干旱问题是制约我国农业发展的重要因素^[1]，土壤保水剂的开发为水资源高效利用提供了一条有效途径^[2]。保水剂（SAP）是一种吸水性很强的新型高分子聚合物，能迅速吸收并保持自身质量数百倍乃至数千倍的水分，在干旱情况下又可将水分缓慢释放供作物利用。新型复合保水剂由凹凸棒石、稀土、生物炭和膨润土等材料按照一定比例混合制成，稀土能提高干旱胁迫下小麦的渗透调节能力，诱导叶片叶绿素合成，提高光合作用。凹凸棒石和膨润土是国家鼓励推广并重点支持的新型农用制品，尤其是在北方小麦生产中，充分发挥其保水特点，对提高小麦水分利用效率有积极意义。

目前，关于保水剂的研究大都在保水剂类型和保水剂合成工艺方面。黄占斌等^[3]研究表明，复合型保水剂促进植株的生长，这主要是由于复合型保水剂结构中含有利于植物生长的营养成分，如腐殖酸和稀土元素等。武毅等^[4]研究表明，保水剂的用量主要影响了土壤中水分的含量，过少或者过多的施用反而会造成土壤水分过多或者过少。李志娟^[5]研究表明，在施用保水剂情况下，添加膨润土，与未添加膨润土的处理相比，作物出苗率提高，保水剂仍具有良好的保水性，作物长势较好。有研究表明，保水剂能促进植物的萌发、生长发育以及提高产量，它能够改善土壤结构，促进团粒的形成^[6-8]，但关于保水剂对小麦幼苗干旱胁迫下生理特征影响的研究未见报道。因此，通过小麦苗期干旱胁迫试验探究新型复合保水剂对干旱胁迫下小麦幼苗抗旱生理指标及光合特性的影响，可为新型复合保水剂在小麦抗旱栽培中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年11月12日至12月7日进行。供试小麦品种为烟农999。新型复合保水剂由稀土 （5%）、凹凸棒黏土（55%）、生物炭（10%）、膨润土（30%）构成。凹凸棒黏土是甘肃临泽天然凹凸棒土；生物炭由巩义市北山口创美氧化铝厂生产；稀土（0.045mm）由山东德盛新材料有限公司生产；膨润土由广州泽丹鹿贸易有限公司生产，试验中用到的其它试剂皆为分析纯。

新型复合保水剂的制备：称取一定量的丙烯酸，按照70%的中和度，加入所需量的氢氧化钠溶液，将氢氧化钠溶液在冰水浴的条件下滴加到混合液中，在反应釜中搅拌使其充分溶解，再加入适量的凹凸棒石、稀土、生物炭和膨润土，搅拌混合后再加入交联剂过硫酸钾，待交联剂充分溶解后，称取所需量的引发剂丙烯酰胺，待溶解后加入到混合物中，搅拌均匀后将反应釜置于一定温度的水浴锅中反应，待反应完全后取出成品，烘干并机械粉碎备用。

1.2 试验设计

苗期干旱胁迫试验在青岛农业大学试验基地 （36.30°N，120.36°E）进行。试验选用形态一致、大小相近、饱满的小麦种子，播种于16cm×11cm塑料盆中。每盆装入1.5kg土壤，新型复合保水剂与土壤搅拌均匀，并均匀地铺在盆中。试验设置6个处理，分别为正常水分条件下CK（无保水剂） 和S-CK（0.07g/盆新型复合保水剂）、轻度干旱胁迫下D1（无保水剂）和S-D1（0.07g/盆新型复合保水剂）、重度干旱胁迫下D2（无保水剂）和S-D2 （0.07g/盆新型复合保水剂）。每个处理6盆，每盆6株小麦，播种深度2cm，浇定量的蒸馏水350mL（田间持水量24%），称重后置于光照培养箱 （GZP-250A，北京九州）中，光照度20000lx，光照14h，温度25℃和暗处理10h，温度20℃条件下开始培养。于小麦幼苗培育期间进行干旱处理，每隔2d用称重法并根据TDR水分测定仪测定的土壤含水量补充一次水分，保证土壤的相对含水量保持在75%、55%、35%，为后续试验提供不同的胁迫条件。在小麦发芽后停止补充水分，以此研究新型复合保水剂在不同干旱程度下，吸水、释水对小麦幼苗的影响。试验于小麦三叶期开始相关指标的测定。试验设计见表1。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 新型复合保水剂的吸水倍率及失水率

称取1g新型复合保水剂于烧杯中，加入1000mL蒸馏水，每隔一定时间测定样品的吸水量，直至饱和。将100g吸水饱和的新型复合保水剂平铺于表面皿，放到室内让其自然蒸发，每天称重，记录新型复合保水剂水分蒸发后的质量。

