不同外源调节物质对低温胁迫下玉米的缓解效应分析

赵小强,彭云玲,方 鹏，武博洋，闫慧萍

(甘肃省干旱生境作物学重点实验室/甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州 730070)

低温冷害是农业可持续稳定发展最为重要的自然灾害之一，其具有大尺度性、综合性及地区差异性等特点。据统计，严重灾害年可使我国粮食减产100亿kg左右。玉米(ZeamaysL.)是一种起源于热带、亚热带的喜温作物，萌发期和苗期对低温十分敏感[1-2]。萌发期遇到10℃以下低温时，玉米种子的发芽势、发芽率、种子活力明显降低；遇到5℃以下低温时玉米种子不能发芽，甚至引发烂种[3-5]。苗期遇到10℃以下低温时，玉米幼苗生长明显受到抑制，生理生化代谢紊乱；6～8℃时幼苗停止生长；温度更低时细胞和组织产生不可逆的伤害，幼苗死亡[6-8]。在中国北方特别是东北地区，每年因低温冷害而造成这一区域春玉米减产幅度在15%以上[9-10]。因而，研究低温胁迫对玉米萌发及幼苗的伤害机理，探索玉米抗寒性机制及制定玉米抗寒预防、抵御措施，对提高玉米抗寒性具有重要的理论和实践意义。

脯氨酸(Proline，Pro)是一种可溶性小分子有机物，是植物蛋白质组分之一，其游离状态广泛存在于植物体内。而甜菜碱(Glycine betaine，GB)是一种烷基烃类含氮化合物，属于甘氨酸的季铵衍生物，其广泛存在于动植物和微生物体内。当植物受到逆境(低温、盐渍、干旱等)胁迫时，外源Pro或GB可作为渗透调节物质参与植物细胞的渗透调节、稳定膜和蛋白等亚细胞结构及清除活性氧，保护细胞抵御逆境胁迫的不利影响[11-15]。

近年来，外源Pro或GB对低温胁迫下植物耐寒性的影响已有报道。马文广等[16]报道外源Pro浸种能显著促进烟草种子发芽，提高低温逆境下幼苗根长、苗高、幼苗干鲜重及SOD、POD、CAT和APX活性，10mg·L-1Pro综合效果较好，可作为提高烟草种子及幼苗抗寒性的处理方法。梁小红等[17]报道外源GB能够有效缓解低温胁迫下结缕草叶绿素含量的下降，减少电解质渗透率和丙二醛含量的升高，显著提高SOD、POD、CAT和APX的活性、可溶性糖含量和脯氨酸含量，外施100mmol/L GB对提高结缕草的耐低温能力的效果最为显著。这些研究虽然揭示一定浓度的外源Pro或GB可有效缓解低温对植物的伤害，进而提高植物的耐寒性，但不能明确外源Pro或GB对植物低温缓解综合效果的大小，而低温胁迫下外源Pro或GB对玉米耐寒性方面的研究尚未见报道。为此，本研究以前期筛选、鉴定的3份寒敏感玉米自交系为试材，在10℃低温胁迫下，萌发期和苗期添加不同浓度外源Pro或GB后，研究不同浓度外源Pro或GB对低温胁迫下玉米种子萌发和幼苗的影响，并综合评价其缓解效果，以期为提供玉米萌发期和苗期耐寒性提供参考，为外源Pro或GB的合理使用奠定基础。

1 材料和方法

1.1 供试材料

以本课题组前期筛选、鉴定的3份寒敏感玉米自交系为试验材料[18]，由甘肃农业大学农学院玉米课题组提供。其中H105W来源于33-16/A6323，K22来源于掖478衍生系，B68来源于BSSS衍生系。

1.2 试验方法

1.2.1 种子预处理 3份寒敏感自交系中选择饱满、均匀一致的种子，先用0.5%的NaClO溶液消毒10min后用双蒸水冲洗3次且灭菌滤纸吸干附着水，再分别各以5种不同浓度的Pro或GB溶液，及双蒸水常温(25℃)浸种24h，备试验所需。5种Pro或GB溶液分别为：T1(200μmol·L-1)；T2(400μmol·L-1)；T3(600μmol·L-1)；T4(800μmol·L-1)；T5(1000μmol·L-1)或T1*(10μmol·L-1)；T2*(20μmol·L-1)；T3*(30μmol·L-1)；T4*(40μmol·L-1)；T5*(50μmol·L-1)。

