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Changes of endogenous hormone contents and antioxidative enzyme activities in wheat leaves under low temperature stress at jointing stage.

低温条件下拔节期小麦叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的变化


以扬麦16和徐麦30为试验材料,利用人工气候室模拟低温逆境,研究拔节期-3 ℃和-5 ℃低温胁迫对小麦植株受冻率、叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的影响.结果表明: 随着处理温度的降低、胁迫时间的延长,小麦植株冻害等级与冻害指数增加,-5 ℃处理72 h两品种五级冻害率均为100%.低温处理结束当天,小麦叶片中内源激素脱落酸(ABA)、玉米素核苷(ZR)含量、抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性随胁迫程度加重呈先升高后降低的趋势;处理结束后3 d,ABA、ZR含量及抗氧化酶活性较处理结束当天升高;至处理结束后6 d,与自然生长的对照处理接近.低温胁迫叶片中赤霉素(GA3)含量下降,处理结束后3和6 d,扬麦16叶片中GA3含量呈上升趋势,徐麦30则表现为先升高后下降.-5 ℃ 72 h重度胁迫处理叶片中ABA、ZR、GA3含量和SOD、POD、CAT活性均较对照显著下降.相关分析表明,较高的ABA、ZR含量、SOD、POD、CAT活性以及较低的GA3含量可减缓低温胁迫对小麦植株的伤害.

Low temperature stresses (-3 and -5 ℃) were simulated using artificial temperaturecontrolled phytotrons to study the freezing rate, the contents of endogenous hormones, and the activities of antioxidative enzymes in the leaves of wheat plants of Yangmai 16 (YM 16) and Xumai 30 (XM 30) at jointing stage. The grade and index of freezing injury increased with lower temperature and longer stress. The freezing rate was at the 5th level and the main stems and tillers of both cultivars were finally dead under -5 ℃ lasting for 72 h. On the last day of stress initiation, the contents of abscisic acid (ABA) and zeatin riboside (ZR), and the activities of superoxide dismutase (SOD), peroxide dismutase (POD), and catalase (CAT) in leaves increased at the beginning and then declined as low temperature progressed. On the 3rd day after stress, the contents of ABA and ZR and the activities of antioxidative enzymes were higher than those on the last day of cold stress, and then reduced to the level of the control on the 6th day after stress. The content of gibberellins (GA3) was lowered by cold stress. For YM 16, GA3 content increased from the 3rd day to the 6th day after cold stress, whereas, for XM 30, it increased first and then decreased. For the treatment of -5 ℃ lasting for 72 h, the contents of hormones and the activities of antioxidative enzymes were significantly lower than those of the other treatments. Correlation analyses showed that higher ABA and ZR contents,  and higher SOD, POD and CAT activities as well as lower GA3 content could alleviate the low-temperature injury in wheat plants under low temperature stress.


全 文 :低温条件下拔节期小麦叶片内源激素含量
和抗氧化酶活性的变化∗
李春燕  徐  雯  刘立伟  杨  景  朱新开  郭文善∗∗
(扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点 /粮食作物现代产业技术协同创新中心, 江苏扬州 225009)
摘  要  以扬麦 16和徐麦 30为试验材料,利用人工气候室模拟低温逆境,研究拔节期-3 ℃
和-5 ℃低温胁迫对小麦植株受冻率、叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的影响.结果表明:
随着处理温度的降低、胁迫时间的延长,小麦植株冻害等级与冻害指数增加,-5 ℃处理 72 h
两品种五级冻害率均为 100%.低温处理结束当天,小麦叶片中内源激素脱落酸(ABA)、玉米
素核苷(ZR)含量、抗氧化酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)
活性随胁迫程度加重呈先升高后降低的趋势;处理结束后 3 d,ABA、ZR含量及抗氧化酶活性
较处理结束当天升高;至处理结束后 6 d,与自然生长的对照处理接近.低温胁迫叶片中赤霉
素(GA3)含量下降,处理结束后 3和 6 d,扬麦 16 叶片中 GA3 含量呈上升趋势,徐麦 30 则表
现为先升高后下降.-5 ℃ 72 h重度胁迫处理叶片中 ABA、ZR、GA3 含量和 SOD、POD、CAT活
性均较对照显著下降.相关分析表明,较高的 ABA、ZR 含量、SOD、POD、CAT 活性以及较低的
GA3 含量可减缓低温胁迫对小麦植株的伤害.
关键词  小麦; 低温; 内源激素; 抗氧化酶
文章编号  1001-9332(2015)07-2015-08  中图分类号  S311, S512.1  文献标识码  A
Changes of endogenous hormone contents and antioxidative enzyme activities in wheat leaves
under low temperature stress at jointing stage. LI Chun⁃yan, XU Wen, LIU Li⁃wei, YANG Jing,
ZHU Xin⁃kai, GUO Wen⁃shan (Jiangsu National Key Laboratory Nurturing Center of Crop Genetics
and Physiology / Co⁃Innovation Center for Modern Production Technology of Grain Crops, Yangzhou
University, Yangzhou 225009, Jiangsu, China) . ⁃Chin. J. Appl. Ecol., 2015, 26(7): 2015-2022.
