干旱脅迫對玉米幼苗ROS和POD 的影響

王慶云 丁 秀

（1.朔州職業技術學院 山西朔州 036000；2.忻州師范學院生物系 山西忻州 034000）

玉米是我國的主要糧食作物之一， 其產量除受品種遺傳因素影響外， 還與生態條件和栽培方法密切相關[1]，其中對玉米產量和品質影響的重要因素是干旱脅迫。 干旱脅迫影響玉米的生長和發育，進而影響其產量[2]。 干旱條件下玉米對水分的需求得不到滿足， 影響玉米細胞中過氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性[3]。 因此，研究干旱脅迫下玉米的抗逆性生理指標， 對干旱地區玉米耐旱種質的篩選及耐旱品種的培育具有重要意義。 植物在長期進化中形成了一些抗氧化系統，如SOD、POD、PPO 等[4]，正常環境下植物體內ROS 的積累與清除處于動態平衡中， 干旱脅迫會破壞這種平衡， 使得ROS 在植物體內大量積累，對其造成傷害。SOD、CAT 等是植物遇到干旱脅迫時重要的抗氧化酶，能減輕ROS 對植物的傷害[5]。 李玉華[6]等的研究表明，玉米幼苗遇到干旱脅迫時的SOD、POD 等抗氧化酶活性升高，其能減輕ROS 對生物大分子及細胞膜的傷害。

我國北方玉米區， 特別是山西大部分玉米種植區處于干旱和半干旱區，易遭受干旱脅迫。 由于研究手段與品種的不同， 玉米的適應性與內在基因和外在因素相互關聯， 關于玉米抗旱性的生理指標沒有一個高效而精準的方法。 鑒于此，本次試驗通過對山西省市場上現有的不同玉米品種的幼苗進行干旱處理，測定其POD 和ROS 的變化，為玉米抗旱性的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

8 個玉米品種均由山西大豐種業有限公司提供，分別是金科玉3308、 金科玉3306、 大豐133、 大豐30、大豐26、大豐14、DF2010、并單16。 試驗時間：2021 年7 月。

1.2 主要儀器與試劑

1.2.1 主要儀器 HC-3018R 高速冷凍離心機，HHS8 八孔雙列恒溫水浴鍋，PHS-3C 型pH 計， 海爾冰箱， 恒溫培養箱， 多功能酶標儀，AL204 電子天平，721 可見光分光光度計，研缽，玻璃棒，2 mL 離心管，96 孔板，鑷子，可調式移液器，制冰機，玻璃比色皿（3 mm）。

1.2.2 試劑 植物活性氧試劑盒組成：標準品（濃度依次為0、30 U/mL、60 U/mL、120 U/mL、240 U/mL、480 U/mL），辣根過氧化物酶（horse radish peroxidase，HRP），磷酸鹽緩沖液，TMB 顯色液（四甲基聯苯胺），2 mol/L H2SO4。

POD 活性檢測試劑盒組成：100 mmol/L 磷酸緩沖液，愈創木酚，過氧化氫，磷酸氫二鈉，磷酸二氫鉀，氯化鉀，氯化鈉。

1.3 試驗方法

1.3.1 玉米干旱處理 在1%的NaClO 溶液中放入玉米種子，浸泡10 min 之后取出，用蒸餾水清洗3 次，要求挑選顆粒飽滿、大小相近的種子。 在室溫狀態吸水12 h 后，在25℃恒溫培養箱中培養24 h。

選用圓筒形塑料實驗盆，盆上口徑10 cm、下口徑7.5 cm、高度9.3 cm，底部有排水孔。 在每個盆里放入占盆容積2/3 的已經消毒的黃土和育苗基質，倒入適量去離子水將混合土壤弄濕， 再選擇發芽一致的種子種入消毒的混合土壤中。 每盆放5～7 粒種子，然后覆上一層薄薄的土。 在25℃恒溫光照培養箱中培養，待其長出3 片葉子時全部盆缽都澆水。 長出3 片葉子后，選取各個品種的部分玉米進行干旱處理（不澆水）， 剩余部分正常澆水作為對照，7 d 后用試劑盒測定POD 和ROS 活性。

