灌漿期高溫對玉米葉片抗氧化酶活性及滲透調節物質的影響

芮鵬環， 韓坤龍， 王長進， 李文陽

(1.安徽科技學院農學院/安徽省玉米育種工程技術研究院，安徽鳳陽 233100； 2.安徽農業大學植物保護學院，安徽合肥 230036；3.安徽隆平高科種業有限公司，安徽合肥 230088)

高溫脅迫是農業生產上廣泛存在的世界性難題，作物在生育期受到短暫或持續的高溫脅迫會對植物體造成一系列傷害，比如造成形態異常、植物體生理生化變化，從而影響它們的生長和發育[1]。高溫對葉片代謝的影響程度與細胞內抗氧化系統活性存在密切關系[2]。高溫脅迫會嚴重影響植物的光合作用、膜穩定性和線粒體呼吸等正常生理活動，其中一個重要的方面是使體內產生活性氧(ROS)與超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)等保護酶系統和抗氧化劑類的清除作用失去動態平衡，導致活性氧的累積，造成氧化傷害，并影響植株正常的生長和發育[3]。保護酶活性及丙二醛(MDA)含量可以作為植物受到高溫脅迫程度和植物對高溫脅迫抵御能力的衡量指標[4]。研究表明，在高溫脅迫條件下，葉片中的細胞結構與功能會遭到破壞，從而使葉綠素含量明顯下降，光合能力下降，最終導致籽粒中干物質的積累速率降低，粒質量降低，從而影響產量[5-6]。

本研究以玉米雜交種秦龍14、隆平206及隆平206親本為材料，研究灌漿期高溫脅迫下玉米葉片中抗氧化酶活性及可溶性蛋白含量、丙二醛含量等的變化，以期為耐高溫玉米品種選育與抗逆栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

本研究于2016年6—10月在安徽科技學院種植科技園進行。供試玉米品種為玉米雜交種秦龍14、隆平206以及隆平206父本L7221、母本L239。試驗設對照、籽粒灌漿期高溫2個處理，分別用CK、HT表示。于6月20日播種，于9月22日收獲。采用同規格的塑料盆(上口內徑為28 cm，下口內徑為22 cm，深度為36 cm)進行盆栽試驗，每盆裝土 15 kg。每個處理設5盆重復，每盆定苗1株。在吐絲期前，將花盆埋于田間，進行溫度處理時取出，并放置于植物生長室內。在供試玉米授粉后7 d進行高溫處理。對照處理溫度為(28±2) ℃，高溫處理溫度為(36±2) ℃，處理時間為12 h/d(只在白天處理，晚上放在室外)。于玉米籽粒灌漿盛期(開花后20 d)取玉米穗位葉，測定葉片抗衰老酶活性和MDA含量。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 抗氧化酶活性測定 SOD活性的測定采用NBT法[7]；POD活性的測定采用愈創木酚法[8]；CAT活性的測定采用紫外吸收法[9]。

1.2.2 可溶性蛋白含量的測定 可溶性蛋白含量的測定采用蒽酮法[10]。

1.2.3 MDA含量的測定 用硫代巴比妥酸法測定MDA含量[11]。

1.3 數據處理與分析

采用Excel 2010軟件和SPSS 19.0數據處理系統進行數據統計分析和作圖。

2 結果與分析

2.1 灌漿期高溫對不同玉米品種葉片中SOD活性的影響

由圖1可以看出，在籽粒灌漿期高溫脅迫后，玉米葉片SOD活性均顯著低于對照，其中秦龍14、隆平206葉片的SOD活性分別比對照降低28.61%、20.74%，可見秦龍14葉片的SOD活性降幅較隆平206大。對隆平206的2個親本進行比較可知，在高溫處理下L7221、L239葉片中的SOD活性分別較對照降低12.76%、16.26%，且L239葉片中的SOD活性降幅較L7221大。

2.2 灌漿期高溫對不同玉米品種葉片中POD活性的影響

POD可催化過氧化氫、氧化酚類和胺類化合物，消除高溫對植物產生的氧化作用[12-13]。由圖2可以看出，籽粒灌漿期高溫脅迫后，玉米葉片POD活性均顯著低于對照，其中秦龍14、隆平206葉片的POD活性分別比對照降低 21.92%、18.33%，可見秦龍14葉片的POD活性降幅較隆平206大。對隆平206的2個親本進行比較可知，高溫處理下L7221、L239葉片的POD活性分別較對照降低14.68%、15.44%，且L239葉片中的POD活性降幅較L7221大。

