摘 要：【目的】研究小麦花后高温处理对其籽粒发芽和生长的影响，分析小麦响应花后高温逆境的生理机制。
【方法】以新疆主栽小麦品种新春11号为材料，取小麦成熟后的籽粒，待小麦开花后5～8 d时进行高温处理，研究其萌发特性以及相关酶活性。
【结果】小麦籽粒在经过高温处理后，籽粒发芽率和发芽势与对照相比较显著降低（分别降低5.10%和3.22%），电导率指标极显著高于对照（高出22.78%）。经过花后高温处理，小麦籽粒萌发并且长成嫩芽的芽长以及芽鲜重，与对照相比较显著降低17.98% 和12.84%；在小麦籽粒萌发中，发芽指数和活力指数均显著下降。种子活力（TTC还原强度）的变化虽然差异不显著，但降低程度达26.02%。
【结论】小麦开花后遭受高温胁迫，导致籽粒中酶活性下降，最终造成种子活力降低，并且减缓了小麦幼苗时期的长势，小麦的产量亦受到影响。
关键词：小麦；花后高温；籽粒萌发；淀粉酶；过氧化物酶
中图分类号：S512"" 文献标志码：A"" 文章编号：1001-4330（2024）06-1345-07
0 引 言
【研究意义】高活力小麦种子对小麦生产具有重要的影响［1-3］。小麦组织内的POD酶和CAT酶可以通过清除小麦的超氧自由基，防止小麦籽粒在高温胁迫下发生细胞衰老从而对其种子造成氧化损伤。POD和CAT活性越高，小麦种子越有活力，抗高温能力也随之越强。由于小麦籽粒萌发期间，其根系部位酶活对环境因素的变化更敏感，保证籽粒萌发中根部酶活以及根部生长的顺利进行，对小麦幼苗后期及成苗生长至关重要，对小麦产量的形成也具有重要意义。
【前人研究进展】张晓龙等［4］研究表明，活力较高的种子，其萌发速度也较快，小麦分孽期、抽穗期、开花期均表现为相对较早，并且小麦长势整齐，一些活力较高的大粒种子相比小粒种子，产量相对高产，平均增值达 32.20%。新疆属高温长日照地区，温度等环境因素对小麦的影响尤为显著［5］。在春小麦开花后的不同时期对栽培小麦进行高温处理，可显著降低翌年春小麦籽粒萌发嫩芽的长势和种子活力，并且花后高温越早，对春小麦籽粒活力的影响就越大，花后3 d高温的影响最大［6］。灌浆期高温显著加快灌浆时间，致使小麦产量显著下降，种子成熟度不够，造成种子活力显著下降。谷类作物中主要存在2种淀粉降解酶即α-淀粉酶（α-amylase）和β-淀粉酶（β-amylase）。α-淀粉酶的作用在淀粉分解中非常关键，且其活性易受到温度的影响。小麦籽粒在成熟前经过低温处理，籽粒中α-淀粉酶的活性会显著上升，相反，高温则会致使小麦籽粒中α-淀粉酶的活性降低［7］。陈蕾太等［8］研究表明，淀粉酶的活性水平与种子的活力指数呈显著的正相关关系。高温胁迫对于植物的膜脂质透性增加有很强的刺激作用［9-10］。
【本研究切入点】环境对小麦种子的自身遗传特性以及生长发育将产生极为显著的影响，尤其是对于种子活力影响更为直接［11］。小麦生产中，会受到高温环境因素的影响，但目前针对小麦花后遭遇高温环境，影响其籽粒萌发特性的影响报道较少。需研究小麦花后高温处理对其籽粒发芽和生长的影响。【拟解决的关键问题】以新春11号为材料，于小麦开花后5～8 d进行高温处理，研究高温逆境胁迫对小麦籽粒的萌发以及酶活性的影响，为小麦抗逆新品种选育提供参考。
1 材料与方法
1.1 材 料
供试材料为春小麦品种新春11号，成熟性中等（来自于石河子大学麦类作物研究所）。
1.2 方 法
2016年9～12月，盆栽试验，在人工气候室（20～25℃）进行。盆直径25 cm，深30 cm；盆土重1.5 kg左右。土壤理化性质为基质和蛭石3∶1混合而成，土壤全氮量1.1 g/kg，速效磷37.58 mg/kg，速效钾132.42 mg/kg。每个栽培盆人工点播种子20粒。人工选择性状基本生长一致的幼苗作为材料，在小麦开花后5 d将幼苗移栽至（GZP-250A）光照培养箱中进行高温逆境处理。处理期间昼/夜温度设定为35℃/18℃。高温处理时间段为12：00～17：00，再将幼苗移栽至人工气候室。对照（CK）材料不采用任何高温逆境处理。待小麦成熟后，小心剥取麦穗的中下部籽粒，一部分自然干燥后用于小麦籽粒萌发时特性的测定，剩余的小麦籽粒需要放置于液氮中速冻，待30 min后，再转置于-80℃的超低温冰箱中寄存，后期测定相关酶活性。