Abstract: Low temperature stresses ( -3 and -5 ℃) were simulated using artificial temperature⁃
controlled phytotrons to study the freezing rate, the contents of endogenous hormones, and the acti⁃
vities of antioxidative enzymes in the leaves of wheat plants of Yangmai 16 (YM 16) and Xumai 30
(XM 30) at jointing stage. The grade and index of freezing injury increased with lower temperature
and longer stress. The freezing rate was at the 5th level and the main stems and tillers of both culti⁃
vars were finally dead under -5 ℃ lasting for 72 h. On the last day of stress initiation, the contents
of abscisic acid ( ABA) and zeatin riboside ( ZR), and the activities of superoxide dismutase
(SOD), peroxide dismutase (POD), and catalase (CAT) in leaves increased at the beginning and
then declined as low temperature progressed. On the 3rd day after stress, the contents of ABA and
ZR and the activities of antioxidative enzymes were higher than those on the last day of cold stress,
and then reduced to the level of the control on the 6th day after stress. The content of gibberellins
(GA3) was lowered by cold stress. For YM 16, GA3 content increased from the 3rd day to the 6th
day after cold stress, whereas, for XM 30, it increased first and then decreased. For the treatment
of -5 ℃ lasting for 72 h, the contents of hormones and the activities of antioxidative enzymes were
significantly lower than those of the other treatments. Correlation analyses showed that higher ABA
and ZR contents, and higher SOD, POD and CAT activities as well as lower GA3 content could al⁃
leviate the low⁃temperature injury in wheat plants under low temperature stress.
Key words: wheat; low temperature; hormone; antioxidative enzymes.
∗国家自然科学基金项目(31000683)、扬州大学科技创新培育基金项目(2014CXJ037)、江苏省科技支撑计划项目(BE2012467)和江苏高校优
势学科建设工程项目资助.
∗∗通讯作者. E⁃mail: guows@ yzu.edu.cn
2014⁃07⁃10收稿,2015⁃05⁃07接受.
应 用 生 态 学 报  2015年 7月  第 26卷  第 7期                                                         
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2015, 26(7): 2015-2022
    低温冻害是影响小麦安全生产的主要自然灾害
之一,我国主要产麦区每年都有不同程度的小麦冻
害发生,给生产造成了一定的损失[1] .江苏小麦冬春
遭受严重冻害的几率为 3~5 年一遇,一般性冻害年
年都有.内源激素是植物体内重要的生长调节物质,
低温等逆境胁迫条件下内源激素在调节植物体内物
质平衡以及诱导胁迫抗性方面起着重要作用.研究
表明,脱落酸(ABA)可诱导一些与抗逆相关的新蛋
白质的合成[2-3],也可诱导某些酶的重新合成,从而
增强植物的抗逆性[4] .王兴等[5]研究表明,随着冬前
气温的降低,小麦叶片和根系中 ABA含量呈现先升
高后降低的趋势,而分蘖节中 ABA含量则随着低温
的持续和加剧而持续升高.有研究表明,小麦越冬期
间玉米素核苷(ZR)含量的增加对植株抗寒能力的
提高呈正效应[6];赤霉素(GA3)含量则表现为抗寒
性强的植株低于抗寒性弱的植株[7] .植物体内 ABA /
GA3的大小比 ABA 含量更能代表植株抗寒性的强
弱[8],说明植株体内多种激素以不同的配比和平衡
来调节植物的抗寒性.外源激素 ABA 喷施试验证
明,ABA是抗寒基因表达的启动因子之一,对增强
植株抗寒性起重要作用[9] .
抗寒性弱的小麦品种植株体内的超氧化物歧化
酶(SOD)、过氧化物酶(POD)活性较抗寒性强的品
种低[10-12],在低温胁迫等逆境条件下,植株体内活
性氧与自由基大量积累,氧代谢平衡失调,致使细胞
膜的脂质发生过氧化作用,造成整体膜结构破坏,导
致细胞损伤甚至死亡[13-15] .说明植株抗氧化酶活性
越高,对细胞的保护能力越强,其抗寒性越强.
有关小麦拔节期低温对产量和生理特性的影响
已有报道[16-17],但对低温胁迫结束后一段时间内植
株内源激素含量、抗氧化酶活性的变化特性研究鲜
见报道.本研究选用抗寒性不同的两个小麦品种,研
究拔节期低温条件下叶片内源激素含量与抗氧化酶
活性的变化特点,分析内源激素、抗氧化酶活性与植
株冻害指数之间的关系,以期为提高小麦抗逆高产
栽培提供理论与实践依据.
