曹夢琳 畢紅園 司冠 邱玉亮 趙智勇
(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所,山西 運城 044000)
小麥作為我國主要的糧食作物,在保障我國糧食安全以及國民消費食品等方面具有無可替代的地位。山西省是黃淮麥區(qū)小麥的主要產(chǎn)區(qū),其位于黃土高原上,是典型的黃土廣泛覆蓋的山地高原,屬于我國水資源相對匱乏的省份之一,農(nóng)業(yè)旱情嚴(yán)重[1]。鋅(Zinc)是人體健康及動植物生長過程中一個不可或缺的微量元素。鋅對作物抗逆性、產(chǎn)量及品質(zhì)具有積極影響,施用鋅肥可增加植物的抗脅迫能力,同時是提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要措施[2]。王金鑫等[3]研究表明,施鋅對棉花增產(chǎn)具有顯著效果,當(dāng)噴施鋅肥并土施10kg·hm-2或僅土施20kg·hm-2時,棉花產(chǎn)量及增產(chǎn)率最高;施用鋅肥對于產(chǎn)量構(gòu)成因素也有明顯效果,可以促進其光合作用,增加其干物質(zhì)量,促進棉花單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重的增加。汪洪等[4]研究了土壤水分及鋅對玉米水分代謝的影響,結(jié)果表明,干旱條件下,玉米蒸騰作用和光合速率均受到不同程度抑制,葉片含水量及水勢明顯降低,使用鋅肥后,葉片蒸騰速率和光合作用明顯增強,施鋅對干旱條件下玉米生長具有一定的調(diào)節(jié)作用,并且在水分供應(yīng)充足的情況下,鋅肥對玉米的正面效應(yīng)更強。殷憲強等[5]研究表明,干旱脅迫會降低玉米幼苗株高及干物質(zhì)量,降低玉米葉片葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量,施用鋅肥可以提升干旱脅迫下玉米幼苗株高和地上部、地下部干物質(zhì)量,提高玉米葉片葉綠素a、葉綠素b以及總?cè)~綠素含量,并隨著施用量不同,提升幅度不同。
本試驗通過測定干旱脅迫下小麥幼苗抗氧化酶活性、有害物質(zhì)含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量等,鑒定苗期噴施鋅肥對干旱脅迫的緩解作用,為旱地小麥增產(chǎn)增效提供切實可行的途徑。
該試驗在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)棉花研究所小麥遺傳育種試驗室進行。供試小麥品種為“晉麥47”,供試鋅肥為ZnSO4·7H2O。
試驗于2022年8月27日進行播種。挑選大小一致的小麥種子,用0.1%HgCl2對其進行消毒,而后用蒸餾水反復(fù)沖洗,將小麥種子陰干后,播種于發(fā)芽盒(13cm×19cm×12cm)中,每盒200粒,每盒1400g播種土(上部400g,下部1000g),其理化性質(zhì)如表1所示。用蒸餾水于室溫下培養(yǎng)至小麥第2葉完全展開(9月4日)對其進行處理,共4個處理方式,CK,正常澆水(每天澆水1次,每次澆水200mL);D,干旱脅迫(9月4日起不澆水,使其自然干旱至萎蔫狀態(tài));D加Zn,干旱加鋅處理(干旱脅迫處理基礎(chǔ)上,噴施0.4g·L-1鋅溶液<以Zn計>);Zn,鋅處理(正常澆水處理基礎(chǔ)上,于9月4日噴施0.4g·L-1鋅溶液<以Zn計>),各處理均重復(fù)3次。
表1 供試土壤理化性質(zhì)
處理后5d,選取生長一致的小麥幼苗10株,測定其株高、鮮重及干重(105℃殺青15min,80℃烘干至恒重)。超氧化物歧化酶(SOD)活性測定用氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原抑制法[6];超氧化物酶(POD)活性測定用愈創(chuàng)木酚法[6];丙二醛含量測定采用硫代巴比妥酸分光光度法[6];超氧陰離子自由基含量采用高俊鳳[6]提供的方法測定;可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[6]。
