曹燕燕，胡彥奇，郭春強，葛昌斌，廖平安，李雷雷，王 君，張振永

（1.漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南漯河462000；2.舞陽縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，河南舞陽462400）

全球每年因低溫冷害造成的農(nóng)作物損失高達數(shù)千億元[1]。在全球氣候變暖的大背景下，小麥發(fā)生冷害的概率也大大增加，自20世紀80年代以來，黃淮麥區(qū)霜凍頻發(fā)，霜凍害的發(fā)生頻率高達45%，是冬小麥霜凍害的高發(fā)區(qū)，特別是河南省商丘地區(qū)已高達60%[2]。據(jù)統(tǒng)計，2004—2005年度，黃淮麥區(qū)發(fā)生大面積早春霜凍害，僅河南凍害面積就超過133.3萬hm2，其中，約26.7萬hm2絕收[3]。春季低溫冷害已經(jīng)嚴重制約該區(qū)小麥的持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，成為影響該區(qū)小麥產(chǎn)量的主要氣象災(zāi)害之一[4-6]。漯河市位于豫中南，屬黃淮南片麥區(qū)，小麥極易遭受低溫冷害影響[7-11]，且遭受冷害程度與降溫幅度、低溫持續(xù)時間等有關(guān)[12-13]。

低溫冷害對小麥生理特性的影響主要表現(xiàn)在葉綠素合成受阻、膜系統(tǒng)失活等[14-15]。膜系統(tǒng)受損后不僅會引起質(zhì)膜透性增加，細胞內(nèi)溶質(zhì)外滲，還會造成酶系統(tǒng)代謝紊亂，有毒物質(zhì)積累，最終導(dǎo)致細胞和組織受害死亡。在低溫脅迫過程中，小麥會相應(yīng)地通過一系列生理生化反應(yīng)，如可溶性蛋白和脯氨酸含量增加、保護酶活性增強等來減輕或消除低溫傷害產(chǎn)生的不利影響[16-21]。前人[22-25]關(guān)于低溫脅迫對小麥生理特性的影響已有報道，但大多是0℃低溫脅迫1、2 d小麥生理特性的影響，對0℃以下持續(xù)低溫脅迫3～4 d生理特性研究較少。

漯麥163是漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院以漯麥6010為母本、弗羅里達為父本選育而成的小麥新品種，2020年通過農(nóng)業(yè)部國家農(nóng)作物品種審定委員會審定（國審麥20200043）。其表現(xiàn)出豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣、綜合抗病性好、品質(zhì)優(yōu)等特點[26]。本研究以新品種漯麥163和黃淮南片麥區(qū)對照品種周麥18為研究對象，盆栽種植至拔節(jié)期，通過人工智能溫室模擬田間低溫逆境，探索了漯麥163和周麥18在-3℃低溫脅迫1、2、3 d和4 d后生理特性變化以及幼穗受凍情況，以期為漯麥163的抗寒性評價和示范推廣、培育抗寒耐寒的小麥新品種和黃淮麥區(qū)的豐產(chǎn)增收提供理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

2019—2020 年試驗設(shè)在漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地（東經(jīng)113°58′42″，北緯33°37′18″），年平均氣溫14.7℃，日照時數(shù)約2 181 h，無霜期219 d，常年降水量786 mm。播種前0～20 cm土壤有機質(zhì)含量18.6 g/kg，速效氮61.25 mg/kg，速效磷6.46 mg/kg，速效鉀207.77 mg/kg，pH值6.66。

1.2 試驗材料

供試材料為小麥新品種漯麥163和黃淮南片麥區(qū)對照品種周麥18，由漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗以盆栽法種植。用內(nèi)徑30 cm、高60 cm的無底花盆，花盆底部用網(wǎng)袋扎緊，以便花盆底部充分與土壤接觸吸收水肥，減少與大田誤差，花盆表面與地表持平?；ㄅ鑳?nèi)根據(jù)大田0～20、20～40、40～60cm土層分層填土壓實，澆透水沉實土壤后于10月15日播種漯麥13和周麥18，3葉期定苗，每盆留苗10株。試驗設(shè)低溫脅迫和常溫對照2個處理，每個品種種植15盆，12盆用于低溫取樣，3盆用于常溫對照，共計30盆。小麥拔節(jié)期將取樣的24盆整體移入人工智能低溫室進行低溫脅迫處理，低溫脅迫溫度設(shè)置為-3℃，脅迫時間為1、2、3和4 d，光強1 000 μmol/（m2·s），光照時間7：00—18：00，空氣相對濕度控制在65%～70%。澆水量根據(jù)土壤墑情決定，每盆澆水量一致。其他管理措施同大田。

