夏樂

摘要：土壤中有效鉀供應(yīng)不足已成為目前我國玉米生產(chǎn)的主要限制因素之一。以耐低鉀玉米自交系90-21-3，91-2和不耐低鉀玉米自交系D937，N40為試材，研究低鉀脅迫下不同耐性玉米自交系生長的影響。結(jié)果表明：低鉀脅迫下，葉片SOD活性下降，90-21-3和91-2的SOD活性高于D937和N40；90-21-3和91-2的POD活性降低不明顯；MDA含量增加，90-21-3和91-2體內(nèi)產(chǎn)生MDA的量較少。耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的自由基清除系統(tǒng)活性較高，能有效減輕膜質(zhì)過氧化傷害。

關(guān)鍵詞：低鉀脅迫；玉米；自交系；保護酶活性

中圖分類號：S513 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）10-0004-03

鉀是作物的營養(yǎng)三要素之一，在作物的生長發(fā)育、新陳代謝及產(chǎn)量形成過程中都具有十分重要的作用。據(jù)統(tǒng)計，全世界1.3×109 hm2土壤中，受到養(yǎng)分嚴(yán)重脅迫的占22.50%，僅有10.19%是無脅迫或輕度脅迫的土壤，而在養(yǎng)分脅迫中大約40.00%的土壤缺鉀。目前，土壤有效鉀素缺乏已經(jīng)極大地限制了作物的生產(chǎn)。我國玉米栽培面積大，且玉米生理需鉀量大，鉀素不足限制了其產(chǎn)量的進一步提高。本課題以耐低鉀玉米自交系90-21-3，91-2和不耐低鉀玉米自交系D937（丹937），N40為試材，研究低鉀脅迫下不同耐性玉米自交系生長的影響，旨在為進一步探明耐低鉀玉米可能的機理研究提供必要的基礎(chǔ)，并為選育耐低鉀的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)玉米新品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為本課題組經(jīng)過多年篩選出的典型的耐低鉀玉米自交系90-21-3，91-2和不耐低鉀玉米自交系D937，N40。

1.2 試驗設(shè)計

采用水培法培養(yǎng)試材。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 SOD活性 采用NBT（氯化硝基四氮唑藍）光還原法測定。

1.3.2 POD活性 采用愈創(chuàng)木酚（鄰鉀氧基酚）法測定。

1.3.3 MDA（丙二醛）含量 采用硫代巴比妥酸還原法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 SOD活性

不同鉀水平下玉米自交系葉片SOD活性情況如圖1所示。

由圖1可以看出：低鉀脅迫下不同耐性玉米自交系的SOD活性總體上呈降低趨勢，不耐低鉀玉米自交系D937和N40的SOD活性降幅大于耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2，處理間差異達到了顯著水平（P=0.046 2），不同耐性玉米自交系間差異也達到了顯著水平（P=0.049 9）。在0.625 mmol/L鉀水平下，D937和N40的SOD活性分別比對照降低了27.1%和68.4%，而90-21-3和91-2的SOD活性分別比對照降低了16.9%和17.9%；在0 mmol/L鉀水平下，90-21-3和91-2的SOD活性分別較對照降低了23.5%和1.0%，而D937和N40的SOD活性分別較對照降低了26.4%和91.9%。說明相比D937和N40而言，90-21-3和91-2具有很好的清除活性氧的能力。

2.2 POD活性

不同鉀濃度下玉米自交系葉片POD活性情況如圖2所示。

由圖2可以看出：隨著低鉀脅迫程度的加劇，4個玉米自交系葉片的POD活性變化趨勢表現(xiàn)不盡一致，90-21-3和91-2的POD活性先下降后上升，但其變化幅度不大，處理間差異不顯著；D937的POD活性先下降，在0.625 mmol/L鉀水平下出現(xiàn)最低值后又呈現(xiàn)上升趨勢，其變化幅度相對較大；N40的POD活性總體呈現(xiàn)下降趨勢。方差分析結(jié)果顯示，無論是處理間還是不同耐性玉米自交系間，其POD活性均沒有達到顯著水平。耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的POD活性相對穩(wěn)定，受低鉀脅迫影響不大。