所得數(shù)據(jù)用Microsoft Excel軟件繪圖。
如圖1所示,單一干旱脅迫(D)抑制小麥幼苗生長,株高較CK降低9.80%;單一鋅處理(Zn)會促進小麥幼苗生長,株高較CK升高9.39%;干旱處理基礎(chǔ)上噴施鋅溶液(D加Zn)可以緩解干旱對小麥幼苗株高造成的抑制作用,株高較D升高了6.11%,但株高仍未恢復(fù)到正常水平,較CK降低了4.29%。
圖1 外源鋅對干旱脅迫下小麥幼苗株高的影響
如表2所示,單一干旱脅迫(D)降低了小麥幼苗生物量,鮮重及干重較CK分別降低11.52%、9.34%;單一鋅處理(Zn)會增加小麥幼苗生物量,鮮重及干重較CK分別升高2.73%、3.13%;干旱處理基礎(chǔ)上噴施鋅溶液(D加Zn)可以緩解干旱對小麥幼苗生物量的抑制作用,鮮重和干重較D分別升高了7.39%、6.90%,但對生物量仍有抑制作用,鮮重和干重較CK分別降低了4.98%、3.13%。
表2 外源鋅對干旱脅迫下小麥幼苗生物量的影響
如圖2、圖3所示,各處理均提升了小麥葉片抗氧化酶活性,對小麥幼苗起到保護作用。D、D加Zn以及Zn處理后,SOD活性較CK分別提升14.19%、22.91%和12.18%,POD活性較CK分別提升10.27%、15.79%及11.38%;干旱處理基礎(chǔ)上噴施鋅溶液(D加Zn)后,SOD和POD活性較D分別升高了7.63%、5.00%,較Zn分別提高了9.56%、3.96%。SOD活性變化均大于POD活性。
圖2 外源鋅對干旱脅迫下小麥葉片SOD活性的影響
圖3 外源鋅對干旱脅迫下小麥葉片POD活性的影響
如圖4所示,單一干旱脅迫(D)使葉片有害物質(zhì)增加,丙二醛(MDA)含量較CK升高30.83%;單一鋅處理(Zn)會降低葉片有害物質(zhì)含量,丙二醛較CK降低16.54%;干旱處理基礎(chǔ)上噴施鋅溶液(D加Zn)可以降低有害物質(zhì)的產(chǎn)生,丙二醛較D降低了16.09%,但仍然有部分有害物質(zhì)存在,較CK升高了9.77%。
圖4 外源鋅對干旱脅迫下小麥葉片丙二醛含量的影響
如圖5所示,單一干旱脅迫(D)使葉片有害物質(zhì)增加,超氧陰離子較CK升高12.40%;單一鋅處理(Zn)會降低葉片有害物質(zhì)含量,超氧陰離子較CK降低6.14%;干旱處理基礎(chǔ)上噴施鋅溶液(D加Zn)可以降低有害物質(zhì)的產(chǎn)生,超氧陰離子較D降低了6.84%,但仍然有部分有害物質(zhì)存在,較CK升高了4.71%,其變化程度小于MDA。
圖5 外源鋅對干旱脅迫下小麥葉片超氧陰離子含量的影響
如圖6所示,各處理均提升了小麥葉片可溶性蛋白含量,保護小麥幼苗不受干旱條件影響。D、D加Zn以及Zn處理后,可溶性蛋白較CK分別提升27.69%、56.26%和32.96%;干旱處理基礎(chǔ)上噴施鋅溶液(D加Zn)后,可溶性蛋白含量較D升高了22.37%,較Zn提高了17.52%,其變化程度大于SOD及POD活性。
圖6 外源鋅對干旱脅迫下小麥葉片可溶性蛋白含量的影響
干旱會抑制作物生長,而鋅會促進作物生長,從而緩解干旱對作物造成的傷害,最顯而易見的表現(xiàn)就在形態(tài)方面[7]。王延明等[8]在半干旱雨養(yǎng)條件下研究了鋅對馬鈴薯干物質(zhì)量及產(chǎn)量的影響,研究表明,噴施鋅肥后,馬鈴薯根、莖、葉干重明顯升高,尤其根與葉增加幅度最為顯著,并且提高了馬鈴薯單薯質(zhì)量和單株產(chǎn)量,從而提高整體產(chǎn)量。李萌等[9]研究了玉米根系生長對干旱脅迫下施鋅的響應(yīng),結(jié)果表明,正常水分條件下,施鋅可以顯著增加玉米根鮮質(zhì)量、根系面積及表面積;但干旱脅迫對玉米根系傷害較大,降低了玉米根鮮質(zhì)量、根系面積及表面積;施用鋅肥可以減輕干旱對玉米造成的部分傷害,但并不能恢復(fù)到作物正常生長水平。