抗感锈病小麦品系碳氮代谢特性的比较

摘要：采用田间常规栽培及自然感病方法，对两个抗锈病能力具有明显差异的小麦品系不同生育时期碳氮代谢的多项生理生化指标进行了比较研究。结果表明，锈病的侵染明显降低了两个小麦品系旗叶中硝酸还原酶（ＮＲ）和谷氨酰胺合成酶（ＧＳ）等氮素同化关键酶的活性，减少了蛋白质的积累量，造成氮素代谢失调；两个小麦品系使旗叶中叶绿素含量降低、光合作用受抑制、可溶性糖含量减少，限制了小麦的碳素代谢能力；导致两个小麦品系旗叶中相对电导率和丙二醛（ＭＤＡ）含量增加，膜脂过氧化加剧，加速了功能叶的早衰。抗性不同的两个小麦品系在锈病胁迫下多项相关指标均存在较大的差异。

关键词：小麦锈病；抗性；碳氮代谢特性

中图分类号：S512.101 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０12）16－3427-04

Comparison of Carbon and Nitrogen Metabolism Characteristic between Wheat Varieties

Resistant and Susceptible to Rust Disease

ＷＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇ－ｍｉｎｇ，ＴＡＯ Ｓｈｉ－ｓｈｕｎ

（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｍｉａｎｙａｎｇ ６２１０１０， Ｓｉｃｈｕａｎ， Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｉｎｄｅｘｅｓ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｅｒｉｏｄｓ ｏｆ ｔｗｏ ｗｈｅａｔ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｔｏ ｒｕｓｔ ｄｉｓｅａｓｅ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｄｏｐｔｉｎｇ ＴＣＭ ａｎｄ ｎａｔｕｒａｌ ｉｎｆｅｃｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｉｎｖａｓｉｏｎ ｏｆ ｒｕｓｔ ｄｉｓｅａｓｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ａｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ｋｅｙ ｅｎｚｙｍｅｓ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ｓｕｃｈ ａｓ ＮＲ ａｎｄ ＧＳ ｉｎ ｔｈｅ ｆｌａｇ ｌｅａｆ， ａｎｄ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｔｅｉｎ， ｔｈｅｎ ｂｒｏｕｇｈｔ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｌａｃｋ ｏｆ ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ． Ｂｅｓｉｄｅｓ， ｔｈｅ ｉｎｖａｓｉｏｎ ａｌｓｏ ｌｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌｌ， ｓｏｌｕｂｌｅ ｓｕｇａｒ ａｎｄ ｉｎｈｉｂｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｈｏｔｏｓｙｎｔｈｅｓｉｓ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｆｉｎｅｄ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ． Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ， ｔｈｅ ｉｎｖａｓｉｏｎ ａｌｓｏ ｒｅｓｕｌｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ＭＤＡ， ｔｈｅ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｉｐｉｄ ｐｅｒ ｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｌａｇ ｌｅａｆ， ｔｈｕｓ ｓｐｅｅｄｉｎｇ ｕｐ ｔｈｅ ｐｒｅｍａｔｕｒｅ ｓｅｎｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ－ｌｅａｆ． Ｓｏ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｓｏｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ｉｎ ｓｅｖｅｒａｌ indexes ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ under ｒｕｓｔ stress．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗｈｅａｔ ｒｕｓｔ； ｒｅｓｉｓｔａｎｔ； ｃａｒｂｏｎ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ

锈病是世界小麦生产上的重要病害之一，因其分布广泛、流行成灾率高、危害极其严重而受到国内外广大科技工作者的高度关注［１］。长期以来，许多学者在小麦锈病的菌物学［２］、组织病理学［３］、分子生物学［４，５］、品种抗性鉴定方法［６，７］等方面的研究已取得了很大进展；在小麦锈病的抗性生理生化机制方面，前人也分别从呼吸、光合、水分，矿质营养［８－１０］等代谢角度进行过不少卓有成效的探索。此次研究以两个抗锈病能力具有明显差异的小麦品系为材料，通过分析比较其不同生育时期碳氮代谢等多项相关生理生化指标的差异，以期探明锈病胁迫下不同抗性小麦品系的碳氮代谢特性及锈病对小麦产量和品质不良影响的内在原因，为抗锈病小麦优良品种的选育及栽培提供一定的参考依据。

１ 材料与方法

１．１ 供试材料

供试小麦（Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ．）品系由西南科技大学小麦研究所提供，已在随机区组栽培的条件下经过6代自然分离纯化。试验材料为从中筛选出的抗、感锈病性状分离较明显的两个品系，分别命名为西科Ⅰ号（抗病性较弱）和西科Ⅱ号（抗病性较强）。

１．２ 试验方法

试验在西南科技大学生命科学与工程学院龙门小麦育种试验基地进行，随机区组设计，３次重复，行长２．０ ｍ，行距１０ ｃｍ，株距２ ｃｍ，四周设保护行。各供试小麦品系均在相同的肥水管理条件下进行田间常规栽培，采用自然感病方法。参照商鸿生等［１１］的分级标准，以１３ ｄ为１个周期，分别于小麦子粒形成期（４月１３日）、灌浆期（４月２６日）和乳熟期（５月１０日）随机采集中度感病（以下简称感病）及未感病的旗叶为材料，取样后用去离子水清除叶片表面的锈病病原菌孢子和灰尘后测定各项指标。

１．３ 生理指标测定

按王学奎［１２］的方法，采用分光光度法测定叶绿素含量、采用蒽酮－硫酸比色法测定可溶性糖含量、采用考马斯亮蓝Ｇ－２５０法测定可溶性蛋白质含量、采用硫代巴比妥酸法（ＴＢＡ）测定丙二醛（ＭＤＡ）含量、采用电导法测定细胞膜伤害程度；参照邹琦［１３］的方法，采用活体法测定硝酸还原酶（ＮＲ）活性、采用比色法测定谷氨酰胺合成酶（ＧＳ）活性、采用改良半叶法测定净光合速率。