干旱胁迫对4个玉米品种幼苗叶片总黄酮含量和其他生理指标的影响

谢美华　罗中泽　李霖等

摘要：以玉米品种天紫23号、黄甜脆1号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆幼苗为试验材料，研究干旱胁迫（停止浇水）、干旱胁迫时间（1、2、3、4、5 d）和解除干旱胁迫恢复生长后幼苗根系活力、叶片中总黄酮含量及自由水/束缚水比值的变化。结果表明，利用干旱胁迫处理4个品种玉米幼苗，根系活力、叶片中自由水/束缚水比值均随胁迫时间的延长而降低，叶片中的总黄酮含量均随胁迫时间的延长而上升；解除干旱胁迫恢复正常灌溉7 d后，根系活力、叶片中自由水/束缚水比值均上升，叶片中的总黄酮含量均下降，但这3个生理指标依然没恢复到正常灌溉水平。不同玉米品种在干旱胁迫和解除干旱胁迫复水时这3个生理指标的变化有一定的差异，对这3个生理指标进行综合分析，初步得出黄甜脆1号的抗旱性最强，其次是天紫23号，再次是早鲜黄甜脆，最差的是白甜糯1号。

关键词：玉米；干旱胁迫；根系活力；总黄酮含量；自由水/束缚水比值

中图分类号： Q945.78 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）03-0070-03

受季风气候的影响，近几年云南地区旱灾频发，农作物生长期间减产风险加大。玉米（Zea mays L.）是我国主要的粮食作物，由于其需水量相对较高，加之受气候影响，常易遭受旱灾。干旱一般可使玉米减产20%～30%，耐旱玉米品种在农业生产中的地位越来越重要[1]。玉米抗旱性是通过抗旱鉴定指标来体现的，通过研究玉米特定生理指标的动态变化可对玉米抗旱性有更准确的判断。

植物的生长对水分的变化极为敏感，由干旱胁迫引起的植物细胞生理性缺水，对代谢过程产生极大的影响，在生理上经常以自由水与束缚水的比值大小来探讨植物器官的代谢旺盛程度[2]，自由水和束缚水含量常与植物生长和抗性有密切的关系。自由水与束缚水比值较高的植物组织或器官，代谢活动较旺盛，生长也较快；反之则生长较缓慢，但抗性较强[3]。因此，自由水和束缚水的相对含量可以作为代谢活动及抗逆性强弱的重要生理指标。

根系活力是植物生长的重要生理指标之一。当土壤干旱时，作物根系首先感受到胁迫，并迅速发出信号，使整个植株对干旱作出反应，同时作物还以变化的根系形态适应土壤干旱[4]。干旱胁迫下耐旱玉米品种根系衰老延缓[5]。

类黄酮是植物重要的一类次生代谢产物，在植物体内，黄酮具有光保护、减轻紫外辐射、抗病[6]、抗氧化、提高细胞内谷胱甜肽水平[7]等多种功能。黄酮类物质的抗氧化作用可在一定程度上缓解水分胁迫导致的膜脂抗氧化作用[8]。研究黄酮含量变化旨在探讨适应干旱环境中次生代谢产物的作用及变化规律。

作物对水分胁迫及胁迫后复水的响应是一个十分复杂的问题。研究认为，高等植物对水分胁迫-复水的响应方式是胁迫解除之后存在短暂的快速生长以部分补偿胁迫造成的损失。本研究探讨了干旱胁迫及干旱胁迫解除恢复生长后不同玉米品种叶片中的自由水/束缚水、根活力、黄酮含量的动态变化规律，对4种玉米品种抗旱生理代谢有更深入的了解。

1 材料与方法

1.1 材料

玉米品种：天紫23号、早鲜黄甜脆、白甜糯1号、黄甜脆1号，购买自云南省楚雄州种子公司。

试剂：乙酸乙酯、无水乙醇、α-萘胺、硝酸铝、亚硝酸钠、次硫酸钠、氢氧化钠、三氯化铁、蔗糖、硼酸、柠檬酸、丙酮、浓硫酸均为分析纯，芸香苷（科翔生物科技有限公司，纯度>89%）。

仪器：722S型可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司），分析天平（江苏省常熟市百灵天平仪器有限公司，感量 0.1 mg），SPS-202F电子天平（梅特勒-托利多测量技术有限公司，感量 0.1 g ），DHG-9247A型电热恒温干燥箱（上海精宏实验设备有限公司），DDS-307型电导仪（上海宏益仪表有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 试验材料处理