1  材料与方法
1􀆰 1  试验材料与低温处理
试验于 2011—2012 年在扬州大学江苏省作物
遗传生理重点实验室盆栽试验场进行.供试品种为
春性品种‘扬麦 16’和半冬性品种‘徐麦 30’.试验
采用盆栽,每盆装土 13 kg,全生育期每盆施 N
1.75 g,P2O5 1.05 g,K2O 1.05 g,氮肥运筹为基肥 ∶ 壮
蘖肥 ∶ 拔节肥= 5 ∶ 1 ∶ 4,磷钾肥运筹为基肥 ∶ 拔节
肥= 5 ∶ 5,采用稀释法与盆土拌均匀,装入盆钵中,
每盆浇水 1000 mL,土壤沉实后 11 月 12 日播种,播
后盖土 1 cm.每盆播种 12粒,4 叶期定苗,每盆留苗
6株.壮蘖肥于 4 叶期追施,拔节肥于叶龄余数 2.5
叶追施,施肥后每盆浇水 500 mL.
温度处理在人工智能温室中进行,温室控制误
差±0.5 ℃,大气相对湿度设置为 70.0%,控制误差±
1.0%,光量子通量密度 800 μmol·m-2·s-1 .
在小麦植株基部第一节间伸长 2 cm 左右时进
行低温处理.处理温度设-3 ℃和-5 ℃两个水平,处
理时间设 24、48 和 72 h 3 个水平,各温度处理的土
壤水分控制在田间持水量的 60.0% ~70.0%,处理结
束后移至自然条件下生长至成熟,设低温处理期间
室外自然生长(日均最低最高温 7 ~ 20.13 ℃)植株
为对照(CK).
1􀆰 2  测定项目
1􀆰 2􀆰 1冻害等级和发生率调查   低温处理结束后,
待冻害症状完全显示后(处理后第 3 天),根据全国
小麦区域试验冻害五级指标进行冻害严重度调查.
冻害五级指标:一级无冻害、二级叶尖受冻发黄不超
过 1 / 3、三级叶尖受冻 1 / 3 ~ 1 / 2、四级叶片全枯、五
级植株或大部分分蘖冻死.
冻害发生率 =达到冻害级别的茎蘖数 /总茎蘖
数×100%
冻害指数=∑冻害等级(二级以上) ×冻害发生
率 / (冻害五级×100%)
1􀆰 2􀆰 2 ABA、GA3、ZR含量测定  于低温处理结束当
天、处理结束后 3和 6 d,分别取植株主茎展二叶用
于各项目测定.内源激素采用高效液相色谱法
(HPLC) [18] .测定的色谱条件为:Dubhe C18 4. 6 ×
250,5 μm;100 mL流动相含乙腈 5 mL、甲醇 50 mL、
0.6%乙酸 45 mL,流速 1. 0 mL·min-1;检测波长
254 nm;柱温 30 ℃,进样量 10 μL.选 ABA(Sigma,
A1049⁃250 MG)、GA3(Sigma,48880⁃250 MG⁃F)、ZR
(Sigma,Z3541⁃10 MG)作为标准样品.
1􀆰 2􀆰 3抗氧化酶活性测定   于低温处理结束当天、
处理结束后 3和 6 d,分别取植株主茎展二叶用于各
项目测定,具体方法参照 《植物生理学实验指
导》 [19] .酶液提取:取小麦叶片 0.5 g 于预冷的研钵
中,加 pH 7􀆰 0的磷酸缓冲液在冰浴下研磨成浆,加入
磷酸缓冲液冲洗研钵,并使最终体积为 8 mL.于4 ℃
下 10000 r·min-1离心 15 min,上清液即为粗提液.
SOD采用氮蓝四唑(NBT)法,以抑制 NBT光化
6102 应  用  生  态  学  报                                      26卷
还原的 50%为一个酶活性单位;POD 采用愈创木酚
法,将每分钟吸光值(OD)增加 0.01 定义为一个活
力单位;过氧化氢酶(CAT)采用过氧化氢还原法,将
每分钟吸光值减少 0.01定义为一个活力单位.
1􀆰 3  数据处理
利用 Microsoft Excel 软件进行数据处理,SPSS
13.0软件进行两因素方差分析,采用 LSD 法比较不
同数据组间的差异,显著水平设定为 α= 0.05.
2  结果与分析
2􀆰 1  拔节期低温对小麦冻害率的影响
由表 1可见,拔节期进行低温胁迫,随着处理温
度的降低或胁迫时间的延长,小麦所受冻害逐渐加
重.-3 ℃处理 24 h,扬麦 16 有 50.6%的植株发生不
同程度的冻害,有 11.2%的植株茎蘖冻死,冻害指数
为 0.32,徐麦 30 仅 43.0%的植株出现叶片受冻,未
发生茎蘖冻死现象,冻害指数为 0.27,低于扬麦 16.
