不同维生素浸种对玉米幼苗受钠盐胁迫后根冠比和多胺代谢的影响

沈彦合,胡尚连

(1.西南科技大学植物细胞工程实验室, 四川 绵阳 621000; 2.四川省生物质资源利用与改良工程技术中心, 四川 绵阳 621000)

【研究意义】维生素参与调控植物生长发育的多个生长代谢过程，能促进植物的种子萌发和生长发育[1-2]、提高植物的抗逆性[3-4]、调节多种酶的合成[5]。近年来发现，B族维生素在植物抗逆和代谢循环方面发挥着重要作用，其中维生素B1(VB1)影响着植物生长和非生物胁迫响应[6]。【前人研究进展】在渗透压、盐以及氧化性应激胁迫下, 植物体内3种形式的VB1含量均有所升高[7]。维生素B6(VB6)在植物体内作为转氨作用的辅酶，参与多种生化反应，提高植物的抗逆能力[8]。玉米是主要农业作物之一，而盐胁迫严重影响我国玉米产量。盐浓度过高对玉米组织和器官生长和分化有抑制作用，破坏玉米生物膜结构[9]；Na2SO4和NaCl均会对植物产生高毒性，但是不同植物对Na2SO4和NaCl毒害的敏感程度不同[10-13]，其中多胺代谢途径是调节植物适应盐胁迫的一个途径[14-16]，多胺代谢过程中由二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)催化反应产生的H2O2，可以作为植物盐胁迫响应中乙烯和多胺代谢间的一个纽带，乙烯的产生是玉米耐盐/敏感的一个信号[14-16]。研究表明，VB1和VB6均可提高盐胁迫玉米种子的萌发和发挥抗逆作用[2,17]，但玉米用VB1和VB6浸种后，不同基因型玉米幼苗在不同类型钠盐胁迫下的多胺代谢系统响应的相关研究鲜见报道。【本研究切入点】本研究以耐盐程度不同的杂交玉米品种金玉819(耐盐类型)和金单999(盐敏感型)为材料，探究不同维生素浸种后，盐胁迫对玉米幼苗根冠比和多胺代谢途径相关酶活变化的影响。【拟解决的关键问题】研究不同维生素浸种后，2种耐盐程度不同的杂交玉米品种通过多胺代谢途径对盐胁迫的响应。本研究可为不同盐胁迫下维生素种类的选择提供参考，为Na2SO4和NaCl胁迫对玉米多胺代谢影响的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以杂交玉米品种金玉819(耐盐类型)和金单999(盐敏感型)为供试材料。

1.2 材料处理

1.2.1 种子萌发 选取2种基因型玉米种子，分别用100 mmol/L VB1和VB6溶液浸种24 h，然后移入1/2霍格兰营养液中发芽，每盆加入200 mL 1/2霍格兰营养液并在底部铺上滤纸，覆盖保鲜膜(扎孔)保持通气防止水分过分蒸发，置于光照培养室中，每隔1 d更换1次营养液，培养7 d。

1.2.2 幼苗处理 待7 d后，把幼苗移植到塑料盆中，每盆16株。每种处理3盆，然后加入含100 mmol/L Na2SO4/NaCl的1/2 霍格兰营养液。每隔 1 d换1次营养液。

待玉米移植入含盐的霍格兰营养液 10 d后进行取样，每个处理取6株玉米幼苗，独立保存，测干湿重。把剩下植株取样移至-80 ℃冰箱长期保存，用于测定指标。

1.3 测定方法

1.3.1 根冠比测定 每个处理分别取6株具有代表性的幼苗，将其地上部分和地下部分剪开，分别称重。

1.3.2 多胺代谢途径中相关酶活性测定 利用齐一生物试剂盒进行乙烯、ADC、DAO、PAO和H2O2含量测定。

1.4 数据处理

采用Micral Excel 2017作图，使用SPSS 24.0软件进行数据处理和显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗根冠比的影响