1.2.2 低温萌发试验 将T1～T5、T1*～T5*溶液浸种后的种子各30粒，分别置于消毒发芽盒中，双层灭菌滤纸做发芽床，然后分别加入相应浓度的Pro、GB溶液，将其先置于(10±1)℃的气候培养箱中暗培养7d，再转置于(25±1)℃的气候培养箱中继续暗培养7d的种子作为试验处理。将双蒸水浸种并用其培养的种子作为对照处理，其中(25±1)℃的气候培养箱中暗培养7d的种子作为正向对照CK(+)，(10±1)和(25±1)℃的气候培养箱中先后暗培养各7d的种子作为负向对照CK(-)。气候培养箱相对湿度60%～80%，培养期间每隔2d补一次对应浓度溶液各15mL，待CK(-)处理的种子暗培养第10d时统计发芽势，第14d统计发芽率，并测量胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重。试验设3次重复。

1.2.3 幼苗生长试验 先将灭菌蛭石与双蒸水按5g∶1mL比例均匀混合，再将T1～T5、T1*～T5*溶液及双蒸水浸种后的种子各30粒，分别播种于装有灭菌蛭石的营养钵中。将其置于昼/夜温度为(25±1)/(20±1)℃的气候培养箱中培养，待双蒸水浸种的种子长至三叶一心时，用双蒸水快速冲洗掉幼苗根部蛭石，并用灭菌滤纸吸干附着水，再将幼苗分别置于相应浓度的Pro或GB溶液(300mL)中，并置于昼/夜温度为(10±1)/(6±1)℃的气候培养箱中继续培养7d的幼苗作为试验处理。双蒸水浸种并用其培养的幼苗作为对照处理，其中昼/夜温度为(25±1)/(20±1)℃的气候培养箱中培养的幼苗作为正向对照CK(+)，昼/夜温度为(25±1)/(20±1)℃和(10±1)/(6±1)℃的气候培养箱中先后培养的幼苗作为负向对照CK(-)。所有幼苗培养期间，每天光照12h，光照强度600μmol/(s·m2)，相对湿度60%～80%。试验设3次重复，每一处理下测定幼苗第三片叶的各项生理生化指标。

1.3 测定项目和方法

1.3.1 萌发指标测定 参照彭云玲等[19]方法，测定玉米种子各萌发性状。发芽势和发芽率按以下公式计算：发芽势(germination potential，GP)=规定时间内发芽种子数/供试种子数×100(%)，发芽率(germination rate，GR)=发芽种子数/供试种子数×100(%)。直接用直尺测定各自交系的胚芽长(plumule length，PL)=胚芽基部到胚芽顶部的长度，胚根长(radical length，RL)=最长胚根的长度，并测定胚芽鲜重(shoot fresh weight，SFW)和胚根鲜重(root fresh weight，RFW)。每一处理下取长势均匀一致的种子10粒，取其平均值。

1.3.2 幼苗生理生化指标测定 参照史树德等[20]方法，测定各处理下玉米幼苗第3片叶的相对电导率(relative conductivity，RC)、丙二醛含量(malondialdehyde content，MDA)、脯氨酸含量(proline content，Pro)、可溶性糖含量(soluble sugar content，SS)、超氧化物岐化酶活性(superoxide dismutase activity，SOD)、过氧化物酶活性(peroxidase activity，POD)及过氧化氢酶活性(catalase activity，CAT)。

1.3.3 单个性状的外源调节物质低温缓解指数 为方便评价外源Pro或GB对低温胁迫的缓解效果，本试验根据低温胁迫下不同浓度外源Pro或GB处理下的各测定性状值，定义了各性状的外源Pro或GB低温缓解指数(ease index，EI)，其公式为：

(1)

(2)

式中，EIiTn为第i个性状在第Tn种浓度下的外源调节物质低温缓解指数；XTn为第Tn种浓度处理下的相应性状测定值；XCK(+)为正向对照CK(+)处理下的测定值；XCK(-)为负向对照CK(-)处理下的测定值。若相应性状与耐寒性呈正相关，则采用(1)式计算，反之，则用(2)式计算。EI为正值表示相应浓度的外源Pro或GB对低温胁迫起正向缓解作用，EI为负值表示相应浓度外源Pro或GB对低温胁迫起负向缓解作用。

