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孙芹，徐学欣，邓肖，刘帅，贾靖，孟繁港，郝天佳，赵长星
(青岛农业大学农学院/山东省旱作农业技术重点实验室，山东青岛 266109)
土壤盐碱化是世界范围内影响植物生长和降低作物生产力的重要因素之一，在全球范围内盐碱地面积有继续扩张趋势[1]。全世界超过8亿hm2的农业用地遭受盐胁迫的危害，我国盐碱化土壤面积有0.99亿hm2[2]。小麦是我国重要的粮食作物，也是盐碱地种植的主要作物之一[3]，盐胁迫通过减少小麦水分吸收影响小麦生长导致产量降低[4]，因此筛选具有抗盐能力的小麦品种，对于保证粮食可持续生产和粮食安全具有重要意义。盐胁迫下，植物主要通过离子稳态、气孔调节、渗透调节、激素平衡和抗氧化防御系统等来抵御盐分对植物的伤害[5-6]。光合色素是光合作用中的重要组成部分，盐胁迫影响叶绿素含量以及光能的吸收和转换，从而抑制植物的光合作用，降低光合同化物积累，甚至会导致减产[7]。另外，为避免盐胁迫下活性氧过量积累，植物形成了一套去除、中和及捕获活性氧的防御机制，这种防御机制由抗氧化酶和非酶抗氧化剂组成[8]。清除活性氧最主要的抗氧化酶包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)等[9]。前人在花生、玉米和萝卜等研究中均表明，盐胁迫下耐盐性品种会增强抗氧化酶的活性以降低盐伤害[10]。盐胁迫下，植物体通过增加酚类和黄酮类等非酶物质含量来降低活性氧水平[11]。尽管小麦耐盐性已取得一些进展，但对于不同小麦品种间抗氧化特性差异的相关研究还较少。本研究以前期筛选出的4个不同耐盐性小麦品种为材料，研究不同NaCl浓度下小麦生长发育、光合色素、抗氧化酶活性、总酚和总黄酮含量的变化及差异，明确盐胁迫下不同小麦品种抗氧化特性及耐盐性相关机制，为小麦耐盐品种的筛选提供理论依据。
1.1 试验材料
试验材料为4个冬小麦品种(分别是‘冀麦32’‘泰农18’‘德抗961’‘师栾02-1’)。试验于2019年9月至2020年3月在青岛农业大学科研温室进行。
1.2 试验方法
1.2.1 试验设计
将均匀饱满的小麦种子用体积分数3% H2O2消毒15 min，再用蒸馏水冲洗3次，放置于培养皿中。在光照培养箱中培养6 d后，选取长势一致的幼苗移植于装有霍格兰氏(Hoagland)全营养液的塑料方盒中培养。材料培养在精控科研温室中，相对湿度65%、光照周期为13 h/11 h(白天/夜晚)，白天温度为25 ℃，光量子通量密度为400 μmol·s-1·m-2，夜晚温度为12 °C。待小麦生长至三叶一心，对其进行NaCl浓度为0(对照)、100、200 mmol·L-1(用霍格兰氏营养液配置NaCl溶液)的盐胁迫处理，每个处理6次重复，试验期间每3 d换一次处理液，胁迫7 d后进行指标测定。
1.2.2 生长指标的测定
于幼苗盐胁迫处理后第7天，分别取幼苗茎叶部和根部，置于烘箱105 ℃下杀青30 min后，80 ℃烘干至恒重，称量各部位干质量。
1.2.3 叶绿素含量的测定
称取0.1 g小麦幼苗新展开叶，用无水乙醇和丙酮(体积比为1∶1)混合溶液25 mL浸泡，避光浸提24 h。然后用分光光度计(Ultrospec 7000，美国GE)分别在波长647 nm和663 nm下测定吸光度值，参照Lichtenthaler等[12]的方法计算叶绿素a含量、叶绿素b含量、总叶绿素含量和叶绿素a/b值。
1.2.4 抗氧化酶活性的测定
参照王爱国等[13]的方法测定SOD活性；
采用愈创木酚法测定POD活性[14]；
参照李忠光等[15]的方法测定CAT活性。
1.2.5 总酚和总黄酮含量的测定
