李卓夫，宋永超，陳露，王曉楠，付連雙，劉鑫

不同抗寒性小麥品種分蘗節(jié)低溫抗氧化效應(yīng)分析

李卓夫，宋永超，陳露，王曉楠，付連雙，劉鑫

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，哈爾濱150030）

冷凍逆境中清除活性氧（ROS）對(duì)小麥抗寒性具有重要作用。文章采用3個(gè)抗寒性不同小麥品種（東農(nóng)冬麥1號(hào)、濟(jì)麥22和中國(guó)春），通過(guò)人工冷凍和田間越冬試驗(yàn)，分析不同冷凍溫度下分蘗節(jié)中抗氧化物及H2O2、MDA變化，結(jié)果表明，隨著溫度下降，分蘗節(jié)H2O2含量持續(xù)上升，抗寒性強(qiáng)小麥品種H2O2含量較低；在＜-10℃之前MDA含量快速上升，表現(xiàn)應(yīng)激反應(yīng)，降低至較低水平，深度冷凍時(shí)含量上升，抗寒性強(qiáng)品種MDA含量低于不抗寒品種；分蘗節(jié)中POD酶活性和GSH含量在較高水平持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，抗寒品種高于不抗寒品種；SOD和CAT酶活性均快速上升后持續(xù)降低，CAT酶活性品種間差異顯著（P＜0.05）；在APX酶活性與ASA含量上，品種間差異在田間試驗(yàn)中保持至12月14日。H2O2含量持續(xù)上升與CAT和SOD酶活性下降有關(guān)。各抗氧化物質(zhì)均可防止脂質(zhì)過(guò)氧化，利于增強(qiáng)小麥抗寒性。小麥抗氧化物質(zhì)遺傳差異可作為培育強(qiáng)抗寒冬小麥品種選擇依據(jù)。

小麥品種；抗寒性；抗氧化物質(zhì)；H2O2；持續(xù)冷凍

冬小麥較春小麥增產(chǎn)潛力高、穩(wěn)產(chǎn)性好，但高寒地區(qū)冬小麥種植，須大幅度提高品種抗寒性。增強(qiáng)品種越冬期間活性氧（ROS）清除能力對(duì)提高小麥品種抗寒能力具有重要作用。低溫脅迫可增加植物體內(nèi)活性氧積累[1-2]。ROS包括超氧陰離子（O2-）、羥基自由基（OH）和過(guò)氧化氫（H2O2）等，其中H2O2是低溫脅迫中ROS主要成分[3]。低含量過(guò)氧化氫作為信號(hào)可調(diào)控生長(zhǎng)發(fā)育、啟動(dòng)脅迫應(yīng)答；積累量過(guò)高，對(duì)植物體內(nèi)生物大分子及器官造成氧化損傷，誘導(dǎo)植物細(xì)胞程序性死亡[3-4]?；钚匝蹩稍斐赡ぶ^(guò)氧化損傷，產(chǎn)生丙二醛（MDA）等代謝產(chǎn)物[5]。

植物抗寒性依賴活性氧清除系統(tǒng)，包括酶類物質(zhì)[6-7]（如過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）、過(guò)氧化物酶（POD）、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）、單脫氫抗壞血酸還原酶（MDHAR）、脫氧抗壞血酸還原酶（DHAR）和谷胱甘肽還原酶（GR）等）和非酶類物質(zhì)[8]（如抗壞血酸（ASA）、谷光甘肽（GSH）、維生素E和類胡蘿卜素等）。SOD、CAT和APX是重要活性氧清除酶，低溫下抑制抗氧化酶活性[7,9]。馮玉磊等研究表明低溫脅迫下冬小麥丙二醛含量增加，低返青率品種更明顯，SOD活性、ASA和GSH含量與MDA含量呈負(fù)相關(guān)[10]。拔節(jié)期遇低溫小麥葉片SOD、POD和CAT活性呈先升后降趨勢(shì)[11]。封凍期抗寒冬小麥品種中非酶類活性氧清除物質(zhì)GSH和ASA含量可作為冬小麥品種抗寒性評(píng)價(jià)指標(biāo)[12]。