1.3.4 不同外源调节物质低温缓解综合评价 以各测定性状的EI值作为低温缓解评价指标，借鉴彭云玲等[21]方法，采用隶属函数法综合评价外源Pro或GB的低温缓解效果，其公式为：

(3)

(4)

式中,UiTn为第i个性状在第Tn种浓度下的外源Pro或GB低温缓解隶属值，EIimax为第i个性状在n种浓度下的最大EI值，EIimin为第i个性状在n种浓度下的最小EI值。若所测EI与外源Pro或GB的缓解效果呈正相关，则采用(3)式计算，反之，则用(4)式计算，累加各浓度外源Pro或GB的EI隶属值，并求出均值后进行比较，均值越大，外源Pro或GB的低温缓解效果越大。

1.4 数据统计分析

所有试验数据均采用Microsoft Excel 2013软件对数据进行处理和绘图，采用SPSS 19.0软件对数据进行Duncan多重比较方差分析。

2 结果与分析

2.1 低温胁迫下添加不同外源调节物质后玉米相关性状的方差分析

萌发期低温胁迫下，添加不同浓度外源Pro或GB后玉米各萌发性状进行方差分析。由表1可知，萌发期低温胁迫下，添加不同浓度外源Pro后，发芽势、发芽率、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重等6个性状在自交系间达到1%差异水平；6个性状在Pro浓度间达到1%差异水平；除胚根鲜重外，其余5个性状在自交系与Pro浓度互作间达到5%或1%差异水平。另外，萌发期低温胁迫下，添加不同浓度外源GB后，除发芽势外，其余5个性状在自交系间达到1%差异水平；6个性状在GB浓度间达到了1%差异水平；6个性状在自交系与GB浓度互作间达到5%或1%差异水平。说明萌发期低温胁迫下，添加不同浓度的外源Pro或GB可显著影响玉米的发芽势、发芽率、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重，且萌发期低温胁迫下，不同玉米自交系对外源Pro或GB的敏感程度不同，耐寒性越弱的玉米自交系对外源Pro或GB的敏感程度越强。

苗期低温胁迫下，添加不同浓度的外源Pro或GB后玉米幼苗各生理生化性状进行方差分析。由表2可知，苗期低温胁迫下，添加不同浓度的外源Pro或GB后，玉米幼苗的相对电导率、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量、SOD、POD及CAT活性等7个生理生化性状在自交系间达到1%差异水平；7个性状在Pro或GB浓度间达到1%差异水平；除丙二醛含量、可溶性糖含量外，其余5个性状在自交系与Pro浓度互作间达到1%差异水平；另外，除可溶性糖含量外，其余6个性状在自交系与GB浓度互作间达到1%差异水平。说明苗期低温胁迫下，添加不同浓度的外源Pro或GB可显著影响玉米的生理生化特性，且苗期低温胁迫下，不同玉米自交系对外源Pro或GB的敏感程度不同，耐寒性越弱的玉米自交系对外源Pro或GB的敏感程度越强。

表1 低温胁迫下添加不同外源调节物质后各萌发性状的方差分析

注：“**”或“*”分别表示“1%”或“5%”水平差异显著。下同。

Note: “**”or “*” indicated significant difference at “1%” or “5%” level. The same as below.

表2低温胁迫下添加不同外源调节物质后各幼苗性状的方差分析

Table 2 Variance analysis of seedling traits with ifferent exogenous regulating substances under low temperature

变异来源 Variance sourceRCMDAProSSSODPODCAT外源脯氨酸 Proline (Pro)自交系 Inbred line11.984∗∗46.054∗∗312.366∗∗134.232∗∗13.260∗∗78.938∗∗48.127∗∗浓度 Concentration512.214∗∗89.179∗∗337.601∗∗331.241∗∗785.197∗∗451.377∗∗298.023∗∗自交系×浓度Inbred line×Concentration 9.516∗∗1.8538.272∗∗1.9273.484∗∗4.141∗∗7.445∗∗外源甜菜碱 Glycine betaine (GB)自交系 Inbred line81.142∗∗348.297∗∗391.926∗∗8.664∗∗518.049∗∗192.384∗∗79.917∗∗浓度 Concentration953.580∗∗279.797∗∗680.027∗∗18.874∗∗1796.622∗∗1000.609∗∗294.633∗∗自交系×浓度Inbred line×Concentration 8.252∗∗5.255∗∗4.888∗∗1.63628.827∗∗5.981∗∗10.716∗∗

