王傳凱　郭淼　楊青華

摘要：采用雙因素的控制性試驗研究了溫度（15、20、25、30 ℃）和光照度[50、100、150、200 μE/（m2·s）]以及二者的交互作用對春小麥生長和生化組成的影響。結(jié)果表明，溫度、光照度及兩者的交互作用對春小麥幼苗生長及生化組成均具有明顯的影響。春小麥在25 ℃和30 ℃下種子萌發(fā)和幼苗生長各指標較高，隨著溫度的升高，達到最大生長速率所需要的光照度有上升趨勢，在15 ℃和20 ℃下，較高的光照度對春小麥種子萌發(fā)和幼苗生長產(chǎn)生了一定抑制作用，而在20 ℃和25 ℃下，其種子萌發(fā)和幼苗生長各指標總體隨光照度的增加而增加。春小麥種子浸提液電導率和MDA含量的變化趨勢相一致，在相同光照度下，春小麥種子浸提液電導率和MDA含量均隨著溫度的升高呈上升趨勢。雙因子方差分析表明，溫度和光照度對春小麥葉綠素a和葉綠素b含量影響極顯著（P<0.01），并且葉綠素a和葉綠素b含量隨著溫度和光照度呈一致的變化趨勢，其中光照度的影響大于溫度，總體上，葉綠素a和葉綠素b含量均隨著光照度的升高而顯著下降，隨著溫度的升高而升高。春小麥碳水化合物含量隨著光照度的升高而升高，而溫度對碳水化合物含量影響不顯著（P>0.05）。春小麥蛋白質(zhì)含量隨著光照度的增加而顯著下降，隨著溫度的繼續(xù)升高，蛋白質(zhì)含量呈先增加后降低趨勢。相關(guān)性分析表明，在同一溫度和光照條件下，春小麥生長指標與MDA含量和相對電導率呈顯著或極顯著的負相關(guān)關(guān)系，可以推測，在溫度和光照的影響下，春小麥幼苗MDA含量和相對電導率能夠作為其生長的指示性指標。綜合來看，光照度和溫度可改變春小麥幼苗生長及生化組成，這種改變可能是春小麥為了適應(yīng)環(huán)境因子改變而作出的積極的生理調(diào)節(jié)，對其生長和生存具有重要的生態(tài)意義。

關(guān)鍵詞：春小麥；溫度；光照度；幼苗生長；生化組成

中圖分類號： S512.1+20.1文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）15-0069-05

春小麥是一種優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源，因其良好的豐產(chǎn)性、抗逆性、高品質(zhì)、類型多、用途廣而深受農(nóng)民和科研工作者的喜愛[1-2]；同時對于調(diào)節(jié)氣候和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有極其重要的意義[3]。高溫常伴隨陰雨寡照天氣，極大地影響了春小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)[4]。研究表明，近40年來長江下游平原春小麥生長季出現(xiàn)了明顯的增溫現(xiàn)象，并伴隨日照時數(shù)的顯著降低，春小麥氣候產(chǎn)量呈下降趨勢，并且這種趨勢越來越明顯[5-6]。長期以來，針對小麥不同生育期、不同品種、不同穗型、不同海拔及模擬酸雨等對春小麥進行了許多研究，而在全球氣候變化背景下春小麥的生長特性及生化特性顯得更加重要，不僅可以加深對其生理特性、生態(tài)適應(yīng)、生產(chǎn)潛能的系統(tǒng)認識，而且可以為其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)。近年來國內(nèi)已經(jīng)針對CO2、光照、溫度和降水等氣候因子對春小麥生產(chǎn)的影響進行了研究[7-8]，但溫度和光照以及二者的交互作用對春小麥幼苗生長和生化組成影響的研究還鮮有報道。本研究試圖在前人研究的基礎(chǔ)上，采用雙因素的控制性試驗研究溫度（15、20、25、30 ℃）和光照度[50、100、150、200 μE/（m2·s）]對春小麥幼苗生長和生化組成的影響，從幼苗生長和生化等方面揭示春小麥對氣候變化的響應(yīng)機制，以期為實現(xiàn)全球氣候變化背景下春小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供科學依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗材料