目前冬小麥抗氧化方面研究多集中在活性氧清除系統(tǒng)或小麥其他時(shí)期活性氧清除酶活性和非酶類物質(zhì)相互間關(guān)系[7-8]。關(guān)于封凍期分蘗節(jié)活性氧清除物質(zhì)與活性氧含量間關(guān)系研究報(bào)道較少。本研究以3個(gè)抗寒性不同小麥品種為材料，分別在人工冷凍和田間自然越冬條件下測(cè)定小麥品種分蘗節(jié)中MDA、H2O2、GSH和ASA含量，SOD、POD、 APX和CAT活性，探討冷凍逆境下不同抗寒性小麥品種間抗氧化物質(zhì)與H2O2及MDA含量動(dòng)態(tài)變化和差異，分析抗氧化物質(zhì)與H2O2、MDA關(guān)系，研究小麥抗氧化能力提高內(nèi)在機(jī)制，為強(qiáng)抗寒冬小麥品種培育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料及處理

試驗(yàn)選取3份抗寒性不同小麥品種，分別為強(qiáng)抗寒冬小麥品種“東農(nóng)冬麥1號(hào)”（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥育種所培育，越冬返青率高于85%）、弱抗寒冬小麥品種“濟(jì)麥22”（山東省農(nóng)科院培育，黑龍江等高寒地區(qū)無(wú)法種植越冬）和不抗寒春小麥品種“中國(guó)春”（黑龍江冬季無(wú)法越冬）。采用3種冷凍試驗(yàn)，即田間自然越冬、人工快速冷凍和人工持續(xù)冷凍試驗(yàn)。

1.1.1 田間低溫馴化期和封凍期取材

將3個(gè)品種于2015年9月3日播種于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗(yàn)田。采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每品種播種20行，行長(zhǎng)5 m，株距2 cm，行距30 cm。每個(gè)取樣時(shí)間點(diǎn)各品種取樣30株，取3次重復(fù)。3個(gè)品種均于2015年9月22日出苗，待3葉1心期每隔15 d取樣1次，取樣日期分別為2015年10月15日、10月30日、11月14日、11月29日、12月14日、12月29日、1月13日，共7次，對(duì)應(yīng)日平均溫度分別為13、-2、-2.5、-11.5、-12、-19和-22.5℃（見圖1）。將取出植株清洗泥土，吸干水分，去除根部及葉片，留取分蘗節(jié)至基部葉部約2 cm處組織，-20℃保存?zhèn)溆?，人工冷凍試?yàn)植株同此處理。

1.1.2 室內(nèi)冷凍試驗(yàn)設(shè)計(jì)與取樣

于2015年6月至2016年1月東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院小麥實(shí)驗(yàn)室作盆栽冷凍試驗(yàn)。選取“東農(nóng)冬麥1號(hào)”“濟(jì)麥22”和“中國(guó)春”飽滿種子，以行距4 cm，株距3 cm，種植于白色塑料盆中，盆規(guī)格為60 cm× 30 cm×15 cm，放置于人工氣候箱中培養(yǎng)。光照強(qiáng)度2 000 lx，溫度和光周期為（晝）25℃12 h/（夜）18℃12 h。幼苗生長(zhǎng)至3葉1心期時(shí)將盆移至低溫光照培養(yǎng)箱中冷馴化處理，最大光照強(qiáng)度2 000 lx，溫度和光周期為（晝）10℃16 h/（夜）4℃8 h，冷馴化30 d后移至冰箱冷凍處理。

人工冷凍分為快速冷凍（處理Ⅰ，見表1）和持續(xù)冷凍（處理Ⅱ，見表2），各設(shè)5個(gè)冷凍溫度,每個(gè)溫度取3次重復(fù)。

圖1 大田試驗(yàn)取樣時(shí)期及氣溫變化Fig.1 Field test sampling period and temperature change