随胁迫时间的延长,植株受冻加重,胁迫至 72 h,扬
麦 16植株茎蘖冻死率上升为 31.0%,徐麦 30 茎蘖
冻死率仅为 16.0%,两品种冻害指数分别为 0.76 和
0.63.
-5 ℃处理 24 h 后,两品种的冻害程度均较
-3 ℃ 24 h 处理加重,扬麦 16 与徐麦 30 植株叶片
冻枯率分别为 25.7%和 15.5%,植株茎蘖冻死率分
别为 26.6%和 14.5%;胁迫至 48 h,两品种发生的冻
害进一步加重,冻害指数显著上升,分别为 0.85 和
0.83;胁迫至 72 h,两品种的植株茎蘖冻死率均已达
到 100%.由此说明,小麦拔节期短时间的零下低温
就有可能造成主茎及大分蘖冻死,温度越低或低温
胁迫时间越长,造成的伤害越大;且品种间差异显
著,徐麦 30在-3 ℃条件下冻害发生程度轻于扬麦
16,至-5 ℃时植株各等级冻害百分率与扬麦 16 差
异缩小,当胁迫至 72 h,两品种植株全部死亡.
2􀆰 2  拔节期低温对小麦叶片内源激素含量的影响
2􀆰 2􀆰 1 ABA 含量  由表 2 可知,拔节期低温胁迫结
束当天,扬麦 16、徐麦 30 两品种除-5 ℃72 h 重度
胁迫处理的 ABA含量显著低于对照外,其他处理叶
片中 ABA含量均较对照增加,且随胁迫温度的降
低、胁迫时间的延长,ABA 含量总体表现出下降趋
势(除扬麦 16 -3 ℃48 h处理),处理间差异显著.扬
麦 16 -3 ℃48 h处理的 ABA含量较对照上升最高,
增幅达 29.4%,徐麦 30 -3 ℃24 h 处理较对照增幅
最高,达 24.5%.
处理结束后 3 d,两品种-5 ℃处理 72 h 叶片中
ABA含量表现为持续下降,其他处理 ABA 含量均
较处理结束当天升高,说明小麦受低温胁迫后应激
效应持续至处理后 3 d,表现为 ABA含量持续增加,
扬麦 16 ABA含量较对照平均上升 64.5%,徐麦 30
较对照平均上升 48.5%,说明扬麦 16 对低温的反应
强于徐麦 30,需要较高的 ABA 含量启动植株的防
御系统.处理结束后 6 d,两品种-5 ℃ 72 h 处理的
ABA含量较对照分别下降了 53.8%和 52.0%,其他
处理 ABA 含量较处理后 3 d 下降,但仍显著高于
对照.
表 1  拔节期低温胁迫下小麦植株冻害级别及百分率
Table 1  Degree and proportion of freezing injury of wheat plant under low temperature stress at jointing stage
品种
Cultivar
温度
Temperature
(℃)
时间
Time
(h)
冻害等级及百分率
Grade of freezing injury and proportion (%)
1 2 3 4 5
冻害指数
Freezing
injury index
YM 16 -3 24 49.4b 23.0b 7.2d 9.3c 11.2f 0.32e
48 26.2c 34.3a 11.7c 10.2c 17.6e 0.47d
72 0.0d 11.1d 30.9a 27.0b 31.0c 0.76c
-5 24 0.0d 16.4c 31.3a 25.7b 26.6d 0.72c
48 0.0d 0.0e 20.8b 31.8a 47.3b 0.85b
72 0.0d 0.0e 0.0e 0.0d 100.0a 1.00a
7~19.25 (CK) 100.0a 0.0e 0.0e 0.0d 0.0g 0.00f
XM 30 -3 24 57.0b 13.1c 13.2e 16.8a 0.0f 0.27e
48 37.2c 12.9c 23.2c 17.2a 9.5e 0.42d
72 4.2e 27.3b 28.9a 23.6a 16.0c 0.63c
-5 24 11.2d 32.2a 26.8b 15.5a 14.5d 0.56c
48 0.0f 5.4d 21.7d 27.5a 45.4b 0.83b
72 0.0f 0.0e 0.0f 0.0b 100.0a 1.00a
7~21 (CK) 100.0a 0.0e 0.0f 0.0b 0.0f 0.00f
YM 16: 扬麦 16 Yangmai 16; XM 30: 徐麦 30 Xumai 30. 同列不同字母表示同一品种不同处理间差异显著(P<0.05) Different small letters in the
same column meant significant difference among treatments for the same cultivar at 0.05 level. 下同 The same below.
