3个杂交玉米种子萌发及苗期对水分胁迫的响应

蔡甫格　张秀伟　鲍　菊　范金华　杨世佳　潘中涛

（贵州省安顺市农业科学院，安顺561000）

3个杂交玉米种子萌发及苗期对水分胁迫的响应

蔡甫格张秀伟鲍菊范金华杨世佳潘中涛

（贵州省安顺市农业科学院，安顺561000）

利用不同浓度的PEG-6000水溶液，在室内模拟玉米种子萌发及苗期水分胁迫程度，研究了安单3号、安单2号与安单4号3个品种种子萌发及苗期对水分胁迫的响应程度，比较了其抗旱性。结果表明，安单3号的抗旱性高于安单2号与安单4号，在土壤水分含量低的情况下，应选择种植安单3号，以保证玉米产量，减少经济损失。

玉米；水分胁迫；PEG-6000

干旱与水资源短缺已成为制约世界农业及社会发展的主要因素，是导致我国玉米产量波动的主要非生物因素，一般可使玉米减产20%～30%，严重时达50%以上［1］。在贵州，干旱已成为制约玉米生产发展的主要限制因素，每年因干旱造成全省玉米生产直接经济损失约2亿～3亿元，重灾年份约5亿～6亿元［2］。培育和种植抗旱玉米品种，全面提升玉米生产的综合抗旱能力，是解决干旱地区粮食减产的有效措施，是保证玉米持续稳产增产的重要举措。因此，如何准确和合理地评价品种的抗旱性和筛选品种是玉米抗旱育种的关键问题。研究指出，水分胁迫下玉米生理生化特性差异是玉米抗旱性差异的内在原因，植株还将在形态学、生理学、细胞和分子水平上产生一系列抗旱响应［3-4］。因此，笔者对试验当地主推玉米杂交种进行抗旱性研究，探索水分胁迫对玉米种子萌发及在幼苗期生理生化的影响，旨在为种植农户选择抗旱品种及玉米栽培育种提供依据。

1　材料与方法

1.1试验材料安顺市农科院提供的当地主推杂交玉米品种：安单2号、安单3号、安单4号。

1.2试验方法

1.2.1生长指标的测定每个品种精选大小一致无破损的种子，经75%酒精消毒3～5min后用蒸馏水冲洗干净，置于直径为9cm的培养皿中，每皿20粒，分别加入20mL 10%、15%、20%、25%的PEG-6000水溶液（对应的渗透势分别为-1.66MPa、-3.25MPa、-5.34MPa、-7.94MPa）作水分胁迫处理，最后放入智能型人工气候箱（光照时间为光照12h/黑暗12h，光照强度2000lx，湿度50%，温度25℃）培养。每个处理设置3次重复。对照组用蒸馏水处理，并观察记录2d、4d、6d、8d的种子发芽粒数，测定计算种子萌发指数、种子萌发抗旱指数及种子吸水率。

种子萌发抗旱指数=水分胁迫下种子萌发指数/对照种子萌发指数；

萌发指数=1.00×nd2+0.75×nd4+0.50×nd6+0.25× nd8（nd2、nd4、nd6、nd8分别表示第2、4、6、8天的种子发芽率）；

种子吸水率=（种子湿种-种子干重）/种子干重×100。

1.2.2苗期水分胁迫试验用不同浓度的PEG-6000水溶液，在室内模拟玉米苗期所受的不同干旱程度。设计PEG-6000水溶液浓度为10%、15%、20%、25%，设置3次重复，以蒸馏水作为对照。每个品种取5粒种子，先用0.1%的升汞消毒5min，再用75%酒精消毒3min，用清水洗干净，置于滤纸的培养皿内。用上述浓度的PEG-6000水溶液浇灌，使其生长，待长到3 叶1心期，采集叶片剪碎混合，用于水分胁迫下的各项生理指标的测定。

