水分胁迫对玉米苗期生理指标的影响

邹原东　韩振芹　李志强

摘要  [目的]探究玉米幼苗期水分胁迫下生理指标的变化，衡量不同玉米品种之间的抗旱差异，为抗旱品种选育提供借鉴。[方法]采用PEG-6000水溶液模拟干旱环境，比较4个玉米品种（林丰香粘、晋超甜1号、石甜玉1号和超甜T-75）幼苗期的可溶性蛋白、丙二醛和脯氨酸的含量变化。[结果]随着PEG-6000水溶液的增加，4个品种的可溶性蛋白、丙二醛和脯氨酸含量相应增加，在8.75%浓度处理下林丰香粘和超甜T-75的可溶性蛋白含量与其他浓度处理差异显著，晋超甜1号和石甜玉1号不同浓度处理的脯氨酸含量差异极显著，8.75%和7.50%浓度下4个品种的丙二醛含量与其他浓度相比差异极显著。[结论]石甜玉1号和晋超甜1号的抗旱性优于林丰香粘和超甜T-75。

关键词  PEG-6000水溶液;水分胁迫;生理指标

中图分类号  S513    文献标识码  A

文章编号  0517-6611（2019）24-0025-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.24.009

Effects of Water Stress on Physiological Indexes of Maize Seedling

ZOU Yuan-dong， HAN Zhen-qin， LI Zhi-qiang  （Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing 102442）

Abstract  [Objective]To explore the changes of physiological indexes under water stress in maize seedling stage， to study the differences in drought resistance among different maize varieties， and to provide references for breeding of drought-resistant varieties. [Method]PEG-6000 aqueous solution was used to simulate the drought environment to compare soluble protein content， malondialdehyde content and proline content of four maize varieties at seedling stage. [Result]Soluble protein content， malondialdehyde content and proline content of the four varieties increased accordingly with the increase of PEG-6000 aqueous solution， the soluble protein contents of Linfengxiangnian and Shitianyu 1 at 8.75% PEG-6000 concentration was significantly different with other concentrations. The differences of proline content between different concentrations of Jinchaotian 1 and Shitianyu 1 was extremely significant. The difference of malondialdehyde content between the two concentrations of 8.75% and 7.50% was significantly different from other concentrations. [Conclusion]Shitianyu 1 and Jinchaotian 1 had better drought resistance than Linfengxiangnian and Chaotian T-75.

Key words  PEG-6000;Water stress;Physiological index

基金項目  北京农业职业学院科技研发推广类项目;菜用玉米亲本纯化技术研究（XY-NF-18-02）。

作者简介  邹原东（1980—），男，辽宁丹东人，副教授，硕士，从事作物遗传育种研究。*通信作者，教授，硕士，从事蔬菜栽培研究。

收稿日期  2019-06-10

玉米是我国重要的的谷类作物，兼具食用和饲用功能。作为中国第一粮食作物，其播种面积和总产量都位居第一，在中国粮食安全中占有非常重要的地位[1]。随着国家经济和社会的深入发展，农业也迎来了黄金发展期;随着技术和资金投入的逐年增加，农业的发展也越来越趋向国际化和产业集约化。作为提升玉米品质和产量潜力的基本技术手段，现代玉米育种发展速度日新月异。基因工程、基因库等新技术的运用极大地提升了行业的科技创新能力[2]。但近些年自然灾害频发、极端气候条件对玉米育种工作提出了严峻的挑战，如干旱气象灾害可能导致玉米减产，甚至绝收等，从而影响玉米产量[3]。研究表明，干旱缺水，尤其是玉米的拔节期和抽穗期缺水直接导致玉米产量减少20%左右，产量的减少与土壤的干旱程度呈显著正相关[4]，直接影响植株外部形态的变化，也会导致内在生理变化，如蛋白质浓度的增加、体内pH的提升、膜脂过氧化的发生和氧化伤害的提高[5]。选育抗旱性较强的品种不仅可适应当下严峻的气候形式，提高玉米产区抵御灾害风险的能力，更是干旱地区提高玉米产量及品质亟需面对的首要难题[6-7]。因此，需要从选择适宜的抗旱品种出发，对内在生理水平进行深入研究，从而提升抗旱评价水平，这对玉米产区应对干旱具有现实的指导意义[8-9]。