供試春小麥品種為鄭州902號，由河南省農(nóng)業(yè)科學院提供[千粒質(zhì)量為（51.4±2.3） g]，安全貯存6個月使種子度過休眠期，除去表面附著物，挑選籽粒飽滿、無病蟲害和機械損傷、大小均勻、色澤一致的種子，用3%的H2O2消毒5 min，蒸餾水反復沖洗后常溫條件下放置24 h備用。試驗前在室內(nèi)水族箱中適應(yīng)1周，適應(yīng)期水溫（20±0.5）℃，鹽度 2.9%～3.1%，pH值7.9～8.2，光照度100 μE/（m2·s）。

1.2試驗設(shè)計和方法

試驗設(shè)置4個溫度水平（15、20、25、30 ℃）和4個光照水平[50、100、150、200 μE/（m2·s）]，共16個處理，每個處理5個重復。試驗期間的鹽度、pH值和光周期與預培養(yǎng)條件相同。

2015年4月選取上述預處理后的種子，整齊排列在鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個培養(yǎng)皿100粒（共16×5=80個培養(yǎng)皿），保持濾紙的相對濕潤，每3 d更換1次濾紙，相對濕度控制在75%～80%。

連續(xù)培養(yǎng)觀察逐日記錄種子萌發(fā)數(shù)目，發(fā)芽以突破種皮的胚軸長度達到真種子自身的長度為標準。每天觀察、統(tǒng)計并記錄種子發(fā)芽數(shù)，按國家種子質(zhì)量檢驗標準，第3天統(tǒng)計發(fā)芽率，第7天統(tǒng)計發(fā)芽勢，第12天隨機挑選每個處理下的15粒發(fā)芽種子測量胚根和幼苗長度（mm）、鮮質(zhì)量（g）和干質(zhì)量（g），并計算各處理下春小麥種子的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)。

1.3試驗指標測定

取培養(yǎng)第12天的春小麥幼苗葉片，混合液浸提法測定葉綠素含量；電導法測定相對電導率；硫代巴比妥酸（TBA）[11]法測定丙二醛（MDA）含量。碳水化合物含量采用蒽酮法測定；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍法測定，以牛血清白蛋白作標準。碳水化合物和蛋白質(zhì)的含量以占春小麥干質(zhì)量的百分含量表示，葉綠素a和葉綠素b含量以占春小麥濕質(zhì)量的百分含量表示，測定用春小麥的水分含量在82%～86%，以上各指標均取3份平行樣品測量。

2結(jié)果與分析

2.1溫度和光照度對春小麥種子萌發(fā)的影響

表1統(tǒng)計了不同溫度和光照度對春小麥種子萌發(fā)各指標的影響。由表1可知，溫度和光照度對春小麥種子萌發(fā)具有明顯的影響，其中在溫度影響下，春小麥種子萌發(fā)各指標變化幅度高于光照度處理下春小麥種子萌發(fā)各指標的變化幅度，由此可知，溫度對春小麥的影響作用大于光照度，而二者的交互作用也比較明顯；在相同溫度水平下，春小麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)隨著光照度的增加而增加；在同一光照度下，春小麥種子在25 ℃和30 ℃處理下生長較快，顯著高于15 ℃和20 ℃的處理，春小麥種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均隨著溫度的升高呈上升趨勢，但在溫度15 ℃和20 ℃處理下，較高的光照度[200 μE/（m2·s）]對春小麥種子萌發(fā)產(chǎn)生了一定抑制作用，而在20 ℃和25 ℃處理下，其生長速率總體隨光照度的增加而增加，也即較高的光照度在較高的溫度條件下并沒有對春小麥種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用。endprint

