盐胁迫对不同品种玉米苗期生长与叶片光合特性的影响

李文阳, 胡秀娟, 王长进, 韩坤龙



盐胁迫对不同品种玉米苗期生长与叶片光合特性的影响

李文阳1, 胡秀娟1, 王长进1, 韩坤龙2

1. 安徽科技学院农学院/安徽省玉米育种工程技术研究院, 凤阳 233100 2. 安徽隆平高科种业有限公司, 合肥 230088

为研究盐胁迫对不同玉米品种玉米苗期生理性状的影响, 以玉米杂交种隆平206、秦龙14以及隆平206亲本(母本L239和父本L7221)为试验材料, 设置不同盐浓度处理, 分析玉米苗期生长与叶片光合特性的变化。结果表明, 盐胁迫下玉米植株高和地上部分鲜重显著下降, 随着盐浓度的增加, 其下降幅度增加; 两杂交种品种比较, 盐胁迫对秦龙14的影响较隆平206大; 隆平206两亲本比较, 盐胁迫对父本L7221较母本L239植株高与地上部分鲜重的影响更大。与对照相比, 盐胁迫显著增加玉米叶片色素含量, 且随着盐浓度的增加, 其增幅逐渐增加。盐胁迫显著增加叶片净光合速率, 但单叶光合速率逐渐降低, 两杂交种品种表现一致。可见虽然盐胁迫下单叶光合速率下降, 单位面积叶片的光合作用对玉米有一定的补偿作用。盐胁迫对秦龙14单叶光合速率的影响较隆平206大, 隆平206两亲本比较, 盐胁迫对父本L7221的影响较母本L239更大。

玉米; 盐胁迫; 苗期; 光合特性

0 前言

各种非生物胁迫因素(盐碱、高温、干旱、渍水等)对作物生长发育及产量形成有显著影响[1], 其中, 全球范围内约有9亿多公顷耕地遭受盐化和碱化[2], 在我国发生盐碱灾害比较严重的地区主要是西北、华北等农作物种植区, 约占全国总耕地面积的10%[3]。玉米是主要的饲料和粮食作物之一, 同时是盐敏感作物, 当土壤盐浓度较高时, 植株代谢活动减弱, 生长受抑[4]。

关于田间盐胁迫对玉米植株生长与代谢的影响, 前人已有较多涉及。玉米在盐胁迫条件下, 种子萌发率显著下降[5-6], 叶片抗氧化酶活性显著下降[7], 根系生长发育受限, 根冠比失调[8], 株高降低, 籽粒粒重显著降低, 从而导致产量严重下降[9-10]。玉米苗期较拔节期、孕穗期、籽粒灌浆期耐盐性差, 苗期表现生长瘦弱[11]。

逆境胁迫影响作物生长与代谢的重要环节是叶片光合作用[12]。盐胁迫条件下水稻[13]、高粱[14]叶片净光合速率和气孔导度均显著下降, 耐盐性不同品种叶片净光合速率下降幅度不同。杂交种隆平206、秦龙14是目前黄淮地区推广面积较大品种, 产量高, 适应性较好[15-16]。试验以杂交种隆平206(包括其亲本: 母本L239、父本L7221)与秦龙14为材料, 采用盆栽试验进行玉米苗期盐害处理, 分析玉米植株生长与叶片光合速率的变化, 探讨玉米苗期叶片光合对盐胁迫的响应, 旨在为两玉米杂交种品种抗逆栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

试验于2015年9月—10月在安徽科技学院种子实验室(凤阳)进行, 试验以玉米杂交种品种秦龙14(QL14)、隆平206(LP206)及隆平206亲本(母本L239和父本L7221)为材料。试验设0、3、6、9 g·kg-1的4个NaCl盐处理水平, 分别用Control、NA3、NA6、NA9表示。采用同规格的塑料盆(上口内径28 cm, 下口内径22 cm, 深度36 cm)进行盆栽试验, 每盆装土12 kg。每处理4盆重复。每盆定苗2株幼苗。在玉米五叶一心时(播种后30 d)进行植株高、地上部分鲜重、叶片色素含量、叶片光合特性相关参数的测定。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 植株高的测定

试验采用直尺进行玉米植株高的测定(即心叶尖端到盆栽土表的高度)。

1.2.2 地上部分鲜重的测定

采用电子天平进行地上部分鲜重的测定。

1.2.3 叶片色素含量的提取与测定

在玉米叶片光合测定完成后, 取样用于叶片色素的含量的测定。参照文献[17]测定叶片色素含量。将各处理叶片取0.5 g, 去中脉, 剪碎放入玻璃管内, 再加入80%丙酮10 mL, 密封, 黑暗处放置48 h, 期间震荡3次, 色素提取液在波长663、647、470 nm下测定吸光值。