1.3.2 幼苗根、茎长和叶片相对含水量

于小麦三叶期，将小麦幼苗植株冲洗干净，用电子游标卡尺测量小麦幼苗根、茎长，每个处理重复12次。同时，取最新完全展开的叶片，先测定叶片鲜重（FW），然后将叶片置于4℃完全黑暗的环境中吸水6h后测定饱和重（TW），再将叶片置于60℃烘箱48h后测定干重（DW），最后用以下公式进行计算叶片相对含水量（RWC）：RWC（%）＝ （FW-DW）／（TW-DW）×100

1.3.3 抗旱生理指标

于小麦三叶期，取小麦新鲜叶片，测定其渗透调节物质和抗氧化物质。可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法；脯氨酸含量采用茚三酮法； 可溶性多糖含量采用蒽酮比色法；丙二醛（MDA） 含量测定采用硫代巴比妥酸（TBA）法；超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性测定分别采用氮蓝四唑（NBT）法和高锰酸钾滴定法； 过氧化物酶（POD）活性测定采用愈创木酚比色法；抗坏血酸（ASA）采用2，6-二氯酚靛酚滴定法；脱氢抗坏血酸（DHA）含量采用2，6-二氯酚靛酚滴定法。以上指标均参考肖家欣^[9]的实验方法。还原型谷胱甘肽（GSH）含量采用5，5-二硫二硝基苯甲酸（DTNB）法^[10]。每个指标重复测定3次。

1.3.4 光合特性指标

于小麦三叶期，采用随机取样法，每个处理随机选取3株小麦叶片，每株选取1片叶片，重复3次。光合特性采用LI-6400便携式光合仪（美国LI-COR公司）测定。多次重复取平均值。

1.3.5 光合色素含量

小麦叶片叶绿素含量测定通过丙酮研磨，用分光光度计测出叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素及叶绿素总量的含量^[9]。

1.4 数据处理

所有试验数据采用Excel 2016、SPSS 17.0进行计算、绘图及统计分析。

2 结果与分析

2.1 新型复合保水剂的吸水速率以及失水率

由图1可以看出，新型复合保水剂在140min之前吸水倍率迅速上升，在140min之后吸水倍率逐渐稳定在250倍左右。根据图2所示，在自然状态下，新型复合保水剂在10d之前失水率逐渐上升，在10d时达到59%，在10d后失水趋势逐渐稳定。根据新型复合保水剂吸水、释水的曲线可以得出，本试验在停止补充水分后，新型复合保水剂缓慢释放水分，促进小麦幼苗的生长，未施用保水剂的处理生长则会受到抑制；在受到干旱胁迫的一定时间内，施用新型复合保水剂可以保证小麦幼苗的正常生长，但超过10d，小麦幼苗生长可能会受到抑制。

2.2 新型复合保水剂对干旱胁迫下小麦幼苗根、茎长和叶片相对含水量的影响

由表2可以看出，随着干旱程度的增加，根长、茎长呈现出逐渐下降的趋势。未施加新型复合保水剂的处理随着干旱程度的增加，3个处理之间呈现出显著差异。施加新型复合保水剂的处理，在轻度干旱条件下与正常水分条件下的根长无显著性差异，但两者与重度干旱条件下存在显著性差异。干旱胁迫程度越高，叶片相对含水量越低。干旱胁迫条件下，施加新型复合保水剂的处理与未施加新型复合保水剂的处理两者之间的叶片相对含水量存在显著性差异。

注：同列数据后不同字母表示处理间差异达到5%显著水平。下同。

2.3 新型复合保水剂对干旱胁迫下小麦幼苗光合特性的影响

由表3可以看出，净光合速率、气孔导度、胞间CO₂ 浓度和蒸腾速率随着干旱程度的增加均呈现出下降的趋势。在同一水分条件下，S-CK与CK的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂ 浓度和蒸腾速率存在显著性差异，并且相较于CK分别提高了19.00%、17.54%、9.06%和11.58%。S-D1与D1各性状之间也存在显著性差异，净光合速率、气孔导度、胞间CO₂ 浓度和蒸腾速率分别提高了33.85%、47.73%、20.87%和32.88%。S-D2与D2之间的蒸腾速率无显著性差异，但是净光合速率、气孔导度和胞间CO₂ 浓度存在着显著性差异，且分别提高了34.04%、58.82%和16.88%。说明了施用新型复合保水剂可以提高小麦幼苗的光合作用，在一定的干旱胁迫下，可以保证小麦幼苗的正常生长。施用新型复合保水剂后，S-D1与S-CK之间的净光合速率、气孔导度、胞间CO₂ 浓度和蒸腾速率无显著性差异，但是两者与S-D2存在显著性差异，说明了新型复合保水剂在轻度干旱条件下可以保证小麦幼苗的生长，但在重度干旱条件下则无法减轻干旱对于小麦幼苗的危害。

