干旱脅迫對玉米幼苗根系幾個生理生化指標的影響

崔立+王欣欣+軒慧冬+宋希云+裴玉賀

摘要：以玉米品種青農8號為材料，采用缺水和18￥PEG-6000溶液模擬干旱條件的方法，研究玉米幼苗根系幾個生理生化指標的變化。結果表明：干旱條件下，玉米幼苗根系可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性都呈明顯增加趨勢，并且在缺水處理96h后增幅減小；缺水48h后復水可使干旱時迅速增加的SOD、POD活性和丙二醛含量恢復到正常狀態，可溶性蛋白含量比正常含量低。

關鍵詞：玉米；干旱脅迫；根系；生理生化指標

中圖分類號：S513.01文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2015）04-0026-05

玉米是我國重要的糧食、飼料和能源作物，也是對干旱比較敏感的作物之一[1，2]。在中國，每年由于干旱引起的玉米產量損失相當嚴重[3，4]。干旱脅迫降低玉米苗期生葉速度和植株高度，減少生物量，嚴重抑制幼苗營養生長。根系對于水分的吸收起著重要作用，是遇旱最先反應的器官并發出信號，使植株迅速作出反應，與玉米的生長發育和產量形成密不可分[5～7]。由于植物根系長在地下，取樣和研究比較困難，因此大多數研究將圍繞地上部分展開[8～11]，利用玉米根系對幼苗抗旱性的研究還較少[11，12]。本研究通過對青島農業大學新選育玉米品種青農8號的幼苗進行模擬干旱與缺水處理，測其根系的有關生理指標，探討根系生理指標與抗旱性的關系，從而為新的抗旱玉米品種的選育奠定理論基礎。

收稿日期：2014-11-17

基金項目：青島農業大學特色名校工程建設“大學生科技創新項目”；山東省現代農業產業技術體系玉米產業創新團隊建設項目（SDAIT-01-022-O1）

1材料與方法

1.1供試品種與試驗方法

供試品種為玉米（ZeamaysL.）雜交種青農8號，由青島農業大學分子育種研究室提供。

采用水培法培養幼苗，即將玉米種子在25℃光照培養箱中水培幼苗，至3葉期進行干旱處理。設置干旱（以18%PEG-6000溶液模擬，用PEG表示）、缺水和正常供水（CK）3個處理，每處理重復3次；按照時間梯度分別取樣并進行形態和生理指標的測定：每隔24h對根系取樣，沖洗、拍照、研磨后，分別測定其生理指標，連續測定3d，并將缺水處理幼苗于干旱脅迫48h后復水，于復水48h分別取脅迫和對照玉米幼苗根系進行生理生化指標測定。

1.2測定指標與方法

酶液的提取方法：取玉米幼苗根系樣品0.5g于預冷的研缽中，加1mL預冷的磷酸緩沖液在冰浴上研磨成漿，加入磷酸緩沖液定容至7mL，在1000r/min下離心15min。可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍G-250法[13]；丙二醛（MDA）含量測定采用雙組分分光光度法[14]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氯化硝基氮藍四唑（NBT）光化還原法，以抑制NBT光化學還原的50%為一個酶單位；過氧化物酶（POD））活性測定采用愈創木酚法[15]。

1.3數據處理

數據分析用DPS7.05軟件，作圖用MicrosoftExcel2007。

2結果與分析

2.1幼苗在模擬干旱條件下的形態變化

由圖1看出，與對照比較，干旱條件下的幼苗形態有較明顯的區別，隨著時間的推進，處理下的幼苗變矮變弱，根系變短變細兩個處理對比，缺水條件下的幼苗變化較明顯。

2.2可溶性蛋白含量的動態變化

植物體內的可溶性蛋白大多是參與各種代謝的酶類，在干旱和缺水情況下，其含量會發生一定的變化。由圖2A看出，干旱處理24h，玉米幼苗根系可溶性蛋白含量缺水處理比對照增加且差異極顯著，PEG處理與對照相比差異顯著；至48h，PEG處理與對照差異不顯著；PEG處理3d內可溶性蛋白含量不斷增加，缺水處理增加更為顯著，增幅表現為先升高后降低趨勢。

