第40卷第4期河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)2012年8月Vol. 40 No. 4Journal of Henan Institute of Science and TechnologyAug. 2012do1i03969/j.ss.10088 -7516.2012.04.001河南省主推小麥品種越冬期生理生化特性比較研究張自陽,馮素偉，姜小苓,李淦，胡鐵柱，茹振鋼(河南科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003)摘要:田間自然條件下,在小麥越冬期對(duì)百農(nóng)矮抗58、鄭麥9023.周麥18、周麥22鄭麥7698、豫麥49的葉片和分蘗節(jié)取樣,測(cè)定與抗寒性相關(guān)的生理生化指標(biāo)結(jié)果表明:與其他品種相比,百農(nóng)矮抗58分蘗節(jié)和葉片中的可溶性糖、可溶性蛋白以及游離脯氨酸含量,P0D活性整體高于鄭麥9023、周麥18、周麥22、鄭麥7698、豫麥49,相對(duì)電導(dǎo)率低于鄭麥9023、周麥18、周麥22、鄭麥7698、豫麥49.說明百農(nóng)矮抗58的抗寒性較好,這些特點(diǎn)為其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)廣適奠定了生理基礎(chǔ);同時(shí),百農(nóng)矮抗58可溶性糖電導(dǎo)率脯氨酸含量變化規(guī)律較強(qiáng),可以作為輔助鑒定半冬性小麥品種抗寒性的生理指標(biāo).關(guān)鍵詞:小麥;抗寒性;生理生化中圖分類號(hào):S512.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號(hào):1008-7516(2012)04 -001-06Comparative study on physiologicaland biochemical characteristicsduring wheat overwintering period of major wheat varieties in HenanZhang Ziyang,Feng Suwei,Jiang Xiaoling,Li Gan,Hu Tiezhu,Ru Zhengang(Henan Institute of Science and Technology,Xinxiang 453003,China)Abstract:To detemine some physiologcal and biochemical indexs related to cold-resistance use tlein node andleaves of Bainongaikang 58,Zhengmai 9023,Zhoumai 18,Zhoumai 22,Zhengmai 7698 and Yumai 49 in wheatoverwintering period.The result showed that compared with Zhengmai 9023,Zhoumai 18,Zhoumai 22,Zhengmai 7698,Yumai 49,The soluble sugars,soluble protein,proline and peroxidase (POD) activity of Bainongaikang 58 were higherthan those five cultivars.The relative conductivity were lower than those five cutivars,indicating Bainongaikang 58had better cold resistance.These physiological characteristics established a foundation for high and stable yield andwide adaptability .Meanwhile,the change of soluble sugars,prolnerelative conductivity which in Bainongaikang 58 aremore regular.So,the soluble sugars,relative conductive,proline were usually as the guideline of cold hardiness.Key words:wheat;cold resistance ;physiological and biochemical characteristics河南省屬暖溫帶向亞熱帶、濕潤(rùn)向半濕潤(rùn)過渡的季風(fēng)氣候區(qū),冬季寒冷雨雪少,低溫凍害是黃淮麥區(qū)小麥生產(chǎn)上的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一.