CN107660355A - 一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法，将500g的小麦种子用0.5%～1.0%NaClO杀菌15min，用无菌水震荡并清洗干净装入料盘内；在避光和室内温度20～25℃条件下，给装有种子的料盘内加入浓度为100～500µmol/L的褪黑素溶液800ml进行浸种引发处理15～20h；用塑料薄膜将料盘封口，并在塑料薄膜上扎10个孔径约为0.5mm的小孔，每隔30min，加无孔塑料膜或盖子摇动，使种子均匀吸水；到时间后，取出种子，冲洗干净，均匀摊开在15～20℃下通风晾干，使其含水量回到引发前的原始状态，可直接播种或在阴凉干燥处保存。该方法具有操作简单、技术易掌握、成本低、易于推广的优点。

Description

一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法

技术领域

本发明属于植物种子处理技术领域，具体涉及一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法。

背景技术

小麦是中国及世界上最重要的粮食作物，其产量的高低对中国粮食安全有重要影响。苗期是小麦生长的重要时期，生长时间较长，包括春节前（10月到2月）和春节后（2月到3月）两个阶段。主要是以长叶、长根、长蘖的营养生长为中心，合理调控地上部“叶光系统”与地下部“根土系统”有利于增强植株的光合作用和根系吸收水分和矿物营养，从而提高小麦出叶速度和冬前分蘖数量，提高分蘖成穗率。小麦苗期受旱，造成生长弱小，影响地上部和地下部物质积累，造成蘖叶同伸关系破坏，形成“缺位”现象。近些年来，我国异常气候现象频发，冬小麦苗期持续干旱时有发生，对小麦生产带来灾害性的影响。在我国西北地区，特别是我国陕西、甘肃、宁夏、新疆和西藏等地区，全年降雨量少且分布不均匀，作物耗水量大，容易出现水分胁迫现象，造成减产。因此通过一些有效的措施缓解水分胁迫对小麦生长造成的影响,是促进小麦生长、提高小麦产量的重要途径。

褪黑素是生物进化过程中一种保守的小分子物质,不仅在动物和人体中具有重要的作用,在植物中也具有广泛的生理功能。褪黑素作为一种生长调节剂，它能促进离体细胞膨大、清除自由基、保持细胞膜完整，防止叶绿素降解等功能，其中因其高亲脂性较易通过生物膜，可作为细胞内自由基清除剂，也因其部分亲水性，能穿过细胞质进入细胞核，发挥抗氧化作用，褪黑素被证实是目前已知的抗氧化作用最强的内源性自由基清除剂。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与缺陷，本发明的目的在于，提供一种提高冬小麦抗旱能力的种子处理方法，该方法能够显著提高冬小麦苗期的抗旱性和维持其正常生长。

为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法，其特征在于：具体包括下列步骤：

1）将500g的小麦种子用 0.5%～1.0% NaClO杀菌15min，用无菌水震荡并清洗干净装入料盘内；

2）在避光和室内温度20～25℃条件下，给装有种子的料盘内加入浓度为100～500µmol/L的褪黑素溶液800ml进行浸种引发处理15～20h；

３）用塑料薄膜将料盘封口，并在塑料薄膜上扎10个孔径约为0.5mm的小孔，用于种子呼吸；

４）每隔30min，加无孔塑料膜或盖子摇动，充分摇动，使种子均匀吸水；

５）到规定时间后，立即取出种子，用蒸馏水冲洗干净，均匀摊开在15～20℃下通风晾干，使其含水量回到引发前的原始状态，处理完后的种子，可直接播种或在阴凉干燥处保存。

本发明提高冬小麦抗旱能力的种子处理方法的方法简单，可控性强，易于产业化利用；通过本发明的方法处理后的小麦种子，能有效促进细胞膜的修复，防止细胞膜的损伤，减少物质外渗，完成其生物膜系统的修复；同时引发会引起抗氧化酶系统增强，显著提高处理后种子的可溶性蛋白和脯氨酸含量，降低丙二醛含量，有助于打破种子的休眠，促进种子萌发，增强了种子的抗逆应答反应；引发不仅可以促进物质动员，还能增强萌发过程中能量的供应，为种子萌发和幼苗生长提供充足的中间物质和能量，从而提高种子的活力。