1.4 測定項目及方法

拔節(jié)期取常溫對照和低溫脅迫1、2、3 d和4 d后主莖最上部展開葉用于各項生理生化指標測定，每個品種取3盆，3次重復(fù)。葉綠素含量（Chlo）、脯氨酸含量（Pro）、可溶性蛋白含量（Spro）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、丙二醛（MDA）活性測定均運用雙抗體夾心法測定。

方法：用純化的測定樣品捕獲抗體包被微孔板，制成固相抗體，往包被的微孔中依次加入所測定樣品，再與HRP標記的檢測抗體結(jié)合，形成抗體—抗原—酶標抗體復(fù)合物，經(jīng)過徹底洗滌后加底物TMB顯色。TMB在HRP酶的催化下轉(zhuǎn)化成藍色，并在酸的作用下轉(zhuǎn)化成最終的黃色，顏色的深淺和樣品所測物質(zhì)呈正相關(guān)。用酶標分析儀RT-6100在450 nm波長下測定吸光度（OD值），通過標準曲線計算樣品中所測物質(zhì)含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 16.0進行統(tǒng)計分析，Microsoft Excel 2003繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 持續(xù)低溫脅迫對小麥葉片葉綠素含量的影響

葉綠素與光合作用密切相關(guān)，同時也是衡量植物抗寒力高低的一項重要指標。由圖1可見，低溫脅迫1 d后供試材料葉綠素含量均顯著下降，說明低溫脅迫嚴重阻礙了2個小麥品種的葉綠素合成。漯麥163和周麥18在低溫脅迫后差異性表現(xiàn)一致，即低溫脅迫1 d與常溫對照差異不顯著，低溫脅迫2、3、4 d與0、1 d呈顯著性差異，品種間差異不顯著。低溫脅迫1、2、3、4 d后，漯麥163分別降低1.12%、8.16%、14.47%和20.03%；周麥18分別降低1.22%、8.52%、17.03%和25.15%。由此可以看出，低溫脅迫對小麥葉綠素合成有明顯影響，而對漯麥163葉綠素含量影響稍低于周麥18，說明持續(xù)低溫脅迫條件下漯麥163表現(xiàn)出了較好的光合特性和春季耐寒性。

2.2 持續(xù)低溫脅迫對小麥葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

脯氨酸和可溶性蛋白是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，低溫脅迫下，植株體內(nèi)游離脯氨酸的加速合成和含量的增加能夠提高植物的抗冷性，而可溶性蛋白含量與植物抗寒性存在密切的正相關(guān)。持續(xù)低溫脅迫條件下漯麥163和周麥18的脯氨酸和可溶性蛋白含量均逐漸增加（圖2、3）。低溫脅迫后2個品種脯氨酸含量較對照均差異顯著，但各品種增加幅度有異，低溫脅迫4 d后，漯麥163脯氨酸含量增幅達71.99%，周麥18增幅為68.06%，品種間差異顯著；兩品種低溫處理4 d后可溶性蛋白含量與0、1、2、3 d差異顯著，漯麥163可溶性蛋白含量較對照增加33.6%，周麥18較對照增加31.2%，2個品種間差異顯著。說明在持續(xù)低溫脅迫下，漯麥163可以合成更多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以緩解低溫傷害。

2.3 持續(xù)低溫脅迫對小麥葉片抗氧化酶活性的影響

由圖4、5、6可知，2個小麥品種的抗氧化酶活性變化基本一致，呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢。

低溫脅迫下2個小麥品種的SOD活性都有不同程度的提高，2 d后，SOD活性均達到最大值，與常溫對照相比，周麥18差異顯著；隨著低溫脅迫時間延長，2個品種SOD活性均出現(xiàn)急劇下降，與第2 d呈顯著差異。漯麥163和周麥18的POD活性變化趨勢基本一致，2 d后POD活性均達到最大，然后開始明顯下降，品種間增幅差異不顯著。低溫脅迫0～2 d的進程中，漯麥163和周麥18葉片中CAT活性呈上升趨勢，與常溫對照相比，差異顯著；隨著脅迫時間的延長，CAT活性開始下降，第2天與第3天、第4天差異顯著，第3天和第4天差異不顯著，品種間差異達顯著水平。由此可以看出，持續(xù)低溫脅迫下不同品種、不同低溫脅迫階段抗氧化酶活性不同。本試驗中持續(xù)低溫脅迫下漯麥163和周麥18通過提高抗氧化酶活性，來有效清除低溫脅迫下小麥葉片積累的活性氧，增強抗寒性，隨著低溫時間延長，抗寒能力稍有減弱，但仍有一定的清除能力。

