鄒原東　韓振芹　李志強(qiáng)

摘要? [目的]探究玉米幼苗期水分脅迫下生理指標(biāo)的變化，衡量不同玉米品種之間的抗旱差異，為抗旱品種選育提供借鑒。[方法]采用PEG-6000水溶液模擬干旱環(huán)境，比較4個(gè)玉米品種（林豐香粘、晉超甜1號(hào)、石甜玉1號(hào)和超甜T-75）幼苗期的可溶性蛋白、丙二醛和脯氨酸的含量變化。[結(jié)果]隨著PEG-6000水溶液的增加，4個(gè)品種的可溶性蛋白、丙二醛和脯氨酸含量相應(yīng)增加，在8.75%濃度處理下林豐香粘和超甜T-75的可溶性蛋白含量與其他濃度處理差異顯著，晉超甜1號(hào)和石甜玉1號(hào)不同濃度處理的脯氨酸含量差異極顯著，8.75%和7.50%濃度下4個(gè)品種的丙二醛含量與其他濃度相比差異極顯著。[結(jié)論]石甜玉1號(hào)和晉超甜1號(hào)的抗旱性優(yōu)于林豐香粘和超甜T-75。

關(guān)鍵詞? PEG-6000水溶液;水分脅迫;生理指標(biāo)

中圖分類號(hào)? S513??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? A

文章編號(hào)? 0517-6611（2019）24-0025-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.009

Effects of Water Stress on Physiological Indexes of Maize Seedling

ZOU Yuan-dong， HAN Zhen-qin， LI Zhi-qiang? （Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing 102442）

Abstract? [Objective]To explore the changes of physiological indexes under water stress in maize seedling stage， to study the differences in drought resistance among different maize varieties， and to provide references for breeding of drought-resistant varieties. [Method]PEG-6000 aqueous solution was used to simulate the drought environment to compare soluble protein content， malondialdehyde content and proline content of four maize varieties at seedling stage. [Result]Soluble protein content， malondialdehyde content and proline content of the four varieties increased accordingly with the increase of PEG-6000 aqueous solution， the soluble protein contents of Linfengxiangnian and Shitianyu 1 at 8.75% PEG-6000 concentration was significantly different with other concentrations. The differences of proline content between different concentrations of Jinchaotian 1 and Shitianyu 1 was extremely significant. The difference of malondialdehyde content between the two concentrations of 8.75% and 7.50% was significantly different from other concentrations. [Conclusion]Shitianyu 1 and Jinchaotian 1 had better drought resistance than Linfengxiangnian and Chaotian T-75.

Key words? PEG-6000;Water stress;Physiological index

基金項(xiàng)目? 北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院科技研發(fā)推廣類項(xiàng)目;菜用玉米親本純化技術(shù)研究（XY-NF-18-02）。

作者簡(jiǎn)介? 鄒原東（1980—），男，遼寧丹東人，副教授，碩士，從事作物遺傳育種研究。*通信作者，教授，碩士，從事蔬菜栽培研究。

收稿日期? 2019-06-10

玉米是我國(guó)重要的的谷類作物，兼具食用和飼用功能。作為中國(guó)第一糧食作物，其播種面積和總產(chǎn)量都位居第一，在中國(guó)糧食安全中占有非常重要的地位[1]。隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的深入發(fā)展，農(nóng)業(yè)也迎來(lái)了黃金發(fā)展期;隨著技術(shù)和資金投入的逐年增加，農(nóng)業(yè)的發(fā)展也越來(lái)越趨向國(guó)際化和產(chǎn)業(yè)集約化。作為提升玉米品質(zhì)和產(chǎn)量潛力的基本技術(shù)手段，現(xiàn)代玉米育種發(fā)展速度日新月異。基因工程、基因庫(kù)等新技術(shù)的運(yùn)用極大地提升了行業(yè)的科技創(chuàng)新能力[2]。但近些年自然災(zāi)害頻發(fā)、極端氣候條件對(duì)玉米育種工作提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，如干旱氣象災(zāi)害可能導(dǎo)致玉米減產(chǎn)，甚至絕收等，從而影響玉米產(chǎn)量[3]。研究表明，干旱缺水，尤其是玉米的拔節(jié)期和抽穗期缺水直接導(dǎo)致玉米產(chǎn)量減少20%左右，產(chǎn)量的減少與土壤的干旱程度呈顯著正相關(guān)[4]，直接影響植株外部形態(tài)的變化，也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)在生理變化，如蛋白質(zhì)濃度的增加、體內(nèi)pH的提升、膜脂過(guò)氧化的發(fā)生和氧化傷害的提高[5]。選育抗旱性較強(qiáng)的品種不僅可適應(yīng)當(dāng)下嚴(yán)峻的氣候形式，提高玉米產(chǎn)區(qū)抵御災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的能力，更是干旱地區(qū)提高玉米產(chǎn)量及品質(zhì)亟需面對(duì)的首要難題[6-7]。因此，需要從選擇適宜的抗旱品種出發(fā)，對(duì)內(nèi)在生理水平進(jìn)行深入研究，從而提升抗旱評(píng)價(jià)水平，這對(duì)玉米產(chǎn)區(qū)應(yīng)對(duì)干旱具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義[8-9]。