本发明的小麦种子播前处理方法解决了现有技术中小麦播前种子常规浸种催芽处理、拌种处理和灌根处理，造成无法实现机械化播种，对小麦苗期抗旱能力提高幅度小和成本高，无法实现大面积应用等缺点。该方法具有操作简单、技术易掌握、成本低、易于推广的优点。

经试验证明，本发明在中度干旱胁迫下，100µmol/L(T1)、300µmol/L(T2)、500µmol/L(T3)的褪黑素引发与种子未引发（CK0）相比，小麦越冬期时，叶片叶绿素a含量显著提高122.0%、89.0%、55.8%，叶绿素b含量显著提高91.7%、35.1%、72.6%，类胡萝卜素含量显著提高83.9%、68.8%、33.0%；小麦进入返青期后，营养生长加速，叶绿素合成加快，叶片叶绿素a含量显著提高245.0%、122.2%、110.6%，叶绿素b含量显著提高273.6%、171.0%、139.4%，类胡萝卜素含量显著提高175.8%、94.0%、75.8%。本发明在中度干旱胁迫下，小麦四叶期时，100µmol/L(T1)的褪黑素引发与种子未引发（CK0）相比，单株叶面积显著提高16.9%，小麦越冬期时，100µmol/L(T1)、300µmol/L(T2)、500µmol/L(T3)的褪黑素引发与种子未引发（CK0）相比，单株叶面积显著增加79.9%、56.1%、12.2%，在返青期时，100µmol/L(T1)的褪黑素引发与种子未引发（CK0）相比，单株叶面积显著增加59.5%。本发明与普通种子相比，在中度干旱胁迫下，小麦四叶期时，100µmol/L(T1)、300µmol/L(T2)的褪黑素引发叶片的净光合速率提高了20.3%、0.9%，越冬期时，100µmol/L(T1)、300µmol/L(T2)、500µmol/L(T3)的褪黑素引发的小麦叶片净光合速率显著增加19.0%、44.0%、26.1%。

本发明引发处理种子的幼苗相比种子未引发（CK0），显著增加种子在中度干旱胁迫下小麦地上、地下的生物量和根冠比，提高了根系活力、总根长、根表面积、平均直径、根系体积和根尖数。在越冬期时，100µmol/L(T1)、300µmol/L(T2)、500µmol/L(T3)的褪黑素引发与种子未引发（CK0）相比，地上部生物量显著增加67.8%、39.3%、23.7%，根系生物量显著增加55.4%、11.4%、43.4%，总根长显著增加21.4%、10.2%、7.3%，根表面积显著增加20.9%、15.8%、10.1%，平均直径增加91.7%、76.8%、67.1%%，根系体积增加23.4%、14.9%、12.5%，100µmol/L(T1)、300µmol/L(T2)的褪黑素引发与种子未引发（CK0）相比，根系活力显著增加30.9%和6.3%，500µmol/L(T3) 的褪黑素引发与种子未引发（CK0）根系活力无显著差异；在小麦返青期时，随着温度的回升，小麦生长速度加快，地上和根系生物量均显著增加，本发明与未引发种子处理相比，100µmol/L(T1)和500µmol/L(T3)的褪黑素引发的地上部生物量显著增加25.3%和2.9%，根系生物量显著增加94.5%和22.6%，平均直径增加101.52%和9.3%，根尖数显著增加33.0%和20.2%，根系活力显著增加43.2%和34.7%。