表1 處理Ⅰ樣品編號(hào)及處理Table 1 TestⅠsample number and treatment

表2 處理Ⅱ樣品編號(hào)及處理Table 2 TestⅡsample number and treatment

1.2生理指標(biāo)測(cè)定

丙二醛（MDA）測(cè)定參照文獻(xiàn)[13]中硫代巴比妥酸方法：三氯乙酸（TCA）研磨勻漿，4℃8 000 g離心10 min，吸取2 mL提取液上清，3次重復(fù)。加入2 mL 0.6%硫代巴比妥酸溶液，對(duì)照加2 mL 10% TCA，搖勻后于沸水中煮15 min，迅速置冰上終止反應(yīng)，4℃離心，取上清液測(cè)定450 nm波長(zhǎng)下吸光度值。

過(guò)氧化氫（H2O2）含量測(cè)定參考文獻(xiàn)[14]方法：取0.5 g冬小麥分蘗節(jié)，加入6 mL 5%（W/V）三氯乙酸勻漿研磨，4℃，10 000 r·min-1離心10 min，取1 mL上清酶提取液，加入0.1 mL 20%四氯化鈦濃鹽酸溶液和0.2 mL濃氨水，混合后18 000 r· min-1離心10 min，1 mol·L-1濃硫酸溶解沉淀后測(cè)定410 nm處吸光值，3次重復(fù)；

過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)定參考文獻(xiàn)[15]方法：取0.5 g冬小麥分蘗節(jié)，加入3 mL磷酸緩沖溶液（PBS）勻漿研磨，2 mL PBS混勻。4℃，10 000 r·min-1離心20 min，取上清液為SOD粗酶提取液，3次重復(fù)。取4支透明試管，2支作為對(duì)照，測(cè)定組依次加入1.5 mL PBS、0.3 mL甲硫氨酸、0.3 mL氮藍(lán)四唑、0.3 mL磷酸氫二鈉、0.3 mL核黃素、0.05 mL SOD粗酶提取液以及0.25 mL蒸餾水，反應(yīng)總體系3 mL，對(duì)照組采用PBS溶液代替SOD粗酶提取液，另外1支僅加緩沖液，用于調(diào)零?；靹蚝?，調(diào)零試管置于暗處，另外3支試管置于4 000 lx光照，25℃下反應(yīng)30 min。反應(yīng)結(jié)束后，黑布遮住各試管終止反應(yīng)，黑暗處以CK管調(diào)零，分別測(cè)定560 nm處吸光值。

超氧化物歧化酶活性（SOD）測(cè)定參考文獻(xiàn)[15]方法：取0.25 g分蘗節(jié)材料于研缽中，加2 mL PBS研磨成勻漿，4 000 r·min-1離心15 min，移上清至25 mL容量瓶中，多次清洗殘?jiān)貜?fù)上述操作，PBS溶液定容，3次重復(fù)。加入反應(yīng)混合液3 mL和1 mL PBS作為對(duì)照，加入混合液3 mL和酶液1 mL為測(cè)定組。立即計(jì)時(shí)，測(cè)定470 nm下吸光值，每分鐘讀數(shù)1次。

過(guò)氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定參考文獻(xiàn)[15]方法：取0.5 g樣品，加入2.5 mL PBS（pH=7.8）勻漿研磨，再加入2.5 mL PBS混勻，4℃，15 000 r·min-1離心15 min，取上清液備用，3次重復(fù)。加入3% H2O21 mL和H2O 1.95 mL，再加入0.05 mL酶提取液?jiǎn)?dòng)反應(yīng)。測(cè)定240 nm處吸光值的降低速度，測(cè)定1次·min-1，共4次，以每分鐘吸光值減少0.01定義為1個(gè)酶活力單位。

抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）活性測(cè)定采用文獻(xiàn)[16]方法：取0.25 g樣品液氮充分研磨，加入5 mL預(yù)冷PBS研磨勻漿，4℃，20 000 r·min-1離心15 min取上清，-20℃下保存?zhèn)溆?，重?fù)3次。酶反應(yīng)體系中包含50 mmol·L-1PBS（pH 7.0），0.1 mmol·L-1的EDTA-Na2，0.3 mmol·L-1ASA。每3 mL反應(yīng)液加入0.1 mL粗酶提取液，最后加入H2O2（20μL 90 mmol·L-1）啟動(dòng)反應(yīng)。10 s開始測(cè)定吸光值，每10 s讀數(shù)1次，測(cè)定10 s～60 s吸光值。