2.2溫度和光照度對春小麥幼苗生長的影響

表2統(tǒng)計了不同溫度和光照度對春小麥幼苗生長各指標的影響。由表2可知，溫度和光照度對春小麥幼苗生長各指標具有明顯的影響，其中在光照度影響下，春小麥幼苗生長各指標變化幅度高于溫度處理下春小麥幼苗生長各指標的變化幅度，由此可知，光照度對春小麥幼苗生長各指標的影響作用大于溫度，而二者的交互作用也比較明顯；在相同溫度水平下，春小麥幼苗胚根長、胚根干質(zhì)量和地上干質(zhì)量隨著光照度的增加而增加，而根冠比隨著光照度的增加而減??；在同一光照度下，春小麥種子在25 ℃和30 ℃處理下，胚根長、胚根干質(zhì)量和地上干質(zhì)量較大，并且顯著高于15 ℃和20 ℃的處理，春小麥幼苗胚根長、胚根干質(zhì)量和地上干質(zhì)量均隨著溫度的升高呈上升趨勢，但在溫度15 ℃和20 ℃處理下，較高的光照度[200 μE/（m2·s）]對春小麥種子幼苗產(chǎn)生了一定抑制作用，而在20 ℃和25 ℃處理下，其幼苗生長各指標總體隨光照度的增加而增加，根冠比隨著光照度的增加而減小。

2.3溫度和光照度對幼苗丙二醛和相對電導率的影響

由圖1可知，春小麥種子浸提液電導率和丙二醛（MDA）含量的變化趨勢相一致，其中在光照度影響下，春小麥種子浸提液電導率和丙二醛（MDA）變化幅度高于溫度處理下的變化幅度，由此可知，光照度對春小麥種子浸提液電導率和丙二醛（MDA）含量的影響作用大于溫度，而二者的交互作用也比較明顯；在15 ℃和20 ℃處理水平下，春小麥種子浸提液丙二醛（MDA）含量隨著光照度的增加而減?。辉?5 ℃和30 ℃處理水平下，春小麥種子浸提液丙二醛（MDA）含量隨著光照度增加呈增加趨勢，其中光照度為150 μE/（m2·s）時， 春小麥種子浸提液丙二醛（MDA）含量有所降低；在15 ℃和25 ℃處理水平下，春小麥種子浸提液相對電導率隨著光照度的增加呈先增加后降低趨勢，在20 ℃處理水平下，春小麥種子浸提液相對電導率隨著光照度的增加而增加，局部有所波動；在同一光照度下，25 ℃和30 ℃處理下春小麥種子浸提液丙二醛（MDA）含量較大，并且顯著高于15 ℃和20 ℃的處理；春小麥種子浸提液電導率和丙二醛（MDA）含量均隨著溫度的升高呈上升趨勢。

[FK（W22][TPWCK1.tif]

2.4溫度和光照度對春小麥幼苗生化組成的影響

雙因子方差分析表明，溫度和光照度對春小麥幼苗葉綠素a和葉綠素b含量的影響顯著（P<0.01），并且葉綠素a和葉綠素b含量隨著溫度和光照度呈一致的變化趨勢，其中光照度的影響大于溫度，二者的交互作用也較顯著（P<001）。由圖2可知，在同一溫度水平下，葉綠素a和葉綠素b含量隨著光照度的升高而顯著下降；而同一光照度下，葉綠素a和葉綠素b含量總體隨著溫度的升高而升高。

光照度對春小麥幼苗的碳水化合物含量具有極顯著影響（P<0.01），而溫度對碳水化合物含量無顯著影響（P>0.05），光照度和溫度無顯著交互作用（P>0.05）。由圖2可知，在同一溫度水平下，碳水化合物含量隨著光照度的升高而升高，各溫度梯度均在50 μE/（m2·s）時含量最低，200 μE/（m2·s） 時含量最高。

