叶面喷硒对干旱胁迫下小麦幼苗生理特性的影响

芦文杰，尹美强，党芳芳，曹梦琳，温银元，孙敏，郝兴宇，高志强

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

叶面喷硒对干旱胁迫下小麦幼苗生理特性的影响

芦文杰，尹美强，党芳芳，曹梦琳，温银元，孙敏，郝兴宇，高志强

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

研究不同质量浓度硒处理对PEG（模拟干旱）胁迫下小麦幼苗形态及生理特性的影响，为小麦有效抗旱和合理补硒提供理论依据。用不同质量浓度硒（20，40，60 mg/L）处理PEG胁迫下的小麦幼苗，研究不同质量浓度硒对PEG胁迫下小麦幼苗株高、根长、根数及鲜干质量的影响，分析小麦幼苗叶片丙二醛、超氧阴离子自由基含量、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性及叶绿体色素含量的变化。结果表明，适宜质量浓度的硒显著提高了PEG胁迫下小麦幼苗的株高、根长、根数及鲜质量、干质量、叶绿体色素含量，降低了丙二醛和超氧阴离子自由基含量，同时提高了SOD，POD活性。外源施硒对小麦幼苗生长中干旱胁迫有一定的缓解作用，以40 mg/L硒处理效果最佳。

叶面喷硒；PEG胁迫；小麦

小麦是世界范围内主要的粮食作物，我国小麦生产占据着重要地位，据2005年联合国粮农组织的统计结果显示，我国小麦的种植总面积占世界总种植面积的10.5%，总产量占世界总产量的15.4%。但我国约70%的小麦分布在干旱与半干旱区域[1]，因此，在小麦的种植过程中，干旱是造成其减产最为关键的因素。

众所周知，硒是人体所必需的微量元素之一，有研究表明，硒不仅可以预防人体的心血管疾病，还可以提高机体的免疫功能[2]。然而我国约2/3的耕地土壤中硒含量及有效性都较低[3]，导致这些地区的人群也缺硒[4]，而我国作为人口大国，补硒就成为一个亟待解决的问题。生物体中的硒是人类营养硒来源的基本渠道，即使部分来自于副食品，但从食物链的角度看，最初还是来自植物硒源。目前越来越多的研究证明，硒不仅是人体与动物必需的营养元素，还可以有效地提高作物硒的含量及产量，并且有效地增强作物抗性。已有的研究表明，叶面喷施亚硒酸钠可以有效缓解除草剂对水稻的胁迫，O2-·，H2O2等活性氧以及膜脂过氧化产物MDA含量降低，减慢自氧化速率，抗氧化酶SOD，POD和CAT活性的应激升高[5]；喷硒后小麦叶片谷胱甘肽过氧化物酶活性显著提高，籽粒硒含量及产量也明显提高[6]；盆栽试验研究表明，低质量浓度硒可提高生菜中SOD，POD活性，促进生长，而高质量浓度硒则起抑制作用；MDA含量随着硒质量浓度的提高而增加[7]。

本试验将通过研究不同质量浓度硒对PEG（模拟干旱）胁迫下小麦幼苗形态及生理特性的影响，旨在为小麦生产中面临的干旱与产量问题提供新的解决途径。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2015年11月16日在山西农业大学农学院植物生理实验室进行，供试的小麦品种为静冬0331，由山西农业大学农学院小麦栽培课题组提供。

1.2 试验设计

选取均匀且饱满的小麦种子，于0.1%HgCl2浸泡15 min进行消毒，再用蒸馏水反复清洗，然后将洗净的种子摊于滤纸上，阴干后种于培养皿（直径90 mm）中，每个培养皿50粒。基质为蒸馏水，每皿中7 mL，2层滤纸，置于室温黑暗培养。2 d后揭盖置于光架上进行光照培养，待小麦胚根长到20 mm时浇1/2 Hoagland溶液，3 d后浇Hoagland完全营养液。待第2片叶完全展开时进行硒（亚硒酸钠）处理。试验硒处理质量浓度分别为20（S1），40（S2），60 mg/L（S3），以喷施蒸馏水为对照（CK），共4个处理，每个处理重复3次。待硒吸收2 d后进行20% PEG模拟干旱处理。

