灌浆期高温对玉米叶片抗氧化酶活性及渗透调节物质的影响

芮鹏环， 韩坤龙， 王长进， 李文阳

(1.安徽科技学院农学院/安徽省玉米育种工程技术研究院，安徽凤阳 233100； 2.安徽农业大学植物保护学院，安徽合肥 230036；3.安徽隆平高科种业有限公司，安徽合肥 230088)

高温胁迫是农业生产上广泛存在的世界性难题，作物在生育期受到短暂或持续的高温胁迫会对植物体造成一系列伤害，比如造成形态异常、植物体生理生化变化，从而影响它们的生长和发育[1]。高温对叶片代谢的影响程度与细胞内抗氧化系统活性存在密切关系[2]。高温胁迫会严重影响植物的光合作用、膜稳定性和线粒体呼吸等正常生理活动，其中一个重要的方面是使体内产生活性氧(ROS)与超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等保护酶系统和抗氧化剂类的清除作用失去动态平衡，导致活性氧的累积，造成氧化伤害，并影响植株正常的生长和发育[3]。保护酶活性及丙二醛(MDA)含量可以作为植物受到高温胁迫程度和植物对高温胁迫抵御能力的衡量指标[4]。研究表明，在高温胁迫条件下，叶片中的细胞结构与功能会遭到破坏，从而使叶绿素含量明显下降，光合能力下降，最终导致籽粒中干物质的积累速率降低，粒质量降低，从而影响产量[5-6]。

本研究以玉米杂交种秦龙14、隆平206及隆平206亲本为材料，研究灌浆期高温胁迫下玉米叶片中抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量、丙二醛含量等的变化，以期为耐高温玉米品种选育与抗逆栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

本研究于2016年6—10月在安徽科技学院种植科技园进行。供试玉米品种为玉米杂交种秦龙14、隆平206以及隆平206父本L7221、母本L239。试验设对照、籽粒灌浆期高温2个处理，分别用CK、HT表示。于6月20日播种，于9月22日收获。采用同规格的塑料盆(上口内径为28 cm，下口内径为22 cm，深度为36 cm)进行盆栽试验，每盆装土 15 kg。每个处理设5盆重复，每盆定苗1株。在吐丝期前，将花盆埋于田间，进行温度处理时取出，并放置于植物生长室内。在供试玉米授粉后7 d进行高温处理。对照处理温度为(28±2) ℃，高温处理温度为(36±2) ℃，处理时间为12 h/d(只在白天处理，晚上放在室外)。于玉米籽粒灌浆盛期(开花后20 d)取玉米穗位叶，测定叶片抗衰老酶活性和MDA含量。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 抗氧化酶活性测定 SOD活性的测定采用NBT法[7]；POD活性的测定采用愈创木酚法[8]；CAT活性的测定采用紫外吸收法[9]。

1.2.2 可溶性蛋白含量的测定 可溶性蛋白含量的测定采用蒽酮法[10]。

1.2.3 MDA含量的测定 用硫代巴比妥酸法测定MDA含量[11]。

1.3 数据处理与分析

采用Excel 2010软件和SPSS 19.0数据处理系统进行数据统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 灌浆期高温对不同玉米品种叶片中SOD活性的影响

由图1可以看出，在籽粒灌浆期高温胁迫后，玉米叶片SOD活性均显著低于对照，其中秦龙14、隆平206叶片的SOD活性分别比对照降低28.61%、20.74%，可见秦龙14叶片的SOD活性降幅较隆平206大。对隆平206的2个亲本进行比较可知，在高温处理下L7221、L239叶片中的SOD活性分别较对照降低12.76%、16.26%，且L239叶片中的SOD活性降幅较L7221大。

2.2 灌浆期高温对不同玉米品种叶片中POD活性的影响

POD可催化过氧化氢、氧化酚类和胺类化合物，消除高温对植物产生的氧化作用[12-13]。由图2可以看出，籽粒灌浆期高温胁迫后，玉米叶片POD活性均显著低于对照，其中秦龙14、隆平206叶片的POD活性分别比对照降低 21.92%、18.33%，可见秦龙14叶片的POD活性降幅较隆平206大。对隆平206的2个亲本进行比较可知，高温处理下L7221、L239叶片的POD活性分别较对照降低14.68%、15.44%，且L239叶片中的POD活性降幅较L7221大。

