干旱脅迫對4個玉米品種幼苗葉片總黃酮含量和其他生理指標的影響

謝美華　羅中澤　李霖等

摘要：以玉米品種天紫23號、黃甜脆1號、白甜糯1號、早鮮黃甜脆幼苗為試驗材料，研究干旱脅迫（停止澆水）、干旱脅迫時間（1、2、3、4、5 d）和解除干旱脅迫恢復生長后幼苗根系活力、葉片中總黃酮含量及自由水/束縛水比值的變化。結果表明，利用干旱脅迫處理4個品種玉米幼苗，根系活力、葉片中自由水/束縛水比值均隨脅迫時間的延長而降低，葉片中的總黃酮含量均隨脅迫時間的延長而上升；解除干旱脅迫恢復正常灌溉7 d后，根系活力、葉片中自由水/束縛水比值均上升，葉片中的總黃酮含量均下降，但這3個生理指標依然沒恢復到正常灌溉水平。不同玉米品種在干旱脅迫和解除干旱脅迫復水時這3個生理指標的變化有一定的差異，對這3個生理指標進行綜合分析，初步得出黃甜脆1號的抗旱性最強，其次是天紫23號，再次是早鮮黃甜脆，最差的是白甜糯1號。

關鍵詞：玉米；干旱脅迫；根系活力；總黃酮含量；自由水/束縛水比值

中圖分類號： Q945.78 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0070-03

受季風氣候的影響，近幾年云南地區旱災頻發，農作物生長期間減產風險加大。玉米（Zea mays L.）是我國主要的糧食作物，由于其需水量相對較高，加之受氣候影響，常易遭受旱災。干旱一般可使玉米減產20%～30%，耐旱玉米品種在農業生產中的地位越來越重要[1]。玉米抗旱性是通過抗旱鑒定指標來體現的，通過研究玉米特定生理指標的動態變化可對玉米抗旱性有更準確的判斷。

植物的生長對水分的變化極為敏感，由干旱脅迫引起的植物細胞生理性缺水，對代謝過程產生極大的影響，在生理上經常以自由水與束縛水的比值大小來探討植物器官的代謝旺盛程度[2]，自由水和束縛水含量常與植物生長和抗性有密切的關系。自由水與束縛水比值較高的植物組織或器官，代謝活動較旺盛，生長也較快；反之則生長較緩慢，但抗性較強[3]。因此，自由水和束縛水的相對含量可以作為代謝活動及抗逆性強弱的重要生理指標。

根系活力是植物生長的重要生理指標之一。當土壤干旱時，作物根系首先感受到脅迫，并迅速發出信號，使整個植株對干旱作出反應，同時作物還以變化的根系形態適應土壤干旱[4]。干旱脅迫下耐旱玉米品種根系衰老延緩[5]。

類黃酮是植物重要的一類次生代謝產物，在植物體內，黃酮具有光保護、減輕紫外輻射、抗病[6]、抗氧化、提高細胞內谷胱甜肽水平[7]等多種功能。黃酮類物質的抗氧化作用可在一定程度上緩解水分脅迫導致的膜脂抗氧化作用[8]。研究黃酮含量變化旨在探討適應干旱環境中次生代謝產物的作用及變化規律。

作物對水分脅迫及脅迫后復水的響應是一個十分復雜的問題。研究認為，高等植物對水分脅迫-復水的響應方式是脅迫解除之后存在短暫的快速生長以部分補償脅迫造成的損失。本研究探討了干旱脅迫及干旱脅迫解除恢復生長后不同玉米品種葉片中的自由水/束縛水、根活力、黃酮含量的動態變化規律，對4種玉米品種抗旱生理代謝有更深入的了解。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米品種：天紫23號、早鮮黃甜脆、白甜糯1號、黃甜脆1號，購買自云南省楚雄州種子公司。

試劑：乙酸乙酯、無水乙醇、α-萘胺、硝酸鋁、亞硝酸鈉、次硫酸鈉、氫氧化鈉、三氯化鐵、蔗糖、硼酸、檸檬酸、丙酮、濃硫酸均為分析純，蕓香苷（科翔生物科技有限公司，純度>89%）。

儀器：722S型可見分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司），分析天平（江蘇省常熟市百靈天平儀器有限公司，感量 0.1 mg），SPS-202F電子天平（梅特勒-托利多測量技術有限公司，感量 0.1 g ），DHG-9247A型電熱恒溫干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司），DDS-307型電導儀（上海宏益儀表有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗材料處理

