河南省主推小麦品种越冬期生理生化特性比较研究

第40卷第4期河南科技学院学报2012年8月Vol. 40 No. 4Journal of Henan Institute of Science and TechnologyAug. 2012do1i03969/j.ss.10088 -7516.2012.04.001河南省主推小麦品种越冬期生理生化特性比较研究张自阳,冯素伟，姜小苓,李淦，胡铁柱，茹振钢(河南科技学院,河南新乡453003)摘要:田间自然条件下,在小麦越冬期对百农矮抗58、郑麦9023.周麦18、周麦22郑麦7698、豫麦49的叶片和分蘖节取样,测定与抗寒性相关的生理生化指标结果表明:与其他品种相比,百农矮抗58分蘖节和叶片中的可溶性糖、可溶性蛋白以及游离脯氨酸含量,P0D活性整体高于郑麦9023、周麦18、周麦22、郑麦7698、豫麦49,相对电导率低于郑麦9023、周麦18、周麦22、郑麦7698、豫麦49.说明百农矮抗58的抗寒性较好,这些特点为其高产稳产广适奠定了生理基础;同时,百农矮抗58可溶性糖电导率脯氨酸含量变化规律较强,可以作为辅助鉴定半冬性小麦品种抗寒性的生理指标.关键词:小麦;抗寒性;生理生化中图分类号:S512.1文献标志码:A文章编号: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河南省属暖温带向亚热带、湿润向半湿润过渡的季风气候区,冬季寒冷雨雪少,低温冻害是黄淮麦区小麦生产上的主要气象灾害之一.近年来河南省 灾害性天气频繁,给农业生产造成巨大损失,特别是低温对河南省小麦生产构成巨大威胁.据2005年1月12日统计"，小麦冻害面积143.79 万hm?,严重冻害面积24.73万hm?;2007年3月7日.4月3日河南省出现两次强度较大的降温过程造成大部分小麦品种受冻害,全省小麦受冻害面积达16.04万hm',有0.67万hm2绝收,对小麦生产造成了巨大影响;2010收稿日期:2012-07-05基金项目:“973"国家重点基础研究发展计划项目(2012CB114300)中国煤化工作者简介:张自阳(1984-),男,河南舞钢人,硕士,助理实验师.主要从事小麦CHCNMHG通信作者:茹振钢(1958-),男,河南焦作人,教授,硕士生导师.主要从事小麦遗传育种教学与研究L作.12012年河南科技学院学报(自然科学版)年出现了零下16C的极端低温等小麦冻害已成为小麦生产发展亟待解决的重要问题,而选用抗冻性强的小麦品种是有效防止或减轻冻害损失的基本途径.对于小麦的抗寒机理已有较多的研究叫，不同研究者对不同地区、不同抗寒品种的生理指标界定也不尽相同50.国审小麦新品种百农矮抗58自审定以来经受了千旱、低温等多种不良天气的严峻考验,现在已成为推广面积最大、发展势头最好的全国主导品种.本试验对百农矮抗58和河南省主栽小麦品种的生理、生化特性进行比较研究,旨在为百农矮抗58的抗寒性研究、黄准地区半冬性小麦品种抗寒鉴定及小麦新品系抗寒性评价提供生理生化方面的理论依据.1材料与方法1.1材料与试验设计供试品种为百农矮抗58、周麦18、 郑麦9023、豫麦49郑麦7698、周麦22.试验材料均由河南科技学院小麦中心提供.试验于2010- 2011年在河南科技学院试验田进行.随机区组设计,3次重复,行长3 m,6行区,行距0.23 m,田间管理同- -般高产田.1.2取样与测定方法试验材料从2011年1月12日开始取样，气温变化见图1(取样前20 d至取样结束)所示.每隔10 d取样1次,共3次,每个品种随机选取长势一致的麦 苗50株,用蒸馏水小心冲洗,晾干,样品在冰盒上分苗，剪取整个分蘖节和叶片,将叶片和分蘖节均剪成0.5 cm长的小段,混匀,按0.5 g分装,置-80 C冰箱贮存备用考马斯亮蓝G- -250 法测定可溶性蛋白含量,酸性茚三酮法测定脯氨酸含量",蒽酮比色法测定可溶性糖含量图,电导仪(DDS -307 )测定相对电导率!,愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性",均3次重复.