陈刘平 陈巧艳 李新华

摘要：研究NaCl胁迫对小麦生理生化及产量的影响，为小麦耐盐品种的选育及筛选耐盐基因提供理论依据。以相对耐盐品种百农207和相对盐敏感品种华育198为材料，在小麦幼苗期[NaCl浓度为0（CK）、50、100、150、200、250 mmol/L，时间梯度为1、2、3 d]和灌浆期[NaCl浓度为0（CK）、300、600、900、1 200 mmol/L，梯度为5、10 d]进行NaCl处理，研究NaCl胁迫下小麦生理生化特性的变化，并在成熟期调查结实率及千粒质量。结果表明：随NaCl浓度增加，结实率和千粒质量逐渐降低，百农207结实率和千粒质量分别较对照降低17.94%、56.49%，而华育198分别较对照降低87.4%、84.34%。苗期（50 mmol/L）和灌浆期（300 mmol/L）低浓度NaCl胁迫可以增加叶绿素含量，但是高浓度NaCl胁迫明显降低叶绿素含量;苗期和灌浆期NaCl胁迫使光合速率、气孔导度、蒸腾速率、可溶性蛋白含量下降，胞间二氧化碳浓度和脯氨酸含量上升。苗期，NaCl胁迫使SOD和POD活性、MDA含量升高，CAT活性在NaCl胁迫后3 d逐渐下降;但灌浆期，NaCl胁迫使SOD、POD和CAT活性、MDA含量均升高。百农207受NaCl胁迫的影响程度小于华育198，表现出较好的耐盐性。在NaCl胁迫下，耐盐品种表现出较强的抗氧化能力与调节细胞渗透势的能力，维持体内水分平衡，增强对NaCl胁迫的适应性。

关键词：小麦;NaCl胁迫;生理生化特性;产量性状

中图分类号： S512.101;Q945.78  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2019）13-0085-06

生物和非生物逆境是影响植物生长发育的重要限制性因素。高温、低温、干旱和盐碱等非生物逆境胁迫严重影响作物的生长，其中土壤盐渍化是影响其生产并造成产量大幅减产的主要因素之一。目前，世界上受盐渍化影响的土地有9.55亿hm2，我国有2 600万hm2，其中盐碱地约660万hm2[1]。土地盐渍化限制了作物的生长发育，造成了农作物减产，是影响农业生产的一个主要环境因素。预计至2050年，世界人口将达到96亿左右，这代表全球的粮食总产量至少要增加70%才能维持人们的正常生活所需。小麦是世界上第一大粮食作物，是人类主要的食物来源[2]。盐胁迫会导致小麦生长发育受抑制，繁殖能力降低，产量降低，甚至造成绝产。在我国黄淮海冬麦区和新疆麦区存在大量盐碱地，对小麦生产造成巨大危害，制约着小麦产量的提高[3]。因此，为满足日益增长的人口对粮食的需求、研究小麦的抗盐性以及筛选抗盐品种，已成为当今国内外专家的研究热点。小麦耐盐性是多基因控制的数量遗传性状，涉及诸多基因和多种耐盐机制的协调作用，并且不同品种间存在耐盐性差异[4]。耐盐性鉴定是小麦种质资源鉴定评价、耐盐品种选育以及耐盐机理研究的基础性研究。众多学者利用不同的生理生态指标对小麦幼苗耐盐性进行评价，而对其生育时期的研究较少。在试验前期以小麦品种周麦18、百农207、华育198、百农69和百农AK58为材料，在初步研究了NaCl胁迫对小麦种子发芽率和根、苗生长的影响的基础上，筛选出相对耐盐品种百农207和相对盐敏感华育198[5]，进而研究苗期和灌浆期NaCl胁迫对百农207、华育198生理生化及产量的影响，为小麦耐盐机制及相关基因的研究提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验供试材料是2个半冬性小麦品种，分别为华育198、百农207，均为河南科技学院小麦遗传改良中心提供。