2.3 MDA含量

不同鉀水平下玉米自交系葉片MDA含量情況如圖3所示。

無論是耐低鉀玉米自交系還是不耐低鉀玉米自交系，在低鉀脅迫下其葉片的MDA含量均呈現(xiàn)增加趨勢，耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的MDA含量變化相對平穩(wěn)，而不耐低鉀玉米自交系D937和N40的增幅較大。在1.250 mmol/L鉀水平下，90-21-3和91-2的MDA含量分別比對照增加了9.4%和16.9%，D937和N40的MDA含量分別比對照增加了18.6%和68.6%，處理間及耐性不同玉米自交系間差異均不顯著；在0.625 mmol/L鉀水平下，90-21-3和91-2的MDA含量分別比對照增加了30.1%和27.7%，而D937和N40的MDA含量分別比對照增加了118.8%和60.7%，處理間差異顯著（P=0.047 1）；在0 mmol/L鉀水平下，90-21-3和91-2的MDA含量分別比對照增加了40.2%和28.1%，D937和N40的MDA含量分別比對照增加了174.4%和108.0%，處理間差異極顯著（P=0.001 2）。

3 結(jié)論與討論

低鉀脅迫下耐性玉米自交系的細胞保護酶系統(tǒng)活性相對較強，耐性不同玉米自交系的質(zhì)膜受損傷程度不同，這與植株體內(nèi)自由基的清除系統(tǒng)——細胞保護酶系統(tǒng)活性強弱密切相關(guān)，其中SOD和POD在清除活性氧過程中發(fā)揮著巨大的作用。

1） SOD分布于C3，C4植物的葉綠體、線粒體和細胞質(zhì)中，是植物內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)的重要成分，可在一定程度上清除活性氧自由基，消除活性氧過多對光合機構(gòu)造成的傷害。本試驗結(jié)果表明，不同耐性玉米自交系葉片的SOD活性均呈現(xiàn)下降趨勢，不耐低鉀自交系D937和N40的SOD活性在0 mmol/L鉀水平時，降幅較大，分別比對照降低了26.4%和91.9%。說明其對低鉀脅迫的影響反應(yīng)大于耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2，產(chǎn)生較多的自由基，影響代謝的正常進行?；钚匝跚宄到y(tǒng)也是植物在環(huán)境脅迫下耗散過剩光能的途徑之一。

2） POD的作用具有雙重性，它一方面可以清除H2O2，為細胞活性氧保護酶系統(tǒng)的成員之一，另一方面又參與葉綠素的降解、活性氧的產(chǎn)生，并能引發(fā)膜脂氧化。本試驗結(jié)果表明，低鉀脅迫下耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的POD活性相對穩(wěn)定，受低鉀脅迫影響不明顯。

3） 隨著低鉀脅迫程度的加劇，不同耐性玉米自交系的膜脂過氧化的產(chǎn)物MDA均增加，耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的MDA含量變化相對平穩(wěn)，而不耐低鉀玉米自交系D937和N40的MDA含量增幅較大，處理間差異達到了極顯著水平。這是因為耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的自由基清除系統(tǒng)活性較高，能有效減輕膜質(zhì)過氧化傷害，細胞膜受損程度小。

可以初步認為，保護酶系統(tǒng)活性的變化及其對活性氧的清除也是耐低鉀玉米自交系對低鉀脅迫耐性的生理機制之一。SOD和POD對細胞的保護作用將隨著低鉀脅迫時間延長或脅迫程度的加劇而逐漸降低，超過其活性閾值，活性氧的產(chǎn)生與清除之間的平衡勢必遭到破壞，進而導(dǎo)致植株內(nèi)部代謝發(fā)生紊亂，外部形態(tài)發(fā)生改變，最終影響到玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。

參考文獻

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