本发明引发处理种子的幼苗相比种子未引发（CK0），显著增加种子在中度干旱胁迫下小麦可溶性蛋白的含量，增强了超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，降低了幼苗丙二醛含量。小麦四叶期时，本发明在中度干旱胁迫下100µmol/L(T1)、300µmol/L(T2)和500µmol/L(T3)的褪黑素引发与种子未引发（CK0）相比，四叶期时可溶性蛋白含量显著提高77.8%，50.0%和39.1%，超氧化物歧化酶（SOD）活性提高20.8%、1.8%和0.5%，过氧化物酶（POD）活性提高14.5%、18.1%和0.4%，过氧化氢酶（CAT）活性明显提高10.4%、7.1%和7.6%，叶片丙二醛含量显著降低107.5%、137.9%和150.1%；在越冬期时可溶性蛋白含量显著提高58.6%、32.9%和28.4%，超氧化物歧化酶（SOD）活性显著提高124.9%、98.3%和94.9%，过氧化物酶（POD）活性显著提高30.6%、15.5%和12.9%，过氧化氢酶（CAT）活性明显提高34.8%、10.1%和5.9%，丙二醛含量显著降低171.8%、65.1%和85.7%。返青期时，可溶性蛋白含量显著提高44.1%、14.8%和12.5%，超氧化物歧化酶（SOD）活性显著提高131.6%、96.5%和67.0%，过氧化物酶（POD）活性显著提高40.9%、24.2%和20.0%，过氧化氢酶（CAT）活性明显提高43.9%、36.3%和20.7%，丙二醛含量显著降低134.5%、125.1%和123.0%。说明本发明对小麦苗期抗旱能力有显著的提高，褪黑素处理很大程度上减轻了干旱引起的氧化伤害，保证细胞膜的完整性，阻止了合成物质的流失；更好的增强了幼苗抗氧化系统中活性氧清除酶的活性，减轻了膜脂过氧化伤害，提高了幼苗的生命活力；增强了小麦苗期的抗逆应答反应。

附图说明

图1A是越冬期中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦叶片光合色素 含量变化图；图中用小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜ 0.05)；

图1B是返青期中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦叶片光合色素含量 变化图；图中用小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)； 图2是中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦单株叶面积变化图；图中用 小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)；

图3是中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦净光合速率变化图；图中用 小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)；

图4是中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦根系活力变化图；图中用小 写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)；

图5是中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦叶片可溶性蛋白变化图；图 中用小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)；

图6是中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦叶片丙二醛变化图；图中用 小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)；

图7是中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦叶片超氧化物歧化酶变化图； 图中用小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)；

图8是中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦叶片过氧化物酶变化图；图 中用小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)；

图9是中度水分胁迫下褪黑素引发导致苗期小麦叶片过氧化氢酶变化图；图 中用小写字母表示对照与本发明处理间有显著差异性(P＜0.05)；

图10是中度水分胁迫下各处理小麦苗期叶片CAT活性与POD活性变化规律 图。

下面结合附图和发明人给出的具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的技术原理是控制种子的吸水作用至一定水平，允许预发芽的代谢作用进行，防止胚根的伸长。在此阶段中，引发促进RNA和蛋白质的合成，细胞膜、细胞器、DNA的充分修复，通过调节同工酶、脱落酶水平变化，使生物酶得到充分活化，打破种子休眠，从而提高种子活力，达到苗齐、苗壮、出苗迅速的作用；同时又利用褪黑素促进生长、清除自由基和增强植物抗氧化系统的特点。

为使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，以下是发明人给出的具体实施例和试验例来进一步说明本发明的有益效果：

实施例1

一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法，具体包括下列步骤：1）将500g的小麦种子用 0.5% NaClO杀菌15 min，用无菌水震荡并清洗干净装入料盘内；2）在避光和室内温度20℃条件下，给装有种子的料盘内加入浓度为100µmol/L的褪黑素溶液800ml进行浸种引发处理20 h；３）用塑料薄膜将料盘封口，并在塑料薄膜上扎10个孔径约为0.5mm的小孔，用于种子呼吸；４）每隔30min，加无孔塑料膜或盖子摇动，充分摇动，使种子均匀吸水；５）到规定时间后，立即取出种子，用蒸馏水冲洗干净，均匀摊开在15℃下通风晾干，使其含水量回到引发前的原始状态，处理完后的种子，可直接播种或在阴凉干燥处保存。

