浅析PEG胁迫下小黑麦和小麦根系总吸收面积变化

李 娜

（甘肃省陇西县农业技术推广中心，甘肃陇西 748100）

世界范围的干旱问题仍然是制约农业生产的主要逆境因子。据统计，干旱造成的粮食减产位于各自然灾害之首。因此，研究作物对干旱的生理影响规律和适应性一直是热点课题。干旱胁迫是影响小麦生长发育的一个重要的环境因子，研究小麦的抗旱机理，寻找提高小麦抗旱性的途径，对抗性育种以及抗旱栽培具有重要意义。

植物的根系是吸收水分和矿质营养的主要器官，又是物质合成和转化的器官，因此根系的生长发育状况和活力直接影响植物体的地上部分的生长[1]。根系是植物与环境接触的重要界面，土壤环境对植物的影响首先作用于根，根系感受逆境信号后产生相应的生理反应，继而影响地上部分的生长[2]。有研究表明，从根系与地上部分之间的相互关系去分析植物的耐盐能力是可行的，根茎比值小的植物，其耐盐性往往比较差[3-4]。

植物的耐盐性研究工作，大多选材于小麦、棉花、西红柿等作物。我国小麦种植面积是继水稻之二的国家，常年种植面积2 666.67万hm2以上[5]。我国旱农区是小麦的主要产区之一，以北纬35～40°为界，旱农区偏北，纬度较高地区以种植小麦为主，偏南地区则以种植冬小麦为主。小麦属禾本科植物，为须根系，根系入土可达20～30cm耕层，可充分吸收养分和水分[6]。本研究以小麦根系的总吸收面积变化为重点，探索PEG胁迫条件下小麦根系吸收面积的特点，为研究小麦等作物的抗旱性奠定理论基础和积累基本数据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为小黑麦35ITSN-15、35ITSN-17、36ITSN-148和小麦甘春-20。

1.2 实验设计与处理方法

挑选子粒饱满，大小一致无残缺的小麦种子，经75%酒精消毒冲洗后，迅速用清水清洗并浸泡24h待种子露白后，均匀摆放在培养皿中，保证光照和水分适宜。一周后挑选高度一致、长势良好的幼苗分别加入10%、20%、30%的PEG溶液模拟干旱胁迫，分别在模拟胁迫24、48、72、96h后，剪取小麦根系待用。以加水小麦幼苗作为对照。

1.3 实验仪器与试剂

721-型分光光度计，电子天平，容量瓶，移液管等。

0.0002mol/L（0.064g/L）甲烯蓝溶液；PEG溶液。

1.4 测定方法

甲烯蓝法测定根系吸收面积[7]

取三个小烧杯编好号码，各加入甲烯蓝溶液5ml，将称取好的小麦根系依次放入烧杯中各1.5min，再分别吸取1ml溶液稀释10倍混匀后，取适量溶液置于660nm下测定吸光度。

依照下列公式求出根的吸收面积：

总吸收面积（m2）=（第一杯中被吸收的甲烯蓝毫克数+第二杯中被吸收的甲烯蓝毫克数）×1.1m2

活跃吸收面积（m2）=第三杯中被吸收的甲烯蓝毫克数×1.1m2

活跃吸收面积（%）=根系活跃吸收面积（m2）/根系总吸收面积（m2）×100%

2 结果与分析

2.1 PEG胁迫对小黑麦35ITSN-15根系活力的影响

图1 小黑麦35ITSN-15在不同时间不同浓度下其根系活力变化

因为植物吸水最主要的方式是靠根系吸水，因此由图1可以看出，小黑麦35ITSN-15在正常水分条件下，处理24h时根系总吸收面积最大值为2.713 3m2，随着时间的延长，种子内的能量耗尽，吸收面积也就随之下降为2.551 8m2。在胁迫时间为48和72h下，根系吸收面积均呈下降趋势，说明在这个时间段，因为小黑麦根系受到外界PEG溶液的胁迫，使根系吸收水分的能力减弱，其长势也不如正常水分，植株的形态发生了变化，叶片也开始萎蔫。可以看出在PEG浓度为20%胁迫96h时，其根系总吸收面积有了一定的回升为2.612 4m2，由此可以看出随着干旱胁迫时间的延长根系可能暂时有了适应干旱条件的应激性，但最终会因PEG浓度过高造成根系吸水困难，使根系吸收面积呈现下降水平。