不同玉米品种对土壤和大气干旱条件的适应性和抵御能力不同，它们在形态结构特征、生理生化特性、生长发育等方面形成了一系列抗御干旱的机制和对逆境的适应反应[10-12]。郭效龙等[13]根据种子在高渗溶液中的萌发及生理生化反应来评价玉米萌发期和幼苗期的抗旱性，认为可溶性蛋白含量、丙二醛含量和SOD活性均可作为鉴定自交系抗旱性的指标。鉴于此，笔者以4个玉米杂交种（林丰香粘、晋超甜1号、石甜玉1号和超甜T-75）為试验材料，研究在不同PEG-6000水溶液浓度（4.00%、6.00%、7.50%、8.75%）胁迫下玉米幼苗期生理指标的变化，从而筛选出抗旱性较强的玉米品种，为当地选育抗旱品种提供借鉴。

1  材料与方法

1.1  试验材料

试验选用4个玉米杂交种林丰香粘、晋超甜1号、石甜玉1号和超甜T-75，编号分别为NT7、T6、TN5和T4。

1.2  试验方法

将发芽盒置于RXZ-400E型人工气候箱，昼/夜温度为26 ℃/25 ℃。采用早晚喷水的方法控制湿度在60%～70%，设定好数值，将光照时间调至白天/夜晚为12 h/12 h，光照强度为2 500 lx，连续培养10 d。

每个品种挑选大小均匀、籽粒饱满的种子各500粒，用75%乙醇消毒10 min，蒸馏水冲洗3次并浸泡12 h。将准备好的发芽盒铺上一定质量的细沙，倒入相应浓度的PEG-6000水溶液，取出浸泡好的种子均匀摆放在发芽盒内，并将发芽盒置于光照培养箱中发芽。

以蒸馏水为对照，将PEG-6000水溶液浓度配置为4.00%、6.00%、7.50%、8.75%共4个浓度。试验设5个处理，分别记为CK、处理①、处理②、处理③、处理④。每个处理 50 粒，3 次重复。在第8天取相同部位测定丙二醛、可溶性蛋白及脯氨酸含量。

1.3  指标测定

丙二醛含量用硫代巴比妥酸反应比色法测定;可溶性蛋白含量用考马斯亮蓝G-250染色法测定;脯氨酸含量用茚三酮显色法测定。

1.4  数据统计  采用WPS绘图;采用SPSS 20.0进行数据统计分析。

2  结果与分析

2.1  不同PEG-6000浓度处理对玉米可溶性蛋白含量的影响

从图1可以看出，不同浓度PEG-6000水溶液处理下，不同品种的玉米可溶性蛋白含量有差异。随着水溶液浓度的增加，玉米的可溶性蛋白含量提高，其中处理③和④提高较明显。从差异性分析来看，随着PEG-6000水溶液浓度的增加，处理④的NT7和TN5可溶性蛋白含量与其他处理差异显著（

P<0.05），另外2个玉米品种在不同处理间差异不显著（P>0.05）。由此可见，水分胁迫可使玉米植株的可溶性蛋白含量升高，从而抵抗外界逆境条件带来的细胞失水的影响，保证植株在一定胁迫条件下正常生长，而不同品种间可溶性蛋白含量的变化存在差异。

2.2  不同PEG-6000浓度处理对玉米脯氨酸含量的影响

由图2可知，随着PEG-6000水溶液浓度的增加，4个品种的脯氨酸含量都呈增加趋势，但增加的幅度不同。处理④中NT7、T6、TN5、T4品种的脯氨酸含量比CK分别增加了56.75%、44.79%、77.82%和57.47%，比处理③分别增加了29.59%、3.56%、13.61%和9.92%，与其他浓度处理相比增加较明显。从差异性分析来看，不同处理T6和TN5的脯氨酸含量差异极显著（P<0.01），处理③、④中NT7的脯氨酸含量与CK差异极显著（P<0.01），各处理T4的脯氨酸含量差异不显著（P>0.05）。由此可见，随着PEG-6000水溶液浓度的增加，玉米植株体内脯氨酸积聚增加，渗透压降低，以抵御不良环境造成的影响。

2.3  不同PEG-6000浓度处理对玉米丙二醛含量的影响

从图3可以看出，随着PEG-6000水溶液浓度的增加，玉米幼苗丙二醛的含量明显增加。其中处理③和④的丙二醛含量与处理①、②和对照差异极显著（P<0.01）。由此可见，随着干旱胁迫的增加，玉米植株体内膜脂过氧化程度加强，丙二醛含量增加明显。