实施例2

一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法，具体包括下列步骤：1）将500g的小麦种子用 0.8%NaClO杀菌15 min，用无菌水震荡并清洗干净装入料盘内；2）在避光和室内温度22℃条件下，给装有种子的料盘内加入浓度为300µmol/L的褪黑素溶液800ml进行浸种引发处理18 h；３）用塑料薄膜将料盘封口，并在塑料薄膜上扎10个孔径约为0.5mm的小孔，用于种子呼吸；４）每隔30min，加无孔塑料膜或盖子摇动，充分摇动，使种子均匀吸水；５）到规定时间后，立即取出种子，用蒸馏水冲洗干净，均匀摊开在18℃下通风晾干，使其含水量回到引发前的原始状态，处理完后的种子，可直接播种或在阴凉干燥处保存。

实施例3

一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法，具体包括下列步骤：1）将500g的小麦种子用 1.0%NaClO杀菌15 min，用无菌水震荡并清洗干净装入料盘内；2）在避光和室内温度20℃条件下，给装有种子的料盘内加入浓度为500µmol/L的褪黑素溶液800ml进行浸种引发处理15 h；３）用塑料薄膜将料盘封口，并在塑料薄膜上扎10个孔径约为0.5mm的小孔，用于种子呼吸；４）每隔30min，加无孔塑料膜或盖子摇动，充分摇动，使种子均匀吸水；５）到规定时间后，立即取出种子，用蒸馏水冲洗干净，均匀摊开在20℃下通风晾干，使其含水量回到引发前的原始状态，处理完后的种子，可直接播种或在阴凉干燥处保存。

试验例1

1、小麦种子播前处理条件的确定

1.1材料及仪器

1.1.1供试材料

2015年在陕西省杨凌区中国干旱农业研究院遮雨棚内进行。采用盆栽试验，选用上口径26cm、下口径18cm、高17cm的塑料盆，统一装入绝对含水量5%的4kg土（折算干重3.8kg），于2015年10月14日播种，每盆播种20粒，三叶期时间苗，留苗12株。每处理种植12盆，并从三叶期开始水分胁迫，分别在四叶期、越冬期和返青期进行指标测定。供试小麦品种为“西农979”。西农979是半冬性品种，早熟，幼苗非直立，叶片细长，分蘖能力强，具有较高的成穗率。褪黑素购于Sigma-Aldrich公司，纯度为98%。供试土壤为当地大田耕层土，土壤质地为塿土，红油土属, 黄土母质。其基础肥力测试结果见表1。

表1 土壤基础肥力

1.1.2试验仪器

可见紫外分光光度计UV-1700（岛津日本）、培养箱、加盖塑料盘（20cm×10cm×2cm）、培养皿（直径9cm）。

方法

1.2.1种子处理

选取色泽和饱满程度一致的小麦种子，用0.5~1.0% NaClO杀菌15min，用无菌水震荡并清洗干净（3次）后，分别用设计的褪黑素溶液浓度100µmol/L(T1)、300µmol/L(T2)和500µmol/L(T3)，在暗环境常温20~25℃下，浸种15~20 h进行引发。到规定时间后，立即取出引发好的种子，将其用蒸馏水快速冲洗干净晾干，直接播种或储存于4℃冰箱中待用。

小麦叶片光合色素含量、光合参数及叶面积

光合色素含量测定：采用丙酮：无水乙醇：蒸馏水=4.5:4.5:1，测定叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素。

光合参数测定：采用LI-COR公司生产的便携式LI-6400型光合测定仪，在晴天上午9:00-11:00于设定时期测定小麦最上一片完全展开叶的净光合速率（Net photosyntheticrate，NPn）每个处理3次重复，取其平均值作为该时期的叶片光合速率。

叶面积：利用EPSON扫描仪，将单株/单茎小麦的全部绿叶扫描，再用 WinRHIZO分析叶片面积。

小麦生物量、根系形态和根系活力

选取具有代表性的单株在设定时期取样，在105℃下杀青30min，75℃下烘干至恒重。

根系活力采用氯化三苯基四氮唑(TTC)法测定。取根前先将盆内灌足量水分使土体松软，然后将根、冠分开，用水小心冲洗干净根系表面，每盆挑取4株完整的小麦根系，用EPSON扫描仪(EPSON Perfection 4990 1.8V2.61)测量根系形态，用Win RHIZO (RegentInstruments Inc. Win RHIZO Pro2007d)分析总根长、根表面积、根体积和根系直径。