2.2 低温胁迫下不同外源调节物质对玉米种子萌发的影响

玉米种子萌发时对温度较为敏感，由图1可知，CK(-)低温胁迫处理明显抑制玉米种子萌发(P<0.05)，与CK(+)常温处理相比，CK(-)处理下，3份玉米种子的发芽势、发芽率、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重和胚根鲜重等6个萌发性状分别降低了76.44%、63.08%、68.09%、71.91%、54.06%和83.20%。低温胁迫下添加外源Pro或GB能有效地促进玉米种子萌发，较CK(-)处理相比，其各萌发性状都显著升高(P<0.05)，但不同浓度外源Pro或GB对各萌发性状的缓解程度不同。由图1可知，就外源Pro而言，T4(800μmol·L-1)或T3(600μmol·L-1)浓度的Pro处理时，玉米的发芽势、发芽率、胚芽长或胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重达最大，分别是CK(-)低温胁迫处理的4.61、2.66、3.15或2.47、1.75、2.80倍，分别是CK(+)常温处理的108.69%、98.21%、100.52%或 111.32%、81.08%、46.99%；而T1(200μmol·L-1)或T5(600μmol·L-1)浓度的Pro处理时，玉米的发芽势、发芽率或胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重达最小，分别是CK(-)低温胁迫处理的2.54、1.96或2.21、1.40、1.11、1.91倍，分别是CK(+)常温处理的59.75%、72.21%或70.44%、 39.42%、51.11%、32.08%。就外源GB而言，T2*(20μmol·L-1)或T3*(30μmol·L-1)或T1*(10μmol·L-1)浓度的GB处理时，玉米的发芽势、胚芽长、胚根鲜重或发芽率或胚根长、胚芽鲜重达最大，分别是CK(-)低温胁迫处理的4.73、2.54、3.15或2.05或1.23、1.38倍，分别是CK(+)常温处理的108.69%、46.99%、100.52%或75.71%或34.64%、63.23%；T5*(50μmol·L-1)或T1*(10μmol·L-1)浓度的GB处理时，玉米的发芽势、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重或发芽率达最小，分别是CK(-)低温胁迫处理的1.38、0.48、0.78、0.09、1.06或1.23倍，分别是CK(+)常温处理的32.62%、15.22%、21.89%、20.71%、17.79%或45.35%。

注：不同小写字母分别表示同一自交系不同处理下5%水平差异显著。下同。 Note: Different lowercase letters in the same inbred line indicated significant difference at 5% level. The same as below.图1 低温胁迫下不同外源调节物质对玉米种子萌发的影响Fig. 1 Effects of different exogenous regulating substances (Pro or GB) on maize seed germination under low temperature

2.3 低温胁迫下不同外源调节物质对玉米幼苗生理生化特性的影响

玉米幼苗遭受低温伤害时，其体内一系列生理生化代谢发生紊乱，幼苗明显受到伤害。由图2可知，CK(-)低温胁迫处理下，玉米幼苗叶片的7个生理生化性状都明显升高(P<0.05)，分别是CK(+)常温处理的5.83、3.19、2.00、1.93、4.72、2.84和3.06倍。低温胁迫下添加外源Pro或GB可明显降低玉米叶片的相对电导率和丙二醛含量，可明显升高玉米叶片的脯氨酸含量、可溶性糖含量及3种保护酶(SOD、POD和CAT)活性，且不同浓度外源Pro或GB对各生理生化性状的影响程度不同。由图2可知，就外源Pro而言，T2(400μmol·L-1)或T4(800μmol·L-1)或T5(1000μmol·L-1)浓度的Pro处理时，玉米叶片的可溶性糖含量、SOD、POD及CAT活性或相对电导率、脯氨酸含量或丙二醛含量达最高，分别是CK(-)低温胁迫处理的130.30%、142.68%、128.32%、200.71%或61.55%、136.12%或59.89%，分别是CK(+)常温处理的2.51、6.73、3.65、6.13或3.59、2.72或1.91倍；T1(200μmol·L-1)或T2(400μmol·L-1)或T5(1000μmol·L-1)浓度的Pro处理时，玉米叶片的脯氨酸含量或相对电导率、丙二醛含量或可溶性糖含量、SOD、POD及CAT活性达最低，分别是CK(-)低温胁迫处理的104.48%或37.05%、35.78%或100.15%、115.32%、101.69%、113.89%，分别是CK(+)常温处理的2.09或2.15、1.14或1.93、5.44、2.89、3.48倍。就外源GB而言，T5*(50μmol·L-1)或T1*(10μmol·L-1)浓度的GB处理时，玉米叶片的相对电导率、丙二醛含量或脯氨酸含量、可溶性糖含量、SOD、POD及CAT活性达最高，分别是CK(-)低温胁迫处理的63.23%、107.89%或120.77%、129.38%、105.69%、125.34%、155.94%，分别是CK(+)常温处理的3.69、3.44或2.41、2.49、4.98、3.56、4.77倍；T1*(10μmol·L-1)或T5*(50μmol·L-1)浓度的GB处理时，玉米叶片的相对电导率、丙二醛含量或脯氨酸含量、可溶性糖含量、SOD、POD及CAT活性达最低，分别是CK(-)低温胁迫处理的39.76%、62.79%或102.89%、108.29%、89.99%、100.51%、109.41%，分别是CK(+)常温处理的2.31、2.00或2.05、2.09、4.25、2.86、3.35倍。