+最低温度一最高温度号-8-10风-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最高温度与最低温度变化图(2010/12/20-2011/02/08)Fig. 1 The lowest temperature and the highest temperature during 2010-12-20 to 2011-02-081.3数据处理应用Microsoft Excel 2003,SAS 9.0进行数据处理.2结果与分析2.1相对电导率的变化河南省主推小麦品种越冬期相对电导率的变化见图2.中国煤化工MYHCNMHG2张自阳等:河南省主推小麦品种越冬期生理生化特性比较研究第4期).7日2010/1/15取样国201 1/01/26取样目201 1/02/06取样.6).50.4).30.20.1郑麦9023豫麦49郑麦7698周麦18周麦22百农矮抗58图2不同小麦品种叶片 相对电导率的变化Fig. 2 The changes of relative electric conductivity in the leaf of dfferent wheat varieties由图2可知,6个小麦品种的叶片相对电导率均出现了先升高后降低的变化过程.这是由于小麦叶片在遭受低温影响时细胞膜受到伤害,细胞内的各种水溶性物质包括电解质有不同程度的外渗,导致电导率上升,但随着低温对叶片的持续影响,小麦在经受了低温抗寒锻炼之后,通过自身的调节适应了外在环境的变化,使细胞膜得以修复，又出现了电导率降低的现象.图2表明,1月15日与2月6日取样的6个小麦品种中,百农矮抗58的相对电导率均小于其他5个品种,1月26日取样的百农矮抗58与郑麦7698相对电导率均低于其他4个品种说明在低温胁迫下百农矮抗58的原生质膜稳定性好,抗寒性相对较强.2.2可溶性糖含f 的变化河南省主推小麦品种越冬期可溶性糖含量的变化见表1.表1不同小麦品种各器官可溶性糖含的变化Tab. 1 Change of soluble sugar content in the organs of dfferent wheat varietiesmg/g201 1/01/15201 1/01/26201 1/02/06品种分蘖节叶片百农矮抗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周麦1870.875 b95.468 a76.546 ab67.724 a69.473 ab66.447 ab周麦2266.703 b76.961 ab76.631 ab73.525 a72.407 ab48.585c .郑麦769865.433 b70.568 ab79.018 ab58.936 b81.020a58.421 be注:多重比较采用邓肯氏新复极差法,同列相同字母表示0.05水平差异不显著.下同.由表1可知,在低温条件下,不同品种间可溶性糖在不同器官、不同取样时期差异均达到了显著水平,且分蘖节中的可溶性糖含量高于叶片中的含量.2011年1月15日取样的百农矮抗58分蘖节中可溶性糖含量高于其他5个品种,并且达到了显著差异;1月26日取样的百农矮抗58分蘖节中可溶性糖含量高于其他5个参试品种,且显著高于郑麦9023;2月6日取样的分蘖节中，百农矮抗58的可溶性糖含量稍低于郑麦7698,但明显高于其他4个品种,显著高于郑麦9023和豫麦49.由6个参试品种叶片可溶性糖含量检测中可以看出,1月15日取样的百农矮抗58叶片中可溶性糖含量稍低于周麦18,但高于其他4个品种,显著高于郑麦9023;1月26取样的叶片中,百农矮抗58可溶性糖含量最高,且显著高于郑麦7698;2月6日取样的叶片中,百农矮抗58可溶性糖含量均高于其他5个品种,且显著高于郑麦9023、周麦22、郑麦7698.中国煤化工2.3可溶性蛋白含的变化.M.HCNMHG,植株体内的可溶性蛋白质多为-些代谢酶类,其含量多少反 映值你刀时强物.何用省主推小麦2012年河南科技学院学报(自然科学版)品种越冬期可溶性蛋白含量的变化见表2.表2不同小麦品种可溶性蛋白含的变化Tab. 2 Changes of soluble protein content in the organs of diferent wheat varietiesmg/g201 101/15201 1/01/26201 1/02/06品种分蘖节叶片百农矮抗5815.138 abe27.894a17.693 ab31.064 ab16.329 a28.239 a豫麦4918.494 a26.666 ab17.465 ab34.931 a .13.169 ab22.029 a .