1.2.1 测定指标
1.2.1.1 种子活力
采用蔡克孝等［12］方法测定小麦种子活力，以种子萌发指数和种子活力指数表示。
发芽指数（GI）=∑（Gt/Dt）.
式中，Gt为1～7 d萌发的籽粒数量，Dt为萌发所需要的总时间。
种子的活力指数=GI×S.
式中，S为第7 d种子萌发时的幼苗长度（cm）或者是种子萌发后幼苗的重量（mg），GI为萌发指数。
从每个培养皿中随机抉择10株小麦幼苗测定发芽长度（cm）、芽鲜重（mg）、萌发后幼苗根长（cm）（即每株小麦根长为最长根长度）和根鲜重（mg）。
1.2.1.2 籽粒电导率
采用种子生物学［13］方法测定种子电导率。
1.2.1.3 种子活力
采取胡晋［14］氯化三苯基四氮唑（2，3，5-Triphenyl Terrazolium Chloride，TTC）改进法用于测定种子活力相关指标。
1.2.1.4 淀粉酶活性
采用刘子凡［15］方法测定α-淀粉酶、β-淀粉酶、总淀粉酶。
1.2.1.5 过氧化物酶POD
运用愈创木酚法［16］测定POD含量。
1.2.1.6 过氧化氢酶CAT
运用紫外吸收法［17］测定CAT含量。
1.3 数据处理
数据处理（Data Treating）和作图（Plot）：WPS Excel 2016；方差分析（ANOVA）和显著性检验（Test Of Significance）：IBM SPSS Statistics 19.0；图表的制作：Photoshop。
2 结果与分析
2.1 小麦花后遭遇高温胁迫对其种子萌发影响
2.1.1 花后遭遇高温胁迫对小麦种子发芽率及发芽势的影响
研究表明，小麦开花后遭受到高温逆境胁迫时，发芽率和发芽势较对照（CK）分别降低了5.10%和3.22%，2项指标较对照显著降低，并且发芽率差异极显著。图1
2.1.2 花后高温对芽期幼苗生长的影响
研究表明，小麦籽粒在嫩芽时期的芽长与嫩芽时期的芽鲜重，在遭受小麦花后高温逆境胁迫处理后，与对照相比，2项指标分别降低了17.98%和12.84%，且差异显著；另外2项指标根长和根鲜重也表现为同样的变化趋势。小麦籽粒在经过一定的高温处理后，种植后长出的幼苗芽长、芽鲜重、根长和根鲜重等指标均受到影响，影响嫩芽的地上部分和根部的正常生长。图2
2.1.3 小麦花后遭受高温胁迫其籽粒电导率的影响
研究表明，经花后高温胁迫处理后的小麦籽粒电导率与对照差异极显著（高出对照22.78%），高温胁迫降低了种子活力。图3
2.1.4 小麦花后遭受高温胁迫对种子活力影响
研究表明，小麦开花后经过高温逆境处理后，翌年种植待种子萌发后，小麦苗期嫩芽的长度以及鲜重均较对照降低显著，幼苗长度降低12.48%，幼苗时期鲜重减少6 g，达到4.97%，与对照差异不显著。发芽指数、活力指数Ⅰ和活力指数Ⅱ等指标较对照呈显著降低且降幅较大（降幅分别为22.92%、22.62%和17.21%）；种子活力（TTC还原强度）与对照相比虽然降低26.02%，但差异不显著。表1
2.2 花后遭受高温胁迫对小麦种子萌发过程中相关酶活性的影响
2.2.1 小麦花后遭受高温胁迫对籽粒中过氧化物酶POD和过氧化氢酶CAT活性的影响
研究表明，栽培过程中，小麦种子的发芽时间延长，种子内部POD酶活性增加，并且在小麦的各个时期，叶片中POD酶的活性均明显小于根系。小麦经过花后的高温逆境胁迫处理后所生成的籽粒，在翌年籽粒萌发时的各时期，其根系和叶片的POD酶活性降低（分别较对照POD酶活性降低了20.97%和11.52%），其中叶片POD酶活性在萌发7 d时差异显著（较对照CK降低了24.19%）。小麦栽培中，经过花后的高温逆境处理所生成的籽粒，翌年栽培种植后，在籽粒萌发的中后期，萌发生长的嫩芽根系和叶片的POD酶活性均易受到影响，但前者受到影响的程度大于后者。