1.3.2 ROS 活性檢測 按照ROS 試劑盒的方法檢測干旱脅迫下不同品種玉米幼苗ROS 含量變化。 用標準物濃度和相應OD 值繪出標準曲線，根據標準曲線計算不同處理組的ROS 含量（圖1）。

1.3.3 POD 活性檢測 按照試劑盒上的步驟， 配置好需要的試劑， 記錄470 nm 下30 s 時的吸光值A1和90 s 后的吸光值A2。 計算ΔA（A2-A1）。

1.4 數據處理

試驗中ROS 和POD 活性數據計算按照試劑盒中提供的公式進行。 所有數據均是3 次重復的平均值。 處理組之間的差異性根據單因素方差分析和Duncan 法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同品種玉米幼苗ROS 活性的影響

由圖2 可知， 各個品種的玉米幼苗經過干旱處理后，ROS 活性都有不同程度的增高。 與對照組相比，金科玉3306、大豐14 和金科玉3308 的ROS 活性分別增加63.51%、54.30%和43.54%，增長極顯著；DF2010、 大豐133 的ROS 活性分別增加27.82%和22.17%， 增加顯著； 大豐26、 大豐30 和并單16 的ROS 含量變化不顯著。

2.2 干旱脅迫對不同品種玉米幼苗POD 活性的影響

由圖3 可知，經干旱脅迫處理后，大豐26、大豐30、DF2010、大豐133、金科玉3308、大豐14、并單16的POD 活性與對照相比都有所增加，而金科玉3306的POD 活性降低。 大豐26 的POD 活性增加76.86%， 增加極顯著； 大豐30 的POD 活性增加47.83%，增加顯著；DF2010、大豐133、金科玉3308、大豐14 和并單16 分別增加11.25%，9.37%，9.15%，4.37%、1.90%；金科玉3306 降低18.45%。

圖3 不同品種在干旱處理下玉米幼苗POD 的活性變化

3 討論與結論

POD、SOD 和MDA 是植物在逆境脅迫下產生的代表性生理活性物質，POD 和SOD 活性及MDA 含量增加，表明逆境脅迫產生過量活性氧（ROS），促進細胞膜脂過氧化作用和不利于細胞結構穩定的生物學效應。 大量的研究表明，植物在逆境條件下會大量產生H2O2和ROS，進而對植物的生長和發育造成很大的傷害。

從本試驗ROS 含量變化情況發現，干旱處理后，金科玉3306 幼苗中ROS 含量最高，其次是DF2010；ROS 含量最低的2 個品種是大豐14 和大豐30。由此可知大豐14 和大豐30 這2 個品種較其余品種存在抗旱優勢。

POD 是植物抗逆系統中關鍵的酶， 能夠清除過多的自由基。 前期研究發現，過氧化物酶活性的高低與植物抗旱性有著密切的關系。 本研究發現干旱脅迫后，大豐26 的POD 活性最高，其次是并單16，活性最低的是大豐133，而金科玉3306 的POD 活性下降。結合ROS 含量檢測結果可以發現金科玉3306 是8 個品種中最敏感的，ROS 含量的增長遠遠超過了POD 清除自由基的速度， 導致酶活性下降。 大豐30的POD 活性較對照有顯著升高，而ROS 含量則與對照相比沒有顯著變化。 表明大豐30 的抗逆性較強，在自由基含量較低的情況下能激發玉米幼苗抗逆系統，及時清除過多自由基。

綜上所述，在干旱脅迫下，大豐30 可以很好地通過調節活性氧的產生和清除之間的平衡， 從而使植物更好地生長，也正好說明了大豐30 的抗逆性比其他品種高。 鑒定逆境條件下植物的生理生化指標還有很多，如抗氧化酶SOD 等的活性、谷胱甘肽的含量等。 因此要想進一步了解本次試驗不同品種玉米幼苗的抗旱性， 還有待對其他抗旱指標做更深層次的探索。