2.4 新型复合保水剂对干旱胁迫下小麦幼苗叶片光合色素含量的影响

由表4可知，随着干旱程度的增加，叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素的含量呈现出先上升后下降的趋势。说明了在轻度干旱条件下，小麦幼苗的叶绿素含量会适量提高；但在重度干旱条件下，小麦幼苗的叶绿素含量则出现下降的情况。同一水分条件下，施用新型复合保水剂处理叶绿素a的含量明显提高，S-CK、S-D1和S-D2分别提高了24.54%、13.96%和14.58%。同时叶绿素b含量也是明显提高，与未施用新型复合保水剂的处理存在显著性差异。在同一水分条件下，施用新型复合保水剂的处理表现出类胡萝卜素的含量显著高于未施用新型复合保水剂的处理。说明了施用新型复合保水剂后，在轻度干旱条件下可以显著提高小麦幼苗叶绿素含量，进一步促进小麦的光合作用。

2.5 新型复合保水剂对干旱胁迫下小麦幼苗抗旱生理指标的影响

2.5.1 新型复合保水剂对渗透调节物质含量的影响

根据表5可知，随着干旱胁迫程度的增加，脯氨酸、可溶性多糖、可溶性蛋白和丙二醛含量都呈现出逐渐上升的趋势。在未施用新型复合保水剂的条件下，随着干旱胁迫的增加，3个处理之间的脯氨酸、可溶性多糖、可溶性蛋白和丙二醛含量呈现显著性差异。施用新型复合保水剂的条件下，S-CK与S-D1之间的脯氨酸、可溶性多糖和丙二醛含量并无显著性差异，但两者与S-D2之间存在显著性差异。可溶性蛋白的含量在施用新型复合保水剂的情况下3个处理之间存在显著性差异。在同一水分条件下，CK与S-CK两者之间的脯氨酸、可溶性多糖、可溶性蛋白和丙二醛含量没有显著性差异。D1与S-D1两者之间的脯氨酸、可溶性多糖、可溶性蛋白和丙二醛含量存在显著性差异，并且S-D1比D1分别下降了30.42%、19.11%、 19.24%和14.75%。D2与S-D2两者之间的脯氨酸和丙二醛含量也存在显著性差异，并且S-D2比D2分别下降了18.88%和4.24%。说明干旱胁迫下，施用新型复合保水剂可以明显减轻小麦幼苗受到的干旱胁迫。

2.5.2 新型复合保水剂对抗氧化酶活性的影响

由表6可知，随着干旱程度的增加，SOD、 POD和CAT活性呈现出先上升后下降的趋势。在轻度干旱时，三者的活性均呈现出最大值，在重度干旱的情况下，三者的活性表现为最小值。在同一水分条件下，S-CK要比CK的SOD、POD和CAT活性高，且存在显著性差异，分别提高了7.07%、 16.78%和16.91%。S-D1的SOD、POD和CAT活性比D1提高了15.77%、31.60%和26.11%。S-D2与D2之间的SOD、POD和CAT活性存在显著性差异，且分别显著提高了4.73%、23.51%和17.27%。说明施用新型复合保水剂可以显著提高小麦幼苗的抗氧化酶活性，对外界干旱具有较好的抗逆效应。

2.5.3 对抗氧化物质含量的影响

由表6可以看出，随着干旱程度的逐渐增加，小麦幼苗叶片中的ASA、GSH含量基本呈现出先上升后下降的趋势。说明轻度干旱情况下，小麦幼苗可以增加ASA、GSH含量从而清除体内过多的活性氧；重度干旱情况下，小麦受到的损伤严重，不能产生足够的ASA、GSH，无法缓解受到的干旱胁迫。同一水分条件下，S-CK与CK的ASA、GSH含量存在显著性差异，并且明显提高，分别提高了5.72%、12.42%。S-D1与D1相比，ASA、GSH含量显著提高，2个处理之间存在显著性差异，S-D1比D1的ASA、GSH含量分别提高了36.81%和17.39%。S-D2与D2相比，ASA、GSH含量同样是显著提高，且存在显著性差异，两者含量分别提高了15.26%和17.29%。说明施用新型复合保水剂后，可以有效提高小麦幼苗内的ASA、GSH含量，从而提高小麦干旱胁迫下对过多活性氧的清除能力。

