低温胁迫对不同小麦品种结实率和活性氧代谢的影响

陈巧艳，李迎迎，陈刘平，等．低温胁迫对不同小麦品种结实率和活性氧代谢的影响［Ｊ］．江苏农业科学，２０１８，４６（１１）：６３－６５．ｄｏｉ：１０．１５８８９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００２－１３０２．２０１８．１１．０１５

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低温胁迫对不同小麦品种结实率和活性氧代谢的影响

陈巧艳，李迎迎，陈刘平，欧行奇，赵星星，张自阳，刘明久，朱启迪

（河南科技学院，河南新乡４５３００３）

　　摘要：为研究低温胁迫对小麦生长发育的影响，以小麦品种百农２０７、ＡＫ５８、郑麦３６６为材料，在小麦雌雄蕊原基分化期对其进行低温（０℃）处理，测定小麦叶片中叶绿素含量、脯氨酸含量、超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性、过氧化物酶（ＰＯＤ）活性、丙二醛（ＭＤＡ）含量等生理指标，并调查小麦结实率。结果表明，在低温胁迫下，百农２０７、ＡＫ５８结实率较高，而郑麦３６６结实率较低，即百农２０７、ＡＫ５８抗倒春寒能力比较强，而郑麦３６６抗倒春寒性较差；与对照相比，低温胁ＯＤ活性、ＰＯＤ活性、叶绿素含量、脯氨酸含量均升高，其中百农２０７、ＡＫ５８上升幅度比较大，表明受到低温迫小麦的Ｓ

胁迫后，小麦的抗氧化酶活性增加，对小麦起到保护作用，而３个小麦品种中ＭＤＡ含量均下降，其中郑麦３６６下降幅度最大，即郑麦３６６受到低温胁迫后叶片发生脂质过氧化作用，细胞膜破坏最严重。研究结果为进一步阐明小麦对低温胁迫的响应机制奠定了基础。

　　关键词：雌雄蕊原基分化期；低温胁迫；结实率；活性氧代谢

　　中图分类号：Ｑ９４５．７８；Ｓ５１２．１０１　　文献标志码：Ａ　　文章编号：１００２－１３０２（２０１８）１１－００６３－０３

　　在人类的生活中，小麦是主要的粮食作物之一。小麦在全球粮食作物中占有不可或缺的地位，全球大约有３５％以上

１］

。我国的第一大麦区为黄淮南的人口以小麦为主要口粮［

１．２　试验方法

本试验于２０１６—２０１７年在河南省新乡市河南科技学院作物育种实验室进行，每品种挑选大小一致、籽粒饱满的种子，先用７０％乙醇活化３０ｓ，再用０．１％ＨｇＣｌ０ｍｉｎ，２消毒１无离子水冲洗３次。将消毒好的种然后用自来水冲洗５次，

子种在盆里，每盆２０粒种子，然后放入人工气候室中培养。待小麦幼穗发育到雌雄蕊原基分化期时，放入人工气候箱于０℃低温处理３ｄ，对照于正常环境中生长，取小麦叶片放入－８０℃低温冰箱备用。１．３　测定指标与方法

６］

叶绿素鲜质量含量测定采用丙酮乙醇混合浸提法［；脯７］

氨酸含量测定采用茚三酮法［；过氧化物酶（ＰＯＤ）活性（鲜８］质量）测定采用愈创木酚法［；超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）活性８］

；丙二醛（ＭＤＡ）含量采用（鲜质量）测定采用氮蓝四唑法［９］

；在小麦扬花期前，在正常生长条件硫代巴比妥酸法测定［

片麦区，河南省小麦产区属于黄淮南片麦区，其面积和总产量０％以上。黄淮麦区经常发生霜冻，是我国冬小都占全国的４

麦霜冻害的高发区，自２０世纪８０年代以来，黄淮麦区发生霜

２］

冻害的频率达到４５％，特别是商丘地区已高达６０％［。２００４

年，黄淮麦区发生大面积的早春积霜冻害，受害冬小麦面积为

２［３］３３３ｈｍ。近些年来，随着全球气候变暖，无霜期的时间缩

短，干旱越来越严重，这种变化使得春季的气候变得不稳定，使得春冻出现的频率增多，在黄淮南片麦区春季霜冻对小麦的生产已经产生严重影响，制约着该产区小麦的高产稳产，已

４－５］经成为该地区的主要农业气象灾害之一［，因此研究低温

胁迫对小麦生理生化反应的影响至关重要。本研究以半冬性０７、ＡＫ５８、郑麦３６６为材料，研究低温胁迫对小麦品种百农２

小麦结实率、抗氧化酶活性以及渗透调节物质含量的影响，阐述小麦对低温胁迫的响应机制。１　材料与方法１．１　试验材料

选用３个半冬性小麦品种百农２０７、ＡＫ５８、郑麦３６６，均由河南科技学院百农２０７团队提供。

和低温处理条件下各随机挑选１０个小麦幼穗进行人工套袋，成熟期调查小麦的结实性。１．４　数据处理

采用Ｅｘｃｅｌ２０１０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　低温胁迫对不同小麦品种结实率的影响