1.2.4 叶片净光合速率的测定与单叶光合值的计算

采用CI-340手持式光合测量系统(美国CID公司)测定玉米叶片净光合速率; 在不同处理玉米叶片光合特性测定时, 选取玉米幼苗倒一完全展开叶, 在叶片中间部位进行测定, 测定时间为上午9: 00至10: 00。采用直尺测定单叶片长度、宽度用于计算单叶叶面积, 单叶光合值=叶片净光合速率×叶片面积。

1.3 数据统计分析

采用DPS7.05软件系统进行数据统计, 采用Tukey法对品种内不同盐处理间进行显著性测验。

2 结果与分析

2.1 植株高

从图1可以看出, 在盐胁迫处理后, 玉米植株高逐渐下降, 随着盐浓度的增加, 植株高下降幅度增加, 其中两杂交种0.3%盐浓度处理植株高与对照无显著差异。杂交种秦龙14的NA3、NA6、NA9处理植株高较对照分别下降2%、37%、81%; 杂交种隆平206的NA3、NA6、NA9处理植株高较对照分别下降5%、16%、36%; 自交系L239的NA3、NA6、NA9处理植株高较对照分别下降8%、23%、39%; 自交系L7221的NA3、NA6、NA9处理植株高较对照分别下降12%、55%、未发芽。

2.2 地上部分鲜重

由图2变化趋势可知, 随着盐浓度的增加地上部分鲜重逐渐下降。杂交种秦龙14的NA3、NA6、NA9处理玉米地上部分鲜重较对照分别下降16%、53%、75%; 杂交种隆平206的NA3、NA6、NA9处理玉米地上部分鲜重较对照分别下降14%、30%、76%; 母本L239的NA3、NA6、NA9处理玉米地上部分鲜重较对照分别下降4%、16%、40%, 其中NA3、NA6处理地上部分鲜重与对照无显著差异; 父本L7221的NA3、NA6、NA9处理玉米地上部分鲜重较对照分别下降41%、72%、未发芽。结合图1可见, 与隆平206相比, 盐胁迫对秦龙14苗期生长影响更大; 隆平206两亲本相比, 盐胁迫对父本L7221发芽与生长的影响母本L239大。

注: 图中不同字母表示品种内不同处理间差异呈显著水平(p<0.05); 误差线为标准偏差; 差异比较只在同一品种下进行。下图同。

Figure 1 Salt stress on plant height of maize in the seeding stage

2.3 叶绿体色素含量

由表3可以看出, 玉米叶片叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量在盐胁迫处理后逐渐增加, 随着盐浓度的上升, 叶绿体色素含量增幅逐渐增大。说明在胁迫处理下, 单位质量的叶片吸收与转化光能的能力增强, 这可能是玉米对盐胁迫环境下适应后对植株的补偿效应。

图2 盐胁迫对玉米苗期地上部分鲜重的影响

Figure 2 Effect of salt stress on the fresh weight of above ground parts of maize in the seeding stage

表3 盐胁迫对玉米苗期叶片光合色素含量的影响

注: 表中不同字母表示品种内不同处理间差异呈显著水平(<0.05); 差异比较只在同一品种下进行。下表同。

2.4 叶片净光合速率与单叶光合值

由表4可以看出, 随着盐浓度的增加, 杂交种品种秦龙14和隆平206叶片净光合速率逐渐上升; 两自交系相比, 母本L239净光合速率随着盐浓度的增加逐渐上升, 父本L7221净光合速率随着盐浓度增加逐渐下降。4个品种单叶光合值随着盐浓度的增加呈逐渐下降的变化趋势。杂交种秦龙14的NA3、NA6、NA9处理玉米单叶光合值较对照分别下降40.1%、57.7%、81.7%, 杂交种隆平206的NA3、NA6、NA9处理玉米单叶光合值较对照分别下降7.6%、37.2%、46.8%, 可见盐胁迫对秦龙14叶片净光合速率的影响较隆平206大。隆平206两亲本相比较, 母本L239的NA3、NA6、NA9处理玉米单叶光合值较对照分别下降4.3%、27.1%、58.5%, 父本L7221的NA3、NA6处理玉米单叶光合值较对照分别下降47.9%、89.1%, 可见母本L239耐盐性较父本L7221强。