不同玉米品種對(duì)土壤和大氣干旱條件的適應(yīng)性和抵御能力不同，它們?cè)谛螒B(tài)結(jié)構(gòu)特征、生理生化特性、生長(zhǎng)發(fā)育等方面形成了一系列抗御干旱的機(jī)制和對(duì)逆境的適應(yīng)反應(yīng)[10-12]。郭效龍等[13]根據(jù)種子在高滲溶液中的萌發(fā)及生理生化反應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià)玉米萌發(fā)期和幼苗期的抗旱性，認(rèn)為可溶性蛋白含量、丙二醛含量和SOD活性均可作為鑒定自交系抗旱性的指標(biāo)。鑒于此，筆者以4個(gè)玉米雜交種（林豐香粘、晉超甜1號(hào)、石甜玉1號(hào)和超甜T-75）為試驗(yàn)材料，研究在不同PEG-6000水溶液濃度（4.00%、6.00%、7.50%、8.75%）脅迫下玉米幼苗期生理指標(biāo)的變化，從而篩選出抗旱性較強(qiáng)的玉米品種，為當(dāng)?shù)剡x育抗旱品種提供借鑒。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用4個(gè)玉米雜交種林豐香粘、晉超甜1號(hào)、石甜玉1號(hào)和超甜T-75，編號(hào)分別為NT7、T6、TN5和T4。

1.2? 試驗(yàn)方法

將發(fā)芽盒置于RXZ-400E型人工氣候箱，晝/夜溫度為26 ℃/25 ℃。采用早晚噴水的方法控制濕度在60%～70%，設(shè)定好數(shù)值，將光照時(shí)間調(diào)至白天/夜晚為12 h/12 h，光照強(qiáng)度為2 500 lx，連續(xù)培養(yǎng)10 d。

每個(gè)品種挑選大小均勻、籽粒飽滿的種子各500粒，用75%乙醇消毒10 min，蒸餾水沖洗3次并浸泡12 h。將準(zhǔn)備好的發(fā)芽盒鋪上一定質(zhì)量的細(xì)沙，倒入相應(yīng)濃度的PEG-6000水溶液，取出浸泡好的種子均勻擺放在發(fā)芽盒內(nèi)，并將發(fā)芽盒置于光照培養(yǎng)箱中發(fā)芽。

以蒸餾水為對(duì)照，將PEG-6000水溶液濃度配置為4.00%、6.00%、7.50%、8.75%共4個(gè)濃度。試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理，分別記為CK、處理①、處理②、處理③、處理④。每個(gè)處理 50 粒，3 次重復(fù)。在第8天取相同部位測(cè)定丙二醛、可溶性蛋白及脯氨酸含量。

1.3? 指標(biāo)測(cè)定

丙二醛含量用硫代巴比妥酸反應(yīng)比色法測(cè)定;可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定;脯氨酸含量用茚三酮顯色法測(cè)定。

1.4? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)? 采用WPS繪圖;采用SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同PEG-6000濃度處理對(duì)玉米可溶性蛋白含量的影響