郑麦902316.258 abe26.684 ab14.021e27.583 b .10.520b23.447a .周麦1812.072c23.828 b15.826 be26.257 b13.597 ab27.122 a .周麦2217.392 ab25.471 ab .16.183 be26.233 b11.811 b .25.224 a郑麦769813.700 be26.571 ab19.615a30.735 ab13.495 ab .26.824 a由表2可知,6个参试品种叶片中的可溶性蛋白含量均高于分蘖节,且可溶性蛋白含量在品种间差异达到显著水平.百农矮抗58在3个取样时期的叶片中可溶性蛋白含量均有较多的积累,1月15日取样的叶片中百农矮抗58的含量高于其他5个品种,且显著高于周麦18;1月26日叶片取样中,可溶性蛋白含量稍低于豫麦49,两者含量差异不显著,但高于其他4个品种，且可溶性蛋白含量差异与郑麦9023、周麦18、周麦22达到显著水平;2月6日取样的叶片中百农矮抗58的可溶性蛋白含量高于其他5个品种同样,百农矮抗58的可溶性蛋白含量在分蘖节中依然较高.以上结果表明,百农矮抗58可溶性蛋白含量在3个时期整体比较高,说明百农矮抗58具有较强的氮代谢功能.2.4脯氨酸含的变化河南省主推小麦品种越冬期脯氨酸含量的变化见表3.表3不同小麦品种脯氨酸含的变化Tab.3 Changes of proline content in the organs off dfferent wheat varieties201 1/01/15201 1/0126百农矮抗 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,在低温胁迫下各参试品种叶片中游离脯氨酸含量处于较高水平,并且在3个取样时期呈递增趋势.分蘖节中脯氨酸含量没有明显的递增趋势.6个品种3个取样时期叶片中的游离脯氨酸含量均高于分蘖节不同品种、不同取样时期脯氨酸含量差异达到了显著水平.1月15日取样的分蘖节中,百农矮抗58脯氨酸含量高于其他5个品种,且显著高于郑麦9023、周麦22郑麦7698;1月26日取样的分蘖节中,百农矮抗58分蘖节中脯氨酸含量均高于其他s个品种,显著高于郑麦7698;2月6日取样分蘖节中脯氨酸含量最高,且显著高于郑麦9023、周麦22郑麦7698.从6个参试品种叶片中的游离脯氨酸含量变化可以看出,1月15日取样的叶片中,百农矮抗58的脯氨酸含量低于豫麦49,但高于其他4个品种;1月26日取样的叶片中百农矮抗58的脯氨酸含量显著高于周麦18、周麦22、郑麦7698;2月6日取样的叶片中,百农矮抗58脯氨酸令量最高显著高于郑麦9023、周麦22.中国煤化工YHCNMHG4张自阳等:河南省主推小麦品种越冬期生理生化特性比较研究第4期2.5 POD 活性的变化河南省主推小麦品种越冬期分蘖节中P0D活性的变化见图3.600图2011-1-15取样日2011-1-26取样■2011-2-6取样500! 4003502001501050百农矮抗58豫麦49郑麦9023周麦18周麦22郑麦7698图3不同小麦品种分蘖节POD活性变化Fig. 3 Changes of POD activity in the tlring node of dfferent wheat varieties由图3可知,在低温持续影响下,6个品种的POD活性在分蘖节中均呈现逐渐增高的趋势.1月15日与1月26日取材的分蘖节中,百农矮抗58的P0D活性高于其他5个品种;2月6日取材的分蘖节P0D活性稍低于周麦22,高于其他4个品种.河南省主推小麦品种越冬期分蘖节中POD活性的变化见图4.图2011-1-15取样日2011-1-26取样2011-2-6取样450400目3509 300开250运200吕150” 100图4不同小麦品种叶片中POD活性变化Fig. 4 Changes of POD activity in the leaves of diferent wheat varieties由图4可知,在低温持续影响下,除豫麦49外,其余5个品种的POD活性在叶片中均呈现逐渐增高的趋势.1月15日、1月26日取样的百农矮抗POD活性稍低于周麦18,但均高于其他4个品种;2月6日取样的百农矮抗58的POD活性高于其他5个品种.3结论与讨论植物的抗寒性受基因型的控制,同时,与其自身代谢和生理过程关系密切.