近年來河南省 災(zāi)害性天氣頻繁,給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成巨大損失,特別是低溫對(duì)河南省小麥生產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅.據(jù)2005年1月12日統(tǒng)計(jì)"，小麥凍害面積143.79 萬hm?,嚴(yán)重凍害面積24.73萬hm?;2007年3月7日.4月3日河南省出現(xiàn)兩次強(qiáng)度較大的降溫過程造成大部分小麥品種受凍害,全省小麥?zhǔn)軆龊γ娣e達(dá)16.04萬hm',有0.67萬hm2絕收,對(duì)小麥生產(chǎn)造成了巨大影響;2010收稿日期:2012-07-05基金項(xiàng)目:“973"國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2012CB114300)中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:張自陽(1984-),男,河南舞鋼人,碩士,助理實(shí)驗(yàn)師.主要從事小麥CHCNMHG通信作者:茹振鋼(1958-),男,河南焦作人,教授,碩士生導(dǎo)師.主要從事小麥遺傳育種教學(xué)與研究L作.12012年河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)年出現(xiàn)了零下16C的極端低溫等小麥凍害已成為小麥生產(chǎn)發(fā)展亟待解決的重要問題,而選用抗凍性強(qiáng)的小麥品種是有效防止或減輕凍害損失的基本途徑.對(duì)于小麥的抗寒機(jī)理已有較多的研究叫，不同研究者對(duì)不同地區(qū)、不同抗寒品種的生理指標(biāo)界定也不盡相同50.國(guó)審小麥新品種百農(nóng)矮抗58自審定以來經(jīng)受了千旱、低溫等多種不良天氣的嚴(yán)峻考驗(yàn),現(xiàn)在已成為推廣面積最大、發(fā)展勢(shì)頭最好的全國(guó)主導(dǎo)品種.本試驗(yàn)對(duì)百農(nóng)矮抗58和河南省主栽小麥品種的生理、生化特性進(jìn)行比較研究,旨在為百農(nóng)矮抗58的抗寒性研究、黃準(zhǔn)地區(qū)半冬性小麥品種抗寒鑒定及小麥新品系抗寒性評(píng)價(jià)提供生理生化方面的理論依據(jù).1材料與方法1.1材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)供試品種為百農(nóng)矮抗58、周麥18、 鄭麥9023、豫麥49鄭麥7698、周麥22.試驗(yàn)材料均由河南科技學(xué)院小麥中心提供.試驗(yàn)于2010- 2011年在河南科技學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行.隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù),行長(zhǎng)3 m,6行區(qū),行距0.23 m,田間管理同- -般高產(chǎn)田.1.2取樣與測(cè)定方法試驗(yàn)材料從2011年1月12日開始取樣，氣溫變化見圖1(取樣前20 d至取樣結(jié)束)所示.每隔10 d取樣1次,共3次,每個(gè)品種隨機(jī)選取長(zhǎng)勢(shì)一致的麥 苗50株,用蒸餾水小心沖洗,晾干,樣品在冰盒上分苗，剪取整個(gè)分蘗節(jié)和葉片,將葉片和分蘗節(jié)均剪成0.5 cm長(zhǎng)的小段,混勻,按0.5 g分裝,置-80 C冰箱貯存?zhèn)溆每捡R斯亮藍(lán)G- -250 法測(cè)定可溶性蛋白含量,酸性茚三酮法測(cè)定脯氨酸含量",蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量圖,電導(dǎo)儀(DDS -307 )測(cè)定相對(duì)電導(dǎo)率!,愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶(POD)活性",均3次重復(fù).