從圖1可以看出，不同濃度PEG-6000水溶液處理下，不同品種的玉米可溶性蛋白含量有差異。隨著水溶液濃度的增加，玉米的可溶性蛋白含量提高，其中處理③和④提高較明顯。從差異性分析來(lái)看，隨著PEG-6000水溶液濃度的增加，處理④的NT7和TN5可溶性蛋白含量與其他處理差異顯著（

P<0.05），另外2個(gè)玉米品種在不同處理間差異不顯著（P>0.05）。由此可見，水分脅迫可使玉米植株的可溶性蛋白含量升高，從而抵抗外界逆境條件帶來(lái)的細(xì)胞失水的影響，保證植株在一定脅迫條件下正常生長(zhǎng)，而不同品種間可溶性蛋白含量的變化存在差異。

2.2? 不同PEG-6000濃度處理對(duì)玉米脯氨酸含量的影響

由圖2可知，隨著PEG-6000水溶液濃度的增加，4個(gè)品種的脯氨酸含量都呈增加趨勢(shì)，但增加的幅度不同。處理④中NT7、T6、TN5、T4品種的脯氨酸含量比CK分別增加了56.75%、44.79%、77.82%和57.47%，比處理③分別增加了29.59%、3.56%、13.61%和9.92%，與其他濃度處理相比增加較明顯。從差異性分析來(lái)看，不同處理T6和TN5的脯氨酸含量差異極顯著（P<0.01），處理③、④中NT7的脯氨酸含量與CK差異極顯著（P<0.01），各處理T4的脯氨酸含量差異不顯著（P>0.05）。由此可見，隨著PEG-6000水溶液濃度的增加，玉米植株體內(nèi)脯氨酸積聚增加，滲透壓降低，以抵御不良環(huán)境造成的影響。

2.3? 不同PEG-6000濃度處理對(duì)玉米丙二醛含量的影響

從圖3可以看出，隨著PEG-6000水溶液濃度的增加，玉米幼苗丙二醛的含量明顯增加。其中處理③和④的丙二醛含量與處理①、②和對(duì)照差異極顯著（P<0.01）。由此可見，隨著干旱脅迫的增加，玉米植株體內(nèi)膜脂過(guò)氧化程度加強(qiáng)，丙二醛含量增加明顯。

3? 結(jié)論與討論

氧自由基反應(yīng)和脂質(zhì)過(guò)氧化在植物的新陳代謝過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，正常狀況下二者處于一種動(dòng)態(tài)平衡。但當(dāng)植物遭受逆境傷害，如冷害、干旱、鹽堿時(shí)該動(dòng)態(tài)平衡就會(huì)被打破，細(xì)胞內(nèi)的生物膜會(huì)受到不同程度的損害;如果傷害程度進(jìn)一步加劇，則可能會(huì)造成細(xì)胞乃至組織的嚴(yán)重?fù)p傷，最終造成植株的死亡。該膜脂過(guò)氧化反應(yīng)過(guò)程會(huì)產(chǎn)生很多產(chǎn)物，而丙二醛是其中之一。通過(guò)丙二醛含量的變化能初步判斷膜脂過(guò)氧化的程度和植物對(duì)逆境條件的反應(yīng)強(qiáng)弱，丙二醛在體內(nèi)大量積累會(huì)造成植物組織的嚴(yán)重傷害，積累量與組織的傷害程度呈正相關(guān)。大量研究表明，隨著逆境傷害程度的加強(qiáng)，植物體內(nèi)丙二醛含量也顯著上升[14-15]。該試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著水溶液濃度的升高，4個(gè)品種的丙二醛含量都相應(yīng)升高，在8.75%濃度下升高最多的為T4，其次為TN5、T6和NT7?？梢娫谠馐芩置{迫時(shí)，玉米幼苗體內(nèi)的丙二醛含量相應(yīng)升高，且在不同品種間的表現(xiàn)一致。