試驗于2013年3—5月在楚雄師范學院實驗室進行。采用盆栽以便限制水分條件。試驗用盆為28 cm×30 cm一次性塑料盆。每盆裝土量相等，約為 8.50 kg。基肥為優質農家肥，尿素3 g/盆，復合肥2 g/盆。種子純凈度、水分、形狀、大小和色澤整齊一致。溫水催芽5～8 h后將種子播種在盆里，每盆15～20粒。覆土 4～5 cm，覆膜。保證溫度、光照、水分條件充足并精細管理，10～15 d后出苗，待幼苗長出2～3張真葉時進行試驗。每個品種培育12盆，保證試樣充足。選取部位、長勢、葉齡一致有代表性的葉片作為試驗材料，選取植株須根系測定根活力。

1.2.2 干旱脅迫與水淹脅迫處理玉米幼苗

試驗共設置干旱脅迫（停止澆水）、干旱脅迫時間（1、2、3、4、5 d）和解除干旱脅迫處理3個因子，干旱脅迫5 d后恢復7 d。每個處理重復3次，每個重復（每盆作為1個重復）取3株植株。每次取樣當天設置相應的對照，共4個對照組，進行常規水分管理。

1.2.3 植物組織中自由水、束縛水含量的測定[2]

選取部位、長勢、葉齡一致、有代表性的葉片數張，用打孔器打取小圓片5片（注意避開粗大的葉脈），裝到1號稱量瓶中，將其蓋緊并精確稱質量m1，于105 ℃烘箱中烘干至恒質量，計算總含水量（%）；2號稱量瓶中同樣取5片圓片稱質量m2，加入 60%～ 65%蔗糖溶液 5 mL 左右，再分別準確稱質量m3，后混勻放在陰涼處4～5 h，測定浸出液的含糖質量分數B2，原來蔗糖質量分數為B1。

植物組織中自由水的含量=（m3-m2）（B1-B2）/（B2×m2）×100%。

植物組織中束縛水的含量= 組織中總含水量-組織中自由水含量。

1.2.4 幼苗根系活力的測定

1.2.4.1 α-萘胺標準曲線的制作 取50 μg/mL的α-萘胺溶液，配制成5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 μg/mL的系列溶液，各取2 mL加蒸餾水10 mL、1%對氨基苯磺酸溶液 1 mL 和亞硝酸鈉溶液1 mL，室溫放置5 min待混合液變成紅色，再用去離子水定容到25 mL，20～60 min內在510 nm波長下測定吸光度，繪制標準曲線。以α-萘胺濃度x為橫坐標（μg/mL）、吸光度y為縱坐標，繪制α-萘胺的標準曲線，進行線性回歸[9]?；貧w方程為y=0.020 4x+0.006 5，r2=0999 7。

1.2.4.2 樣品制備 稱取根尖樣品0.5

g，放入小燒杯中，加入0.50 μg/mL的α-萘胺溶液和磷酸緩沖液（pH值7.0）混合液25 mL，使根充分浸沒在溶液內，靜置10 min，吸取2 mL溶液加蒸餾水10 mL，1%對氨基苯磺酸溶液1 mL和亞硝酸鈉溶液1 mL，室溫放置5 min待混合液變成紅色，再用去離子水定容到25 mL，20～60 min內在510 nm波長下測定吸光度，在標準曲線上查得α-萘胺含量，計算被氧化的α-萘胺含量[μg/（g·h）]。另稱取0.5 g根樣烘干稱質量。

1.2.5 葉片總黃酮含量（分光光度法）

1.2.5.1 繪制標準曲線 將蕓香苷溶液用70%乙醇稀釋成0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 μg/mL，各取1 mL于試管中，加70%乙醇1 mL，加入0.3 mL 5% NaNO2，6 min后加入0.3 mL 10%Al（NO3）3 溶液，6 min后再加入2 mL 4% NaOH使溶液澄清，10 min后于分光光度計波長510 nm處測定吸光度。以蕓香苷濃度x為橫坐標（μg/mL）、吸光度y為縱坐標，繪制蕓香苷的標準曲線，進行線性回歸[9]?；貧w方程為y=0.020 4x+0.006 5，r2=0.999 7。

1.2.5.2 樣品制備 取葉片1 g置于索氏抽提器中，加入70%乙醇100 mL及少許CaCO3 抽提4～5 h，倒出提取液減壓濃縮蒸去乙醇。另稱取葉片10 g于105 ℃烘箱中烘至恒質量，以測定水分含量。濃縮液于分液漏斗中用相同體積的乙醚提取2～3次，然后用70%乙醇定容至100 mL，待測。