1.3 指标测定及方法

测定丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸分光光度法[8]；超氧阴离子自由基的含量采用高俊凤[9]的方法进行测定。超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定采用氮蓝四唑（NBT）光化还原抑制法[10]；过氧化物酶（POD）活性测定采用愈创木酚法[10]；叶绿素含量的测定采用Arnon[11]的方法。

在PEG处理后的第1，3，5，7，11天，分别取第1片成熟叶片进行相关指标的测定。处理后第11天，在每个处理中选取生长均匀的幼苗10株，测量其株高、根长、根数、鲜干质量。

1.4 数据处理

所得数据用Microsoft Excel 2003软件绘图，用SPSS 17.0进行方差分析，Duncan新复极差法进行显著性检验。

2）价格昂贵、维护成本高。高校用于科研的大型仪器设备品质精良，价格昂贵。例如：美国Precitech公司的纳米精密车铣复合机床Nanoform X约290万元/台套；FIE公司的聚焦离子电子双束系统Small dual beam是500多万元/台套，单个镜头的最低价格十几万元，维保费近30万元/年。这些仪器设备精度高，对环境要求也高。例如：大型重载装备需要构筑减振地基；纳米级制造装备及测量仪器需要恒温、无尘，具备万级净化间标准环境；OLED柔性电子薄膜封装实验不仅需要恒温、无尘，还需要真空环境等。

2 结果与分析

2.1 PEG胁迫下不同质量浓度硒对小麦幼苗株高、根长、根数及鲜质量、干质量的影响

由表1可知，叶面喷硒处理11 d后，20，40 mg/L硒明显缓解了PEG对小麦幼苗株高的抑制作用，但60 mg/L硒反而降低了干旱胁迫下幼苗株高，较CK降低3.1%，且差异显著（P＜0.05）；以40 mg/L硒处理的缓解作用最明显，较CK提高了4.7%，且差异显著（P＜0.05）。

叶面喷硒处理11 d后，都不同程度地提高了小麦幼苗根长及根数，S2处理最为明显，其根长及根数较CK分别增加了4.8%，5.7%，且差异显著（P＜0.05）。

叶面喷硒处理11 d后，随硒质量浓度的增大，小麦幼苗鲜质量、干质量呈现先升高后降低的趋势，都在S2处理处达到最大，小麦幼苗鲜质量、干质量较CK分别提高了18.1%，15.4%，差异显著（P＜0.05）。

表1 叶面喷硒对PEG胁迫下小麦幼苗株高、根长、根数及干质量的影响

由此可见，低质量浓度的硒处理可以明显提高PEG胁迫下小麦幼苗的株高、根长、根数及鲜质量、干质量，以40 mg/L（S2）处理最为明显，而高质量浓度硒处理使得小麦幼苗对PEG胁迫的缓解能力降低，甚至加重了小麦幼苗的受伤害程度。

2.2 叶面喷硒对PEG胁迫下小麦幼苗叶绿体色素含量的影响

从表2可以看出，叶面施硒后，各浓度硒处理下小麦叶片的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素及总叶绿素含量较CK均有不同程度的增加；随处理时间的延长，总叶绿素含量逐渐升高后缓慢降低。

S2，S3处理下的叶片中叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量均与CK间差异达到显著水平，类胡萝卜素含量在第1，5，7天均与CK间差异达到显著水平；S1处理下，第3天叶片中叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量较CK分别提高25.5%，18.9%，23.9%，且差异达到显著水平；第7天叶片中叶绿素a、叶绿素b及总叶绿素含量较CK分别提高20.8%，11.1%，17.6%，差异达到显著水平；第1，5天叶片中叶绿素b含量与对照间未达到显著水平，类胡萝卜素含量在第3，5，7天较CK分别提高32.5%，75.1%，16.0%，差异达到显著水平（P＜0.05）。

表2 叶面喷硒对PEG胁迫下小麦幼苗叶绿体色素含量的影响mg/g

由图1可知，随处理时间的延长，不同处理下小麦幼苗叶片POD活性均呈先升高后降低的趋势，在第5天达到峰值。不同质量浓度硒处理后，随硒质量浓度的增加，小麦叶片POD活性提高，在硒处理质量浓度达到一定后，随硒质量浓度的进一步增加，POD活性呈降低趋势；以40 mg/L的硒处理（S2）下POD活性提高程度最高，在处理后第7天，与CK相比，POD活性增加了18.0%，差异达到极显著水平（P＜0.01）。