3 讨论

新型复合保水剂能够吸收水分，然后在土壤水分亏缺时缓慢释放水分，以保证植株在干旱条件下能够进行正常的生理代谢活动。叶片相对含水量的大小说明了在干旱胁迫后小麦的水分亏缺情况。李中阳等^[11]研究表明保水剂可以促进根系生长。在本试验中，轻度干旱胁迫下施用新型复合保水剂后可以明显提高小麦幼苗中叶片的相对含水量，从而降低干旱胁迫对小麦幼苗的损伤。根、茎长是小麦植株应对干旱胁迫的一种外部形态表现形式^[12]。在干旱条件下，根、茎长都会出现相应的变化，两者的伸长生长是对干旱胁迫最敏感的过程之一。在本试验中，轻度干旱条件下施用新型复合保水剂后明显提高了小麦幼苗的根、茎长，从而提高小麦根系对于水分的吸收，促进小麦幼苗的生长发育。李柯妮等^[13]研究表明，适量保水剂的施用会促进植物根的生长，提高叶片相对含水量。

光合作用在小麦干物质积累及产量形成过程中有着密不可分的作用。在干旱条件下，小麦幼苗的光合作用会受到抑制，从而影响植物的生长^[14]。本试验中，轻度干旱胁迫条件下，施用新型复合保水剂后提高了小麦幼苗净光合速率、气孔导度、胞间CO₂ 浓度和蒸腾速率。重度干旱胁迫下，小麦的光合特性受到了抑制，施用新型复合保水剂后也无法保证小麦的干物质积累。叶绿素含量与光合作用密不可分，因此在干旱胁迫中，叶绿素含量也是抗旱的重要指标之一^[15]。叶绿素含量越高说明小麦抗旱能力越高，也会促进小麦的光合作用。在本试验中，小麦幼苗叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素在轻度干旱条件下，会有一定程度的增加；在重度干旱条件下，叶绿素含量则会下降，无法维持正常的光合作用。轻度干旱条件下，施用新型复合保水剂后能够提高叶绿素含量，促进小麦幼苗的光合作用，减少干旱胁迫对小麦干物质积累的影响。杨永辉等^[16]研究表明，施用保水剂后小麦光合作用和叶绿素含量得到了显著提高。罗华等^[17] 在生菜中的试验也表明保水剂能够增加叶绿素含量 （SPAD值）。

干旱胁迫条件下，小麦植株体内的活性氧会迅速增加，加剧小麦细胞膜脂过氧化反应的进行。因此植株体内会产生应激反应，保护酶系统会产生一系列的抗氧化酶来减少这些有毒物质，保证小麦的正常代谢反应^[18]。在本试验中，轻度干旱胁迫下施用新型复合保水剂后，提高了小麦幼苗中SOD、 POD和CAT活性，降低了小麦幼苗内活性氧等物质，减轻了小麦膜脂的损伤，这与李佳等^[19]在槟榔幼苗中的试验结果一致。但在重度干旱胁迫下，抗氧化酶活性则无法保证小麦的正常生长发育。抗坏血酸-谷胱甘肽循环在小麦中有着重要的抗逆作用，两者具有维持小麦正常生理代谢的作用^[20]。在轻度干旱胁迫下，施用新型复合保水剂后，抗坏血酸、谷胱甘肽的含量与未施用新型复合保水剂的处理具有显著性差异。施用新型复合保水剂可以提高抗坏血酸、谷胱甘肽的含量，促进抗坏血酸-谷胱甘肽循环在干旱胁迫下的有序进行。渗透调节物质在小麦干旱胁迫下会有一定程度的增加，进而影响小麦生理活动的正常进行^[21]。在本试验中，轻度干旱胁迫下，施用新型复合保水剂后会适当降低渗透调节物质的含量，从而减轻干旱胁迫带来的损害。施用新型复合保水剂后，脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白和丙二醛含量在轻度干旱与正常水分条件下无显著性差异，明显降低了轻度干旱条件带来的影响。

4 结论

综上所述，新型复合保水剂在轻度干旱条件下可以有效减缓小麦的衰老，提高小麦的光合作用，从而保证小麦正常的生理活动。在轻度干旱胁迫条件下，施用新型复合保水剂后，能够显著提高小麦光合作用、抗氧化酶活性，降低干旱对小麦幼苗的影响。但是在重度干旱胁迫条件下，施用新型复合保水剂之后，无法保证小麦幼苗正常生理活动的进行，小麦幼苗的生长还是会受到抑制。

参考文献