由表１可以看出，在正常生长情况下，ＡＫ５８的结实率较

收稿日期：２０１８－０１－２０

基金项目：河南省科技攻关计划（编号：１８２１０２１１０１３３）；河南省重大科技专项（编号：１５１１００１１０７００）；河南省基础与前沿技术研究计划（编号：１６２３００４１０１４２）。

作者简介：陈巧艳（１９８９—），女，河南滑县人，硕士，主要从事小麦抗逆育种工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ＣＱＹ２０１００２１６＠１６３．ｃｏｍ。

通信作者：欧行奇，教授，主要从事小麦育种工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｏｕｙａｎｇｘｑ＠１６３．ｃｏｍ。

高，达到９９．３％，其次是百农２０７、郑麦３６６；在低温处理条件ＡＫ５８、百农２０７的结实率依然较高，但是郑麦３６６受低温下，

的影响，结实率骤然下降，仅为９．７％。

２．２　低温胁迫对不同小麦品种叶绿素含量的影响

从图１可以看出，低温下３个品种叶绿素含量均比对照０７、郑麦３６６、ＡＫ５８分别较对照增加了２７．８％、增高，百农２１９．９％、２８．１％。百农２０７、ＡＫ５８的叶绿素含量在低温处理

—６４—江苏农业科学　２０１８年第４６卷第１１期

表１　不同小麦品种结实率的比较

品种百农２０７ＡＫ５８郑麦３６６０．０５显著水平。

对照结实率

（％）９８．２ａ９９．３ａ９７．８ａ

低温胁迫结实率

（％）

８７．６ａ８８．５ａ９．７ｂ

同列数据后不同小写字母表示同一处理不同品种间差异达　　注：

与对照之间差异较大，而郑麦３６６差异较小。２．３　低温胁迫对不同小麦品种ＳＯＤ活性的影响

ＳＯＤ是膜脂过氧化防御系统的主要保护酶，能催化活性氧发生歧化反应，产生无毒Ｏ２和Ｈ２Ｏ２，从而避免植物遭受伤害。由图２可知，在正常生长条件下，百农２０７、郑麦３６６、ＡＫ５８的ＳＯＤ活性分别为１７８．６、１６２．７、１５９．３Ｕ／（ｇ·ｍｉｎ）；低温胁迫后，百农２０７、郑麦３６６、ＡＫ５８３个品种ＳＯＤ活性均上升，其中百农２０７和ＡＫ５８受到低温胁迫后其ＳＯＤ活性较高。

２．４　低温胁迫对不同小麦品种ＰＯＤ活性的影响

由图３可知，低温胁迫下，百农２０７、郑麦３６６、ＡＫ５８的ＰＯＤ活性均比对照增加，其中百农２０７、ＡＫ５８的ＰＯＤ活性上升幅度高于郑麦３６６，表明百农２０７、ＡＫ５８受到低温胁迫后其ＰＯＤ活性较高，更有利于清除过氧化物，降低活性氧对细胞的损伤。

２．５　低温胁迫对不同小麦品种ＭＤＡ含量的影响

丙二醛是膜脂过氧化终产物，是膜系统受伤害程度的重要标志之一，其含量越高，细胞膜系统受到逆境胁迫的伤害越严重。由图４可知，在正常条件下，郑麦３６６丙二醛含量较高，而百农２０７和ＡＫ５８丙二醛含量较低；低温处理后，３个品种的丙二醛含量均下降，郑麦３６６丙二醛含量仍然高于百农２０７和ＡＫ５８。

２．６　低温胁迫对不同小麦品种脯氨酸含量的影响

由图５可知，在正常条件下，百农２０７、ＡＫ５８的脯氨酸含量较高；低温胁迫后，３个品种脯氨酸含量均增加，其中ＡＫ５８、百农２０７脯氨酸含量增加得较多，而郑麦３６６脯氨酸含量增加得较少，表明受到低温胁迫后，ＡＫ５８、百农２０７脯氨酸含量较高，具有较强的细胞渗透调节能力。