2.4 持續(xù)低溫脅迫對小麥葉片MDA含量的影響

由圖7可知，與常溫對照相比，持續(xù)低溫脅迫下2個供試材料MDA含量均呈上升趨勢。低溫脅迫1、2、3、4 d后，漯麥163葉片MDA活性較對照分別上升9.41%、22.77%、34.16%和41.09%，差異顯著；周麥18葉片MDA較對照分別上升8.15%、20.11%、32.61%和40.22%，除第3天和第4天外，差異顯著；2個品種間差異顯著?？梢钥闯?，持續(xù)低溫脅迫0～2 d后2個供試材料抗氧化酶活性明顯提高，可有效抵御低溫冷害帶來的傷害，隨著低溫脅迫時間延長，抗氧化酶活性逐漸減弱，已不能及時清除持續(xù)低溫誘導(dǎo)產(chǎn)生的大量活性氧自由基，此時MDA在植株體內(nèi)大量聚集，對植株產(chǎn)生傷害。2個小麥品種對持續(xù)低溫時間敏感性存在明顯差異，同時也表明低溫對膜脂過氧化程度因品種而異。

3 結(jié)論與討論

拔節(jié)期是小麥冬后生長的高峰期，此時小麥進入幼穗分化的關(guān)鍵期，對溫度的變化十分敏感，若此時突然發(fā)生大幅度的降溫，不僅影響小麥幼穗的正常發(fā)育，并嚴重影響小麥產(chǎn)量。低溫會使葉綠素分解，葉綠素含量降低，細胞受到傷害，質(zhì)膜相對透性增加。本試驗中，持續(xù)低溫脅迫后2個小麥品種葉片葉綠素含量顯著下降，影響其光合作用，但對漯麥163葉綠素含量影響稍低于周麥18。

植物對低溫脅迫的響應(yīng)是植物體內(nèi)一個復(fù)雜的過程，持續(xù)低溫脅迫下小麥葉片內(nèi)部發(fā)生的生理特性變化是導(dǎo)致光合性能下降的根本原因[27]，而植物體內(nèi)可溶性蛋白和脯氨酸的積累有助于小麥在低溫脅迫下保持細胞膜的穩(wěn)定，也有利于葉綠素的合成[28]。本試驗中，持續(xù)低溫脅迫條件下漯麥163和周麥18脯氨酸和可溶性蛋白含量均逐漸增加，與對照相比，低溫脅迫4 d后，漯麥163的可溶性蛋白和脯氨酸含量增幅比周麥18大，說明持續(xù)低溫脅迫條件下漯麥163可以合成更多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以緩解低溫傷害，并提高自身光合作用。

植物在一定低溫范圍內(nèi)通過提高體內(nèi)SOD、POD、CAT等酶活性來維持體內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除間的動態(tài)平衡，當脅迫溫度超過耐受范圍時，就會導(dǎo)致自由基含量增加，造成膜脂過氧化，丙二醛含量上升，細胞膜系統(tǒng)受到傷害。本試驗中，拔節(jié)期低溫脅迫下，2個品種的SOD、POD和CAT活性總體表現(xiàn)趨勢一致，低溫處理2 d后SOD、POD和CAT活性均達到最大值，然后開始明顯下降。說明持續(xù)低溫脅迫條件下漯麥163和周麥18通過增加抗氧化酶活性來減輕低溫對生物膜的迫害，但隨著低溫脅迫時間延長，抗寒能力稍有減弱，MDA含量的增加也表明低溫脅迫后葉片膜脂過氧化程度仍然呈升高趨勢。

2個小麥品種抗低溫能力存在差異。漯麥163和周麥18在低溫脅迫下葉綠素含量、SOD活性、POD活性、CAT活性、脯氨酸和可溶性蛋白含量的變化存在品種間差異或者差異不明顯，在相同的條件下，這主要和品種的抗寒性有關(guān)。綜合分析各生理指標，漯麥163抗低溫能力較好。近3 a大田調(diào)查以及對拔節(jié)期低溫脅迫下2個小麥品種幼穗受凍情況觀察發(fā)現(xiàn)，漯麥163抗寒性總體高于周麥18，與本研究結(jié)果一致。

漯麥163是漯河市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的小麥新品種，具有抗寒性強、中抗赤霉病、抗倒性強、品質(zhì)優(yōu)、高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)等特性。研究表明，漯麥163屬于抗寒性較強的品種，可為抗寒小麥新種質(zhì)的培育、抗寒研究以及新品種的示范推廣提供理論依據(jù)。