冷處理對(duì)玉米種子生長(zhǎng)的影響

摘 要：為探究低溫處理對(duì)玉米種子生長(zhǎng)的影響，對(duì)低溫5℃和10℃脅迫的玉米雜交種（鄭單958）種子的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明：與對(duì)照常溫相比，脅迫顯著降低胚根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、胚鮮重，同時(shí)，脅迫處理增加了胚芽SOD、CAT、APX的活性，提高了胚芽的相對(duì)電導(dǎo)率和MDA的含量。

關(guān)鍵詞：玉米；低溫；脅迫

中圖分類號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2013）11-17-03

黑龍江屬高寒地區(qū)，早春播種、育苗常遇到低溫的傷害，對(duì)其產(chǎn)量有極大的影響[1]。玉米是典型的低溫敏感型作物，冷害對(duì)玉米的生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的傷害，低溫在一定程度上破壞細(xì)胞膜從而影響膜系統(tǒng)維持的生理功能。研究指出大部分植物在溫度介于0～15℃時(shí)一系列生理功能被破壞，因此研究低溫對(duì)玉米傷害意義重大[2]。

本試驗(yàn)以玉米種子（鄭單958）為試驗(yàn)材料，對(duì)不同低溫脅迫下種子的各項(xiàng)生理生化指標(biāo)進(jìn)行了研究，旨在探討各處理下種子生長(zhǎng)的抑制情況及細(xì)胞膜的傷害程度、抗氧化酶系統(tǒng)在防御活性氧對(duì)細(xì)胞傷害中的作用和差異，并為進(jìn)一步研究玉米種子抗低溫的生理機(jī)制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 玉米品種“鄭單 958”，由河南農(nóng)科院培育。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 挑選大小一致無(wú)破損的玉米種子，用1% 次氯酸鈉消毒10min，蒸餾水沖洗干凈，25℃浸種24h，均勻擺放在鋪有3層濾紙的培養(yǎng)皿中（直徑為9cm），每個(gè)培養(yǎng)皿均勻擺放20粒種子，再覆蓋一層濾紙，加4mLNaCl鹽處理液（0mmol/L、50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L）將其潤(rùn)濕，以正常生長(zhǎng)條件下的玉米種子作對(duì)照（溫度28℃，蒸餾水培養(yǎng)），低溫處理為10℃和5℃，設(shè)置12個(gè)處理組合，每個(gè)處理重復(fù)6次。培養(yǎng)皿置于人工氣候箱內(nèi)，光周期為12h/12h，相對(duì)濕度為60%。每天更換處理液，并將培養(yǎng)皿內(nèi)的濾紙用新處理液輕輕沖洗3遍，以保持試驗(yàn)期內(nèi)每個(gè)培養(yǎng)皿中溶液的水勢(shì)基本恒定，重新加入處理液處理3d，恢復(fù)生長(zhǎng)3d，經(jīng)過處理的種子分別用于芽期表型指標(biāo)和胚芽測(cè)定各項(xiàng)生理指標(biāo)分析。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 表型指標(biāo)的測(cè)定 分別從每個(gè)培養(yǎng)皿中隨機(jī)取10粒上述處理的發(fā)芽種子，測(cè)定胚鮮重、胚根及胚芽長(zhǎng)度。

1.3.2 抗氧化酶活性的測(cè)定 稱取樣品0.5g左右，放入預(yù)冷的研缽中，用10mL預(yù)冷的提取緩沖液（K2HP04-KH2P04，pH7.0，1mmol/L EDTA，1% PVP，1mmol/L ASC）研磨勻漿，15 000rpm，4℃離心20min，上清液即為酶粗提液，以下各指標(biāo)均采用上述酶液。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）參照Giannopolitis和Ries（1977）方法測(cè)定[3]。過氧化氫酶（Catalase，CAT）參照Aebi（1984）方法測(cè)定[4]?？箟难徇^氧化物酶（Ascorbate Peroxidase，APX）參照Dalton等（1987）方法[5]，在290nm比色，測(cè)定其單位時(shí)間內(nèi)吸光度的變化。

1.3.3 MDA含量的測(cè)定 參照Heath和Packer（1968）方法測(cè)定[6]，吸取上述酶提取液2mL，加2mL含0.5%硫代巴比妥酸的20%三氯乙酸溶液，混合液于沸水浴中加熱15min，迅速用冰水冷卻，以4 000rpm離心10min，上清液分別于450、532、600nm波長(zhǎng)下測(cè)定光密度值。