抗旱生理指标测定

酶液提取：称取0.5g小麦叶片，在4℃预冷的研钵中研磨至匀浆，加5毫升pH=7.8的磷酸缓冲液，冰浴研磨，匀浆倒入离心管中，冷冻离心20分钟（10000×g），上清液（酶液）倒入试管中，置于0～4℃下保存待用。

超氧化物歧化酶(SOD)：3mL的反应混合液包括50mmol·L^-1的磷酸缓冲液（pH=7.8），130mmol·L^-1甲硫氨酸，0.75mmol·L^-1氮蓝四唑（NBT），0.02 mmol·L^-1核黄素，0.1mmol·L^-1EDTA-Na₂和酶提取液。将反应混合液置于4000lx的光下照射30min，于560nm测定吸光值。

过氧化物酶(POD)：3mL的反应混合液包括0.1mmol·L^-1磷酸缓冲液（pH =6.0），16mmol·L^-1愈创木酚，19µL10%（w/v）H₂O₂和酶提取液。加入H₂O₂后立即于470 nm处测定吸光值。

过氧化氢酶(CAT)：2.5mL的反应液包括0.1mmol·L^-1磷酸缓冲液（pH =7.0），0.1mmol·L^-1H₂O₂和酶提取液。加入H₂O₂后立即于240nm处测定吸光值。

丙二醛（MDA）：采用硫代巴比妥酸法测定。

可溶性蛋白（Pro）：采用考马斯亮蓝G-250染色法测定。

、小麦苗期抗旱能力提高效果检测

2.1干旱胁迫下小麦叶片光合能力的变化

从小麦三叶期开始水分胁迫，分别在四叶期、越冬期和返青期进行最上一片完全展开叶的光合色素含量、叶面积和净光合速率的测定，选择晴朗的天气在上午9：00~11：00间进行叶片光合能力的测定，每个处理重复3次。

干旱胁迫下小麦总生物量积累、根系形态及根系活力的变化

从小麦三叶期开始水分胁迫，分别在四叶期、越冬期和返青期进行冲根，洗根前先将盆内灌足量水分使土体松软，然后将根、冠分开，用水小心冲洗干净根系表面，每盆挑取4株完整的小麦根系用于根系形态分析，4株用于总生物量的计算，其余4株用于根系活力测定，每个处理重复3次。

干旱胁迫下小麦叶片生理的变化

从小麦三叶期开始水分胁迫，分别在四叶期、越冬期和返青期进行最上一片完全展开叶的可溶性蛋白、丙二醛、超氧化物歧化酶、过氧化物酶和过氧化氢酶测定。所有比色均用UV-1700型可见紫外分光光度计测定。

数据处理

所有数据均采用Microsoft Excel输入，SPSS 13.0统计软件进行One-way ANOVA方差分析，制图采用Microsoft Excel进行。

、试验分析与结果

2.1小麦叶片光合色素的测定

图1A、1B为水分中度胁迫下小麦越冬期和返青期的光合色素含量。从图1A可以看出，褪黑素种子引发处理的光合色素含量均高于CK0，褪黑素引发浓度的不断增加，各处理的叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素Car和总光合色素含量均呈先提高后下降的趋势。叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量均在100µmol/L(T1)浓度下达到最大，与对照CK0差异显著（p＜0.05），分别提高55.0%、47.7%和45.6%。从图1B中可以看出小麦进入返青期后，营养生长加速，叶绿素合成加快，光合色素总含量较越冬期时明显增加。水分亏缺条件下，CK0的光合色素总含量均低于其他，T1、T2和T3分别较CK0显著增加2.70倍、2.31倍和1.06，T1处理显著高于T2和T3。说明种子引发可提高小麦苗期干旱胁迫下叶片光合色素的合成，利用低浓度褪黑素做引发剂作用明显。