1.2.3生理指标的测定游离脯氨酸采用茚三酮显色法［5］测定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法［6］测定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑光化还原法［7］测定。

采用Excel和DPS7.05进行统计学分析。

2　结果与分析

2.1水分胁迫对不同杂交玉米种子萌发的影响从表1可知，水分胁迫对3个杂交玉米种子萌发影响为极显著，3个品种种子萌发指数随着水分胁迫程度的增加而逐渐降低，当PEG-6000水溶液浓度为25%时，安单2号与安单4号的萌发指数均为0，即在观察8d时仍未有种子萌发。在PEG-6000水溶液浓度为0、10%与15%时，安单3号萌发指数高于其他2个品种，可见安单3号的耐旱力强。

表1　不同PEG-6000水溶液浓度胁迫下3个杂交玉米各指标的变化

2.2水分胁迫对不同杂交玉米种子吸水率的影响从表1可知，3个杂交玉米品种的对照组和处理组在不同PEG-6000水溶液浓度下，种子吸水率均存在一定的差异，且随着处理时间的延长，吸水伤害率也在增加。在各浓度处理下，安单2号的种子吸水率均高于其他2个杂交玉米品种。

2.3水分胁迫对不同杂交玉米种子萌发抗旱指数的影响种子萌发抗旱指数是评价种子萌发期抗旱性、综合性的可靠指标［7］。随着PEG-6000水溶液浓度的升高，3个杂交玉米种子萌发抗旱指数均呈现下降趋势。在PEG-6000水溶液浓度为10%处理下，玉米种子萌发抗旱指数最高；随着PEG-6000水溶液浓度增加到15%时，安单4号萌发抗旱指数大幅度下降，仅为0.223，是10%浓度时的1/4。在浓度为25%时，抗旱指数接近0，说明随着胁迫的加剧，种子萌发能力受到的影响程度也逐渐加大，甚至不萌发。PEG-6000水溶液浓度为10%、20%时，安单4号的抗旱萌发指数高于安单3号，这是由于安单4号在没有水分胁迫条件下，种子萌发率不高，导致胁迫下萌发指数与对照组萌发指数的比值增大。

2.4水分胁迫对不同杂交玉米幼苗SOD活性的影响从表1可知，3个杂交玉米幼苗SOD活性随着PEG-6000水溶液浓度的升高，呈现出先升高后下降的整体趋势，且在10%PEG-6000水溶液处理下，SOD活性显著升高。逆境下植物体内O2的产量增多，SOD活性的增强使O2及时清除而避免伤害，从而提高了品种抗旱性。安单3号在受到水分胁迫时，SOD活性大幅度提高，增加幅度显著大于其他2个杂交玉米品种，且安单3号幼苗SOD活性显著高于其他2个杂交玉米品种，对外界水分胁迫的应激最为强烈，抗旱性最强。安单4号与安单2号在受到水分胁迫时，虽均有所升高，但升高幅度不大，且2个品种间没有显著差异，说明这2个品种体内SOD酶对外界的应激能力相当，抗旱性较弱。

2.5水分胁迫对不同杂交玉米幼苗丙二醛含量的影响在水分胁迫条件下对3个杂交玉米幼苗丙二醛含量的分析发现（表1），3个杂交种幼苗的丙二醛含量较对照均有明显增加，但增加幅度不同，其中安单3号的增加幅度最小，其次为安单4号，最大的为安单2号。干旱胁迫下植物的自由基伤害学说已经被越来越多的证据所支持，丙二醛（MDA）是自由基进行细胞膜脂过氧化伤害的最终产物之一，因此，在作物抗旱研究中一直将MDA的含量作为反映细胞膜脂过氧化伤害水平的重要指标，在水分胁迫条件下，抗旱性强的品种丙二醛含量增加幅度小。本研究结果表明安单3号的抗旱性最强，而安单2号的抗旱性最差。