1.2 试验设计

1.2.1 幼苗期NaCl胁迫 试验于2016—2017年在河南科技学院作物育种实验室和辉县市中小营试验基地进行。先将小麦种子用0.1% HgCl2消毒3 min，用蒸馏水冲洗干净，然后在蒸馏水中浸泡至种子萌动，在已打好孔的泡沫塑料板中种植20粒/孔种子，进行水培试验。定时通气，每天更换1次水，待苗长至2叶1心时，配制50、100、150、200、250 mmol/L NaCl溶液，用配制好的NaCl溶液对2个品种进行处理，每个处理用相同体积的NaCl溶液，对照为相同体积的蒸馏水;分别胁迫1、2、3 d，测定光合性状指标，每个处理取1 g叶片，放入离心管中，每个离心管放0.2 g，然后于-80 ℃低温冰箱保存。

1.2.2 灌漿期NaCl胁迫 选用直径为21 cm、深为25 cm的塑料盆，每盆装同样的土，以确保相同的试验条件。挑选具有发芽能力的种子（无病虫害、有胚），于2016年10月8日播种，均匀地撒播15粒种子在盆中，置于自然条件下使其生长。灌浆期用不同浓度的NaCl进行处理，浓度分别为300、600、900、1 200 mmol/L，每盆浇1 200 mL，对照为浇同样量的蒸馏水继续培养，胁迫时间为5、10 d，分别测定光合作用，然后取样保存至-80 ℃低温冰箱，以测生理指标。成熟期收获，调查其结实率和千粒质量。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 生理指标及产量因素的测定 叶绿素含量的测定采用丙酮乙醇混合浸提法（鲜质量）[6];脯氨酸含量的测定采用茚三酮法[7];可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝G-250染色法[8];过氧化物酶（POD）活性的测定采用愈创木酚法[9];超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用氮蓝四唑法[9];CAT活性的测定参照Jiang等的方法[10];丙二醛（MDA）含量的测定采用硫代巴比妥酸法[11];成熟期调查小麦的结实率及千粒质量。

1.3.2 光合作用气体交换参数的测定 选取各处理叶片，使用LI-6400（美国LI-COR公司）光合测定仪测定NaCl胁迫前后2个小麦品种的光合性状指标，其中包含净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、细胞间CO2浓度（Ci），测量时间在08：30—11：30。

1.4 数据处理

采用Excel 2010和DPS软件对试验数据进行统计分析，采用Duncan氏新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 NaCl胁迫对产量性状的影响

由图1可以看出，2个品种在NaCl胁迫下，结实率、千粒质量均较CK下降。随NaCl浓度的增加，结实率逐渐下降，NaCl浓度达1 200 mmol/L时，百农207和华育198结实率分别较CK降低17.94%和87.1%;千粒质量分别较对照降低56.9%和84.34%。

2.2 NaCl胁迫对小麦幼苗生理指标的影响

2.2.1 NaCl胁迫对小麦幼苗叶绿素含量的影响 由图2可以看出，NaCl处理后，2个品种叶绿素含量均在NaCl浓度 50 mmol/L 处理后1 d时较CK略有增加，分别较对照增加14.72%和14.22%，其余NaCl处理浓度处理的叶绿素含量均较CK减幅减小，随胁迫时间延长，叶绿素含量逐渐下降，且下降幅度逐渐增大，浓度越大，降幅也越大，总体上华育198降幅大于百农207。在相同NaCl浓度下，百农207叶绿素含量高于华育198，说明百农207受NaCl胁迫伤害程度较轻。

2.2.2 NaCl胁迫对光合作用气体交换参数的影响 从图3可以看出，NaCl胁迫后，华育198和百农207净光合速率、气孔导度及蒸腾速率均降低;2个品种处理前，各指标差异较小，处理后，随NaCl浓度增加，胁迫时间延长，降幅逐渐变大。但是，随NaCl浓度增大和胁迫时间延长，胞间CO2浓度（Ci）逐渐上升，且增幅逐渐变大。在胁迫后1 d，NaCl浓度50、100 mmol/L 蒸腾速率与CK差异较小;在胁迫后3 d，NaCl浓度 250 mmol/L 的蒸腾速率最低，华育198和百农207分别较CK降低78.25%、60.5%。

2.2.3 NaCl胁迫对小麦幼苗叶片渗透调节物质含量的影响 从图4可以看出，NaCl处理后，2个品种的可溶性蛋白含量均下降，百农207的降幅小于华育198;随NaCl浓度的增加和胁迫时间延长，降幅逐渐增大。NaCl胁迫后3 d，百农207、华育198可溶性蛋白含量在250 mmol/L NaCl下分别较对照降低60.15%、66.87%。2个品种的脯氨酸含量变化趋势与可溶性蛋白含量变化相反。在胁迫后1 d，NaCl浓度为 50 mmol/L 时，2個品种的脯氨酸含量分别较对照增加 17.7%、15.86%;随着NaCl浓度的增加，2个品种的脯氨酸含量均较对照明显增加，百农207脯氨酸积累速度大于华育198;2个品种在3 d的胁迫中，脯氨酸含量增幅逐渐增大，百农207和华育198脯氨酸含量均在250 mmol/L NaCl胁迫3 d积累最多，分别为12.065 4、11.265 2 μg/g。