3 讨论

盐胁迫对玉米的主要伤害是盐离子在细胞内大量积累, 导致离子毒害和离子不平衡[18]。生长量是植物对盐胁迫响应的综合体现, 也是对盐胁迫的综合反应[19]。本研究表明, 盐胁迫显著降低玉米苗期植株高和地上部分鲜重, 其中自交系L7221在较高盐浓度胁迫下不能正常的发芽或者植株生长不良, 这些与前人研究结果有相似之处[19-20]。原因主要是盐害土壤中由于渗透势增高土壤水势降低, 玉米根系吸水困难导致植株地上部分鲜重受到影响, 盐浓度的增加导致地上部分鲜重显著下降[21]。

许多胁迫(包括盐胁迫)下较早看到的现象是叶片生长受到抑制[22]。胁迫环境下作物的萌发出苗及苗期农艺性状及是作物受胁迫影响程度最大, 胁迫越严重, 作物萌发率越低, 影响田间出苗不齐及作物产量形成。本研究表明, 较高盐胁迫对玉米植株生长及叶片光合性能产生明显抑制, 两杂交种品种存在差异, 秦龙14盐胁迫处理玉米单叶光合速率降幅较隆平206大, 说明不同品种对盐胁迫的抗耐性存在显著差异, 杂交种隆平206较秦龙14对盐胁迫的耐性更强。隆平206两亲本自交系相比, L7221盐胁迫处理玉米单叶光合速率降幅较L239大, 可见母本L239较父本L7221对盐胁迫的耐性更强。

表4 盐胁迫对玉米叶片净光合速率与单叶光合值的影响

叶绿体色素在光能的吸收、传递和转换中起着重要作用[24]。叶绿体色素含量除受植物本身遗传控制外, 也受栽培环境条件的影响, 其中逆境环境因素是重要的影响因素[25]。叶绿素是植物耐盐性的重要生理指标之一, 盐胁迫会影响植物叶片叶绿素的光能转换、电子传递等一系列光能反应[26]。本研究表明, 在盐胁迫处理下, 玉米叶片叶绿体色素含量呈逐渐上升趋势, 这也使叶片净光合速率升高。

本研究表明, 苗期盐害显著影响玉米单叶光合值, 与对照相比, 两玉米杂交种盐胁迫处理叶片净光合速率逐渐上升, 但玉米单叶光合值随着盐浓度的增加逐渐下降。可见盐胁迫显著降低玉米单叶光合速率, 但单位面积叶片对于玉米光合有一定的补充效应。

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Effect of salt stress on photosynthetic characteristics of leaves in the seedling stage of different maize cultivars

LI Wenyang1, HU Xiujuan1, WANG Changjin1, HAN Kunlong2

1. College of Agronomy, Anhui Science and Technology University/Engineering Technology Institute of Maize Breeding in Anhui Province, Fengyang 233100, China 2.Anhui Longping High-tech Seed Co. Ltd., Hefei 230088, China

The maize hybrids, Qinglong14 (QL14) and Longping206 (LP206), and lines, L239 and L7221, were used for the study on growth and photosynthetic characteristics response to salt stress in the seeding stage. The results showed that the plant height and the fresh weight of above ground parts of maize in the seeding stage were significantly decreased under salt stress. With the increase of the salt concentration, the drops of the above parameters increased. Compared with LP206, salt stress had a great influence on the plant height and fresh weight of above ground parts of QL14. Effects of salt stress on the male parent L7221 were more obvious than the female parent L239 for above parameters. Compared with the control, salt stress significantly increased the pigment content of maize leaves. Salt stress significantly increased the net photosynthesis rate, but remarkably reduced the single leaf photosynthetic rate. Compared with LP206, salt stress had a great influence on the single leaf photosynthetic rate of QL14. Effect of salt stress on single leaf photosynthetic rate in the line L7221 was higher than that in the line L239. Although the photosynthetic rate of single leaf was decreased under salt stress, the photosynthesis of unit leaf area had an appropriate compensation for maize. As compared with LP206, QL14 had a larger decline in the growth and photosynthetic characteristics, indicating that the difference between cultivars existed in tolerance to salt stress.

maize; salt stress; seedling; photosynthetic characteristics

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.008

S3141

A

1008-8873(2019)02-051-05

2017-11-27;

2018-01-08

国家自然科学基金项目(31501271); 安徽省高校优秀青年人才支持计划重点项目(gxyqZD2016218); 国家重点研发计划(2018YFD0300902); 国家星火计划项目(2015GA710019)

李文阳(1981—), 男, 博士, 教授, 主要从事作物生理生态研究, E-mail: liwy@ahstu.edu.cn

李文阳, 胡秀娟, 王长进, 等. 盐胁迫对不同品种玉米苗期生长与叶片光合特性的影响[J]. 生态科学, 2019, 38(2): 51-55.

LI Wenyang, HU Xiujuan, WANG Changjin, et al. Effect of salt stress on photosynthetic characteristics of leaves in the seedling stage of different maize cultivars[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 51-55.