光照度對春小麥幼苗蛋白質(zhì)含量的影響極顯著（P<001），溫度對蛋白質(zhì)含量的影響顯著（P<0.05），而光照度和溫度二者的交互作用對蛋白質(zhì)含量的影響不顯著（P>005）。由圖2可知，春小麥幼苗蛋白質(zhì)含量隨著光照度的升高而顯著降低，在光照度為50 μE/（m2·s）時，蛋白質(zhì)含量最高，與100 μE/（m2·s）時蛋白質(zhì)含量的差異顯著（P<0.05），但150 μE/（m2·s）和200 μE/（m2·s）時，春小麥幼苗蛋白質(zhì)含量差異并不顯著（P>0.05）；溫度對春小麥幼苗蛋白質(zhì)含量有顯著影響，在20 ℃和25 ℃下含量較高，隨著溫度的上升其含量呈先上升后下降趨勢。

2.4春小麥生長指標與生理指標之間的相關(guān)性

在同一溫度和光照條件下，春小麥生長指標與生理指標之間的相關(guān)系數(shù)如表3所示。由表3可知，春小麥MDA含量與發(fā)芽指數(shù)呈極顯著負相關(guān)（P<0.01），與發(fā)芽率和活力指數(shù)呈顯著負相關(guān)（P<0.05）；相對電導率與發(fā)芽率呈極顯著負相關(guān)（P<0.01），與發(fā)芽指數(shù)呈顯著負相關(guān)（P<0.05）；葉綠素a含量與活力指數(shù)和地上干質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與發(fā)芽率和胚根干質(zhì)量呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；葉綠素b含量與發(fā)芽率和胚根干質(zhì)量呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與活力指數(shù)和胚根長呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；碳水化合物與發(fā)芽勢呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與發(fā)芽率呈顯著正相關(guān)（P<0.05）；蛋白質(zhì)含量與發(fā)芽率、發(fā)芽勢和活力指

3討論與結(jié)論

自然環(huán)境條件下，影響春小麥生長的自然環(huán)境因子較多，其中溫度和光照的變化尤為突出，本試驗在實驗室控制條件下研究了溫度和光照度對春小麥生長和生化組成的影響。結(jié)果表明，溫度和光照度均對春小麥的生長具有顯著的影響，且二者的交互作用較為明顯。本研究條件下，春小麥生長總體隨光照度增加而增加，這可能是由于在一定的溫度條件下，光照度越大，春小麥可獲得的能量就越大，光合作用所積累的物質(zhì)就越多，春小麥生長就越快[12]。從溫度影響看，本研究中，春小麥在25 ℃和30 ℃下生長最快，這與春小麥自然生長節(jié)律一致。本研究還發(fā)現(xiàn)，隨著溫度的升高，春小麥達到最大生長率所需要的光照度有上升趨勢。在15 ℃和20 ℃下，較高的光照度下對春小麥的生長產(chǎn)生了一定抑制作用，而在20 ℃和25 ℃時，其生長總體隨光照度的增加而增加。在溫度 15 ℃ 和20 ℃處理下，較高的光照度[200 μE/（m2·s）]對春小麥種子萌發(fā)和幼苗生長產(chǎn)生了一定抑制作用，可能是由于較高的光照度增加細胞膜的透性，加速了養(yǎng)分離子的淋失，從而導致春小麥幼苗生長受阻[13-14]；而在20 ℃和25 ℃下，其生長速率總體隨光照度的增加而增加，也即較高的光照度在較高的溫度條件下并沒有對春小麥種子萌發(fā)產(chǎn)生抑制作用。同時，本研究也表明了春小麥種子萌發(fā)和幼苗生長的各項指標對溫度和光照度的敏感度不一樣，有些指標的敏感性較強，而有些指標的敏感性較弱。endprint