對缺水處理48h的幼苗進行復水處理，結果如圖3A所示。缺水處理24、48、72h后，幼苗根系可溶性蛋白含量表現為先增加后減少趨勢，均存在極顯著差異；缺水處理48h的含量最高，其復水48h后，可溶性蛋白含量減少，但比96h（CK）的極顯著降低，損傷已完全恢復。

2.3MDA含量的動態變化

MDA是膜脂過氧化的最終產物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。如圖2B所示，玉米幼苗經過PEG模擬干旱和缺水脅迫后，根系MDA的含量均高于正常供水（CK），24、48、72h缺水處理的MDA含量與對照存在極顯著差異，前兩者的PEG處理與對照差異不顯著，72hPEG處理與對照存在顯著差異；隨處理時間的延長，幼苗根系MDA含量均有大幅度升高，其中缺水處理的根系MDA含量升高更為顯著。

由圖3B得出，缺水48h幼苗復水48h后根系的MDA含量和96h（CK）相比不存在差異顯著性，已經恢復到正常狀態。

2.4SOD活性的動態變化

SOD在植物體中廣泛存在，主要作用是清除體內的活性氧，防止自由基對機體造成傷害。在干旱脅迫下，SOD活性變化趨勢如圖2C所示，隨處理時間的延長，根系SOD活性增加，且PEC處理在24h和48h不存在差異顯著性，72h存在顯著差異。缺水處理和對照相比，在24h不存在差異顯著性，在48h和72h存在極顯著差異。缺水處理48h的幼苗復水48h后根系SOD活性和96h（CK）相比，不存在差異顯著性，認為損傷已經恢復到正常狀態，結果如圖3C。

2.5POD活性動態變化

POD是參與防御活性氧減少對作物傷害的重要酶，其活性的變化也反映了作物受干旱脅迫的程度。如圖2D所示，玉米幼苗經干旱脅迫后其根系中POD活性呈增加趨勢；和對照相比，缺水處理24h差異顯著，48、72h差異極顯著；而PEG處理各時間段均與對照差異不顯著。

如圖3D所示，復水48h之后的POD活性和96h（CK）相比，不存在差異顯著性，認為已經恢復到正常狀態。

3討論與結論

MDA是自由基對細胞膜脂過氧化傷害的主要最終產物之一，有研究表明，植物在干旱脅迫下，根系MDA含量有很大幅度的增加[7，16，17]。本試驗中，在一定的干旱條件下，幼苗根系的MDA含量在72h之前，隨著時間的推移，呈現出上升的趨勢。但是可溶性蛋白含量在缺水48h時達最大，隨后又減少，說明時間的延長致使干旱程度加重，干旱引發缺氧從而導致植物體內產生大量的ROS對可溶性蛋白造成嚴重損傷[18]。

植物細胞內活性氧的清除主要是通過酶促清除系統與非酶促清除系統完成。SOD是植物體內清除活性氧系統的第一道防線，其主要功能是消除細胞內的超氧自由基，POD主要是清除H2O2。苗期干旱，根系SOD活性升高，且耐旱品種升高幅度大于不耐旱品種[17]。本研究表明玉米新品種青農8號在干旱脅迫下，幼苗根系SOD活性在72h之前呈增加趨勢，這與前人研究一致。王一[19]的研究表明，玉米自交系苗期干旱條件下，POD活性在第6d達峰值，我們的研究結果也表明POD活性在72h之前呈上升趨勢。

干旱抑制玉米植株的生長，但是，適當的復水可以恢復其生長。姚春霞等[20]的研究表明，玉米品種戶單4號的根面積和根長在復水5d后與正常水分處理差異不顯著。本研究中，干旱脅迫48h再復水48h后，根系各生理指標能恢復到對照（96h）水平，說明玉米新品種青農8號對干旱脅迫存在一定的抗性。endprint