71027期                李春燕等: 低温条件下拔节期小麦叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的变化       
表 2  拔节期低温胁迫对小麦叶片 ABA含量的影响
Table 2  Effect of low temperature stress on ABA content
in leaves of wheat at jointing stage (μmol·g-1 FM)
品种
Cultivar
温度
Temperature
(℃)
时间
Time
(h)
处理结束后天数
Days after treatment
0 3 6
YM 16 -3 24 5.59bc 7.70c 6.80a
48 6.21a 8.21ab 7.01a
72 5.33bc 8.44a 6.69a
-5 24 5.77ab 8.05b 6.64a
48 5.18cd 7.57c 5.74b
72 2.81e 2.63e 2.27d
7~19.25 (CK) 4.80d 4.86d 4.91c
XM 30 -3 24 6.15a 8.05a 6.39ab
48 5.77b 7.64ab 6.56a
72 5.35c 7.20b 6.07ab
-5 24 5.84b 7.71ab 5.89b
48 5.24c 7.48b 6.29ab
72 3.80e 2.90d 2.49d
7~21 (CK) 4.94d 5.13c 5.19c
2􀆰 2􀆰 2 GA3含量  由表 3 可知,低温胁迫结束当天,
叶片中 GA3含量较对照降低,随胁迫温度降低及时
间延长,降幅增大.两品种各处理间差异显著,徐麦
30叶片中 GA3含量显著低于扬麦 16.-5 ℃处理 72 h
使两品种叶片受冻严重,GA3含量显著下降,扬麦 16
和徐麦 30 叶片 GA3含量分别下降了 77. 2%和
46􀆰 6%.
处理结束后 3 d,除-5 ℃72 h 处理的 GA3含量
持续下降外,两品种各低温处理的 GA3含量均较处
理结束后当天升高,但仍低于对照,扬麦 16 -3 ℃
24 h、48 h处理间以及-5 ℃24 h、48 h处理间差异
表 3  拔节期低温胁迫对小麦叶片 GA3含量的影响
Table 3  Effect of low temperature stress on GA3 content in
leaves of wheat at jointing stage (mmol·g-1 FM)
品种
Cultivar
温度
Temperature
(℃)
时间
Time
(h)
处理结束后天数
Days after treatment
0 3 6
YM 16 -3 24 33.29b 38.83ab 40.32a
48 30.09cd 35.77cd 37.77c
72 25.54e 30.67e 37.54c
-5 24 31.37bc 37.55bc 38.5bc
48 28.22de 33.70d 39.16b
72 9.45f 1.47f 1.29d
7~19.25 (CK) 41.38a 40.95a 41.01a
XM 30 -3 24 22.32b 23.96ab 18.27b
48 20.13bc 22.22bc 17.16bc
72 17.01cd 20.42c 16.39bc
-5 24 20.86b 21.87bc 17.19bc
48 19.15bc 22.43bc 15.61c
72 14.58d 2.24d 1.88d
7~21 (CK) 27.30a 26.82a 26.59a
显著,徐麦 30 相同温度相应处理间差异不显著.处
理结束后 6 d,-5 ℃处理 72 h 叶片中 GA3含量持续
下降,两品种较对照分别下降了 96.9%和 92.9%,扬
麦 16其他处理 GA3含量较处理后 3 d 增加,-3 ℃
24 h轻度胁迫处理已恢复至对照水平,但徐麦 30
GA3含量较处理后 3 d 下降,-3 ℃处理的 3 个时段
和-5 ℃24 h处理间差异已不显著.
2􀆰 2􀆰 3 ZR 含量   由表 4 可知,低温胁迫结束后当
天,两品种除-5 ℃72 h处理的 ZR含量显著低于对
照外,其他低温处理的 ZR 含量均高于对照.随着处
理温度的降低及胁迫时间的延长,叶片中 ZR 含量
增加幅度总体降低(除扬麦 16 -3 ℃48 h 和-5 ℃
28 h处理).
处理结束后 3 d,两品种除-5 ℃72 h处理的 ZR
含量持续下降外,其他处理 ZR 含量均较处理结束
当天升高,两品种各处理间差异不显著,其中扬麦
16各处理 ZR含量较对照平均上升了 61.5%,徐麦
30较对照平均上升了 57.0%,说明低温胁迫下扬麦
16的应激效应使其 ZR 含量增幅大于徐麦 30.处理
结束后 6 d,两品种叶片 ZR 含量较处理结束后 3 d
显著下降,除-5 ℃72 h处理的 ZR含量显著低于对
照外,其他处理 ZR含量已接近对照水平.