抗壞血酸（ASA）含量測(cè)定參考文獻(xiàn)[17]方法：取0.3 g分蘗節(jié)在5 mL預(yù)冷6%TCA溶液中研磨勻漿，2℃，15 600 r·min-1離心10 min，取上清液備用，3次重復(fù)。取1 mL上清酶液，加入1.0 mL 5% TCA 1.0 mL乙醇，0.5 mL 0.4%磷酸-乙醇，1.0 mL 0.5%BP-乙醇，0.5 mL 0.03%三氯化鐵三氯化鐵-乙醇，總體積5 mL。混勻后于30℃水浴90 min，測(cè)定525 nm處吸光值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中ASA含量。

GSH測(cè)定參考文獻(xiàn)[18]方法：取0.3 g冬小麥分蘗節(jié)于5 mL預(yù)冷7%磺基水楊酸溶液研磨勻漿，3次重復(fù)，4℃，12 000 r·min-1離心10 min。在0.1 mL上清酶提取液中加入2.0 mL 0.2 mol·L-1的PBS（含EDTA，pH 7.2）溶液，0.3 mL 0.2 mmol·L-1NADPH，0.3 mL 1U谷胱甘肽還原酶，0.3 mL 1 mmol·L-1DTNB溶液，置于27℃水浴30 min后測(cè)定412 nm處吸光值。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品GSH含量。

1.3數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和DPS 7.05軟件作數(shù)據(jù)處理，Office PowerPrint 2007和Excel 2007完成圖片和表格繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1低溫下過(guò)氧化氫含量動(dòng)態(tài)變化

本研究檢測(cè)低溫試驗(yàn)中各處理不同小麥品種分蘗節(jié)中H2O2含量，結(jié)果見圖2，三個(gè)低溫處理試驗(yàn)中各品種H2O2含量間差異顯著（P＜0.05），隨著冷凍溫度下降各品種H2O2含量持續(xù)升高，但升高幅度不同，表現(xiàn)為品種抗寒性越強(qiáng)，H2O2含量越低?？焖倮鋬龊统掷m(xù)冷凍試驗(yàn)中，三個(gè)品種H2O2含量變化幅度為0.65～5.76μmol·g-1FW，大田試驗(yàn)中變化幅度為2.56～12.33μmol·g-1FW；深度冷凍與冷凍前H2O2含量比較發(fā)現(xiàn)，中國(guó)春和濟(jì)麥22遠(yuǎn)高于東農(nóng)冬麥1號(hào)，快速冷凍處理下中國(guó)春、濟(jì)麥22和東農(nóng)冬麥1號(hào)分別增加7.78、8.09和5.46倍；持續(xù)冷凍處理下三品種分別增加7.09、7.74和4.83倍；大田試驗(yàn)中，三品種分別增加4.82、4.14和3.75倍。

結(jié)果表明，在低溫冷凍條件下，冬小麥分蘗節(jié)中H2O2含量雖持續(xù)升高，但不同抗寒性品種間在過(guò)氧化氫積累量和增加幅度上差異顯著（P＜0.05），表現(xiàn)為抗寒性越強(qiáng)品種，H2O2積累量越少；而與非冷凍處理相比，深度冷凍時(shí)抗寒性越強(qiáng)品種，H2O2增加幅度越小。