2.3 灌浆期高温对不同玉米品种叶片中CAT活性的影响

由图3可以看出，在籽粒灌浆期高温胁迫后，玉米叶片CAT活性均显著低于对照，其中秦龙14、隆平206叶片的CAT活性分别比对照降低22.70%、15.75%，可见秦龙14叶片的CAT活性降幅较隆平206大。对隆平206的2个亲本进行比较可知，高温处理下L7221、L239叶片SOD活性分别较对照降低6.29%、8.66%，且L239叶片中的CAT活性降幅较L7221大。

2.4 灌浆期高温对不同玉米品种叶片中可溶性蛋白含量的影响

由图4可以看出，籽粒灌浆期高温胁迫后，玉米叶片可溶性蛋白含量均显著低于对照，其中秦龙14、隆平206叶片的可溶性蛋白含量分别比对照降低1.00%、0.76%，可见秦龙14叶片可溶性蛋白含量降幅较隆平206大。对隆平206的2个亲本进行比较可知，高温处理下L7221、L239叶片可溶性蛋白含量分别较对照降低0.61%、1.89%，且L239叶片中可溶性蛋白含量降幅较L7221大。

2.5 灌浆期高温对不同玉米品种叶片中MDA含量的影响

由图5可以看出，在籽粒灌浆期高温胁迫后，玉米叶片MDA含量均显著高于对照，其中秦龙14、隆平206叶片的MDA含量分别比对照提高15.38%、9.77%，可见秦龙14叶片的MDA含量增幅较隆平206大。对隆平206的2个亲本进行比较可知，高温处理下L7221、L239叶片MDA含量分别较对照升高17.5%、27.5%，且L239叶片中的MDA含量增幅较L7221大。

3 结论与讨论

已有研究表明，植物体的活性氧在正常条件下不会积累过多，处于动态平衡状态，不影响植物的生长和发育[14]。高温导致小麦旗叶SOD、CAT和POD活性降低，造成其膜脂过氧化程度加剧，加快植株的衰老[15]。本研究表明，灌浆前期高温处理的玉米叶片中，SOD、POD、CAT的活性均有不同程度的下降，表明高温处理对细胞膜的损害超过植物自身保护酶系统的防御能力，导致叶片内的SOD、POD和CAT活性不能维持正常水平[16-17]。隆平206受到高温胁迫后，这3种酶活性及可溶性蛋白含量的降幅均比秦龙14低，说明隆平206抵抗高温胁迫的能力比秦龙14强。而在同样条件下，L7221品种中该3种酶活性及可溶性蛋白含量的降幅均比L239低，说明L7221抵抗高温胁迫的能力比L239强。

高温胁迫能显著提高玉米叶片中的MDA含量，进一步降低保护酶SOD、POD、CAT的活性，导致ROS的代谢失调[18]。本研究4个玉米品种的MDA含量在高温胁迫下均提高了，说明这4个品种均受到了高温胁迫的影响。耐高温品种隆平206的保护酶活性降低幅度明显小于秦龙14，说明隆平206仍具有较强的活性氧清除能力，因而受到的伤害相对较轻，表现出对高温逆境更强的适应性。

植物体内活性氧清除系统对高温逆境的响应比较复杂。有研究表明，低水平的高温胁迫能增强保护酶SOD、POD、CAT的活性；也有研究表明高温胁迫超过一定程度时，保护酶活性下降或失活，导致植物胞膜脂过氧化作用加强，细胞膜遭到进一步破坏[17]。本研究表明，不同玉米品种在生长过程中活性氧代谢是有差异的，各品种玉米在高温胁迫下的SOD、POD、CAT活性均降低，但不同品种不同抗氧化酶降低的幅度都存在差异，且不同品种MDA含量在同一生长期升高幅度也有差异。有关玉米灌浆期高温胁迫对保护酶活性及其与高温耐性的关系等问题还须进一步研究。