2􀆰 3  拔节期低温对小麦叶片抗氧化酶活性的影响
2􀆰 3􀆰 1 SOD活性  由表 5可知,低温处理结束当天,
扬麦 16叶片-3 ℃24 h、48 h 和-5 ℃24 h 3 处理叶
片中 SOD 开始产生应激效应,SOD 活性呈上升趋
势,胁迫程度较重的-3 ℃72 h和-5 ℃48 h处理叶
表 4  拔节期低温胁迫对小麦叶片 ZR含量的影响
Table 4  Effect of low temperature stress on ZR content in
leaves of wheat at jointing stage (nmol·g-1 FM)
品种
Cultivar
温度
Temperature
(℃)
时间
Time
(h)
处理结束后天数
Days after treatment
0 3 6
YM 16 -3 24 25.39b 32.25a 21.68c
48 26.81a 33.49a 22.37b
72 22.14c 34.36a 21.41c
-5 24 25.94ab 33.12a 23.14a
48 22.77c 34.47a 21.27c
72 12.01e 6.41c 6.08d
7~19.25 (CK) 20.09d 20.77b 21.19c
XM 30 -3 24 27.70a 36.91a 22.67ab
48 26.21b 35.21a 23.73a
72 23.01c 34.46a 21.80ab
-5 24 26.66ab 35.64a 23.71ab
48 22.45c 35.98a 21.95ab
72 11.48d 4.97c 4.57c
7~21 (CK) 21.81c 22.70b 21.68b
8102 应  用  生  态  学  报                                      26卷
表 5  拔节期低温胁迫对小麦叶片 SOD活性的影响
Table 5  Effect of low temperature stress on SOD activity
in leaves of wheat at jointing stage (U·g-1 FM·h-1)
品种
Cultivar
温度
Temperature
(℃)
时间
Time
(h)
处理结束后天数
Days after treatment
0 3 6
YM 16 -3 24 623.74b 696.90b 585.24c
48 649.54a 692.66b 604.88b
72 557.52c 632.60c 612.58b
-5 24 626.44ab 718.46a 616.43b
48 503.23d 622.97d 633.37a
72 337.28e 239.87f 77.39d
7~19.25 (CK) 581.78c 583.32e 581.01c
XM 30 -3 24 668.41a 693.43a 594.87a
48 649.54ab 667.64c 600.64a
72 538.65d 626.05d 565.99b
-5 24 615.66bc 682.27b 589.09a
48 497.07d 616.04e 522.48c
72 376.17e 216.00g 50.82d
7~21 (CK) 590.63c 592.17f 592.94a
片中 SOD 活性低于对照处理,胁迫程度最重的
-5 ℃ 72 h处理叶片中 SOD 活性显著低于对照,说
明低温胁迫后 SOD 活性增强,当超过植株耐受力,
SOD活性显著下降,徐麦 30 各处理间 SOD 活性变
化趋势与扬麦 16基本一致.处理结束后 3 d,SOD活
性进一步升高,应激效应持续,除-5 ℃72 h处理外,
两品种其他处理 SOD活性均显著高于对照处理,扬
麦 16 平均增幅为 15. 3%,徐麦 30 平均增幅为
11􀆰 0%.处理结束后 6 d,SOD 活性较处理后 3 d 下
降,其中-5 ℃72 h 处理两品种下降幅度最大,说明
低温胁迫强度已超出植株耐受值,致使 SOD活性大
幅度下降,产生不可逆伤害,最终造成植株死亡,与
植株五级冻害症状一致.
2􀆰 3􀆰 2 POD活性  由表 6可知,低温处理结束当天,
除扬麦 16 -5 ℃ 72 h 处理与徐麦 30 - 3 ℃ 72 h、
-5 ℃48 h和 72 h 处理较对照显著下降外,其他处
理均较对照上升.处理结束后 3 d,扬麦 16 除-5 ℃
72 h 处理外,其他处理均显著高于对照,但处理间
差异不显著,徐麦 30除-5 ℃72 h处理外 POD活性
均高于对照处理.处理结束后 6 d,两品种叶片 POD
活性较处理后 3 d降低,扬麦 16 POD活性总体低于
对照(除-5 ℃ 48 h 处理),徐麦 30 除-5 ℃72 h 严
重胁迫处理外,其他处理 POD活性已接近对照且与
对照差异不显著.
2􀆰 3􀆰 3 CAT活性  由表 7 可知,拔节期低温胁迫结
束当天,除扬麦 16 -5 ℃72 h 处理与徐麦 30 -3 ℃
72 h处理、-5 ℃48 h、72 h处理显著低于对照外,其
他处理均较对照上升.处理结束后3 d,除-5 ℃ 72 h
表 6  拔节期低温胁迫对小麦叶片 POD活性的影响
Table 6  Effect of low temperature stress on POD activity
in leaves of wheat at jointing stage (U·g-1 FM·min-1)
品种
Cultivar
温度
Temperature
(℃)
时间
Time
(h)
处理结束后天数
Days after treatment
0 3 6
YM16 -3 24 66.04b 87.89a 48.38c
48 74.68a 89.61a 53.36ab
72 69.86ab 89.87a 49.27bc
-5 24 70.33ab 86.95a 50.16bc
48 56.82c 84.80a 56.32a
72 39.19d 26.54c 24.52d
7~19.25 (CK) 54.23c 54.82b 54.91a
XM 30 -3 24 64.24a 80.73a 64.66a
48 65.79a 77.24a 63.96a
72 53.93bc 64.95b 60.01a
-5 24 67.48a 74.69a 61.79a
48 51.69c 62.80b 54.79a
72 40.82d 23.56c 20.39b
7~21 (CK) 59.97ab 61.00b 61.20a
处理的 CAT 活性显著下降外,两品种的其他处理
CAT活性均显著高于处理结束当天.其中,扬麦 16
-3 ℃72 h处理的 CAT 活性最高,较对照上升了
44􀆰 9%,徐麦 30 -3 ℃24 h处理的 CAT活性最高,较
对照上升了 33.8%.处理结束后 6 d,CAT活性下降,
轻度胁迫和中度胁迫处理已接近对照,重度胁迫处
理显著低于对照.