圖2 不同品種間H2O2含量變化Fig.2 Changes of H2O2content in different varieties

2.2低溫下丙二醛含量動(dòng)態(tài)變化

丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物，反映植物逆境脅迫后機(jī)體受活性氧損害程度，本研究采用丙二醛作為冷凍條件下植株受傷害程度指標(biāo)，結(jié)果見圖3。圖3中與大田試驗(yàn)結(jié)果不同，快速冷凍和持續(xù)冷凍處理下，三個(gè)品種MDA含量變化范圍為10～35μmol·g-1，而在大田試驗(yàn)中，丙二醛含量變化范圍為3～33μmol·g-1。在田間封凍初期各品種丙二醛含量較低，而在-10℃下,各品種丙二醛含量均快速升高，為小麥對(duì)較低溫應(yīng)激反應(yīng)；隨冷凍溫度繼續(xù)下降，不同抗寒性品種間丙二醛含量差異逐漸加大，品種間顯著差異出現(xiàn)在1月13日，日平均氣溫降至-22.5℃時(shí)。在深度冷凍情況下，抗寒品種丙二醛含量低。在快速冷凍和持續(xù)冷凍處理下，東農(nóng)冬麥1號(hào)丙二醛含量在低值水平上緩慢上升，中國(guó)春在高值水平上緩慢上升，而濟(jì)麥22則由低值到高值快速上升。丙二醛含量反映低溫脅迫下品種間膜脂損傷程度和修復(fù)程度差異，結(jié)果表明抗寒品種膜受損傷程度低，損傷后修復(fù)較快。

圖3 不同品種間的丙二醛含量變化Fig 3 Changes of MDA content in different varieties

2.3低溫大田試驗(yàn)中抗氧化物質(zhì)含量變化與H2O2、MDA關(guān)系

由圖2、3結(jié)果可知，不論快速冷凍還是持續(xù)冷凍試驗(yàn)，過(guò)氧化氫含量變化與田間試驗(yàn)趨勢(shì)一致，而丙二醛含量變化存在差異。田間試驗(yàn)結(jié)果可更準(zhǔn)確反映品種差異，本研究分別檢測(cè)田間不同時(shí)期各品種分蘗節(jié)抗氧化物質(zhì)（POD、APX、SOD、CAT、ASA和GSH）含量，結(jié)果見圖4。

圖4h中MDA含量說(shuō)明膜脂過(guò)氧化程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)程度，抗氧化酶活性和非酶類抗氧化物質(zhì)含量變化與MDA關(guān)系可反映抗氧化物質(zhì)對(duì)膜系統(tǒng)保護(hù)及損傷后修復(fù)作用。與圖4h相比，圖4a中，品種抗寒性越強(qiáng)，POD酶活性越高，丙二醛含量越低。冷凍溫度越低，品種間差異越顯著，說(shuō)明過(guò)氧化物酶對(duì)防止膜脂過(guò)氧化具有重要作用。

由圖4可知，隨著冷凍溫度降低，各品種CAT活性先升后降；SOD活性不斷下降；GSH含量上越冬性品種高于中國(guó)春；ASA含量和APX酶活性上，東農(nóng)冬麥1號(hào)變化幅度大，封凍中期高于不抗寒品種，APX酶活性動(dòng)態(tài)變化與ASA變化相似。POD酶活性及GSH含量在抗寒品種中持續(xù)較高，APX酶活性及ASA含量在封凍中期保持較高水平。

綜上可知，SOD活性隨著冷凍溫度下降而降低，由于SOD在歧化O2-產(chǎn)生H2O2反應(yīng)中發(fā)揮作用，SOD活性降低使該途徑中H2O2下降，而實(shí)際檢測(cè)H2O2含量持續(xù)升高，說(shuō)明在冷凍條件下，存在其他H2O2產(chǎn)生途徑。冷凍程度對(duì)于H2O2清除酶（POD和CAT）活性具有強(qiáng)烈抑制作用，其活性降低必然影響H2O2清除效果。POD和CAT活性在11月29日（-11.5℃）之前保持較高水平，但不足以完全清除H2O2。在冷凍溫度為-12～-23℃區(qū)間，隨著溫度降低，POD和CAT活性持續(xù)降低，不利于H2O2清除。GSH和ASA含量及APX活性變化與過(guò)氧化氫關(guān)系不明顯，但不同品種間差異上，APX活性及ASA和GSH含量與MDA含量在12月14日（-12℃）后關(guān)系密切，品種APX活性強(qiáng)，ASA及GSH含量高，MDA含量低，東農(nóng)冬麥1號(hào)尤為明顯；中國(guó)春品種APX活性低，ASA和GSH含量越低，MDA含量越高，說(shuō)明APX、ASA和GSH對(duì)膜脂抗氧化具有重要作用。