2.2.4 NaCl胁迫对小麦幼苗活性氧清除酶活性的影响 NaCl处理对小麦幼苗活性氧清除酶活性的影响见图5。随NaCl浓度增加，胁迫时间延长，SOD、POD、CAT活性和MDA含量均较对照增加，增幅逐渐变大。但是，在250 mmol/L NaCl胁迫后3 d时， 华育198 SOD活性下降，与此同时，百农

207和华育198 CAT活性逐渐下降，浓度越大，降幅就越大，且华育198降幅大于百农207。在NaCl胁迫下，华育198 MDA含量的积累量较百农207多。综合以上SOD、POD、CAT活性和MDA积累量可以看出，经NaCl胁迫后，百农207表现出较好的抗氧化能力，减少活性氧的伤害。

2.3 NaCl胁迫对小麦灌浆期生理指标的影响

2.3.1 NaCl胁迫对小麦灌浆期叶绿素含量的影响 NaCl胁迫对小麦灌浆期叶绿素含量的影响见图6，各处理均达显著差异。300 mmol/L NaCl胁迫使百农207、华育198叶绿素含量较对照分别增加12.23%、9.15%。随着NaCl浓度的增加，2个品种的叶绿素含量均逐渐下降，百农207在各浓度 NaCl处理下分别较对照降低5.06%、7.53%、10.06%，而华育198分别较对照降低6.96%、11.78%、18.08%。

2.3.2 NaCl胁迫对小麦灌浆期光合作用气体交换参数的影响 NaCl胁迫使光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度和蒸腾速率达显著差异（图7）。随着NaCl浓度的增加，叶片衰老较快，光合速率、气孔导度及蒸腾速率逐渐降低，胞间二氧化碳浓度逐渐上升。NaCl浓度在1 200 mmol/L时，百农207光合速率、气孔导度及蒸腾速率分别较对照降低54.67%、11.2%、17.35%，华育198分别较对照降低55.34%、43.02%、65.91%;百农207、华育198胞间二氧化碳浓度分别较对照增加70.61%、146.68%。

2.3.3 NaCl胁迫对小麦灌浆期叶片渗透调节物质含量的影响 由图8可知，不同处理间蛋白质含量和脯氨酸含量达显著差异。随着NaCl浓度的增加，2个小麦品种可溶性蛋白含量呈下降趋势，脯氨酸含量反之。百农207可溶性蛋白含量下降幅度较小，华育198降幅大于百农207。在NaCl浓度为300 mmol/L时，百农207、华育198脯氨酸含量分别较对照增加32.36%、29.09%，当浓度增加到 1 200 mmol/L 时，2个品种的脯氨酸含量分别较对照增加370.34%、346.61%。相同浓度下，百农207可溶性蛋白和脯氨酸含量大于华育198。

2.3.4 NaCl胁迫对小麦灌浆期活性氧清除酶活性的影响 由图9可以看出，百农207整体SOD、POD、CAT活性大于华育198。 在NaCl处理后， 2个品种活性氧清除酶活性均较对

照增加。随NaCl浓度的增加，百农207各处理SOD活性分别较对照增加2.56%、5.81%、8.13%、11.09%，而华育198各处理SOD活性分别较对照增加1.67%、4.08%、6.67%、9.28%。POD、CAT活性变化趋势与SOD活性类似，均是百农207增幅大于华育198。百农207各处理间MDA含量变化较小，华育198随NaCl浓度的上升，MDA含量大幅度提高，最高NaCl浓度1 200 mmol/L时，百农207、华育198分别较对照增加32.15%、125.3%。在相同NaCl浓度下，百农207 MDA含量明显小于华育198。