图2 低温胁迫下添加不同外源调节物质对玉米生理生化指标的影响Fig.2 Effects of different exogenous regulating substances (Pro or GB) on maize physiological and biochemical indexes under low temperature

2.4 低温胁迫下添加不同外源调节物质后玉米相关性状的低温缓解指数

由表3可知，萌发期低温胁迫下不同浓度的外源Pro或GB对玉米各萌发性状的缓解方向和大小存在差异，其EI值不尽相同(P<0.05)。就外源Pro而言，低温胁迫下T4(800μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米发芽势、发芽率、胚芽长的EI值最大，分别为1.116、0.966和1.013，T3(600μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米胚根长的EI值最大，为0.579，T2(400μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米胚芽鲜重的EI值最大，为0.620，T3(600μmol·L-1)或T4(800μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米胚根鲜重的EI值最大，都为0.365；低温胁迫下T1(200μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米发芽势、发芽率的EI值最小，分别为0.473和0.554，T5(1000μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重的EI值最小，分别为0.559、0.163、0.091、0.184。就外源GB而言，低温胁迫下T2*(20μmol·L-1)浓度的外源GB作用下玉米发芽势、胚芽长和胚根鲜重的EI值最大，分别为1.151、0.723和0.362，T1*(10μmol·L-1)浓度的外源GB作用下玉米胚根长和胚芽鲜重的EI值最大，分别为0.091和0.314，T3*(30μmol·L-1)浓度的外源GB作用下玉米发芽率的EI值最大，为0.614；低温胁迫下T5*(50μmol·L-1)浓度的外源GB作用下玉米发芽势、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重的EI值最小，分别为0.128、-0.081、-0.237、-0.794和0.005，T1*(10μmol·L-1)浓度的外源GB作用下玉米发芽率的EI值最小，为0.134。

表3 低温胁迫下添加不同外源调节物质后各萌发性状的缓解指数

注：EI1～EI6：发芽势，发芽率，胚芽长，胚根长，胚芽鲜重和胚根鲜重的缓解指数。同列测定值不同小写字母分别表示5%水平差异显著，下同。

Note: EI1～EI6: Ease index of GP, GR, PL, RL, SFW and RFW. Different lowercase letters in the same column indicated significant difference at 5% level. The same as below.

由表4可知，苗期低温胁迫下，不同浓度的外源Pro或GB对玉米各幼苗生理生化性状的缓解方向和大小存在差异，其EI值不尽相同(P<0.05)。就外源Pro而言，低温胁迫下，T2(400μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米叶片相对电导率、丙二醛含量、可溶性糖含量、SOD、POD、CAT活性的EI值最大，分别为0.757、0.931、0.639、0.544、0.445和1.492，T4(800μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米叶片脯氨酸含量的EI值最大，为0.746；低温胁迫下，T4(800μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米叶片相对电导率的EI值最小，为0.457，T1(200μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米叶片脯氨酸含量的EI值最小，为0.098，T5(1000μmol·L-1)浓度的外源Pro作用下玉米叶片丙二醛含量、可溶性糖含量、SOD、POD、CAT活性的EI值最小，分别为0.579、0.015、0.200、0.029和0.199。就外源GB而言，低温胁迫下，T1*(10μmol·L-1)浓度的外源GB作用下7个生理生化性状的EI值都最大，分别为0.727、0.542、0.420、0.627、0.069、0.399和0.820，低温胁迫下，T3*(30μmol·L-1)浓度的外源GB作用下玉米叶片相对电导率的EI值最小，为0.404，T5*(50μmol·L-1)浓度的外源GB作用下玉米叶片其余6个性状的EI值最小，分别为-0.112、0.055、0.172、-0.133、0.010和0.136。