小麦的单株叶面积

图2为水分中度胁迫下小麦苗期的单株叶面积图。小麦苗期单株叶面积随着小麦营养生长不断增大，干旱胁迫影响了绿叶的生长，褪黑素种子引发处理在四叶期和越冬期时，以100µmol/L(T1)处理单株叶面积最大，显著高于其他处理，分别较CK0显著提高16.9%和80.0%（p＜0.05）。越冬期时，各处理单株叶面积表现为：T1> T2>CK0>T3，T2比T3和CK0处理的叶面积显著增加39.2%和56.1%（p＜0.05），T3和CK0无差异。小麦进入返青期后，绿叶面积迅速增大。褪黑素处理100µmol/L(T1)的单株叶面积仍最大，较CK0显著增加59.5%（p＜0.05）。说明在小麦苗期，100µmol/L(T1)处理显著提高了干旱胁迫条件下小麦的叶面积，过高的褪黑素浓度抑制了叶面积的增大。

小麦叶片的净光合速率

图3为水分中度胁迫下小麦苗期的净光合速率。四叶期时，褪黑素引发种子100µmol/L(T1)处理的小麦叶片净光合速率（Pn）较对照（CK0）分别显著增加了20.3%（p＜0.05），褪黑素引发种子T2和T3处理与CK0的Pn无显著差异。说明低浓度下褪黑素种子引发处理能提高水分亏缺下小麦幼苗期的光合能力。越冬期时，外界温度较低，小麦的地上部生长缓慢，但各处理的光合能力仍均高于四叶期，褪黑素种子引发处理均显著提高了越冬期干旱胁迫时小麦的Pn，以300µmol/L(T2)的净光合速率最大，比CK0处理分别显著提高44.0%；T1和T3处理的Pn分别比CK0显著提高19.0%和26.1%。返青期时，随着干旱胁迫时间的持续，各处理小麦的光合速率（Pn）均逐渐降低，褪黑素引发种子处理的光合速率（Pn）均高于CK0处理，以T1处理最大，较CK0显著提高41.9%，褪黑素引发种子T2和T3处理与CK0的Pn无显著差异。说明褪黑素引发处理种子可降低返青期水分胁迫对小麦叶片光合效率的影响。

小麦的根系形态

植物根系能迅速感应外界逆境，通过信号调节，合成逆境蛋白或激素等做出应答，以增强在逆境条件下的生长。表1显示，随着生育进程推进，小麦幼苗的根系总长度、根系总体积、根表面积、根系平均直径和总的根尖数不断增加，返青期、越冬期和四叶期各时期小麦幼苗根系总根长、根系体积、根平均直径和根尖数在水分处理下均表现为引发处理组高于对照CK0。

四叶期时，褪黑素种子引发处理的根系总长度、根系总体积、根表面积、根系平均直径和总的根尖数均高于CK0，T1处理表现最为明显，根总长、根体积和根尖数比CK0分别显著提高了23.7%、6.4%和54.6%（p＜0.05），根表面积和根平均直径与CK0无显著差异；T2处理的根总长和根尖数也比CK0显著提高（p＜0.05）。

越冬期时，褪黑素种子引发处理T1、T2和T3处理的根系各指标均大于CK0，说明褪黑素种子引发可以缓解干旱胁迫对小麦越冬期根系的伤害，T1处理的根总长分别显著高于T2和T3处理12.3%和13.7%（p＜0.05），说明褪黑素引发种子可促进根系垂直生长。

返青期时，随着干旱胁迫时间的延长，苗期持续的水分胁迫抑制了小麦生根。褪黑素种子引发处理T1的根系总长、根系表面积与CK0无显著差异，而根系体积、根平均直径和根尖数均显著高于CK0，提高幅度分别达101.5%、22.4%和33.0%。说明褪黑素种子引发能够显著缓解干旱胁迫对根系生长的抑制，较低浓度褪黑素引发处理促进了水分胁迫下的小麦根系发育。

表1 干旱胁迫条件下小麦的根系形态

注：小写字母表示同一指标的的不同处理在P<0.05水平上有显著差异

2.5 小麦苗期的根系活力

图4为水分中度胁迫下小麦的根系活力。根系活力主要是指根系的吸收水分养分、合成植物激素以及促进作物地上部分生长的能力，是反映根系生长发育的重要指标。返青期后小麦的根系活力明显高于越冬期和四叶期。