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，反映膜脂過氧化程度以及膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其含量的高低代表膜脂過氧化作用的程度[15-16]，其含量升高說明在溫度和光照度處理下種子細胞膜透性增大，進而組織中活性氧水平升高，酶系統(tǒng)和細胞膜結(jié)構(gòu)被損傷，組織發(fā)生了氧化脅迫等[17]；種子電導率反映了種子細胞膜完整性好壞，溫度和光照處理下種子能使細胞膜完整性得到一定修復，減少營養(yǎng)物質(zhì)外滲，表現(xiàn)為種子浸提液的電導率增加[18]。本研究表明，春小麥種子浸提液電導率和MDA含量的變化趨勢相一致，其中在光照度影響下，春小麥種子浸提液電導率和MDA含量變化幅度高于溫度處理下的變化幅度，由此可知，光照度對春小麥種子浸提液電導率和MDA含量的影響作用大于溫度，而二者的交互作用也比較明顯。在同一光照度下，25 ℃和30 ℃處理下春小麥種子浸提液MDA含量較大，并且顯著高于15 ℃和20 ℃；春小麥種子浸提液電導率和MDA含量均隨著溫度的升高呈上升趨勢，此時春小麥種子受到傷害，膜脂過氧化作用增加，細胞膜受到一定傷害，使丙二醛的含量急劇增加，可能是因為種子隨著時間加長受到病菌侵染霉變，內(nèi)部毒害物質(zhì)上升所致，也可能與幼苗生長的代謝補償性有關(guān)，即在高溫和高光照條件下春小麥幼苗生理活動比正常情況下加快，質(zhì)膜透性增加，進出細胞的物質(zhì)增多，從而表現(xiàn)出電導率增大，伴隨著MDA含量和電導率的增加，春小麥種子內(nèi)細胞膜受到破壞，造成植株生理代謝紊亂而抑制了春小麥幼苗的生長。

光照度是影響春小麥體內(nèi)葉綠素a和葉綠素b含量的重要因素，隨著光照度的上升，春小麥體內(nèi)色素含量明顯降低，出現(xiàn)了補償性生長，這與前人的研究結(jié)果[13-14，19]相一致。春小麥在強光下，葉綠素a和葉綠素b含量均呈下降趨勢，較強光照處理下，春小麥幼苗體內(nèi)Mg2+從葉綠素中失去而形成脫鎂葉綠素從而導致葉綠素的含量下降。相比之下，溫度對春小麥體成分的影響要小一些，有研究認為，溫度增加導致葉綠素a和葉綠素b含量增加[20]，本研究中也得到了相似的結(jié)果。溫度對春小麥碳水化合物含量的影響并不顯著，這與春小麥的生理各指標有所差異，春小麥生長過程中卡爾文循環(huán)即會轉(zhuǎn)移到合成碳水化合物上，由于本研究培養(yǎng)液中營養(yǎng)充足，因此并未出現(xiàn)碳水化合物含量隨著溫度升高而上升的情況。本試驗中蛋白質(zhì)含量在低溫水平下較高，隨著溫度上升而呈下降趨勢，這可能是在低溫下春小麥為了適應(yīng)環(huán)境，相關(guān)酶類含量增加，從而增加了細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)含量[17-18]。綜合比較可知，光照和溫度的變化導致春小麥的體成分含量發(fā)生改變，這種改變是春小麥為了適應(yīng)環(huán)境因子改變而做出的積極的生理調(diào)節(jié)，對其生長和生存具有重要的生態(tài)意義。相關(guān)性分析表明，在同一溫度和光照條件下，春小麥生長指標與MDA含量和相對電導率呈顯著或極顯著的負相關(guān)關(guān)系，由此推測，在溫度和光照的影響下，春小麥幼苗MDA含量和相對電導率能夠看作其生長的指示性指標。綜合來看，本試驗（控制性試驗）的結(jié)果表明，在溫度為30 ℃、光照為 200 μE/（m2·s） 條件下，春小麥的生長及體內(nèi)生化各指標達到最佳，而大田條件下，適合春小麥生長的最佳光照和溫度組合仍需要進一步研究。

參考文獻：

[1]Prasad P V，Pisipati S R，Momc[DD（-1*2/3][HT6]ˇ[DD）][KG-*8]ilovic[DD（-1*2/3][HT6]'[DD）] I，et al. Independent and combined effects of high temperature and drought stress during grain filling on plant yield and chloroplast EF-Tu expression in spring wheat[J]. Journal of Agronomy and Crop Science，2011，197（6）：430-441.