总酚和总黄酮含量测定采用苏州格锐思生物科技有限公司的试剂盒，称取0.1 g小麦幼苗新展开叶，研磨均质加入1.5 mL的体积分数60%乙醇，60 ℃振荡提取2 h，25 ℃ 12 000 r·min-1离心10 min，取上清，用60%乙醇定容至1.5 mL。取200 μL样本，依次加入试剂混匀，静置15 min，波长510 nm下测定吸光度值OD510；
取40 μL样本，依次加入试剂，混匀，静置30 min，波长760 nm下测定吸光度值OD760。根据下列公式计算含量：
总酚含量(mg·g-1)=0.146 4×(OD760+0.002 5)×1.5/0.1；
总黄酮含量(mg·g-1)=0.4×(OD510+0.000 1)×1.5/0.1。
1.3 数据处理与分析
采用Excel 2007进行数据整理；
采用SPSS 22.0软件对数据进行方差分析；
使用ORIGIN Pro9软件作图。
2.1 不同浓度NaCl处理对小麦幼苗生长的影响
如图1所示，随着NaCl浓度的增加，各品种小麦的株高、根长、叶干质量和根干质量均呈下降趋势，品种间下降幅度不同。两个NaCl浓度处理下，‘泰农18’的株高下降幅度均最小(2.1%和6.8%)，‘师栾02-1’下降幅度均最大(15%和17%)，且同一处理浓度不同品种之间株高有差异，‘德抗961’显著高于‘泰农18’和‘师栾02-1’(图1A)。在200 mmol·L-1NaCl处理下，‘德抗961’的根长下降幅度最小(20.7%)，‘师栾02-1’的下降幅度最大(31.1%)，同一处理浓度不同品种之间根长有差异，‘德抗961’显著高于‘冀麦32’和‘师栾02-1’(图1B)。两个NaCl浓度处理下，‘冀麦32’的叶干质量和根干质量下降幅度最小，‘师栾02-1’的下降幅度最大，且‘冀麦32’和‘德抗961’的叶干质量显著高于‘泰农18’和‘师栾02-1’，‘德抗961’的根干质量显著高于‘冀麦32’和‘师栾02-1’(图1C和图1D)。
图1 不同浓度NaCl处理下小麦苗期生长指标变化
2.2 不同浓度NaCl处理对小麦幼苗叶绿素含量的影响
如图2所示，随着NaCl浓度的增加，各品种小麦的叶绿素a和总叶绿素含量均呈下降趋势。NaCl处理下‘冀麦32’的叶绿素a和总叶绿素含量显著高于‘泰农18’和‘师栾02-1’，与对照相比，‘冀麦32’下降幅度均最小，‘师栾02-1’下降幅度均最大(图2A和2C)。除‘泰农18’的叶绿素b含量先下降后略升高，其他品种的叶绿素b含量均呈下降趋势，而各品种的叶绿素a/b变化趋势不明显。NaCl处理下‘冀麦32’的叶绿素b含量显著高于‘师栾02-1’，且与对照相比，‘冀麦32’下降幅度最小，‘师栾02-1’下降幅度最大(图2B)。200 mmol·L-1NaCl处理下‘师栾02-1’的叶绿素a/b显著高于‘泰农18’，其他处理下各品种无显著差异(图2D)。
图2 不同浓度NaCl处理下小麦幼苗叶绿素含量变化
2.3 不同浓度NaCl处理对小麦幼苗抗氧化酶活性的影响
如图3所示，随着NaCl浓度的增加，各品种小麦的SOD和CAT活性均呈上升趋势，POD活性随盐浓度的增加呈先上升后下降趋势，品种间变化幅度不同。NaCl处理下，‘冀麦32’的SOD活性显著高于其他品种，‘冀麦32’和‘德抗961’的CAT活性与‘泰农18’相比差异不显著，但显著高于‘师栾02-1’，‘冀麦32’的SOD和CAT活性上升幅度均最大，‘师栾02-1’上升幅度均最小(图3A和图3B)。NaCl处理下‘冀麦32’的POD活性与‘德抗961’差异不显著，显著高于‘师栾02-1’和‘泰农18’；
与对照相比，在100 mmol·L-1NaCl处理下，‘冀麦32’的POD活性上升幅度最大(181.6%)，在200 mmol·L-1NaCl处理下，‘德抗961’的POD活性上升幅度最大(133.7%)，NaCl处理下‘师栾02-1’的POD活性上升幅度均最小(142%和68.5%)(图3C)。