當(dāng)植株處在逆境條件并受到脅迫傷害時(shí)，體內(nèi)脯氨酸含量會(huì)相應(yīng)增加，起到滲透調(diào)節(jié)作用。很多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，在植株受到水分脅迫、鹽脅迫、低溫冷害脅迫等時(shí)，植株體內(nèi)的脯氨酸在一定程度范圍內(nèi)相應(yīng)增加，這是植物體內(nèi)自我保護(hù)狀態(tài)的開啟，從而免于細(xì)胞失水，增強(qiáng)蛋白質(zhì)以及脯氨酸合成酶合成、減弱脯氨酸氧化作用、保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能的穩(wěn)定、調(diào)節(jié)滲透壓、增加植株體內(nèi)的保水能力[16-17]。而隨著傷害程度的進(jìn)一步加強(qiáng)，超過(guò)了植株所能承載的最大傷害量時(shí)，器官就會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，如葉片萎蔫，體內(nèi)脯氨酸含量也會(huì)越過(guò)臨界值轉(zhuǎn)而下降，該傷害是不可逆轉(zhuǎn)的。在水分脅迫下，玉米幼苗的脯氨酸含量增加，滲透調(diào)節(jié)能力增強(qiáng)，在一定程度范圍內(nèi)可抵御不良條件所帶來(lái)的影響，使體內(nèi)的細(xì)胞避免受到嚴(yán)重傷害，是植株自我調(diào)節(jié)能力的表現(xiàn)[18]。該研究結(jié)果與彭云玲等[19]研究結(jié)果一致，水分脅迫程度的增加能顯著增加玉米幼苗葉片中脯氨酸的含量，在不同濃度PEG水溶液下，脯氨酸含量的增加程度隨品種的不同而出現(xiàn)不同程度的差異。在8.75%濃度處理下，不同玉米品種脯氨酸含量由高到低依次為TN5、T4、T6、NT7，植物對(duì)應(yīng)激反應(yīng)表現(xiàn)出的差異與其自身調(diào)節(jié)能力的高低一致。

研究表明，在植株遭受逆境傷害時(shí)，可溶性蛋白含量在一定程度上增加，細(xì)胞液的濃度也增加，從而調(diào)節(jié)組織的滲透能力;但隨著傷害程度的增加，植株體內(nèi)滲透能力下降，引起細(xì)胞內(nèi)吸收水分障礙，造成水分的流失[20-21]。也有研究發(fā)現(xiàn)，在側(cè)柏葉片遭受鹽旱單一脅迫或復(fù)合脅迫處理時(shí)，體內(nèi)可溶性蛋白含量呈下降趨勢(shì)，這既與品種自身的調(diào)節(jié)能力有關(guān)，也可能與蛋白質(zhì)降解速度大于合成速度有關(guān)[22]。該研究結(jié)果表明，水分脅迫會(huì)增加玉米幼苗體內(nèi)可溶性蛋白含量，不同品種之間可溶性蛋白含量變化一致且有小幅度差異，這與王德信等[23]研究結(jié)果一致。從統(tǒng)計(jì)上看，品種之間在不同濃度上的差異性表現(xiàn)也不同，T4和T6的可溶性蛋白在不同濃度之間差異不顯著，NT7、TN5在8.75%濃度處理下的可溶性蛋白含量與4.00%濃度處理和CK差異顯著。由此可見，隨著濃度的增加，植物細(xì)胞滲透能力增強(qiáng)，抵抗脅迫能力提升。

綜合來(lái)看，植物在遭受水分脅迫后，活性氧平衡代謝失調(diào)導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化，伴隨產(chǎn)生丙二醛含量和活性氧濃度的升高，這在一定程度上反映了品種的抗旱強(qiáng)弱?？扇苄缘鞍缀透彼岫际菨B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在植株遭受水分脅迫時(shí)可發(fā)揮作用，但因傷害程度、品種和環(huán)境不同其作用存在差異。綜合4個(gè)試驗(yàn)品種來(lái)看，TN5和T6相關(guān)的生理指標(biāo)變化反映出的抗旱水平要優(yōu)于NT7和T4。該試驗(yàn)從苗期對(duì)玉米進(jìn)行生理指標(biāo)的測(cè)定，玉米幼株在設(shè)計(jì)濃度下全部能正常生長(zhǎng)，未見死亡現(xiàn)象發(fā)生，因此試驗(yàn)設(shè)計(jì)濃度未超過(guò)幼苗植株所能承受最大濃度，在一定程度上可用來(lái)衡量玉米受水分脅迫程度的強(qiáng)弱，而這種逆境傷害受品種的影響表現(xiàn)也有所不同，這為進(jìn)一步研究抗旱評(píng)價(jià)及區(qū)域性抗旱指標(biāo)的篩選提供理論支持。

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