圖4 田間試驗(yàn)中抗寒指標(biāo)變化Fig.4 Changes of cold-resistance index in field test

3 討論與結(jié)論

封凍期冬小麥分蘗節(jié)產(chǎn)生ROS主要部位為線粒體和過(guò)氧化氫酶體，H2O2存在時(shí)間遠(yuǎn)長(zhǎng)于O2-[19]。因此，冷馴化條件下可檢測(cè)H2O2大量積累[20]。但同類研究中多以MDA等作為抗寒指標(biāo)。隨著冷凍溫度持續(xù)下降，不同抗寒性小麥品種在H2O2含量變化上均表現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，隨著冷凍程度加劇品種間H2O2含量差異幅度增加。與預(yù)期不同，不同越冬性品種在H2O2含量上，并未表現(xiàn)冷凍后隨活性氧清除物質(zhì)增加而下降趨勢(shì)。與鄭建樹研究結(jié)果一致，佛手幼苗從25～45℃隨溫度升高H2O2含量持續(xù)上升[3]。說(shuō)明在極端溫度下植物可大量積累H2O2。H2O2是多途徑產(chǎn)生活性氧類別，SOD歧化O2-反應(yīng)、質(zhì)膜NADPH氧化酶催化反應(yīng)和過(guò)氧化物體脂肪酸β-氧化反應(yīng)均產(chǎn)生大量H2O2[21]。低溫條件下SOD在歧化O2-產(chǎn)生H2O2反應(yīng)中發(fā)揮作用，但冷凍溫度引起SOD活性降低并未使H2O2總含量下降。

POD和CAT是清除H2O2主要酶，但本研究中酶活性均受深度冷凍強(qiáng)烈抑制，不利于H2O2清除。不同抗寒性小麥品種間，POD和CAT活性高品種，H2O2含量較低，說(shuō)明通過(guò)遺傳改良，提高POD和CAT活性有利于降低H2O2含量，提高冬小麥抗寒性。CAT對(duì)H2O2親和力較低，僅在H2O2含量較高時(shí)作用明顯[22]。溫度過(guò)低CAT活性受到抑制，即使H2O2濃度較高，CAT也難以發(fā)揮清除H2O2作用。H2O2含量調(diào)控過(guò)程復(fù)雜，抗氧化酶類及物質(zhì)均有不同程度貢獻(xiàn)，分析探討相互間關(guān)系可為抗寒育種提供重要依據(jù)及抗逆思路。

丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化重要產(chǎn)物，在遭遇低溫?fù)p害時(shí)，抗寒性強(qiáng)品種MDA含量較低，抗寒性弱品種MDA含量較高[23]。馮玉磊等對(duì)冬小麥返青期分蘗節(jié)中SOD活性，MDA、ASA和GSH含量變化研究結(jié)果表明，冬小麥葉鞘中MDA含量在降溫后增加，其含量與返青率呈正相關(guān)[10]。本研究中不同冷凍處理下MDA含量變化與H2O2不同，表現(xiàn)為輕度冷凍溫度下MDA含量快速提高，品種間無(wú)差異。與齊代華等對(duì)長(zhǎng)葉竹柏低溫下MDA變化研究結(jié)果一致，屬于低溫應(yīng)激反應(yīng)，深度冷凍時(shí)，MDA含量大幅降低后逐漸上升，品種抗寒性越強(qiáng)其含量越低[24]。POD活性和GSH、MDA含量變化關(guān)系密切，表現(xiàn)為POD活性越強(qiáng)，GSH含量越高，MDA含量越低。提高品種POD活性和GSH含量，減輕活性氧對(duì)膜脂損傷，有利于增強(qiáng)小麥抗寒能力。深度冷凍條件下MDA含量也可作為選育強(qiáng)抗寒小麥品種重要依據(jù)。

