外源NO缓解小麦幼苗盐胁迫的效应与花后盐渍对小麦产量的影响研究

【摘要】： 种子萌发、幼苗生长以及灌浆期是小麦一生的重要生育阶段,对盐胁迫反应较为敏感,促进盐胁迫下小麦种子萌发和幼苗建成,提高小麦花后耐盐渍能力,对于提高盐渍逆境下小麦产量形成有重要意义。本文以小麦品种扬麦12和淮麦17为材料,用0.1 mmol L-1NO供体硝普钠(SNP)进行预浸种处理20小时,研究了NO对盐胁迫下小麦种子萌发和幼苗生长的缓解效应,并在盆栽条件下,从花后7天进行渍水、盐胁迫和盐渍双重胁迫处理,处理5天,研究盐渍逆境条件对小麦籽粒产量形成的影响。主要研究结果如下： 1.外源NO对盐胁迫下小麦种子萌发与线粒体抗氧化代谢的影响。在300 mmolL-1 NaCl胁迫下,外源NO显著提高了小麦种子发芽率、胚根、胚芽鞘干重,减小剩余种子的干重。外源NO还提高了种子呼吸速率,促进三磷酸腺苷(ATP)合成,进而提高种子淀粉酶活性,加速淀粉降解,促进可溶性总糖合成。同时,外源NO也显著促进蛋白质降解,加速氨基酸合成；外源NO提高种子线粒体中超氧岐化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性,抑制超氧阴离子(O2-·)产生速率,减少H2O2和丙二醛(MDA)的积累；此外,外源NO降低Na+含量,促进K+吸收,保持较高的K+/Na+比。 2.外源NO对盐胁迫下小麦幼苗碳氮代谢及抗氧化系统的影响。在120 mmol L-1NaCl处理下,小麦幼苗叶片叶绿素和类胡萝卜素含量显著降低,可抑制可溶性糖、可溶性蛋白质合成降低,从而影响小麦幼苗生长,降低物质积累。NO预处理能有效地抑制盐胁迫下小麦幼苗叶片O2-·释放和H2O2积累,提高SOD和CAT活性,降低MDA含量,从而减轻膜脂过氧化反应；外源NO还提高叶绿素、类胡萝卜素含量,加快可溶性总糖合成,促进小麦幼苗叶片碳代谢；此外,NO预处理也显著提高叶片可溶性蛋白含量,以及内肽酶和羧肽酶活性,加快氨基酸合成。因此,外源NO有利于促进盐胁迫下小麦植株生长,提高小麦幼苗株高、鲜重和干重。 3.花后盐渍对小麦旗叶光合特性及叶绿体内抗氧化系统和ATP合成的影响。花后渍水、盐胁迫、盐渍降低了小麦旗叶净光合速率,气孔导度、蒸腾速率和瞬时水分利用率,并以盐胁迫和盐渍双重胁迫的效应更为显著。研究还发现,花后10天渍水、盐胁迫以及盐渍处理对旗叶净光合速率略有降低,这主要与气孔导度的下降有关,而花后18天时,盐胁迫与盐渍双重处理下净光合速率的降低则是由非气孔限制因素引起的。花后10天时,渍水、盐胁迫以及盐渍逆境均没有显著降低实际光化学效率((ΦPSⅡ)、最大光化学效率(Fv/Fm)、光化学促灭系数(qP),而显著提高了非光化学猝灭(NPQ)；而花后18天时,盐胁迫和盐渍处理显著降低了Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP,而显著提高了NPQ,表明此时旗叶PSⅡ反应中心已受到严重破坏。单一渍水处理也明显降低了旗叶净光合速率,但主要与叶片叶绿素含量下降和吸收光能的热耗散增加(NPQ的升高)有关。盐胁迫和盐渍处理显著提高了叶绿体中H2O2、O2-·以及MDA含量,而显著降低了叶绿体中SOD、POD和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性。盐胁迫和盐渍处理还显著降低叶绿体上的Mg2+-ATP和Ca2+-ATP酶活性,从而抑制了ATP合成。渍水处理也有相近的效应,但其对叶片的伤害程度远低于盐胁迫和盐渍处理。 4.花后盐渍对小麦碳氮代谢与K+/Na+平衡的影响。盐胁迫和盐渍处理显著降低了营养器官和籽粒可溶性糖、蔗糖以及茎鞘果聚糖的含量；盐胁迫和盐渍处理提高了小麦旗叶、其余叶中游离氧基酸含量,但却降低了茎鞘、颖鞘、穗轴和籽粒中游离氨基酸含量,导致了糖/氨比(C/N)下降。花后渍水轻微地降低了营养器官和籽粒中糖、氨基酸合成,从而也导致糖/氨比(C/N)下降。盐胁迫和盐渍处理还显著提高了小麦各器官中Na+含量,而K+含量下降,导致K+/Na+比降低。 5.花后盐渍对小麦产量、品质的影响。花后渍水、盐胁迫和盐渍处理显著降低小麦花前贮藏氮素(花前贮藏干物质)运转量和花后同化氮素(花后同化物)输入籽粒量,从而导致小麦籽粒产量、蛋白质以及淀粉产量显著下降,尤以盐胁迫和盐渍处理更为严重。盐胁迫和盐渍处理能够明显降低小麦籽粒蛋白质积累量和籽粒淀粉积累量及淀粉组分含量与直／支链淀粉比。渍水处理也降低了两小麦品种籽粒蛋白质和淀粉积累量。 综上所述,外源NO能显著增强高盐胁迫下萌发种子呼吸速率,促进淀粉和蛋白质降解,增强糖和氨基酸的合成；外源NO也提高了线粒体抗氧化能力,从而降低线粒体活性氧(O2-·、H2O2)积累；外源NO还有利于维持种子Na+和K+离子平衡。此外,NO预处理能显著提高低盐胁迫下幼苗叶片抗氧化酶SOD、CAT以及蛋白水解酶活性,抑制活性氧(O2-·、H2O2)积累,维持较高的色素含量,促进可溶性总糖和可溶性蛋白积累,从而维持盐胁迫下幼苗叶片碳氮代谢的正常运行,缓解了盐胁迫对小麦幼苗的伤害。渍水、盐胁迫和盐渍处理降低了小麦光合作用,抑制了植株碳氮代谢,增强了小麦植株Na+积累,K+/Na+平衡失调,致使植株提前衰老,灌浆期缩短,进而降低了小麦籽粒产量,改变了小麦品质。本研究中,盐害和盐渍的负效应大于渍水。