2.4 不同浓度NaCl处理对小麦幼苗总酚和总黄酮含量的影响
如图4所示，随着NaCl浓度的增加，各品种小麦的总酚和总黄酮含量均呈上升趋势，品种间上升幅度不同。对照组中，各品种总酚和总黄酮含量无显著差异，NaCl处理下，‘冀麦32’和‘德抗961’的总酚和总黄酮含量显著高于‘师栾02-1’。与对照相比，NaCl处理下，‘冀麦32’的总酚和总黄酮含量上升幅度均最大，在100 mmol·L-1NaCl处理下分别上升41.9%和32.2%，在200 mmol·L-1NaCl处理下分别上升76.6%和58.6%，‘师栾02-1’的总酚和总黄酮含量上升幅度均最小(图4A和图4B)。
图3 不同浓度NaCl处理下小麦幼苗抗氧化酶活性变化
图4 不同浓度NaCl处理下小麦幼苗总酚和总黄酮含量变化
盐逆境能引起植物的渗透、氧化等胁迫反应，并抑制植物的生长[16]。根长、株高、鲜质量和干质量等指标可以反映植物生长状况[17]。本研究表明，盐胁迫抑制幼苗的生长，导致小麦的株高、根长、根叶干质量下降，不同品种间下降幅度不同，与翁亚伟等[18]研究一致。
植物光合色素在光合过程中起着捕获光能、吸收光能的重要作用[19]。本研究中在NaCl胁迫下，各小麦品种的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素含量呈下降趋势，说明盐胁迫下小麦通过减少光吸收从而减少叶绿体产生的活性氧(ROS)量来避免氧化应激[20]。Hamada等[21]研究表明，盐胁迫导致叶绿素a、叶绿素b含量减少的程度取决于植物的耐盐性。本试验中，‘冀麦32’和‘德抗961’的叶绿素a、叶绿素b含量比‘泰农18’和‘师栾02-1’下降程度小，说明‘冀麦32’和‘德抗961’在光合方面比其他两个品种具有更强的耐盐能力。
研究表明盐胁迫下ROS的积累使脂质过氧化，导致细胞膜损伤[22]。植物体内的抗氧化酶如SOD、CAT和POD等能够通过清除ROS来减轻盐胁迫下的氧化损伤，维持细胞膜的相对完整性和有序性，保持细胞代谢平衡[23]。前人对盐胁迫下小麦幼苗抗氧化酶活性的影响进行了研究，但结果不尽一致。Chen等[24]研究表明，在盐胁迫下SOD、CAT和POD等抗氧化酶的活性增强；
也有研究表明SOD、CAT和POD活性随着盐浓度增加先上升后下降[25]。赵远伟等[26]认为耐盐性强的品种通过提高SOD、POD等酶活性来适应逆境。本研究中各品种SOD和CAT活性随着盐浓度增加而增强，POD活性随着盐浓度增加先上升后下降，盐胁迫下‘冀麦32’和‘德抗961’的SOD、CAT和POD活性始终高于其他2个品种，说明‘冀麦32’和‘德抗961’盐胁迫下能保持较高的抗氧化酶活性，提高清除ROS的能力，耐盐性较强。酚类和黄酮类化合物等抗氧化剂代表了次级活性氧清除系统，在植物处于盐胁迫或干旱逆境条件下发挥重要作用[27]。前人研究表明逆境胁迫诱导植物叶片中大量酚类和黄酮类的合成[28]，耐盐品种能够合成更多的酚类和黄酮类来清除过多的ROS，以维持细胞的正常代谢[29]。本研究中，随着盐浓度的升高，不同小麦品种的总酚和总黄酮含量也随之升高，且‘冀麦32’和‘德抗961’的总酚和总黄酮含量高于‘泰农18’和‘师栾02-1’，表明‘冀麦32’和‘德抗961’能够通过合成更多的酚类和黄酮类来应对盐胁迫，这与Ma等[28]研究结果相似。
本研究中，‘冀麦32’和‘德抗961’相对于‘泰农18’和‘师栾02-1’有更强的耐盐性，可能是因为盐胁迫下能够具有较高的光合色素含量，较强的抗氧化酶活性，能够积累更多的酚类和黄酮类来降低氧化胁迫的影响，有利于逆境条件下小麦的生长发育及物质积累。
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