小麦籽粒CAT和POD活性变化趋势相似。在小麦发芽过程中，CAT活性在根系和叶片中均有所增加，并且CAT的活性叶片明显小于根系，但是增加量均小于POD；小麦经花后高温处理后，其籽粒种子与对照组相比较，处理组籽粒分别在其萌发的第3、5和7 d时，生长出的幼苗根系的CAT酶的活性明显降低了44.96%、34.31%和32.71%；在同样的处理和时间条件下，小麦经花后高温处理后，其籽粒种子与对照组相比较，处理组籽粒分别在其萌发的第3、5和7 d时，生长出的幼苗叶片CAT酶活性下降了19.26%、33.06%和10.19%。小麦经花后高温处理后，其籽粒种子生长出的幼苗根系和叶片的CAT酶活性均受影响，但是前者受影响的程度更大。图4
2.2.2 花后高温胁迫对籽粒淀粉酶活性的影响
研究表明，小麦种子萌发过程中，POD、SOD以及CAT三者的活性变化表现出相似性，小麦种子在萌发期间，种子淀粉酶活性逐渐增强或逐渐达到平稳。第1 d几种淀粉酶活力稍有变化；第3 d α-淀粉酶活性显著增加且很快达到最大值，与此相比较，β-淀粉酶活性和总淀粉酶活性的增长则处于平稳状态。之后，α-淀粉酶的活性也逐渐达到平稳状态，不再增加，反而，β-淀粉酶的活性和总淀粉酶的活性表现为继续增加，在小麦籽粒发芽后7 d时，增加至最大值。在小麦开花后的高温逆境胁迫处理下，第1 d时，相比较试验对照组和处理组的几种淀粉酶活性，分别降低41.16%、8.55%和10.67%，但变化不显著；第3 d时，几种淀粉酶的活性均表现为显著降低；分别在第5 d和第7 d时，与对照组样品中籽粒含有的相关酶活性虽不显著，但处理组样品中籽粒α-淀粉酶的活性呈下降趋势（16.53%和12.82%）。小麦籽粒中含有的总淀粉酶活性和含有的β-淀粉酶的活性均显著降低。α-淀粉酶更容易受到高温影响。图5
2.2.3 小麦种子活力指标与酶活性的相关性
研究表明，小麦籽粒在其萌发过程中，种子活力与其抗氧化性相关的酶活性，均显著相关。小麦在开花后的高温逆境胁迫处理，籽粒内含有的相关酶活性降低影响了小麦种子活力及幼苗生长。表2
3 讨 论
3.1 小麦花后经过高温胁迫处理对种子萌发期间酶活的作用
种子电导率与种子活力指标在其浸出液中呈负相关［18］。CAT（过氧化氢酶）、SOD（超氧化物歧化酶）、POD（过氧化物酶）可以防止小麦产生氧化损伤［19］。大豆、燕麦、油菜种子中的POD和CAT的活性，也会伴随着种子老化活性降低［20］，与试验研究结果相似；此外，小麦根系中酶活性（POD和CAT）的变化大于叶片中，小麦在生长过程中幼苗根系较叶片更容易受到影响。
3.2 小麦花后遭受高温胁迫对小麦籽粒萌发特性影响
自然条件下的温度和水分对于小麦作物生长中所产生的影响均差异极显著，对小麦籽粒中相关物质的形成均产生重要影响［21］。研究结果表明，小麦种子在受到花后高温胁迫可导致植株后期生长受到影响，产量也随之受到影响。
小麦籽粒萌发时，淀粉酶活性会显著上升。在研究中，随着籽粒萌发时间的推进，籽粒中 α-淀粉酶、β-淀粉酶、总淀粉酶活性经花后高温胁迫处理后均有一定程度的下降，酶活性与种子活力之间具有显著相关性［21］。
4 结 论
小麦开花后遭受到高温逆境胁迫时，发芽率和发芽势较对照（CK），分别降低了5.10%和3.22%，2项指标较对照差异显著，并且发芽率差异极显著。小麦籽粒在嫩芽时期的芽长与嫩芽时期的芽鲜重，在小麦花后高温逆境胁迫处理后，分别降低了17.98%和12.84%，经花后高温胁迫处理后的籽粒电导率较对照差异极显著，小麦苗期嫩芽的长度以及鲜重均较对照降低显著，幼苗长度降低12.48%，幼苗时期鲜重减少6 g，达到4.97%，较对照差异不显著。小麦经花后高温处理后，其籽粒种子生长出的幼苗根系和叶片的CAT酶活性均受到影响，但是前者受影响的程度更大。小麦的籽粒在种子萌发过程中POD、SOD以及CAT三者的活性变化表现出相似性，小麦籽粒中含有的总淀粉酶活性和含有的β-淀粉酶的活性均显著降低。α-淀粉酶更容易受到高温影响。
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Effect of high temperature stress at anthesis on seed vigor of wheat
