和H100＋Na）高于低浓度 H2O2处理（H5和 H5＋Na），而且H100＋Na处理最高。但是，各处理下过氧化氢酶和超氧化物歧化酶活性变化无明显规律（图4）。

3 讨论

盐碱地土壤溶液中离子浓度偏高、比例失衡往往造成植物吸水困难、吸收的个别种类离子过多，导致植物体内渗透势变化，不利于植物生理生化过程的正常进行，最终抑制植物的生长［2，22］。因此，1．2%NaCl处理下春小麦和冬小麦幼苗的生长受到明显抑制。此外，H2O2处理也对小麦幼苗的生长有抑制作用，尤其高浓度H2O2处理下抑制作用明显。但重要的是，本研究发现H2O2前处理能减轻NaCl胁迫对小麦幼苗生长的抑制，尤其低浓度H2O2减轻作用明显。这与Fedina等［12］和de Azevedo Neto等［13］的结论一致，适度H2O2处理能增强植物的抗盐性和适应性。

图3 处理5d时小麦幼苗叶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

图4 处理5d时小麦幼苗叶片过氧化物酶、过氧化氢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

为了抵抗离子失衡和生理干旱造成的伤害，植物通过调整细胞渗透势来维持水分的吸收［23－25］，保证细胞功能的正常发挥。因此，1．2%NaCl处理下的春小麦和冬小麦幼苗叶片脯氨酸和可溶性糖含量增加，有利于细胞渗透势的维持。本研究还发现，H2O2前处理可以提高NaCl胁迫下小麦幼苗的渗透调节能力，尤其高浓度H2O2前处理能明显提高叶片可溶性糖含量。此外，为了发挥正常的细胞功能，细胞膜结构完整性的维持也必不可少，因此，在干旱和盐胁迫下，虽然细胞膜脂过氧化加剧［26］，但抗氧化酶等活性的增加及其协同作用能有效减轻胁迫的伤害［27－28］。本研究发现，1．2%NaCl处理导致小麦幼苗叶片丙二醛含量和相对电导率增加，表明小麦受到胁迫后，细胞膜破坏增加，细胞内容物渗漏增多。虽然H2O2处理下叶片丙二醛含量和相对电导率也增加，但作为前处理，能减轻NaCl胁迫对细胞膜的破坏。本研究还发现，1．2%NaCl胁迫下叶片过氧化物酶活性增加，且高浓度H2O2前处理下增加幅度更大，提高了细胞抗氧化能力。

许多研究表明，H2O2前处理可提高不同植物的抗旱性［14］、抗冷性［29］和抗盐性［12］等。本研究中，H2O2前处理后小麦幼苗的抗盐性有一定的改善，这为实践中改善小麦抗盐性、增强其在盐碱地的适应能力提供了一定的理论基础。另外，H2O2前处理后春小麦和冬小麦幼苗对NaCl胁迫的响应和表现不同，可能与不同小麦品种的耐盐性［30］及其对H2O2的敏感性不同有关，相关机制有待进一步研究。

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