四叶期时，褪黑素种子引发处理T1的小麦根系活力与T2处理无明显差异，但显著高于CK0和T3处理（p＜0.05），较之分别提高125.7%和145.0%。越冬期，根系对水分较为敏感，褪黑素引发处理T1显著高于CK0，T2和CK0处理间无显著差异，均显著高于T3处理。在返青期，褪黑素种子引发处理T1和T2处理的根系活力显著高于T3和CK0处理，分别提高6.4%和43.2%。

小麦苗期的生物量积累及根冠比

表2为水分中度胁迫下小麦的累积生物量。水分胁迫对小麦地上部干物质增长的抑制作用明显高于地下部分，褪黑素引发种子可降低水分亏缺对小麦幼苗生长的不利作用。四叶期时，褪黑素引发处理T1的地上部、根系和总生物量均高于CK0，说明褪黑素引发种子处理促进了小麦生长初期水分亏缺下的生长；越冬期时，与CK0相比，褪黑素引发处理均提高了单株小麦生物量，以T1处理提高幅度最大，地上、地下部较CK0显著提高55.4%、71.7%，单株总生物量提高63.7%。返青期时，T1处理的地上部分、根系干重和总生物量积累均显著高于CK0、T2和T3。以上结果表明，低浓度的褪黑素引发种子处理促进了小麦苗期水分胁迫下的地上和地下部生长，有利于生物量的积累。

表2 小麦的生物量积累

图5为水分中度胁迫下小麦苗期的根冠比。根冠比是反映地上部分和根系平衡关系的重要衡量指标，其过大或过小都不利于植物的生长。随小麦的生长，根冠比逐渐降低，在四叶期根冠比大小顺序为T1>CK0>T2>T3，水分胁迫下小麦增加根冠比来增加对水分的吸收，T1处理的增加作用更明显，较CK0分别增加10.6%。其中四叶期至越冬期引发处理T1、T2、T3的小麦根冠比下降幅度要明显高于CK0，这表明褪黑素引发种子处理能够促进小麦苗期地上部分的生长。在越冬期，水分胁迫使小麦根冠比降低，小麦根冠比大小顺序为T3>CK0>T1>T2，褪黑素引发种子T3处理维持了较高的根冠比，较CK0增加15.9%。水分胁迫下，在越冬期至返青期小麦根冠比进一步下降，其中CK0下降幅度达60.7%，返青期小麦根冠比大小顺序T1> CK0>T3>T2，T1处理增加了根冠比，较CK0增加19.5%%。表明合理的褪黑素浓度溶液引发种子能够促进小麦越冬前和返青期的根系生长，提高根冠比，以100µmol/L浓度溶液为宜。

小麦苗期的生理指标

2.7.1可溶性蛋白

图6分析表示褪黑素引发种子处理小麦叶片中可溶性蛋白的含量。植物体内大部分的酶是由可溶性蛋白组成，参与植物体的各种生命活动，可溶性蛋白的含量高低反映植物新陈代谢的快慢。干旱胁迫使小麦叶片的可溶性蛋白含量均显著升高，褪黑素种子引发处理较CK0均明显提高了小麦的可溶性蛋白含量。四叶期时，褪黑素种子引发T1、T2、T3处理较CK0的可溶性蛋白含量增加77.8%（p＜0.05）、50.0%和39.1%；越冬期时，T1处理可溶性蛋白含量最大，显著高于其它处理，比CK0显著提高58.6%；小麦进入返青期后，温度回升，可溶性蛋白质含量降低，T1、T2、T3处理较CK0的可溶性蛋白含量显著增加44.1%、14.8%和12.5%（p＜0.05）。说明褪黑素种子引发通过增加可溶性蛋白含量也是其缓解小麦营养生长期水分胁迫的生理途径之一。