根冠比大小在一定程度上反映植物地下部分与地上部分的相关性。植株根冠比越大说明植株根系机能活性越大，反之说明植株根系机能活性小。从图1可以看出，金玉819无论是Na2SO4还是NaCl胁迫，VB1和VB6处理后的根冠比均无显著差异，但是当用同一种VB处理时，Na2SO4胁迫后玉米的根冠比显著高于NaCl胁迫处理(P<0.01)。对于金单999而言，Na2SO4胁迫下VB1处理后的根冠比显著高于VB6处理(P<0.01)，而在NaCl胁迫下，VB1处理后的根冠比显著低于VB6处理(P<0.01)；在VB1处理下，Na2SO4胁迫后玉米的根冠比显著高于NaCl胁迫(P<0.01)，而在VB6处理下，Na2SO4胁迫后的根冠比显著高于NaCl胁迫(P<0.01)。说明，对于金玉819，VB1和VB6浸种后对根冠比的影响并无明显差异，但NaCl较Na2SO4对金玉819的根系伤害更大。对于金单999，在Na2SO4胁迫下，VB1较VB6能更显著提高玉米根冠比。在NaCl胁迫下，VB6较VB1能更显著提高玉米根冠比。

图1 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗根冠比的影响Fig.1 Effects of different vitamins soak seeds on root-crown ratio of maize seedlingsin salt stress

图2 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗乙烯含量的影响Fig.2 Effects of different vitamins soak seeds on ethylene content of maize seedlings in salt stress

2.2 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗多胺代谢途径的影响

2.2.1 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗乙烯含量的影响 乙烯是植物中的一种激素，在植物抗逆过程中发挥着重要作用，是植物衰老和死亡的标志。对于金玉819而言，在Na2SO4胁迫下，VB6处理的玉米叶片中乙烯含量显著低于VB1处理(P<0.01)，而在NaCl胁迫下2种VB处理后的叶片乙烯含量无显著差异；无论是VB1处理还是VB6处理，2种钠盐处理间的金玉819的叶片乙烯含量均无显著差异(图2)。对于金单999而言，VB1和VB6处理之间、不同盐胁迫处理间的叶片中乙烯含量均无显著差异(图2)。说明，在Na2SO4胁迫下，VB6较VB1更能显著减少金玉819体内乙烯的积累。

2.2.2 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗精氨酸脱羧酶(ADC)酶活性的影响 精氨酸脱羧酶(ADC)能够把相应的氨基酸脱去羧基形成多胺。金玉819和金单999在2种盐胁迫下，VB1处理的玉米幼苗ADC活性均显著高于VB6处理(P<0.01)；2种盐胁迫间，VB1处理的金玉819和VB6处理的金单999的玉米幼苗叶片ADC活性则无显著差异(图3)。VB1处理金单999时，NaCl胁迫的玉米幼苗ADC活性显著高于Na2SO4胁迫处理(P<0.01)。VB6处理金玉819时，Na2SO4胁迫的玉米幼苗ADC活性显著高于NaCl胁迫处理(P<0.01)。说明，VB1较VB6更能提高盐胁迫下玉米ADC活性。

2.2.3 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗二胺氧化酶(DAO)活性的影响 二胺氧化酶(DAO)是腐胺(Put)分解代谢的关键酶，在组胺和多种多胺代谢中起作用，能够反映植物的受损伤程度。在Na2SO4胁迫下，VB1处理的2种基因型玉米的DAO活性均显著高于VB6处理(P<0.01)；在NaCl胁迫下，VB6处理的2种基因型玉米的DAO活性均高于VB1处理(P<0.01，图4)。NaCl胁迫的玉米DAO活性均显著高于Na2SO4胁迫(P<0.01)，但金玉819的VB1处理除外。说明，VB1处理更能提高Na2SO4胁迫下玉米DAO活性，VB6处理更能提高NaCl胁迫下玉米DAO活性。NaCl胁迫较Na2SO4胁迫更能促进玉米DAO活性增加。