[2]He Y，Wei Y S，Depauw R，et al. Spring wheat yield in the semiarid Canadian prairies：effects of precipitation timing and soil texture over recent 30 years[J]. Field Crops Research，2013，149：329-337.

[3]Weldearegay D F，Yan F，Jiang D，et al. Independent and combined effects of soil warming and drought stress during anthesis on seed set and grain yield in two spring wheat varieties[J]. Journal of Agronomy and Crop Science，2012，198（4）：245-253.

[4]Wu J X，Bondalapati K，Glover K，et al. Genetic analysis without replications：model evaluation and application in spring wheat[J]. Euphytica，2013，190（3）：447-458.

[5]云雅如，方修琦，王麗巖，等. 我國作物種植界線對氣候變暖的適應(yīng)性響應(yīng)[J]. 作物雜志，2007，3（2）：20-23.

[6]史奕，陳欣. 二氧化碳和臭氧濃度升高對春小麥生長及次生代謝的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報，2008，19（6）：15-19.

[7]趙峰，千懷遂. 全球變暖影響下農(nóng)作物氣候適宜性研究進展[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2004，2（1）：12-17.endprint

[8]趙鴻，肖國舉，王潤元，等. 氣候變化對半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)春小麥生長的影響[J]. 地球科學進展，2007，22（3）：322-327.

[9]Grotkopp E，Rejmanek M，Rost T L. Toward a causal explanation of plant invasiveness：seedling growth and life-history strategies of 29 pine （Pinus） species[J]. The American Naturalist，2002，159（4）：396-419.

[10]Kent L M，Luchli A. Germination and seedling growth of cotton：salinity-calcium interactions[J]. Plant，Cell & Environment，1985，8（2）：155-159.

[11]李合生，孫群，趙世杰，等. 植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M]. 北京：高等教育出版社，2000.

[12]Kerepesi I，Galiba G. Osmotic and salt stress-induced alteration in soluble carbohydrate content in wheat seedlings[J]. Crop Science，2000，40（2）：482-487.

[13]Soltani A，Gholipoor M，Zeinali E. Seed reserve utilization and seedling growth of wheat as affected by drought and salinity[J]. Environmental and Experimental Botany，2006，55（1）：195-200.

[14]Haile F J，Higley L G，Ni X Z，et al. Physiological and growth tolerance in wheat to Russian wheat aphid （Homoptera：Aphididae） injury[J]. Environmental Entomology，1999，28（5）：787-794.

[15]趙慧，徐迎春，張翔，等. 外源NO對銅、鎘脅迫下狹葉香蒲生理反應(yīng)的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2015，31（2）：260-266.

[16]陳健，陳義，楊立飛，等. 不結(jié)球白菜體內(nèi)硒累積量與生理損傷指標的相關(guān)性[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)學報，2016，32（2）：424-429.

[17]王瑞，馬鳳鳴，李彩鳳，等. 低溫脅迫對玉米幼苗脯氨酸、丙二醛含量及電導率的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學學報，2008，39（5）：20-23.

[18]陳禹興，付連雙，王曉楠，等. 低溫脅迫對冬小麥恢復生長后植株細胞膜透性和丙二醛含量的影響[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學學報，2010，41（10）：10-16.

[19]張黎萍，荊奇，戴廷波，等. 溫度和光照強度對不同品質(zhì)類型小麥旗葉光合特性和衰老的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報，2008，19（2）：311-316.

[20]姜宏波，田相利，董雙林，等. 溫度和光照強度對鼠尾藻生長和生化組成的影響[J]. 應(yīng)用生態(tài)學報，2009，20（1）：185-189.endprint