试验于2013年3—5月在楚雄师范学院实验室进行。采用盆栽以便限制水分条件。试验用盆为28 cm×30 cm一次性塑料盆。每盆装土量相等，约为 8.50 kg。基肥为优质农家肥，尿素3 g/盆，复合肥2 g/盆。种子纯净度、水分、形状、大小和色泽整齐一致。温水催芽5～8 h后将种子播种在盆里，每盆15～20粒。覆土 4～5 cm，覆膜。保证温度、光照、水分条件充足并精细管理，10～15 d后出苗，待幼苗长出2～3张真叶时进行试验。每个品种培育12盆，保证试样充足。选取部位、长势、叶龄一致有代表性的叶片作为试验材料，选取植株须根系测定根活力。

1.2.2 干旱胁迫与水淹胁迫处理玉米幼苗

试验共设置干旱胁迫（停止浇水）、干旱胁迫时间（1、2、3、4、5 d）和解除干旱胁迫处理3个因子，干旱胁迫5 d后恢复7 d。每个处理重复3次，每个重复（每盆作为1个重复）取3株植株。每次取样当天设置相应的对照，共4个对照组，进行常规水分管理。

1.2.3 植物组织中自由水、束缚水含量的测定[2]

选取部位、长势、叶龄一致、有代表性的叶片数张，用打孔器打取小圆片5片（注意避开粗大的叶脉），装到1号称量瓶中，将其盖紧并精确称质量m1，于105 ℃烘箱中烘干至恒质量，计算总含水量（%）；2号称量瓶中同样取5片圆片称质量m2，加入 60%～ 65%蔗糖溶液 5 mL 左右，再分别准确称质量m3，后混匀放在阴凉处4～5 h，测定浸出液的含糖质量分数B2，原来蔗糖质量分数为B1。

植物组织中自由水的含量=（m3-m2）（B1-B2）/（B2×m2）×100%。

植物组织中束缚水的含量= 组织中总含水量-组织中自由水含量。

1.2.4 幼苗根系活力的测定

1.2.4.1 α-萘胺标准曲线的制作 取50 μg/mL的α-萘胺溶液，配制成5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 μg/mL的系列溶液，各取2 mL加蒸馏水10 mL、1%对氨基苯磺酸溶液 1 mL 和亚硝酸钠溶液1 mL，室温放置5 min待混合液变成红色，再用去离子水定容到25 mL，20～60 min内在510 nm波长下测定吸光度，绘制标准曲线。以α-萘胺浓度x为横坐标（μg/mL）、吸光度y为纵坐标，绘制α-萘胺的标准曲线，进行线性回归[9]。回归方程为y=0.020 4x+0.006 5，r2=0999 7。

1.2.4.2 样品制备 称取根尖样品0.5

g，放入小烧杯中，加入0.50 μg/mL的α-萘胺溶液和磷酸缓冲液（pH值7.0）混合液25 mL，使根充分浸没在溶液内，静置10 min，吸取2 mL溶液加蒸馏水10 mL，1%对氨基苯磺酸溶液1 mL和亚硝酸钠溶液1 mL，室温放置5 min待混合液变成红色，再用去离子水定容到25 mL，20～60 min内在510 nm波长下测定吸光度，在标准曲线上查得α-萘胺含量，计算被氧化的α-萘胺含量[μg/（g·h）]。另称取0.5 g根样烘干称质量。

1.2.5 叶片总黄酮含量（分光光度法）

1.2.5.1 绘制标准曲线 将芸香苷溶液用70%乙醇稀释成0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 μg/mL，各取1 mL于试管中，加70%乙醇1 mL，加入0.3 mL 5% NaNO2，6 min后加入0.3 mL 10%Al（NO3）3 溶液，6 min后再加入2 mL 4% NaOH使溶液澄清，10 min后于分光光度计波长510 nm处测定吸光度。以芸香苷浓度x为横坐标（μg/mL）、吸光度y为纵坐标，绘制芸香苷的标准曲线，进行线性回归[9]。回归方程为y=0.020 4x+0.006 5，r2=0.999 7。

1.2.5.2 样品制备 取叶片1 g置于索氏抽提器中，加入70%乙醇100 mL及少许CaCO3 抽提4～5 h，倒出提取液减压浓缩蒸去乙醇。另称取叶片10 g于105 ℃烘箱中烘至恒质量，以测定水分含量。浓缩液于分液漏斗中用相同体积的乙醚提取2～3次，然后用70%乙醇定容至100 mL，待测。