3  结论与讨论

氧自由基反应和脂质过氧化在植物的新陈代谢过程中发挥着重要作用，正常状况下二者处于一种动态平衡。但当植物遭受逆境伤害，如冷害、干旱、盐碱时该动态平衡就会被打破，细胞内的生物膜会受到不同程度的损害;如果伤害程度进一步加剧，则可能会造成细胞乃至组织的严重损伤，最终造成植株的死亡。该膜脂过氧化反应过程会产生很多产物，而丙二醛是其中之一。通过丙二醛含量的变化能初步判断膜脂过氧化的程度和植物对逆境条件的反应强弱，丙二醛在体内大量积累会造成植物组织的严重伤害，积累量与组织的伤害程度呈正相关。大量研究表明，随着逆境伤害程度的加强，植物体内丙二醛含量也显著上升[14-15]。该试验结果显示，随着水溶液浓度的升高，4个品种的丙二醛含量都相应升高，在8.75%浓度下升高最多的为T4，其次为TN5、T6和NT7。可见在遭受水分胁迫时，玉米幼苗体内的丙二醛含量相应升高，且在不同品种间的表现一致。

当植株处在逆境条件并受到胁迫伤害时，体内脯氨酸含量会相应增加，起到渗透调节作用。很多学者研究发现，在植株受到水分胁迫、盐胁迫、低温冷害胁迫等时，植株体内的脯氨酸在一定程度范围内相应增加，这是植物体内自我保护状态的开启，从而免于细胞失水，增强蛋白质以及脯氨酸合成酶合成、减弱脯氨酸氧化作用、保护细胞结构与功能的稳定、调节渗透压、增加植株体内的保水能力[16-17]。而随着伤害程度的进一步加强，超过了植株所能承载的最大伤害量时，器官就会发生质的变化，如叶片萎蔫，体内脯氨酸含量也会越过临界值转而下降，该伤害是不可逆转的。在水分胁迫下，玉米幼苗的脯氨酸含量增加，渗透调节能力增强，在一定程度范围内可抵御不良条件所带来的影响，使体内的细胞避免受到严重伤害，是植株自我调节能力的表现[18]。该研究结果与彭云玲等[19]研究结果一致，水分胁迫程度的增加能显著增加玉米幼苗叶片中脯氨酸的含量，在不同浓度PEG水溶液下，脯氨酸含量的增加程度随品种的不同而出现不同程度的差异。在8.75%浓度处理下，不同玉米品种脯氨酸含量由高到低依次为TN5、T4、T6、NT7，植物对应激反应表现出的差异与其自身调节能力的高低一致。

研究表明，在植株遭受逆境伤害时，可溶性蛋白含量在一定程度上增加，细胞液的浓度也增加，从而调节组织的渗透能力;但随着伤害程度的增加，植株体内渗透能力下降，引起细胞内吸收水分障碍，造成水分的流失[20-21]。也有研究发现，在侧柏叶片遭受盐旱单一胁迫或复合胁迫处理时，体内可溶性蛋白含量呈下降趋势，这既与品种自身的调节能力有关，也可能与蛋白质降解速度大于合成速度有關[22]。该研究结果表明，水分胁迫会增加玉米幼苗体内可溶性蛋白含量，不同品种之间可溶性蛋白含量变化一致且有小幅度差异，这与王德信等[23]研究结果一致。从统计上看，品种之间在不同浓度上的差异性表现也不同，T4和T6的可溶性蛋白在不同浓度之间差异不显著，NT7、TN5在8.75%浓度处理下的可溶性蛋白含量与4.00%浓度处理和CK差异显著。由此可见，随着浓度的增加，植物细胞渗透能力增强，抵抗胁迫能力提升。

综合来看，植物在遭受水分胁迫后，活性氧平衡代谢失调导致膜脂过氧化，伴随产生丙二醛含量和活性氧浓度的升高，这在一定程度上反映了品种的抗旱强弱。可溶性蛋白和脯氨酸都是渗透调节物质，在植株遭受水分胁迫时可发挥作用，但因伤害程度、品种和环境不同其作用存在差异。综合4个试验品种来看，TN5和T6相关的生理指标变化反映出的抗旱水平要优于NT7和T4。该试验从苗期对玉米进行生理指标的测定，玉米幼株在设计浓度下全部能正常生长，未见死亡现象发生，因此试验设计浓度未超过幼苗植株所能承受最大浓度，在一定程度上可用来衡量玉米受水分胁迫程度的强弱，而这种逆境伤害受品种的影响表现也有所不同，这为进一步研究抗旱评价及区域性抗旱指标的筛选提供理论支持。

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