正常情況下SOD活性越高，植物抗氧化能力越強(qiáng)。隨著逆境持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)或程度加劇，SOD活性表現(xiàn)多種動(dòng)態(tài)特征，如一直下降、先降后升或者保持不變[25-26]。干旱逆境下水稻SOD、POD和APX活性隨干旱持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)而上升[27]。而本研究中，在低溫脅迫下，SOD、CAT和APX酶活性呈先升后降或持續(xù)下降趨勢(shì)，這與冬小麥及其冷凍溫度有關(guān)，黑龍江地區(qū)冬季地表溫度達(dá)-20℃以下。溫度降至-10℃以下后抗氧化酶活性下降，與馬光等對(duì)觀賞羽衣甘藍(lán)抗寒研究結(jié)果類似，-10℃為觀賞羽衣甘藍(lán)SOD活性調(diào)節(jié)臨界值[28]。

結(jié)合本試驗(yàn)中各抗氧化物質(zhì)與H2O2及MDA關(guān)系發(fā)現(xiàn)，綜合運(yùn)用遺傳改良相關(guān)技術(shù)，包括分子生物學(xué)研究成果及基因工程技術(shù)，增強(qiáng)植株低溫下抗氧化酶活性和非酶類物質(zhì)高水平持續(xù)能力是提高冬小麥耐寒性有效途徑。本研究揭示封凍期冬小麥分蘗節(jié)活性氧變化特征及抗氧化物質(zhì)協(xié)同變化對(duì)清除活性氧、減輕活性氧對(duì)膜脂過(guò)氧化損傷作用。后續(xù)仍需檢測(cè)更多相關(guān)生理指標(biāo)，結(jié)合冬小麥封凍期轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)，從轉(zhuǎn)錄組水平上印證抗氧化物質(zhì)關(guān)系，進(jìn)一步挖掘潛在抗氧化功能基因，全面解析其ROS清除機(jī)制，為冬小麥耐寒性育種提供依據(jù)。

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Analysis of anti-oxidant effects of crowns in different freezing tolerant wheat cultivars under low temperature treatments/

LIZhuofu,SONG Yongchao, CHEN Lu,WANG Xiaonan,FU Lianshuang,LIU Xin
(School of Agriculture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China)

ROS scavenging played a significant role in wheat freezing resistant under freezing stress.Previous studies focused much on the changes of ROS scavenging agents,and few researches reported on.In this study,we applied artificial cold treatment in the experiment and natural overwintering treatment in the field to assay the variation of the antioxidants,H2O2and MDA among three wheat varieties(Dongnong-dongmai1,Jimai22 and Chinese Spring)under freezing stress.With the temperature decrease,the content of H2O2in the tillering node showed a steady rising trend,and the strong cold hardiness cultivar had lower H2O2compared to cold sensitive cultivar.MDA had a quick increase by cold stimulation upon-10℃,manifested as a stress and then desending to a lower level,and strong cold hardiness cultivar showed a lower content compared to cold sensitive cultivar when the temperature continually fell.POD enzyme activities and GSH content in the crown showed a higher level in strong cold hardiness cultivar than those in cold sensitive cultivar.The enzyme activities of SOD and CAT had a quickincrease then a decrease trend,and showed obvious differences among wheat varieties（P＜0.05）. APX enzyme activities and ASA content showed a distinct fluctuation among wheat varieties until Dec.14 in field test.These results indicated the increased H2O2had a relationship with the decreased enzyme activities of CAT and SOD.In addition,the antioxidants produced positive effect on avoiding lipid peroxidization,and had benefit on plant cold resistance.The differences among wheat varieties could be used as references for winter wheat breeding.

wheat cultivar;freezing tolerance;antioxidant agents;H2O2;extending freezing

S512.1

A

1005-9369（2017）07-0001-09

時(shí)間2017-7-12 11:19:27[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170712.1119.004.html

李卓夫,宋永超,陳露,等.不同抗寒性小麥品種分蘗節(jié)低溫抗氧化效應(yīng)分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2017,48(7):1-9.

LiZhuofu,Song Yongchao,Chen Lu,etal.Analysis ofanti-oxidant effects of crowns in different freezing tolerant wheat cultivars under low temperature treatments[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(7):1-9.(in Chinese with English abstract)

2017-04-14

黑龍江省博士后科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目（LBH-Q14026）；東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)科團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目

李卓夫（1957-），男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾←溸z傳育種，E-mail:zflicn@163.com