图3 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗ADC酶活性的影响Fig.3 Effects of different vitamins soak seeds on ADC activity of maize seedlings in salt stress

图4 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗DAO的影响Fig.4 Effects of different vitamins soak seeds on DAO activity of maize seedlings in salt stress

2.2.4 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗多胺氧化酶(PAO)活性的影响 多胺氧化酶(PAO)是亚精胺(Spd)和精胺(Spm)分解代谢的关键酶。同一种盐处理下，VB6处理的玉米PAO活性均显著高于VB1处理(P<0.01)，除Na2SO4胁迫下金单999的VB1种VB6处理的玉米PAO活性无显著差异外(图5)。VB1和VB6处理2种基因型玉米时，NaCl胁迫的玉米PAO活性均显著高于Na2SO4胁迫(P<0.01，图5)。说明，VB6较VB1更能显著提高盐胁迫下玉米PAO活性，NaCl胁迫较Na2SO4胁迫更能促进玉米PAO的增加。

2.2.5 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗过氧化氢含量的影响 过氧化氢(H2O2)在植物受胁迫时含量增加，影响植物的生长发育和气孔导度。无论在哪种盐胁迫下，VB1处理的2种基因型玉米中的H2O2含量均显著高于VB6处理(P<0.01，图6)。VB1和VB6处理下，Na2SO4胁迫处理下金玉819的H2O2含量均显著高于NaCl胁迫处理(P<0.01)；而仅VB1和NaCl处理的金单999的H2O2含量显著高于Na2SO4处理(P<0.01)。说明，VB6较VB1更能降低盐胁迫下玉米幼苗H2O2含量。Na2SO4胁迫较NaCl胁迫会迫使金玉819产生更多H2O2。NaCl胁迫较Na2SO4胁迫使金单999产生更多H2O2，VB6处理除外。

3 讨 论

研究表明，不同种类维生素对玉米根冠比影响不同，VB1、VB2和VB12可显著提高玉米根冠比，而VB6对玉米根冠比具有抑制作用[17]。本研究表明，对盐胁迫敏感性不同的玉米杂交品种，用VB1和VB6浸种后，其幼苗的根冠比对NaCl和Na2SO4胁迫的响应各异。将耐盐的金玉819用VB1和VB6浸种后，NaCl和Na2SO4胁迫对其幼苗根冠比的影响不明显，但NaCl较Na2SO4对金玉819的根系伤害大；对盐胁迫比较敏感的金单999在Na2SO4胁迫下，VB1比VB6的玉米根冠比高，而在NaCl胁迫下，VB6处理比VB1处理的玉米根冠比高。

图5 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗PAO的影响Fig.5 Effects of different vitamins soak seeds on PAO activity of maize seedlings in salt stress

图6 不同维生素浸种对盐胁迫玉米幼苗H2O2的影响Fig.6 Effects of different vitamins soak seeds on H2O2 content of maize seedlings in salt stress

多胺含量的增加可以缓解植物根系的受毒害程度[22-23]。进一步研究发现，多胺对盐胁迫植物根系的影响取决于Put、Spd和Spm三者之间的平衡[24]，(Spd+Spm)/Put比值的升高会提升植物的耐胁迫能力。本研究中，与NaCl胁迫相比，金玉819在Na2SO4胁迫下的ADC活性更高，PAO活性较低，(Spd+Spm)/Put升高，根系耐盐能力增强，根冠比也较NaCl胁迫更高；在VB1和VB6处理时，VB6处理下的ADC活性和PAO活性均显著高于VB1处理，可能是VB1和VB6处理后的(Spd+Spm)/Put的值达到了相对动态平衡，从而使2种处理后的根冠比无显著差异，金单999也得到类似的结果，还需要进一步研究。

4 结 论

用VB1和VB6浸种后，盐胁迫敏感性不同的玉米杂交品种幼苗的根冠比以及多胺代谢途径中相关酶活性对NaCl和Na2SO4胁迫的响应不同。