植物在低温逆境下生长发育受阻，诱发植物体内的抗冻基因合成大量的蛋白以及抗逆境的小分子物质例如,诱导蛋白质的合成可溶性糖的积累,质膜透性发生改变抗氧化物及多种代谢酶增加等"本试验结果表明:在低温胁迫下，与其他5个品种相比,百农矮抗58分蘖节和叶片中可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量整体较高.并且随着低温的持续作用,脯氨酸含量呈明显的递增趋势,电导率变化规律比较明显,可溶性糖和可溶性蛋白没有明显的增加趋势,但都维持在一个较高的水平.低温胁迫下可溶性糖在植物体内逐渐积累,可溶性糖含量较高的植物细胞的溶质浓度增大,缓和胞外结冰引起的细胞失水,增强质膜的稳定性",有利于抗寒力的提高”中国煤化工性与植株糖含量存在正相关的关系,是衡量小麦抗寒性的一一个重要指标134.3CNMH蘖节的研究结果表明:在持续低温的影响下,其分蘖节和叶片中积累了大量的可俗仕馆,刀莱卫中网治性糖含量大52012年.河南科技学院学报(自然科学版)于叶片,说明分蘖节的抗寒适应能力强含糖量高可以改变细胞溶质的浓度增强质膜的稳定性,这一一点在对其电导率的研究结果中得到证实，百农矮抗58三个取样时期电导率低于其他5个品种，说明其质膜透性比较稳定,矮抗58的抗寒能力较强.可以把小麦叶片和分蘖节中可溶性糖含量和相对电导率作为半冬性小麦品种抗寒性鉴定的一-个重要指标，这与高志强等研究结果相似问.许多学者认为脯氨酸含量与高等植物的抗寒性存在相关性,脯氨酸在体内调节渗透压149、降低水势、解毒并降低冰点呵.对百农矮抗58的研究中发现,在低温持续影响下,其体内脯氨酸含量较高,随着低温时间延长脯氨酸含量呈递增趋势与其他5个品种相比较,百农矮抗58体内脯氨酸含量整体上较高.叶片中的脯氨酸含量有-个比较明显的递增趋势.POD是植物细胞的保护酶,P0D活性越高,其抗寒能力越强.对百农矮抗58 POD活性的研究结果表明:分蘖节和叶片中的POD随低温胁迫时间的增长呈明显的递增趋势,与百农矮抗58在2月6日取样电导率变小有-定的关系,说明此期间分蘖节和叶片的清除自由基的能力强,质膜过氧化程度轻,电解质外渗较少导致电导率较小.从以上分析中得出如下结论:①供试的6个小麦品种中,百农矮抗58的抗寒性相对较强;②低温胁迫下叶片相对电导率、分蘖节可溶性糖含量、叶片脯氨酸含量变化规律较明显,可以作为半冬性品种和新品系抗寒性辅助鉴定的重要指标.参考文献:[1]陈咏雪河南小麦生产中灾害性天气的应变栽培技术[I]河南农业200<11):51.[2]王多佳，曾俨，牟永潮.高寒地区冬小麦东农冬麦1号抗冻蛋白的研究[0.麦类作物学报，2009.29(5):823-826.[3]于晶,张林,崔红,等高寒地区冬小麦东农冬麦1号越冬前的生理生化特性J.作物学报,2008,34(11):2019- -2025.[4] 王红星,吴诗光,杨光宇寒胁迫对小麦幼苗生理生化特性的影响[J.周口师范高等专科学校学报2000,17(2):4 -5.[5]高志强,张国红,张爱芝等.不同小麦品种对低温的生理反应研究[].陕西农业大学学报2002,22(2):109-112.[6]孙金月赵玉田,梁博文,等.HRGP在小麦抗寒锻炼过程中的变化及其与抗寒性的关系[I]植物遗传资源学报2004,5(1);6-11.[7]郝再彬,苍晶,徐仲,植物生理实验[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004:46- -49.[8]王学奎植物生理生化实验原理和技术[M.北京:高等教育出版社,2006:202- -204.[9] 中国科学院上海植物生理研究所,上海市植物生理学会现代植物生理学实验指南[M].北京:科学出版社,1999.[10] Mastrangelo A M,Belloni S,Barilli S,et al.Low temperature promotes intron retention in two e -cor genes of durum wheat[J].Planta,2005,221(5):705- -715.[11]Minami A,Nagao M,Ikegami K,et al . 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