2.3 灌漿期高溫對不同玉米品種葉片中CAT活性的影響

由圖3可以看出，在籽粒灌漿期高溫脅迫后，玉米葉片CAT活性均顯著低于對照，其中秦龍14、隆平206葉片的CAT活性分別比對照降低22.70%、15.75%，可見秦龍14葉片的CAT活性降幅較隆平206大。對隆平206的2個親本進行比較可知，高溫處理下L7221、L239葉片SOD活性分別較對照降低6.29%、8.66%，且L239葉片中的CAT活性降幅較L7221大。

2.4 灌漿期高溫對不同玉米品種葉片中可溶性蛋白含量的影響

由圖4可以看出，籽粒灌漿期高溫脅迫后，玉米葉片可溶性蛋白含量均顯著低于對照，其中秦龍14、隆平206葉片的可溶性蛋白含量分別比對照降低1.00%、0.76%，可見秦龍14葉片可溶性蛋白含量降幅較隆平206大。對隆平206的2個親本進行比較可知，高溫處理下L7221、L239葉片可溶性蛋白含量分別較對照降低0.61%、1.89%，且L239葉片中可溶性蛋白含量降幅較L7221大。

2.5 灌漿期高溫對不同玉米品種葉片中MDA含量的影響

由圖5可以看出，在籽粒灌漿期高溫脅迫后，玉米葉片MDA含量均顯著高于對照，其中秦龍14、隆平206葉片的MDA含量分別比對照提高15.38%、9.77%，可見秦龍14葉片的MDA含量增幅較隆平206大。對隆平206的2個親本進行比較可知，高溫處理下L7221、L239葉片MDA含量分別較對照升高17.5%、27.5%，且L239葉片中的MDA含量增幅較L7221大。

3 結論與討論

已有研究表明，植物體的活性氧在正常條件下不會積累過多，處于動態平衡狀態，不影響植物的生長和發育[14]。高溫導致小麥旗葉SOD、CAT和POD活性降低，造成其膜脂過氧化程度加劇，加快植株的衰老[15]。本研究表明，灌漿前期高溫處理的玉米葉片中，SOD、POD、CAT的活性均有不同程度的下降，表明高溫處理對細胞膜的損害超過植物自身保護酶系統的防御能力，導致葉片內的SOD、POD和CAT活性不能維持正常水平[16-17]。隆平206受到高溫脅迫后，這3種酶活性及可溶性蛋白含量的降幅均比秦龍14低，說明隆平206抵抗高溫脅迫的能力比秦龍14強。而在同樣條件下，L7221品種中該3種酶活性及可溶性蛋白含量的降幅均比L239低，說明L7221抵抗高溫脅迫的能力比L239強。

高溫脅迫能顯著提高玉米葉片中的MDA含量，進一步降低保護酶SOD、POD、CAT的活性，導致ROS的代謝失調[18]。本研究4個玉米品種的MDA含量在高溫脅迫下均提高了，說明這4個品種均受到了高溫脅迫的影響。耐高溫品種隆平206的保護酶活性降低幅度明顯小于秦龍14，說明隆平206仍具有較強的活性氧清除能力，因而受到的傷害相對較輕，表現出對高溫逆境更強的適應性。

植物體內活性氧清除系統對高溫逆境的響應比較復雜。有研究表明，低水平的高溫脅迫能增強保護酶SOD、POD、CAT的活性；也有研究表明高溫脅迫超過一定程度時，保護酶活性下降或失活，導致植物胞膜脂過氧化作用加強，細胞膜遭到進一步破壞[17]。本研究表明，不同玉米品種在生長過程中活性氧代謝是有差異的，各品種玉米在高溫脅迫下的SOD、POD、CAT活性均降低，但不同品種不同抗氧化酶降低的幅度都存在差異，且不同品種MDA含量在同一生長期升高幅度也有差異。有關玉米灌漿期高溫脅迫對保護酶活性及其與高溫耐性的關系等問題還須進一步研究。