+最低溫度一最高溫度號(hào)-8-10風(fēng)-1-14-16 L1 11.1111..11111l. lw.... s. w.....w12/20 1225 12/30 1/4 12/8日期(月/日)圈1最高溫度與最低溫度變化圖(2010/12/20-2011/02/08)Fig. 1 The lowest temperature and the highest temperature during 2010-12-20 to 2011-02-081.3數(shù)據(jù)處理應(yīng)用Microsoft Excel 2003,SAS 9.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理.2結(jié)果與分析2.1相對(duì)電導(dǎo)率的變化河南省主推小麥品種越冬期相對(duì)電導(dǎo)率的變化見圖2.中國(guó)煤化工MYHCNMHG2張自陽等:河南省主推小麥品種越冬期生理生化特性比較研究第4期).7日2010/1/15取樣國(guó)201 1/01/26取樣目201 1/02/06取樣.6).50.4).30.20.1鄭麥9023豫麥49鄭麥7698周麥18周麥22百農(nóng)矮抗58圖2不同小麥品種葉片 相對(duì)電導(dǎo)率的變化Fig. 2 The changes of relative electric conductivity in the leaf of dfferent wheat varieties由圖2可知,6個(gè)小麥品種的葉片相對(duì)電導(dǎo)率均出現(xiàn)了先升高后降低的變化過程.這是由于小麥葉片在遭受低溫影響時(shí)細(xì)胞膜受到傷害,細(xì)胞內(nèi)的各種水溶性物質(zhì)包括電解質(zhì)有不同程度的外滲,導(dǎo)致電導(dǎo)率上升,但隨著低溫對(duì)葉片的持續(xù)影響,小麥在經(jīng)受了低溫抗寒鍛煉之后,通過自身的調(diào)節(jié)適應(yīng)了外在環(huán)境的變化,使細(xì)胞膜得以修復(fù)，又出現(xiàn)了電導(dǎo)率降低的現(xiàn)象.圖2表明,1月15日與2月6日取樣的6個(gè)小麥品種中,百農(nóng)矮抗58的相對(duì)電導(dǎo)率均小于其他5個(gè)品種,1月26日取樣的百農(nóng)矮抗58與鄭麥7698相對(duì)電導(dǎo)率均低于其他4個(gè)品種說明在低溫脅迫下百農(nóng)矮抗58的原生質(zhì)膜穩(wěn)定性好,抗寒性相對(duì)較強(qiáng).2.2可溶性糖含f 的變化河南省主推小麥品種越冬期可溶性糖含量的變化見表1.表1不同小麥品種各器官可溶性糖含的變化Tab. 1 Change of soluble sugar content in the organs of dfferent wheat varietiesmg/g201 1/01/15201 1/01/26201 1/02/06品種分蘗節(jié)葉片百農(nóng)矮抗58107.367 a79.498 ab84.807 a73.691 a74.683 a71.071a78.919 b76.222 ab80.766 ab71.664 a5.351 b68.150 ab63.462 b60.577 b63.287 b70.866 a34.557 c48.585c周麥1870.875 b95.468 a76.546 ab67.724 a69.473 ab66.447 ab周麥2266.703 b76.961 ab76.631 ab73.525 a72.407 ab48.585c .鄭麥769865.433 b70.568 ab79.018 ab58.936 b81.020a58.421 be注:多重比較采用鄧肯氏新復(fù)極差法,同列相同字母表示0.05水平差異不顯著.下同.