３　讨论与结论

有研究表明，倒春寒严重影响小麦的结实性，使小麦的结实率下降，最终影响小麦的产量。本研究发现，在低温胁迫下，百农２０７、ＡＫ５８的结实率降低不明显，而郑麦３６６下降比较明显，表明百农２０７、ＡＫ５８抗倒春寒能力强，而郑麦３６６的抗倒春寒能力较弱。众多研究者认为，低温胁迫使叶绿素含量下降。在低温环境中，植物叶片细胞内活性氧大量积累，抑

制叶绿体色素生物合成酶的活性［１０］

，阻碍叶绿素合成并导致

叶绿素降解。本试验发现，在低温处理３ｄ后，３个品种叶绿素含量均表现为上升。可能是植物对低温逆境的应激保护反应，通过加快叶绿素合成来补偿和提高叶片对光能的吸收、传

江苏农业科学　２０１８年第４６卷第１１期

递、转换能力，合成速度大于降解速度，使叶绿素含量升高。

低温逆境会引起植物一系列生理生态变化，但由逆境导致的活性氧积累及其引起的氧化胁迫被认为是植物受冷害胁

１１－１２］

迫的重要原因［。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对Ｏ·的歧化作用被认为是抵２

—６５—

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ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｃｈａｎｇｅｓｏｆｍｅｍｂｒａｎｅｌｉｐｉｄｐｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ，ａｎｔｉｏｘｉｄａｎｔｍｅｔａｂｏｌｉｔｅｓａｎｄｕｌｔｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｈｌｏｒｏｐｌａｓｔｓｉｎｔｗｏｃｏｏｌ－ｓｅａｓｏｎｔｕｒｆｇｒａｓｓｓｐｅｃｉｅｓｕｎｄｅｒｈｅａｔｓｔｒｅｓｓ［Ｊ］．ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＢｏｔａｎｙ，２００６，５６（３）：２７４－２８５．

［１３］ＳａｒｕｙａｍａＨ，ＴａｎｉｄａＭ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｈｉｌｌｉｎｇｏｎａｃｔｉｖａｔｅｄｏｘｙｇｅｎ

ｓｃａｖｅｎｇｉｎｇｅｎｚｙｍｅｓｉｎｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｅａｎｄｔｏｌｅｒａｎｔ御低温伤害的主要因素，ＰＯＤ能清除在氧代谢过程中产生的

［１３－１７］ＨＯ。一旦活性氧代谢平衡被打破，具有高度氧化活２２

性的活性氧（ＲＯＳ）会对细胞膜产生强烈的破坏作用，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ＭＤＡ的积累能交联并失活，进一步损伤细胞膜结构和功能，间接地反映植物体内受氧化胁迫伤害的状况

［１８－１９］

。本试验

中，在低温胁迫下，百农２０７、ＡＫ５８、郑麦３６６的ＳＯＤ活性和ＰＯＤ活性均表现为上升，其中百农２０７、ＡＫ５８上升比较明显；３个品种ＭＤＡ含量均表现为下降，且受到低温胁迫后，百农２０７、ＡＫ５８的ＭＤＡ含量相对比较低，其膜脂过氧化程度小，可能是因为细胞中ＳＯＤ和ＰＯＤ活性上升，清除自由基能力提高，减少膜脂发生过氧化的程度。

有学者研宄表明，低温胁迫导致可溶性物质积累［

２０－２１］

，既降低细胞中的水势，提高细胞的保水能力，又可以保护生物大分子，防止其失活，例如低温诱导蛋白可以提高植物抗冷性

的作用［

２２］

。脯氨酸被认为是重要的渗透调节物质，不仅可以维持细胞渗透调节能力，阻止水分丧失，还是可溶性溶质中唯一可整合单线态氧、高效清除羟自由基的分子，有助于稳定蛋白质和膜系统，还能作为含氮的储藏物质和恢复生长的能源，

提高植物抗冻性［

２３］

。本研究发现，低温胁迫引起脯氨酸含量上升，这与他人的研究结果［２４－２７］

一致。与郑麦３６６相比，受

到低温胁迫后百农２０７、ＡＫ５８的脯氨酸含量较高，表明在低温胁迫条件下，百农２０７、ＡＫ５８的脯氨酸含量较高，能够提高细胞的渗透调节能力，进而提高抗寒能力。

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