3 讨论与结论

NaCl胁迫极大地降低了作物的产量和质量。本试验结果显示，随NaCl浓度的增加，结实率和千粒质量逐渐下降，百农207降幅小于华育198，这与姜东等的研究结果[12-13]一致。盐胁迫不仅影响穗发育，加速叶片衰亡，使顶端发育时间缩短，而且减少成穗的小穗数、穗粒数，导致结实率和千粒质量下降。

本试验结果表明，小麦品种百农207和华育198在苗期（50 mmol/L）和灌浆期（300 mmol/L）在低浓度NaCl胁迫下均表现为叶绿素含量升高，叶绿素含量随着NaCl浓度的增加和胁迫时间的延长逐渐下降，百农207降幅小于华育198。这与翁锦周等的研究结果[14]一致。叶绿素含量是植物进行干物质积累的源，叶绿素含量的降低主要是因为对盐胁迫的应激破坏反应，通过降低叶绿素含量进而降低叶片对光能的吸收、传递、转换能力，叶绿素降解速度大于其合成速度;也有可能是因为在高浓度盐胁迫条件下，破坏了植物细胞的色素系统，进而导致叶绿素含量的下降[15]。本试验在小麦灌浆期低盐浓度下，叶绿素含量有小幅度增加，可能是因为叶绿素与叶绿体蛋白之间的结合变得松驰，叶绿素很容易被提取出来，从而植物叶绿素含量在低浓度盐胁迫下略微增加，叶面积变小，叶绿体逐渐收缩，在短期低浓度盐胁迫下植物叶片含水量较低、生长比较缓慢可能是引起叶绿素含量增加的主要原因[16]。

不同的学者对NaCl胁迫后得出光合作用气体交换参数变化的结论不同，金剑等研究发现，经NaCl胁迫后，引起光合速率降低的原因是叶绿素含量降低[17-18]，但本研究发现，NaCl胁迫后光合速率降低受蒸腾速率、气孔导度、净光合速率和叶绿素含量多因素影响。盐胁迫下，胞间二氧化碳浓度较对照增加。盐胁迫下，光合速率的降低主要有2种情况，分别是气孔限制和非气孔限制[19]。本研究表明，蒸腾速率下降、胞间二氧化碳浓度增加、气孔导度下降，主要限制因素为气孔的关闭，即光合速率降低的主要因素是非气孔限制。气孔导度是叶片气体交换能力强弱的重要参数，能够直接对净光合作用产生影响[4，20-21]。华育198耐盐性较弱，原因可能是盐处理前，蒸腾速率较高，气孔导度较高，而盐胁迫下，胞间二氧化碳浓度大幅升高，气孔导度快速下降;百农207胞间二氧化碳浓度增加幅度较小，气孔导度降幅也比较小，能够维持一个相对较高的蒸腾速率，高效地利用土壤中的水分，因而华

育198光合速率小于百农207。华育198的光合参数受NaCl胁迫影响明显大于百农207，表现出对NaCl胁迫比较敏感，而百农207表现出较好的耐盐性。

当植物受到盐渍、高温等非生物胁迫时，活性氧代谢平衡被打破，具有高度氧化活性的活性氧簇（ROS）对细胞膜产生破坏作用，进而引发不饱和脂肪酸过氧化形成MDA，MDA能使膜中的酶蛋白发生交联并失活，进一步损伤细胞膜结构和功能，MDA的积累能间接地反映植物体内受氧化胁迫伤害的状况[22-23]。在本试验中，虽然百农207和华育198 SOD、POD、CAT活性在苗期和灌浆期都有增加，但百农207增加幅度大于华育198，可见小麦的抗氧化酶活性与品种对盐敏感性密切相关。盐胁迫下，小麦苗期和灌浆期MDA含量皆有所增加，華育198含量增加显著，百农207增加缓慢，即百农207增幅小于华育198。这与姚春娜等的研究结果[24-28]基本一致。抗氧化酶系统能清除活性氧，提高植物细胞抗氧化保护能力。SOD、CAT以及POD属于保护酶系统[29]，其中SOD对 O-2 ·  的歧化作用被认为是抵御盐害的主要因素，POD和CAT能清除在氧代谢过程中产生的H2O2[30-32]。因此，SOD、POD、CAT三者相辅相成，才能使自由基的水平保持在低状态。植物在盐胁迫条件下常常发生膜脂过氧化，造成植物体内自由基代谢平衡失调，导致MDA积累，对细胞膜结构和功能造成破坏[33]，进而影响作物的生理代谢、叶片的衰老及光合效能。

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