由表1可知,在低溫條件下,不同品種間可溶性糖在不同器官、不同取樣時(shí)期差異均達(dá)到了顯著水平,且分蘗節(jié)中的可溶性糖含量高于葉片中的含量.2011年1月15日取樣的百農(nóng)矮抗58分蘗節(jié)中可溶性糖含量高于其他5個(gè)品種,并且達(dá)到了顯著差異;1月26日取樣的百農(nóng)矮抗58分蘗節(jié)中可溶性糖含量高于其他5個(gè)參試品種,且顯著高于鄭麥9023;2月6日取樣的分蘗節(jié)中，百農(nóng)矮抗58的可溶性糖含量稍低于鄭麥7698,但明顯高于其他4個(gè)品種,顯著高于鄭麥9023和豫麥49.由6個(gè)參試品種葉片可溶性糖含量檢測(cè)中可以看出,1月15日取樣的百農(nóng)矮抗58葉片中可溶性糖含量稍低于周麥18,但高于其他4個(gè)品種,顯著高于鄭麥9023;1月26取樣的葉片中,百農(nóng)矮抗58可溶性糖含量最高,且顯著高于鄭麥7698;2月6日取樣的葉片中,百農(nóng)矮抗58可溶性糖含量均高于其他5個(gè)品種,且顯著高于鄭麥9023、周麥22、鄭麥7698.中國(guó)煤化工2.3可溶性蛋白含的變化.M.HCNMHG,植株體內(nèi)的可溶性蛋白質(zhì)多為-些代謝酶類,其含量多少反 映值你刀時(shí)強(qiáng)物.何用省主推小麥2012年河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)品種越冬期可溶性蛋白含量的變化見表2.表2不同小麥品種可溶性蛋白含的變化Tab. 2 Changes of soluble protein content in the organs of diferent wheat varietiesmg/g201 101/15201 1/01/26201 1/02/06品種分蘗節(jié)葉片百農(nóng)矮抗5815.138 abe27.894a17.693 ab31.064 ab16.329 a28.239 a豫麥4918.494 a26.666 ab17.465 ab34.931 a .13.169 ab22.029 a .鄭麥902316.258 abe26.684 ab14.021e27.583 b .10.520b23.447a .周麥1812.072c23.828 b15.826 be26.257 b13.597 ab27.122 a .周麥2217.392 ab25.471 ab .16.183 be26.233 b11.811 b .25.224 a鄭麥769813.700 be26.571 ab19.615a30.735 ab13.495 ab .26.824 a由表2可知,6個(gè)參試品種葉片中的可溶性蛋白含量均高于分蘗節(jié),且可溶性蛋白含量在品種間差異達(dá)到顯著水平.百農(nóng)矮抗58在3個(gè)取樣時(shí)期的葉片中可溶性蛋白含量均有較多的積累,1月15日取樣的葉片中百農(nóng)矮抗58的含量高于其他5個(gè)品種,且顯著高于周麥18;1月26日葉片取樣中,可溶性蛋白含量稍低于豫麥49,兩者含量差異不顯著,但高于其他4個(gè)品種，且可溶性蛋白含量差異與鄭麥9023、周麥18、周麥22達(dá)到顯著水平;2月6日取樣的葉片中百農(nóng)矮抗58的可溶性蛋白含量高于其他5個(gè)品種同樣,百農(nóng)矮抗58的可溶性蛋白含量在分蘗節(jié)中依然較高.以上結(jié)果表明,百農(nóng)矮抗58可溶性蛋白含量在3個(gè)時(shí)期整體比較高,說明百農(nóng)矮抗58具有較強(qiáng)的氮代謝功能.2.4脯氨酸含的變化河南省主推小麥品種越冬期脯氨酸含量的變化見表3.表3不同小麥品種脯氨酸含的變化Tab.3 Changes of proline content in the organs off dfferent wheat varieties201 1/01/15201 1/0126百農(nóng)矮抗 58156.87 ab 487.10 a121 .033 a545.55 ab128.427 a735.046 a137.30ab 487.52 a115.953 ab 565.22 a126.915 ab .675.266 ab122.19b462.92 a117.976 ab444.43 be117.524c514.487 be144.79ab 397.97 ab119.998 ab401.59c124.825 ab412.680c126.20b294.18b118.037 ab356.39 c123.861 b645.115 ab .123.82 b373.18 ab112.597 b351.97c119.908 c645.838 ab由表3可知,在低溫脅迫下各參試品種葉片中游離脯氨酸含量處于較高水平,并且在3個(gè)取樣時(shí)期呈遞增趨勢(shì).