2􀆰 4  植株抗寒指标的相关性
由表 8 可知,低温胁迫结束后第 3 天的小麦叶
片中 ABA、ZR 含量、SOD、POD 和 CAT 活性与冻害
指数呈显著或极显著负相关.在偏相关分析中,3种
表 7  拔节期低温胁迫对小麦叶片 CAT活性的影响
Table 7  Effect of low temperature stress on CAT activity
in leaves of wheat at jointing stage (U·g-1 FM·min-1)
品种
Cultivar
温度
Temperature
(℃)
时间
Time
(h)
处理结束后天数
Days after treatment
0 3 6
YM 16 -3 24 113.50ab 127.96b 87.55c
48 122.55a 135.41a 94.42ab
72 108.58bc 136.38a 77.90d
-5 24 118.36ab 122.86b 90.84bc
48 100.02cd 103.85c 97.70a
72 74.46e 50.45e 4.44e
7~19.25 (CK) 94.73d 94.13d 94.36ab
XM 30 -3 24 106.11a 127.01a 100.18a
48 109.21a 122.07a 96.29a
72 82.25c 102.78b 83.84ab
-5 24 109.60a 118.95a 95.73ab
48 64.49d 100.96b 72.34b
72 32.89e 17.55c 0.08c
7~21 (CK) 94.18b 94.94b 93.77ab
91027期                李春燕等: 低温条件下拔节期小麦叶片内源激素含量和抗氧化酶活性的变化       
表 8  低温胁迫结束后 3 d的小麦叶片冻害指数与内源激素含量、抗氧化酶活性的相关系数
Table 8  Correlation coefficients among freezing injury index, hormone contents and antioxidant enzyme activities in leaves
of wheat on the 3rd day after low temperature stress
项目
Item
冻害指数
Freezing
injury index
ABA GA3 ZR SOD POD CAT
冻害指数 Freezing injury index 0.221 0.480 0.310 -0.645∗ -0.263 -0.076
ABA -0.660∗ -0.075 0.630∗ 0.156 0.486 0.099
GA3 -0.544 0.877∗∗ -0.434 0.610∗ 0.745∗∗ -0.445
ZR -0.650∗ 0.975∗∗ 0.791∗∗ 0.591∗ -0.074 -0.187
SOD -0.733∗∗ 0.979∗∗ 0.875∗∗ 0.968∗∗ -0.296 0.301
POD -0.660∗ 0.958∗∗ 0.949∗∗ 0.892∗∗ 0.944∗∗ 0.554
CAT -0.734∗∗ 0.953∗∗ 0.858∗∗ 0.912∗∗ 0.952∗∗ 0.956∗∗
左三角为简单相关系数,右三角为偏相关系数 The triangular data on the left was simple correlation coefficient, and the triangular data on the right was
particle correlation coefficient. ∗P<0.05; ∗∗P<0.01.
内源激素与冻害指数间偏相关不显著,SOD 活性与
冻害指数呈显著的负偏相关关系,GA3含量与 SOD、
POD活性呈显著或极显著的偏相关, ZR 含量与
SOD活性呈显著偏相关.由此说明,在低温胁迫条件
下,植株中内源激素和抗氧化酶活性作为判别小麦
品种抗寒性的参考指标是可行的.
3  讨论与结论
3􀆰 1  不同抗寒性小麦品种拔节期低温受冻程度差异
小麦植株受冻逐步表现为叶尖退绿变黄、尖部
扭曲卷起、失水干枯、幼穗受冻呈现不透明枯白状、
植株出现生长停止等现象.研究表明,分蘖期-6 ℃
处理 24 h扬麦 16 未发生五级冻害,-10 ℃72 h 处
理植株全部冻死[14] .在本试验条件下,拔节期-3 ℃
低温胁迫 24 h后,扬麦 16有 11.2%的植株发生茎蘖
冻死的五级冻害,徐麦 30 无五级冻害症状,且冻害
指数低于扬麦 16.随着胁迫程度加重,植株冻害等级
和冻害指数相应增加,各处理间徐麦 30冻害指数均
低于扬麦 16,说明拔节期小麦抗寒性较分蘖期下
降,两品种间,徐麦 30的抗低温能力强于扬麦 16.当
-5 ℃胁迫 72 h,两品种植株茎蘖冻死率均达 100%,
说明低温强度均已超出两品种耐受程度,造成两品
种受冻死亡.