表4 低温胁迫下添加不同外源调节物质后各幼苗性状的缓解指数

注：*EI1～EI7表示相对电导率，丙二醛含量，脯氨酸含量，可溶性糖含量，SOD活性，POD活性和CAT活性的缓解指数。

Note:*EI1～EI7 indicate ease index of RC, MDA, Pro, SS, SOD, POD and CAT.

2.5 不同外源调节物质低温缓解综合评价

以萌发或幼苗相关性状的EI值作为外源Pro或GB低温缓解综合评价指标，采用隶属函数法，对低温胁迫下不同浓度外源Pro或GB的低温缓解效果进行科学、客观、综合评价。由表5可知，就外源Pro而言，萌发期低温胁迫下，外源Pro对玉米的综合低温缓解效果随Pro浓度的增大而呈先增强后降低的趋势；T3和T4(600μmol·L-1和800μmol·L-1)浓度的外源Pro对玉米的综合低温缓解效果最佳(P<0.05)，都为0.882；T5(1000μmol·L-1)浓度的外源Pro对玉米的综合低温缓解效果最小(P<0.05)，为0.513。就外源GB而言，萌发期低温胁迫下，外源GB对玉米的综合低温缓解效果也随GB浓度的增大而呈先增强后降低的趋势；T2*(20μmol·L-1)浓度的外源GB对玉米的综合低温缓解效果最佳(P<0.05)，为0.647；T5(50μmol·L-1)浓度的外源GB对玉米的综合低温缓解效果最小(P<0.05)，仅为0.022。就外源Pro和GB比较而言，萌发期低温胁迫下，各浓度外源Pro对玉米的综合低温缓解效果远远大于外源GB对玉米的综合缓解效果，前者为后者的1.858倍。

由表6可知，就外源Pro而言，苗期低温胁迫下，外源Pro对玉米的综合低温缓解效果随Pro浓度的增大而呈先增强后降低的趋势；T2(400μmol·L-1)浓度的外源Pro对玉米的综合低温缓解效果最佳(P<0.05)，为0.577；T5(1000μmol·L-1)浓度外源Pro对玉米的综合低温缓解效果最小(P<0.05)，仅为0.246。就外源GB而言，苗期低温胁迫下，外源Pro对玉米的综合低温缓解效果随GB浓度的增大而呈降低的趋势；T1*(10μmol·L-1)浓度的外源GB对玉米的综合低温缓解效果最佳(P<0.05)，为0.500；T4(40μmol·L-1)浓度的外源GB对玉米的综合低温缓解效果最小(P<0.05)，为0.289。就外源Pro和GB比较而言，各浓度外源Pro对玉米的综合低温缓解效果与各浓度外源GB对玉米的综合低温缓解效果差异不大，前者仅为后者的1.064倍。