魏孝榮等[10]研究表明,干旱條件下,玉米幼苗株高、地上部以及地下部干物質(zhì)量顯著下降,顯著低于正常水分條件下各指標(biāo)值。施用鋅肥可以顯著調(diào)節(jié)玉米生長,干旱條件下施鋅,可以顯著增加玉米株高以及地上部、地下部干物質(zhì)量;正常水分條件下,施鋅也會增加玉米株高及干物質(zhì)量,說明鋅可以緩解干旱對玉米上漲造成的傷害,鋅對地下部作用明顯高于地上部,提高了玉米對干旱的適應(yīng)性。本研究結(jié)果表明,單一施鋅可以提升小麥株高、生物量;單一干旱處理降低小麥株高、生物量。在干旱脅迫下施用鋅肥可以提升小麥株高、生物量,緩解干旱造成的傷害,但仍未達(dá)到正常水分條件下小麥生長水平。
干旱條件下,植物體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)會遭到破壞,積累自由基等有害物質(zhì),從而破壞細(xì)胞膜的選擇透性,而適量的鋅溶液可以抑制膜脂過氧化物丙二醛以及超氧陰離子的產(chǎn)生,并且提高抗氧化酶活性,消除有害物質(zhì)的毒害作用,增強其滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量,并增加作物的抗旱性,但是過量則會對作物產(chǎn)生負(fù)面作用[11]。段麗麗等[12]對干旱條件下煙草幼苗生長進行探究,結(jié)果表明,煙草幼苗根、莖、葉中SOD活性隨干旱時間的增加,呈現(xiàn)先增高后降低的趨勢;根中POD活性、MDA含量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,莖、葉中則呈現(xiàn)持續(xù)增加的現(xiàn)象;根、莖中CAT活性隨時間增加持續(xù)增加,但葉中呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。韓承華等[13]的研究表明,鋅對水蕹菜表現(xiàn)為低促高抑的作用,低濃度鋅溶液可以對水蕹菜的生長起到促進作用,提高水蕹菜的根系活力以及凈光合速率,使SOD、POD、CAT活性升高,增加了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸含量,對MDA影響不大;但高濃度鋅溶液則對其活性起到抑制作用,顯著增加了MDA含量,增高了SOD、POD、CAT活性,提升了脯氨酸含量。索炎炎等[14]探討了鋅對花生抗氧化系統(tǒng)的響應(yīng),結(jié)果表明,施用鋅肥顯著增加了花生葉片抗氧化酶活性,提高了葉片內(nèi)源激素生長素含量,提高了滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖及可溶性蛋白含量,并且降低了MDA含量。趙興杰等[15]對馬鈴薯在干旱條件下對鋅的響應(yīng)進行了研究,結(jié)果表明,對馬鈴薯施用鋅肥可以促進馬鈴薯生長,提高馬鈴薯株高、根冠比;促進植株光合色素生成;提高其淀粉含量和出粉率,并顯著增加馬鈴薯單薯質(zhì)量和單位面積產(chǎn)量,說明施鋅可以提升作物抗旱能力,并提升產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明,單一施鋅可以提升小麥抗氧化酶活性以及可溶性物質(zhì)可溶性蛋白含量,降低有害物質(zhì)丙二醛以及超氧陰離子含量;單一干旱處理增加了有害物質(zhì)含量,從而誘導(dǎo)抗氧化酶以及可溶性物質(zhì)產(chǎn)生。在干旱脅迫下施用鋅肥可以緩解干旱對小麥幼苗造成的傷害,提高抗氧化酶活性、可溶性蛋白含量,并降低丙二醛以及超氧陰離子含量,但與正常生長狀態(tài)比還有一定負(fù)面影響。
總而言之,鋅對干旱條件下小麥幼苗生長具有一定調(diào)節(jié)作用,本研究可為旱地小麥增產(chǎn)增效提供切實可行的途徑。