丙二醛

图7为小麦叶片中丙二醛（MDA）的含量。MDA是植物细胞膜受到过氧化作用后的产物，其含量的多少反映植物细胞膜遭受的破坏程度的高低。褪黑素种子引发处理后小麦叶片MDA含量均显著低于CK0（p＜0.05）。四叶期时， T1、T2和T3处理间无显著差异，分别低于CK051.8%、58.0%和60.0%；越冬期时，各处理的MDA含量顺序为CK0>T2>T3>T1，说明褪黑素可以明显降低因水分亏缺引起小麦叶片的膜脂过氧化作用，减轻丙二醛的含量从而降低叶片的伤害程度；返青期时，褪黑素处理的MDA含量均明显低于CK0，不同引发浓度间无显著差异。

超氧化物歧化酶（SOD）

图8为小麦叶片中超氧化物歧化酶（SOD）的活性。SOD的含量主要反映了逆境条件下植物抵抗胁迫的能力。小麦苗期叶片的SOD活性随着生育时期的推进先增加后降低，在越冬期时最大，这可能是低温和水分胁迫的共同作用所导致的生理反应。在小麦苗期，褪黑素种子引发处理均较CK0提高了小麦叶片SOD活性。四叶期时，处理T1、T2和T3间无显著差异性，分别高于CK0 36.8%、29.8%和23.7%（p＜0.05）；越冬期时，处理间SOD活性顺序为T1>T2> T3、CK0，T1处理显著增强了SOD活性，说明适量浓度的褪黑素引发可通过激发SOD酶活性有效减轻干旱胁迫和低温对小麦苗期的伤害；返青期时，褪黑素处理T1、T2和T3的SOD活性较CK0分别提高118.5%、85.4%和57.5%（p＜0.05）。

过氧化物酶（POD）

图9为小麦叶片中过氧化物酶（POD）的活性。POD是植物体内重要的清除氧自由基的关键酶之一，使氧自由基的产生和清除达到平衡，保护植物机体免受活性氧的伤害。苗期小麦叶片的POD活性随着小麦的生长先增加后下降，在越冬期最大，随褪黑素引发浓度的升高，小麦POD活性表现为先升高后降低，但均高于CK0。四叶期时， T1、T2和T3处理分别较CK0提高14.5%、18.1%（p＜0.05）和4.1%；越冬期时，T1处理显著提高了POD活性，较CK0提高20.9%（p＜0.05）；返青期时，各处理的POD活性表现为：T1>T2>T3>CK0，褪黑素种子引发处理均较CK0显著增强了POD活性（p＜0.05）。说明褪黑素引发种子增强POD活性是减轻干旱胁迫对小麦苗期的伤害的另一生理途径。

过氧化氢酶（CAT）

过氧化氢酶（CAT）普遍存在于植物体内，主要作用是清除植物体内产生的H2O2。图10所示水分中度胁迫下各处理小麦苗期叶片CAT活性与POD活性变化规律一致，均随生育进程总体呈升高后降低趋势，随着褪黑素引发处理浓度的升高，CAT活性先升高后降低，均高于CK0。四叶期时，褪黑素引发处理的CAT活性均高于CK0，T1处理最大，较CK0显著提高34.1%；越冬期和返青期时，各处理的CAT活性表现为T1>T2>T3>CK0，引发处理均显著提高了CAT酶活性，越冬期时T1处理较CK0显著提高35.2%（p＜0.05）；返青期是T1处理仍最大，与T2处理无显著差异，分别比CK0显著提高25.9%和21.5%（p＜0.05）。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均应视为本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种提高冬小麦幼苗抗旱能力的种子播前处理方法，其特征在于：具体包括下列步骤：

1）将500g的小麦种子用 0.5%～1.0% NaClO杀菌15min，用无菌水震荡并清洗干净装入料盘内；

2）在避光和室内温度20～25℃条件下，给装有种子的料盘内加入浓度为100～500µmol/L的褪黑素溶液800ml进行浸种引发处理15～20h；

３）用塑料薄膜将料盘封口，并在塑料薄膜上扎10个孔径约为0.5mm的小孔，用于种子呼吸；

４）每隔30min，加无孔塑料膜或盖子摇动，充分摇动，使种子均匀吸水；

５）到规定时间后，立即取出种子，用蒸馏水冲洗干净，均匀摊开在15～20℃下通风晾干，使其含水量回到引发前的原始状态，处理完后的种子，可直接播种或在阴凉干燥处保存。