根施甜菜碱对镉胁迫下玉米幼苗生理性状的影响

刘方方 董书婷 陈思晓 巴青松 李桂萍

摘要：以超黑糯玉米自交系I46为材料，研究了根施甜菜碱（GB，25mg/kg）对镉（10mg/kgCdCl2）胁迫下玉米幼苗叶片生理性状的影响.结果表明：（1）在镉胁迫下，玉米幼苗叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性均显著低于对照组，超氧阴离子自由基（O2-.）、过氧化氢（H2O2）和丙二醛（MDA）含量均显著高于对照组.（2）加入外源甜菜碱后，与单独镉胁迫处理相比，玉米幼苗叶片中上述四种酶活的活性均显著升高了52.2%、65.4%、103.2%和75.5%.O2-.、H2O2和MDA含量均显著下降了46.2%、14.5%和34.9%.因此，本研究认为适宜浓度外源甜菜碱可显著增强玉米幼苗的抗氧化能力，从而有效减弱镉胁迫对玉米幼苗的伤害.

关键词：甜菜碱;镉胁迫;玉米幼苗

中图分类号：Q945.78  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）08-0036-02

镉（Cd）作为一种比较重要的工农业原料，由于在农业中大量使用农药及含镉污水的灌溉，导致很多土壤受到污染.同时，Cd也是最容易被植物吸收和转运的一种重金属，即使浓度较低也会对植物体产生很多危害[1].谢惠玲[2]等研究表明，在Cd存在时，植物的茎、叶会出现黄化，叶片会脱落.同时，Cd还容易通过很多途径污染食物链，从而对人体产生危害[3].

甜菜碱（GB）对于高等植物是一种比较重要的渗透调节剂，在调节高等植物对环境胁迫的适应能力，提高植物对各种胁迫因子的抗性等方面都具有重要的生理作用[4].喷施甜菜碱对干旱胁迫下烟草的过氧化氢酶活性有较好调节效应[5]，能有效缓解镍胁迫对小麦幼苗生长的伤害[4].目前，有关外源GB对镉胁迫下的玉米幼苗生理性状的影响报道较少.因此，本试验主要研究了外源甜菜碱对镉胁迫下玉米幼苗叶片生理活性的影响，以探明GB对提高玉米耐镉的作用机理.

1 材料与方法

1.1 材料和设计

供试材料为淮北市濉溪农科所选育的超黑糯玉米自交系I46.

本试验采用土培法培养玉米苗，在人工智能培养箱内培养.Cd（CdCl2·2.5H2O）与GB混合均匀（3次，每3d搅拌一次）搅拌在土壤中，每盆装土5㎏.CdCl2浓度为10mg/kg，此浓度是在预试验中筛选出的对玉米幼苗生长产生半抑制浓度.GB的浓度为25mg/kg，此浓度为预试验中筛选出的最适浓度.挑选饱满的玉米籽粒180粒，先消毒5min后，用灭菌蒸馏水冲洗3-5次，每次3-5min.每盆播种10粒，每个处理做3次重复.待玉米幼苗长至第10天时，每个处理随机取样，取相同部位玉米叶片分成若干份（0.5g/份），用于测定各项指标.

1.2 测定项目与方法

SOD活性测定和POD活性测定采用李合生使用的方法[6]，CAT活性测定采用李忠光等人使用的方法[7]，APX活性测定采用宋松泉等人的方法[8];O2-.含量测定采用王爱国等人的方法[9];H2O2含量测定采用氯化钛法;MDA含量测定采用邹琦使用的方法[10].

1.3 数据分析

所有指标测定均为5次重复，数据处理和统计分析采用DPS 16.05、SigmaPlot 10.0，使用最小显著差数法，显著性差异比较在P<0.05水平.

2 结果与分析

2.1 甜菜碱对镉胁迫下玉米幼苗抗氧化酶活性的影响

由图1可以看出，Cd2+胁迫下玉米幼苗抗氧化酶的活性均显著低于对照水平（P<0.05），根施外源GB（25mg/kg）使这4种酶的活性均较单独Cd2+处理显著升高，分别升高了52.2%、65.4%、103.2%和75.5%.单独外施GB（25mg/kg）时，4种抗氧化酶活性与对照相比均显著升高.由此可见适宜浓度的GB对玉米幼苗的生长没有产生影响，并且可以明显提高Cd2+胁迫下玉米幼苗的抗氧化酶活性，从而缓解Cd2+胁迫对供试玉米幼苗的影响.

2.2 甜菜碱对镉胁迫下玉米幼苗O2-、H2O2和MDA含量的影响

从图2可以看出，在镉胁迫下加入25mg/kg甜菜碱时，O2-.含量比单独Cd处理时降低了46.2%，而单独施加GB时，O2-.含量显著低于单独Cd处理时的值.H2O2的含量在单独Cd处理时会显著上升，加入25mg/kg GB时，H2O2含量降低了14.54%，而单独施加GB時，H2O2含量显著低于单独Cd处理时的值.

由图2可以看出，MDA含量在单独Cd处理时会显著升高.在镉胁迫下加入25mg/kg GB时，MDA含量降低至1.2629mmol/g.FW，而单独施加GB时，MDA含量显著低于单独Cd处理时的值.

由此可知，25mg/kg外源GB能够较好地辅助镉胁迫下玉米幼苗内的O2-.和H2O2清除，从而显著降低玉米细胞膜脂过氧化作用，有效缓解重金属镉对玉米的毒害.

3 讨论

镉作为广泛存在于自然界中的毒性最强的一种重金属，在进入植物体并积累到一定含量后就会破坏生物细胞的结构和功能[11].而渗透调节是植物适应重金属胁迫的重要机制之一.作为生长调节剂的甜菜碱本身对植物生长无毒害作用.

SOD、POD、CAT和APX是动植物有机体抗氧化系统中重要的抗氧化酶，这类抗氧化酶能通过有效清除氧自由基的方法来减轻脂质过氧化对机体造成的损伤[12].巴青松等[4]研究表明，利用根施甜菜碱的方法处理的小麦幼苗在Ni2+胁迫下可保持较高的抗氧化酶活性.本试验的结果也显示出玉米幼苗在镉胁迫下抗氧化酶活性相对于对照组都有大幅度的下降，在用一定浓度甜菜碱处理后的玉米幼苗在镉胁迫下抗氧化酶的活性都有不同程度的升高，表明外施甜菜碱对镉伤害的玉米幼苗有一定的缓解作用.

脂质过氧化能够使植物的细胞膜系统受到严重损伤.MDA是细胞膜脂质过氧化的最终产物，MDA含量的高低能够显示脂质过氧化作用的强弱程度[13].本研究的结果可以表明，Cd胁迫下玉米叶片MDA含量显著增高，在25mg/kg GB处理下MDA含量显著降低，说明GB缓解了镉毒害下玉米幼苗细胞膜受伤害的程度.

由此可见，根施GB能够显著提高镉胁迫下玉米幼苗的抗氧化能力，在一定程度上抑制叶片膜质过氧化的发生，进而缓解了镉对玉米幼苗的毒害作用，促进了玉米幼苗的生长发育.

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参考文献：

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