从图2可以看出，随处理时间的延长，各个处理下小麦幼苗叶片SOD活性均呈缓慢上升的趋势。不同质量浓度硒处理后，随硒质量浓度的增加，小麦叶片SOD活性提高，在硒处理质量浓度达到40 mg/L后，随硒质量浓度的进一步增加，SOD活性呈降低趋势；以40 mg/L的硒处理（S2）下SOD活性提高程度最高，在处理后第5天，SOD活性较CK增加了71.0%，差异达到极显著水平（P＜0.01）。

2.4 PEG胁迫下叶面喷硒对小麦幼苗丙二醛（MDA）、超氧阴离子自由基（O2-·）含量的影响

由图3可知，随着培养天数的增加，PEG胁迫下各处理的超氧阴离子含量呈先降低后升高的趋势，在第5天达到最低。与单一PEG胁迫处理（CK）相比，低质量浓度硒处理（S1，S2）后的小麦幼苗超氧阴离子含量明显降低，以40 mg/L处理（S2）降低程度最大，处理后第5天，较CK降低了5.5%，差异达到极显著水平（P＜0.01）。高质量浓度硒处理（S3）后，小麦幼苗超氧阴离子含量较S2处理出现明显的上升趋势，处理后第5天，较CK降低了1.1%，差异不显著。

从图4可以看出，随着处理时间的增加，PEG胁迫下各处理的丙二醛含量呈先缓慢降低后逐渐升高的趋势，并在第5天达到最低值。与单一PEG胁迫处理（CK）相比，低质量浓度硒处理（S1，S2）后的小麦幼苗丙二醛含量明显降低，以40 mg/L处理（S2）降低程度最大，处理后第5天，较CK降低了79.21%，差异达到极显著水平（P＜0.01）。高质量浓度硒处理（S3）后，小麦叶片丙二醛含量较CK增加，在第5天增加程度最高，较CK提高了61.79%，差异达到显著水平（P＜0.05）。

由此可见，叶面喷施适宜质量浓度的硒可以有效地缓解PEG对小麦幼苗的胁迫，明显降低超氧阴离子和丙二醛的含量，以40 mg/L（S2）处理效果最为明显。

3 讨论与结论

作物在干旱胁迫下，最直观的表现就是其形态上的变化。王富刚[12]的研究表明，施硒促进了绿豆幼苗株高、主根的生长。本试验结果表明，小麦幼苗叶面喷施适宜质量浓度的硒后，其株高、根长、根数及干质量、鲜质量都有增长，在40 mg/L下，较CK分别提高4.7%，4.8%，5.7%，15.4%，18.1%，且差异显著。

作物生产过程中，叶绿体色素的含量与光合性能及最后的产量是紧密相关的，因此，常以叶绿体色素含量的变化来衡量不同处理的影响效果。夏永香等[13]研究表明，低质量分数硒（0.001～0.05 mg/kg）处理后，可不同程度地促进百合科、十字花科、豆科、禾本科等一些作物的种子萌发和幼苗生长，增强作物的光合作用，提高叶片中叶绿素的含量，进而促进植物生长，提高作物的产量和品质。郭美俊等[14]的研究表明，与对照相比，叶面喷施112.5 g/hm2的亚硒酸钠溶液，可显著提高谷子叶片中光合色素含量和光合性能，同时提高谷子的产量。高家合等[15]研究表明，在烤烟叶片中，低质量分数硒（4 μg/g）处理时，叶绿素a、叶绿素b、叶绿素a＋b、类胡萝卜素含量分别比对照增加5.37%，17.53%，6.56%，18.75%；当硒质量分数为8 μg/g时，其叶绿素含量开始下降；当硒质量分数高达16 μg/g时，烤烟叶片中叶绿素和类胡萝卜素含量与对照相比显著下降。本研究中，硒处理后第5天，硒质量浓度为40 mg/L时，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量分别比对照增加103.84%，38.22%，77.62%，161.77%，差异达到极显著水平（P＜0.01），硒质量浓度为60 mg/L时，叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素含量分别比对照增加68.19%，21.81%，49.39%，91.47%，较硒质量浓度为40 mg/L时都有所降低。