1.2.5.3 吸光度测定与黄酮含量的计算 吸取样品溶液 1 mL，按上述同样的步骤方法测定吸光度，从标准曲线查得样品总黄酮（以芸香苷表示）含量（μg/mL），然后根据下式计算干叶中总黄酮含量（μg/g）：干叶中总黄酮含量（μg/g）=V×ρ。式中：V为1 g干叶制得的提取液体积，单位是mL；ρ为提取液中测得的总黄酮含量，单位是μg/mL。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下根系活力的变化

由图1可以看出，在干旱胁迫条件下，与对照相比，4个玉米品种幼苗根系活力降低，早鲜黄甜脆降低到对照的42%，白甜糯1号降低到对照的68%，天紫23号降低到对照的48%，黄甜脆1号降低到对照的62%。这与王少平等在探究干旱胁迫对切花菊“黄中黄”和小麦的影响变化趋势相一致[10-11]。解除干旱胁迫复水7 d后根系活力有所升高，早鲜黄甜脆根系活力恢复到对照的78%，白甜糯1号恢复到对照的75%，天紫23号恢复到对照的84%，黄甜脆1号恢复到对照的83%。根系活力是植物生长的重要生理指标之一，根系活力下降，表明干旱胁迫对玉米幼苗根系造成了伤害。

2.2 干旱胁迫下叶片中总黄酮含量的变化

由图2、图3、图4、图5可以看出，在干旱胁迫条件下，与对照相比，早鲜黄甜脆、天紫23号、白甜糯1号和黄甜脆1号幼苗叶片中总黄酮含量随着干旱胁迫天数的增加而缓慢增加。干旱胁迫5 d后，早鲜黄甜脆、白甜糯1号、天紫23号、黄甜脆1号叶片中总黄酮含量与对照相比分别增加了11%、11%、14%、9%。干旱胁迫解除恢复正常灌溉7 d后，4个品种幼苗叶片中的总黄酮含量均有所降低，但仍然高出对照水平，早鲜黄甜脆、白甜糯1号、天紫23号、黄甜脆1号与对照相比分别高出了3%、6%、5%、4%。植物能够通过黄酮类成分的积累与降解缓解干旱[12]。干旱胁迫后总黄酮含量增加，说明干旱胁迫后黄酮类物质积累以在一定程度上缓解水分胁迫导致的膜脂抗氧化作用，从而降低干旱胁迫对玉米幼苗的伤害。

2.3 干旱胁迫下叶片中自由水/束缚水比值的变化

在干旱胁迫条件下，与对照相比，协迫5 d后早鲜黄甜脆、白甜糯1号、天紫23号、黄甜脆1号幼苗叶片中自由水/束缚水比值降低，分别降低到对照的66%、70%、77%、72%。解除干旱胁迫复水7 d后根系活力有所升高，早鲜黄甜脆、白甜糯1号、天紫23号、黄甜脆1号分别恢复到对照的83%、81%、91%、96%（图6、图7、图8、图9）。干旱胁迫后自由水/束缚水比值降低，说明遭受干旱胁迫后，幼苗的代谢活动减缓。

3 结论与讨论

本试验结果表明，4个品种玉米幼苗在受到干旱胁迫 5 d 后，根系活力、自由水/束缚水比值逐渐降低，总黄酮含量缓慢增加，说明干旱胁迫对4个品种玉米幼苗产生了一定的伤害。恢复正常灌溉7 d后，根系活力、自由水/束缚水比值有所升高，总黄酮含量降低，但依然没有恢复到对照水平，说明经过复水后正常管理并不能使干旱胁迫时受到的伤害完全恢复。推测复水后恢复的程度与作物的耐旱性成正相关，耐旱性强，受到胁迫伤害后恢复的能力就强，反之则差。

4个玉米品种幼苗在干旱胁迫和复水时的各项生理指标变化幅度不一样，说明不同品种玉米的抗旱能力不同。综合这3项生理指标进行比较分析，初步得出黄甜脆1号的抗旱性最强，其次是天紫23号，再次是早鲜黄甜脆，最差的是白甜糯1号。然而，作物耐旱性的评价是一个复杂的体系，对这4个玉米品种的耐旱性评价，还需要进一步的大田试验综合其他因素进行全面分析。

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