1.2.5.3 吸光度測定與黃酮含量的計算 吸取樣品溶液 1 mL，按上述同樣的步驟方法測定吸光度，從標準曲線查得樣品總黃酮（以蕓香苷表示）含量（μg/mL），然后根據下式計算干葉中總黃酮含量（μg/g）：干葉中總黃酮含量（μg/g）=V×ρ。式中：V為1 g干葉制得的提取液體積，單位是mL；ρ為提取液中測得的總黃酮含量，單位是μg/mL。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下根系活力的變化

由圖1可以看出，在干旱脅迫條件下，與對照相比，4個玉米品種幼苗根系活力降低，早鮮黃甜脆降低到對照的42%，白甜糯1號降低到對照的68%，天紫23號降低到對照的48%，黃甜脆1號降低到對照的62%。這與王少平等在探究干旱脅迫對切花菊“黃中黃”和小麥的影響變化趨勢相一致[10-11]。解除干旱脅迫復水7 d后根系活力有所升高，早鮮黃甜脆根系活力恢復到對照的78%，白甜糯1號恢復到對照的75%，天紫23號恢復到對照的84%，黃甜脆1號恢復到對照的83%。根系活力是植物生長的重要生理指標之一，根系活力下降，表明干旱脅迫對玉米幼苗根系造成了傷害。

2.2 干旱脅迫下葉片中總黃酮含量的變化

由圖2、圖3、圖4、圖5可以看出，在干旱脅迫條件下，與對照相比，早鮮黃甜脆、天紫23號、白甜糯1號和黃甜脆1號幼苗葉片中總黃酮含量隨著干旱脅迫天數的增加而緩慢增加。干旱脅迫5 d后，早鮮黃甜脆、白甜糯1號、天紫23號、黃甜脆1號葉片中總黃酮含量與對照相比分別增加了11%、11%、14%、9%。干旱脅迫解除恢復正常灌溉7 d后，4個品種幼苗葉片中的總黃酮含量均有所降低，但仍然高出對照水平，早鮮黃甜脆、白甜糯1號、天紫23號、黃甜脆1號與對照相比分別高出了3%、6%、5%、4%。植物能夠通過黃酮類成分的積累與降解緩解干旱[12]。干旱脅迫后總黃酮含量增加，說明干旱脅迫后黃酮類物質積累以在一定程度上緩解水分脅迫導致的膜脂抗氧化作用，從而降低干旱脅迫對玉米幼苗的傷害。

2.3 干旱脅迫下葉片中自由水/束縛水比值的變化

在干旱脅迫條件下，與對照相比，協迫5 d后早鮮黃甜脆、白甜糯1號、天紫23號、黃甜脆1號幼苗葉片中自由水/束縛水比值降低，分別降低到對照的66%、70%、77%、72%。解除干旱脅迫復水7 d后根系活力有所升高，早鮮黃甜脆、白甜糯1號、天紫23號、黃甜脆1號分別恢復到對照的83%、81%、91%、96%（圖6、圖7、圖8、圖9）。干旱脅迫后自由水/束縛水比值降低，說明遭受干旱脅迫后，幼苗的代謝活動減緩。

3 結論與討論

本試驗結果表明，4個品種玉米幼苗在受到干旱脅迫 5 d 后，根系活力、自由水/束縛水比值逐漸降低，總黃酮含量緩慢增加，說明干旱脅迫對4個品種玉米幼苗產生了一定的傷害?；謴驼９喔? d后，根系活力、自由水/束縛水比值有所升高，總黃酮含量降低，但依然沒有恢復到對照水平，說明經過復水后正常管理并不能使干旱脅迫時受到的傷害完全恢復。推測復水后恢復的程度與作物的耐旱性成正相關，耐旱性強，受到脅迫傷害后恢復的能力就強，反之則差。

4個玉米品種幼苗在干旱脅迫和復水時的各項生理指標變化幅度不一樣，說明不同品種玉米的抗旱能力不同。綜合這3項生理指標進行比較分析，初步得出黃甜脆1號的抗旱性最強，其次是天紫23號，再次是早鮮黃甜脆，最差的是白甜糯1號。然而，作物耐旱性的評價是一個復雜的體系，對這4個玉米品種的耐旱性評價，還需要進一步的大田試驗綜合其他因素進行全面分析。

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