Abstract：【Objective】 To clarify the effect of post-anthesis high temperature treatment on grain germination and growth， and explore the psychological mechanism of wheat response to the stress of post-anthesis high temperature.
【Methods】 "Xinchun 11， the main wheat cultivar in Xinjiang， was chosen as the model of crop. The mature wheat seeds were treated with the high temperature for 5 days to 8 days after flowering， and then the germination characteristics and the related enzymes activities associated with the oxidative stress of the seeds were examined.
【Results】 After high temperature treatment， the germination rate and germination potential of wheat grains were significantly reduced compared with the photo comparison （5.10% and 3.22%， respectively）， and the conductivity index was significantly higher than that of the control （22.78% higher）. After high temperature treatment， the bud length and fresh weight of wheat grain germination and growth decreased by 17.98% and 12.84% compared with the CK， the germination index and vigor index decreased significantly in wheat grain germination. The change in seed viability （ttc reduction intensity） was not significant， but the decrease was 26.02%. Meanwhile， the germination index and vigor index both decreased significantly in wheat grain germination. The change in seed viability （TTC reduction intensity） was not significant， but the decrease was 26.02%.
【Conclusion】 The results showed the high temperature stress at anthesis might have significant effects on wheat seed enzyme activity， and could further cause the decrease of the seed vigor and weaken the growth of wheat as a seedling， which might affect the wheat production ultimately.
Key words：wheat;seed germination; post-anthesis high temperature; amylase; peroxidase