表5 萌发期低温胁迫下不同外源调节物质的缓解效果综合评价

表6 苗期低温胁迫下不同外源调节物质的缓解效果综合评价

3 结论与讨论

3.1 外源Pro或GB对低温胁迫下玉米种子萌发和幼苗生理生化特性的影响

从播种到幼苗形态建成是玉米最容易遭受低温冷害的关键时期。本试验研究表明这一阶段低温冷害能显著抑制玉米种子萌发，其发芽势、发芽率、胚芽长，胚根长、胚芽鲜重、胚根鲜重显著降低，这与陈银萍等[22]的研究结果相一致。幼苗叶片膜脂过氧化程度、活性氧清除能力及渗透调节能力均增强，其相对电导率、丙二醛含量、脯氨酸含量、可溶性糖含量显著增加，SOD、POD、CAT活性显著增强，这与前人的研究结果相一致[23-24]。植物遭受低温逆境胁迫时，外源Pro或GB可以作为渗透调节物质参与植物细胞的渗透调节，亦可作为渗透保护物质进而提高植物的抗逆能力[25-26]。本试验研究表明，外源Pro或GB对低温胁迫下玉米种子的萌发具有一定的提高，其发芽势、发芽率、胚芽长、胚根长、胚芽鲜重和胚根鲜重都显著高于对照CK(-)，这与韩冬芳等[27]、刘俊英[28]的研究相一致；外源Pro或GB对低温胁迫下玉米幼苗的伤害具有一定的缓解能力，其相对电导率和丙二醛含量显著降低，脯氨酸含量、可溶性糖含量显著升高，SOD、POD和CAT活性显著增强，这与刘俊英[28]、Coughlan等[29]的研究结果一致。另外，本试验研究还表明不同浓度的外源Pro或GB显著影响玉米种子的6个萌发性状和7个幼苗生理生化性状，且不同玉米对Pro或GB的敏感程度不同，耐寒性越弱的玉米对外源Pro或GB的敏感程度越强，萌发期和苗期低温胁迫下，添加外源Pro或GB后玉米种子的6个萌发性状和7个幼苗生理生化性状在自交系间差异显著，在Pro或GB浓度间差异显著，在自交系与Pro或GB浓度间互作间差异显著。

3.2 不同玉米生育时期外源Pro或GB对低温胁迫缓解的综合评价

外源Pro或GB对逆境胁迫下植物的逆境缓解的研究已有相关报道。如马文广等[16]研究表明外源Pro浸种能显著促进烟草种子发芽，提高低温逆境下幼苗根长、苗高、幼苗干鲜重及SOD、POD、CAT和APX活性，10mg/L Pro综合效果较好，可作为提高烟草种子及幼苗抗寒性的处理方法。梁小红等[17]研究表明外源GB能够有效缓解低温胁迫下结缕草叶绿素含量的下降，减少电解质渗透率和丙二醛含量的升高，显著提高SOD、POD、CAT和APX的活性、可溶性糖含量和脯氨酸含量，外施100mmol/L GB对提高结缕草的耐低温能力的效果最为显著。刘俊英[28]研究表明盐胁迫下加入外源Pro或GB后，加工番茄的幼苗地上部鲜重、地下部鲜重、株高显著增加，幼苗叶片的丙二醛含量显著降低，脯氨酸含量、可溶性糖含量、抗坏血酸含量显著升高，SOD、POD、CAT及APX活性显著增强，且1～5mmol·L-1GB和1mmol·L-1Pro都能够很好地降低和缓解盐胁迫对加工番茄植株的伤害。沙汉景[30]研究表明15～45mmol·L-1Pro浸种能提高盐胁迫下水稻的发芽势和发芽率，15和30mmol·L-1Pro浸种显著提高盐胁迫下水稻种子的α-淀粉酶和β-淀粉酶，而适宜浓度的Pro可显著增加水稻叶片的可溶性糖含量、脯氨酸含量，并显著增强水稻叶片的SOD、POD及CAT活性。这些研究虽然揭示了外源Pro或GB对逆境胁迫下各性状的影响，或定性研究了外源Pro、GB对逆境胁迫的最佳缓解效果，但不能定量揭示外源Pro或GB对逆境胁迫的最佳缓解效果和大小。

为了揭示外源Pro或GB对低温胁迫下玉米萌发期、苗期的最佳缓解效果和大小，本试验根据各萌发性状及幼苗生理生化性状，新定义了这些性状的外源Pro或GB低温缓解指数EI，并以EI为综合低温缓解指标，采用隶属函数法，科学、客观、综合评价外源Pro或GB对玉米的低温缓解效果及大小。此方法不仅可以综合各相关性状，科学、客观、综合评价不同浓度外源Pro或GB的低温缓解效果，而且在相同的试验处理下可以比较不同外源Pro或GB的综合低温缓解效果。用此方法综合评价表明，萌发期，600和800μmol·L-1Pro或20μmol·L-1GB的综合低温缓解效果最佳为0.882或0.647，1000μmol·L-1Pro或50μmol·L-1GB的综合缓解效果最小为0.513或0.022；苗期，400μmol·L-1Pro或10μmol·L-1GB的综合低温缓解效果最佳为0.577或0.500，1000μmol·L-1Pro或40μmol·L-1GB的综合低温缓解效果最小仅为0.246或0.289。萌发期和苗期，外源Pro的综合低温缓解效果是外源GB的1.858或1.064倍。

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