分蘗節(jié)中脯氨酸含量沒有明顯的遞增趨勢(shì).6個(gè)品種3個(gè)取樣時(shí)期葉片中的游離脯氨酸含量均高于分蘗節(jié)不同品種、不同取樣時(shí)期脯氨酸含量差異達(dá)到了顯著水平.1月15日取樣的分蘗節(jié)中,百農(nóng)矮抗58脯氨酸含量高于其他5個(gè)品種,且顯著高于鄭麥9023、周麥22鄭麥7698;1月26日取樣的分蘗節(jié)中,百農(nóng)矮抗58分蘗節(jié)中脯氨酸含量均高于其他s個(gè)品種,顯著高于鄭麥7698;2月6日取樣分蘗節(jié)中脯氨酸含量最高,且顯著高于鄭麥9023、周麥22鄭麥7698.從6個(gè)參試品種葉片中的游離脯氨酸含量變化可以看出,1月15日取樣的葉片中,百農(nóng)矮抗58的脯氨酸含量低于豫麥49,但高于其他4個(gè)品種;1月26日取樣的葉片中百農(nóng)矮抗58的脯氨酸含量顯著高于周麥18、周麥22、鄭麥7698;2月6日取樣的葉片中,百農(nóng)矮抗58脯氨酸令量最高顯著高于鄭麥9023、周麥22.中國(guó)煤化工YHCNMHG4張自陽等:河南省主推小麥品種越冬期生理生化特性比較研究第4期2.5 POD 活性的變化河南省主推小麥品種越冬期分蘗節(jié)中P0D活性的變化見圖3.600圖2011-1-15取樣日2011-1-26取樣■2011-2-6取樣500! 4003502001501050百農(nóng)矮抗58豫麥49鄭麥9023周麥18周麥22鄭麥7698圖3不同小麥品種分蘗節(jié)POD活性變化Fig. 3 Changes of POD activity in the tlring node of dfferent wheat varieties由圖3可知,在低溫持續(xù)影響下,6個(gè)品種的POD活性在分蘗節(jié)中均呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢(shì).1月15日與1月26日取材的分蘗節(jié)中,百農(nóng)矮抗58的P0D活性高于其他5個(gè)品種;2月6日取材的分蘗節(jié)P0D活性稍低于周麥22,高于其他4個(gè)品種.河南省主推小麥品種越冬期分蘗節(jié)中POD活性的變化見圖4.圖2011-1-15取樣日2011-1-26取樣2011-2-6取樣450400目3509 300開250運(yùn)200呂150” 100圖4不同小麥品種葉片中POD活性變化Fig. 4 Changes of POD activity in the leaves of diferent wheat varieties由圖4可知,在低溫持續(xù)影響下,除豫麥49外,其余5個(gè)品種的POD活性在葉片中均呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢(shì).1月15日、1月26日取樣的百農(nóng)矮抗POD活性稍低于周麥18,但均高于其他4個(gè)品種;2月6日取樣的百農(nóng)矮抗58的POD活性高于其他5個(gè)品種.3結(jié)論與討論植物的抗寒性受基因型的控制,同時(shí),與其自身代謝和生理過程關(guān)系密切.植物在低溫逆境下生長(zhǎng)發(fā)育受阻，誘發(fā)植物體內(nèi)的抗凍基因合成大量的蛋白以及抗逆境的小分子物質(zhì)例如,誘導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成可溶性糖的積累,質(zhì)膜透性發(fā)生改變抗氧化物及多種代謝酶增加等"本試驗(yàn)結(jié)果表明:在低溫脅迫下，與其他5個(gè)品種相比,百農(nóng)矮抗58分蘗節(jié)和葉片中可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量整體較高.并且隨著低溫的持續(xù)作用,脯氨酸含量呈明顯的遞增趨勢(shì),電導(dǎo)率變化規(guī)律比較明顯,可溶性糖和可溶性蛋白沒有明顯的增加趨勢(shì),但都維持在一個(gè)較高的水平.低溫脅迫下可溶性糖在植物體內(nèi)逐漸積累,可溶性糖含量較高的植物細(xì)胞的溶質(zhì)濃度增大,緩和胞外結(jié)冰引起的細(xì)胞失水,增強(qiáng)質(zhì)膜的穩(wěn)定性",有利于抗寒力的提高”中國(guó)煤化工性與植株糖含量存在正相關(guān)的關(guān)系,是衡量小麥抗寒性的一一個(gè)重要指標(biāo)134.3CNMH蘗節(jié)的研究結(jié)果表明:在持續(xù)低溫的影響下,其分蘗節(jié)和葉片中積累了大量的可俗仕館,刀萊衛(wèi)中網(wǎng)治性糖含量大52012年.