2.6水分胁迫对不同杂交玉米幼苗游离脯氨酸含量的影响由表1可以看出，在水分胁迫条件下，不同杂交玉米幼苗的游离脯氨酸积累量均高于对照处理，且随着水分胁迫程度的加大而逐渐增加。同时，不同杂交种之间的游离脯氨酸积累量也存在很大差异。安单3号的游离脯氨酸积累量最大，达6.010μ g/g，安单2号最低，仅为4.704μ g/g。脯氨酸是高等植物的主要渗透调节物质之一。游离脯氨酸在土壤水分胁迫下的累积程度是作物抗旱能力不同的反应。在水分胁迫下，抗旱品种积累的游离脯氨酸相对较多，不抗旱品种累积的则较少。本研究表明安单3号的抗旱性最强，而安单2号的耐旱性最差。

3　讨论

对于大多数植物来说，在自然条件下，种子萌发阶段对环境胁迫最为敏感，由于在萌发期受到水分胁迫而不能萌发，从而严重制约了其生长发育。PEG-6000模拟干旱胁迫，是通过降低植物生长环境中的水势，从而对植物生长产生影响。本研究中，在浓度为10%处理下，安单2号的种子吸水率高出安单3号15%，高出安单4号14%，但其萌发抗旱指数显著低于安单3号。说明虽然水分胁迫限制了植物种子对水分的吸收，抑制其萌发速度，但直接原因可能是由于吸水量的减少抑制了种子体内各种生理生化活动进行而最终导致萌发生长的受阻。安单3号的种子吸水率虽低于安单2号，但在水分胁迫下却保持较高的萌发率，这说明该品种具有较高的水分利用率，能在吸水量受到抑制的情况下使种子体内各种生理生化反应得以顺利进行，从而保持较高的发芽势，体现出较高的抗旱性。

在对3个杂交玉米幼苗进行生理指标测定时，发现安单3号幼苗在受到水分胁迫时，其体内SOD活力显著升高，对外界坏境作出的响应最为强烈，而安单2号与安单4号响应程度弱，SOD活力升高幅度低，在逆境中可能不会及时清除体内O2，从而不能体现抗旱性；在水分胁迫下，安单2号含量的增加幅度最大，安单3号的增加幅度最小。安单3号在受到水分胁迫时细胞膜脂过氧化伤害水平最低，抗旱性强；3个杂交玉米幼苗之间的游离脯氨酸积累量存在很大差异，其中安单3号的游离脯氨酸积累量最大，可通过积累这种渗透调节物质，来抵抗外界水分的胁迫，提高其抗旱性。总之，安单3号的抗旱性高于安单2号与安单4号，在土壤水分含量低的情况下，应选择种植安单3号，以保证玉米产量，减少经济损失。

因此，在进行植物抗旱性鉴定时，由于是多种因素相互作用的复杂性状，所以应该从种子萌发和生理、生化等方面进行评价，才会更加客观准确。

［1］孙喜云，张艳，卢广远.玉米抗旱育种的研究进展.中国种业，2011（1）：16-17

［2］吴子恺.玉米抗旱育种.玉米科学，1994，2（1）：6-9

［3］刘文成，许明学，毕兴华，等.吉林省主栽晚熟及中晚熟玉米杂交种综合评价.中国种业，2012（6）：37-39

［4］胡海军，史振声，王志斌，等.抗低温处理对玉米种子萌发特性的影响.中国种业，2009（5）：44-45

［5］高俊凤.植物生理学实验指导.西安：世界地图出版社，2000

［6］罗广华，王爱国.现代植物生理学实验指南.北京：科学出版社，1999：314-315

［7］王艳树，李凤山，张玉霞，等.PEG胁迫对蓖麻种子吸胀萌发的影响.内蒙古大学学报：自然科学版，2007，22（3）：302-306

2016-01-22）

贵州省省市合作农业公关项目（黔安科农合［2013］01号）