2.2 PEG胁迫对35ITSN-17根系活力的影响

图2 小黑麦35ITSN-17在不同时间不同浓度下其根系活力变化

由图2可以明显看出，随着处理时间的延长和PEG浓度的升高，小黑麦根系的总吸收面积均表现出不同程度的下降，并且当处理时间为48h下浓度为30%时，其根系总吸收面积下降到最小值为2.533 0m2。由此说明，PEG胁迫对小黑麦根系的生长有抑制作用，从而使得根系的总吸收面积降低。由于PEG对小黑麦发生了干旱胁迫，根系内水分浓度高于根系外的浓度，根系开始失水，并最终导致吸收能力下降。

2.3 PEG胁迫对36ITSN-148根系活力的影响

图3 小黑麦36ITSN-148在不同时间不同浓度下根系活力变化

高盐分的土壤中由于含有较高的离子，土壤中的水势大大降低，降低了植物对水分的吸收，因此，植物处于高盐分的土壤中先受到的是盐分引起的水分胁迫[8]。由图3可以看出，随着PEG浓度的升高，其根系吸收面积均呈现下降的趋势。下降趋势较明显的是在PEG浓度为20%下胁迫48h 下的根系活力。而在48和72h时，总吸收面积虽然也是下降，但下降幅度不太大。说明，在没有PEG胁迫下，小麦根系能够保持较高的吸收能力，后随着PEG浓度的增加，根系活力下降，吸水力减弱，根的含水量也有较大幅度的下降。由此可以看出，在较低浓度盐分下，PEG胁迫对其根系没有产生太大的水分胁迫，随着盐浓度的升高，PEG胁迫的加重，水分胁迫对降低根系总吸收面积的迹象愈来愈明显。

2.4 PEG胁迫对小麦甘春-20根系活力的影响

由图4可以看出，甘春-20的根系总吸收面积在不同浓度PEG胁迫下总体呈下降的趋势，且下降趋势是随着时间的延长和PEG胁迫浓度的升高而降低小麦根系总吸收面积的。可以明显看出在PEG胁迫24h 时的根系总吸收面积较其他时间下的值都高，为2.597 0至2.553 8m2。在PEG溶液胁迫48和72h下的根系总吸收面积均呈下降的趋势，且幅度不大，根系总吸收面积下降趋势较为平缓，表明由于PEG胁迫，其对水分的吸收也有一定程度的下降，但影响较不明显。而下降幅度较大的是在PEG浓度到达30%胁迫96h下的根系总吸收面积值为2.491 0m2，且从图中可以看出浓度为20%，小麦根系总吸收面积有一点回升，表明在此时其根系对这种胁迫有了暂时的应激性所致，但和其它结果一样，最终仍然呈下降趋势。

图4 小麦甘春-20在不同时间不同浓度下根系活力变化

3 结论

根据植物对溶质的吸收具有吸附的特性，我们应用甲烯蓝作为吸附物质可以计算出小麦根系解吸到细胞中数值。不同品种的小麦抗旱能力差异也很大，这是植物在不同生态条件下长期发展过程中形成的特性。从这4种供试材料根系的吸收面积中可以得出：在本次研究中的四种品种的小麦，在低浓度PEG溶液中均可吸收水分生长，只是生长速度较正常水分条件下慢；而随着PEG浓度的升高和胁迫时间的延长，其根系吸收面积均呈下滑趋势，且植株叶片逐渐枯萎，生长趋势从缓慢到停滞，尽管期间会出现一定程度的回升，但整体都为下降至停止的状态。

这与细胞渗透势也有一定关联，细胞内溶液浓度大于细胞外溶液的浓度，则细胞吸水，反之失水。在供试小黑麦和小麦的根系周围溶液浓度高于根系细胞内溶液的浓度，其根系会因失水而使根系吸收能力下降，随之根系吸收面积也就会随着PEG溶液浓度的升高而降低，从而最终导致植株生长速率也会随着根系总吸收面积的降低而降低。因此在干旱地区，根系吸收能力可以作为选择高抗性品种的生理指标来进行作物的选种繁育。

[1]刘海龙，郑桂珍，关军锋，等.干旱胁迫下玉米根系活力和膜透性的变化[J].华北农学报，2002，17（2）：20-22.

[2]万贤崇，宋永俊.盐胁迫及其钙调节对竹子根系活力和丙二醛含量的影响[J].南京林业大学学报（自然科学版），1995，19（3）：16-20.