3􀆰 2  拔节期低温胁迫下小麦叶片内源激素含量与
抗氧化酶活性变化特征
植物内源激素是一类植物重要的生长调节物
质,它与植物的生长发育和抗逆性密切相关.本试验
结果表明,拔节期低温胁迫结束当天,扬麦 16 与徐
麦 30叶片中 ABA、ZR 含量随温度的降低、胁迫时
间的延长大体表现为先升高后降低的趋势,其中除
-5 ℃48 h 和 72 h 处理外,其他处理两激素含量均
高于对照,说明低温胁迫引起了植株的应激反应,这
与王兴等[5]、赵春江等[6]的研究结果基本一致;胁
迫结束后 3 d,应激效应持续,两激素含量较低温处
理结束当天升高,胁迫结束后 6 d,ABA、ZR 含量逐
渐下降,与对照处理差距缩小,植株生长进一步恢
复,而重度胁迫处理在胁迫结束后 3 和 6 d 呈持续
下降趋势,且激素含量显著低于对照,说明植株已受
到不可逆伤害,造成叶片中内源激素含量极低.有研
究指出,小麦在水分和干旱胁迫下,所有器官的 ZR
含量均低于对照处理[20],在本试验中,仅有重度胁
迫处理 ZR含量低于对照处理,这可能是由于植株
根系受到了严重的低温伤害,导致根部合成 ZR 的
能力下降,引起地上部植株 ZR含量降低.研究表明,
植物激素 GA3在提高植物抗低温和提高细胞骨架中
微管抗冷稳定性方面具有重要作用[21] .齐付国等[22]
研究表明,在低温胁迫条件下,小麦叶片中 GA3含量
明显比正常条件下低.本试验也表明,低温胁迫均引
起小麦叶片中 GA3含量下降,且随着处理温度的降
低以及胁迫时间的延长而持续下降,品种间,徐麦
30叶片中 GA3含量低于扬麦 16,且处理结束后 3 d
GA3含量升高,处理结束后 6 d GA3含量又降低,而
扬麦 16则一直呈增加趋势,这是否与两品种抗寒性
存在差异有关还有待进一步研究.
SOD、POD、CAT是植物细胞内清除活性氧过程
中最主要的抗氧化酶类,三者的协同作用可以使植
株在一定程度上减缓或防御低温胁迫[23-24] .本试验
结果表明,随着温度的降低、胁迫时间的延长,SOD、
POD、CAT活性呈上升趋势,但不同温度下的反应存
在差异,除-3 ℃ 72 h、-5 ℃ 48 h 和 72 h 处理酶活
性低于对照外,其他胁迫处理酶活性均高于对照.可
见,受冻程度轻或中等的植株已产生应激反应,酶活
性上升,但受冻程度重的植株体内酶活性则显著下
降,表明植株缓解活性氧伤害的能力已丧失.拔节期
0202 应  用  生  态  学  报                                      26卷
低温处理结束后 3 d,冻害程度轻的处理 SOD、POD、
CAT活性均较处理结束当天高,表现出持续的应激
效应,到处理结束后 6 d,三者活性水平较处理结束
后 3 d下降,表现为应激效应逐渐消失,逐步恢复到
对照水平.但严重受冻的处理,如-5 ℃48 h 和 72 h
处理的 SOD、POD、CAT 活性表现出持续下降趋势,
说明低温强度对两品种造成不可恢复的伤害.因此,
提高小麦植株体内细胞保护相关酶活性,对减轻低
温胁迫危害有积极作用[25] .
相关分析表明,小麦抗寒性与 ABA、ZR 含量呈
显著正相关,与 SOD、CAT呈极显著正相关,与 POD
呈显著正相关,内源激素与抗氧化酶间均呈极显著
正相关.有研究表明,施用钼肥能显著增加 ABA 水
平,促进 ABA 启动抗冷基因 (Wrab15、 Wrab17、
Wrab18和 Wrab19)表达,植株抗冷性增强[2];此外,
利用外源 ABA处理小麦植株,无论是低温还是常温
处理, 均能启动抗冷基因 ( Wrab15、 Wrab17 和
Wrab19)的表达[26] .除了 ABA 诱导抗冷基因的表达
外,低温条件下施用外源 GA3促进了水稻植株抗逆
蛋白 PBZ1 ( probenazole inducible protein ) 的 表
达[27],进一步证明了 ABA、GA3是抗冷基因表达的
启动因子.本试验中,两品种在低温胁迫条件下
ABA、GA3含量变化存在差异,其在诱导抗寒基因表
达量上是否也存在差异仍需进一步研究.
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作者简介  李春燕,女,1977 年生,博士,副教授. 主要从事
小麦高产栽培与生理生态研究. E⁃mail: licy@ yzu.edu.cn
责任编辑  张凤丽
2202 应  用  生  态  学  报                                      26卷