河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)于葉片,說明分蘗節(jié)的抗寒適應(yīng)能力強(qiáng)含糖量高可以改變細(xì)胞溶質(zhì)的濃度增強(qiáng)質(zhì)膜的穩(wěn)定性,這一一點(diǎn)在對(duì)其電導(dǎo)率的研究結(jié)果中得到證實(shí)，百農(nóng)矮抗58三個(gè)取樣時(shí)期電導(dǎo)率低于其他5個(gè)品種，說明其質(zhì)膜透性比較穩(wěn)定,矮抗58的抗寒能力較強(qiáng).可以把小麥葉片和分蘗節(jié)中可溶性糖含量和相對(duì)電導(dǎo)率作為半冬性小麥品種抗寒性鑒定的一-個(gè)重要指標(biāo)，這與高志強(qiáng)等研究結(jié)果相似問.許多學(xué)者認(rèn)為脯氨酸含量與高等植物的抗寒性存在相關(guān)性,脯氨酸在體內(nèi)調(diào)節(jié)滲透壓149、降低水勢(shì)、解毒并降低冰點(diǎn)呵.對(duì)百農(nóng)矮抗58的研究中發(fā)現(xiàn),在低溫持續(xù)影響下,其體內(nèi)脯氨酸含量較高,隨著低溫時(shí)間延長(zhǎng)脯氨酸含量呈遞增趨勢(shì)與其他5個(gè)品種相比較,百農(nóng)矮抗58體內(nèi)脯氨酸含量整體上較高.葉片中的脯氨酸含量有-個(gè)比較明顯的遞增趨勢(shì).POD是植物細(xì)胞的保護(hù)酶,P0D活性越高,其抗寒能力越強(qiáng).對(duì)百農(nóng)矮抗58 POD活性的研究結(jié)果表明:分蘗節(jié)和葉片中的POD隨低溫脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)呈明顯的遞增趨勢(shì),與百農(nóng)矮抗58在2月6日取樣電導(dǎo)率變小有-定的關(guān)系,說明此期間分蘗節(jié)和葉片的清除自由基的能力強(qiáng),質(zhì)膜過氧化程度輕,電解質(zhì)外滲較少導(dǎo)致電導(dǎo)率較小.從以上分析中得出如下結(jié)論:①供試的6個(gè)小麥品種中,百農(nóng)矮抗58的抗寒性相對(duì)較強(qiáng);②低溫脅迫下葉片相對(duì)電導(dǎo)率、分蘗節(jié)可溶性糖含量、葉片脯氨酸含量變化規(guī)律較明顯,可以作為半冬性品種和新品系抗寒性輔助鑒定的重要指標(biāo).參考文獻(xiàn):[1]陳詠雪河南小麥生產(chǎn)中災(zāi)害性天氣的應(yīng)變?cè)耘嗉夹g(shù)[I]河南農(nóng)業(yè)200<11):51.[2]王多佳，曾儼，牟永潮.高寒地區(qū)冬小麥東農(nóng)冬麥1號(hào)抗凍蛋白的研究[0.麥類作物學(xué)報(bào)，2009.29(5):823-826.[3]于晶,張林,崔紅,等高寒地區(qū)冬小麥東農(nóng)冬麥1號(hào)越冬前的生理生化特性J.作物學(xué)報(bào),2008,34(11):2019- -2025.[4] 王紅星,吳詩光,楊光宇寒脅迫對(duì)小麥幼苗生理生化特性的影響[J.周口師范高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)2000,17(2):4 -5.[5]高志強(qiáng),張國(guó)紅,張愛芝等.不同小麥品種對(duì)低溫的生理反應(yīng)研究[].陜西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2002,22(2):109-112.[6]孫金月趙玉田,梁博文,等.HRGP在小麥抗寒鍛煉過程中的變化及其與抗寒性的關(guān)系[I]植物遺傳資源學(xué)報(bào)2004,5(1);6-11.[7]郝再彬,蒼晶,徐仲,植物生理實(shí)驗(yàn)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004:46- 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