在干旱胁迫下，植物体内活性氧的产生与清除系统发生紊乱[16]，抗氧化酶会大量积累，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性提高[17]，同时渗透压发生变化，导致脂质过氧化，膜透性增加，使丙二醛含量增加[18]。王富刚[12]的研究结果表明，硒质量浓度为3，5，10，15 mg/L的亚硒酸钠溶液显著提高了绿豆幼苗叶绿素含量、游离脯氨酸含量及SOD，CAT，POD这3种保护酶的活性；降低了丙二醛含量。张艳嫣等[19]的研究表明，适量质量浓度（0.05～0.10 mg/L）外源硒处理对低温胁迫下铁皮石斛幼苗叶绿素降解具有缓解效应，可降低MDA含量，增加脯氨酸含量，同时显著提高GSH-AsA循环活性，从而提高铁皮石斛的耐冷性，但过高质量浓度的外源硒处理（＞0.20 mg/L）则效果相反。付小丽[20]研究结果表明，在硒质量分数适宜的情况下，小麦及油菜叶片SOD，POD等抗氧化酶的活性增强，内源活性氧清除物质GSH含量增加，膜脂过氧化产物丙二醛含量降低；但是在硒质量分数过高的条件下，小麦和油菜叶片SOD和POD等抗氧化酶的活性及抗氧化物质GSH，AsA含量降低，MDA含量增加。Cartes等[21]研究表明，施加亚硒酸盐对不同品种黑麦草的硒含量和抗氧化作用有影响。硒主要富集在根中，而且由于SOD的抑制与GSH-Px的活化，膜的氧化损伤降低。

本试验研究表明，20，40 mg/L硒可以缓解PEG对小麦幼苗的胁迫，60 mg/L硒处理则出现对小麦幼苗的毒害作用，以40 mg/L硒处理对小麦幼苗PEG胁迫缓解效果最显著，在处理后第3天超氧阴离子含量降低了6.0%，处理后第5天丙二醛含量降低了60.17%；处理后第7天，POD活性提高了18.0%，处理后第5天，SOD活性提高了71.0%，差异均达到极显著水平（P＜0.01）。

综上所述，本试验通过硒对PEG胁迫下小麦幼苗的形态及生理特性的影响研究表明，在低质量浓度硒（20，40 mg/L）处理下，可以缓解干旱胁迫，有效提高小麦幼苗的生长，其中，40 mg/L处理为最佳；高质量浓度硒（60 mg/L）处理下，对小麦幼苗的缓解作用减弱，从超氧阴离子自由基与丙二醛的含量可以看出，高质量浓度硒对小麦幼苗已经产生毒害，表明在PEG与高质量浓度硒的双重作用下，活性氧大量积累并诱发膜脂过氧化作用增强。

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Effect of Selenium Foliar Spray on the Physiological Characteristics of Wheat Seedlings under Drought Stress

LUWenjie，YINMeiqiang，DANGFangfang，CAOMenglin，WENYinyuan，SUNMin，HAOXingyu，GAOZhiqaing
（College ofAgronomy，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The effects of different concentration of selenium on growth and physiological characteristics of wheat at seedling stage were studied under the PEG（drought）stress,which provided a theoretical basis to resist drought and supplement selenium in wheat. Wheat seedlings were treated with different selenium concentration（20,40,60 mg/L）under drought stress.The paper investigated the effect of different concentration of selenium on the plant height,root length,root numbers,fresh and dry quality and the content of chlorophyll ofwheat at seedling stage.The changes ofMDA and O2-·content,the activities of SOD,POD were also analyzed.The results showed that the different concentration ofselenium could obviously increase the plant height,root length,root numbers and fresh quality, dryqualityofwheat seedlings,decrease the content ofMDA and O2-·,and increase the activities ofSOD,POD and chlorophyll content.It suggested that exogenous application ofseleniumon the growth ofwheat seedlings under PEGstress had a certain mitigation,especiallyin the treatment of40 mg/Lselenium.

foliar sprayofselenium;PEGstress;wheat

S512.1

A

1002-2481（2016）12-1780-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.12.10

2016-08-18

国家公益性行业科研专项（201303104）；现代农业产业技术体系建设专项（CARS-03-01-24）

芦文杰（1987-），女，山西运城人，在读硕士，研究方向：植物生理与分子生物学。尹美强为通信作者。