1.3.4 浸出液電導(dǎo)率的測(cè)定 參照Lutts等（1996）方法并改進(jìn)[7]。取1cm胚芽，用去離子水洗凈，放入試管中，加10mL去離子水，25℃浸泡24h，用DDS-11 C電導(dǎo)儀測(cè)定各組浸液電導(dǎo)率A；然后將試管置于煮沸水中20min，再冷卻至初始溫度，測(cè)電導(dǎo)率B，相對(duì)電導(dǎo)率R=A/B×100%。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 采用Excel和SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 低溫處理對(duì)玉米芽期表型指標(biāo)的影響 低溫處理對(duì)玉米芽期表型指標(biāo)的影響結(jié)果見圖1，圖中不同字母表示經(jīng)dengken式新復(fù)極差法比較差異顯著。由圖1可知，在正常種子發(fā)芽溫度28℃和低溫10℃、5℃不同溫度下，玉米種子胚根長(zhǎng)度、芽長(zhǎng)和鮮重均隨低溫脅迫程度的增加呈下降趨勢(shì)。與對(duì)照相比各處理均顯著抑制胚根的生長(zhǎng)，抑制種子的芽長(zhǎng)以及鮮重。

圖1 不同處理對(duì)玉米胚根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)及胚鮮重的影響

2.2 低溫處理對(duì)玉米芽期膜透性的影響 由表1所示，隨著脅迫程度的增加，MDA含量顯著上升，其中以5℃處理最為顯著，是對(duì)照值的2倍。電導(dǎo)率是衡量玉米植株體內(nèi)細(xì)胞內(nèi)容物擴(kuò)散到細(xì)胞外的一項(xiàng)生理指標(biāo)，由表1可知，5℃時(shí)相對(duì)電導(dǎo)率最高為44.58%，是對(duì)照ck（28℃）的2.2倍，同時(shí)也高于10℃的電導(dǎo)率值，且差異顯著。

表1 低溫處理對(duì)玉米種子膜透性的影響

[溫度（℃）＼相對(duì)電導(dǎo)率（%）＼MDA（μmol/g FW）＼28（ck）＼20.05±0.95a＼2.25±0.22a＼10＼35.25±2.12b＼3.62±0.24b＼5＼44.58±2.94c＼4.56±0.22c＼]

2.3 低溫處理對(duì)玉米芽期生理指標(biāo)的影響 5℃和10℃的低溫處理玉米種子，其芽期生理指標(biāo)結(jié)果見表2。從表2可以看出，低溫處理下玉米種子芽的SOD、CAT、APX等指標(biāo)均隨處理溫度的降低而呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，即低溫5℃和10℃下種子芽酶的活性均顯著高于對(duì)照28℃的活性，且5℃和10℃條件下SOD、CAT活性均差異顯著。而5℃和10℃條件下玉米種子的APX活性差異不明顯。

表2 低溫處理對(duì)玉米種子芽期生理指標(biāo)的影響（U/g FW）

[溫度（℃）＼SOD＼APX）＼CAT＼28（ck）＼22.86±1.62a＼57.62±2.73a＼70.45±2.17a＼10＼31.91±2.01b＼68.69±0.77b＼87.14±2.09b＼5＼39.30±2.55c＼68.76±1.15b＼104.70±2.39c＼]

3 結(jié)論與討論

本研究以鄭單958為試驗(yàn)材料，模擬低溫條件下種子生長(zhǎng)、胚芽細(xì)胞膜透性以及活性氧代謝的變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，低溫明顯抑制種子生長(zhǎng)，與對(duì)照相比，各處理均顯著降低胚根長(zhǎng)、胚芽長(zhǎng)及胚鮮重。低溫處理均導(dǎo)致胚芽細(xì)胞膜遭受不同程度的破壞，MDA是膜質(zhì)過氧化的產(chǎn)物[8]，隨脅迫程度的增加，MDA含量顯著上升。電導(dǎo)率是衡量玉米植株體內(nèi)細(xì)胞內(nèi)容物擴(kuò)散到細(xì)胞外的一項(xiàng)生理指標(biāo)，也是衡量細(xì)胞組織的幼嫩程度和細(xì)胞質(zhì)膜是否受到傷害的指標(biāo)[9]，與對(duì)照相比，脅迫均不同程度地提高了胚芽的相對(duì)電導(dǎo)率，5℃條件下表現(xiàn)更為明顯。

SOD是抵御活性氧自由基介導(dǎo)的氧化損傷的第一道防線，可通過Haber-weiss反應(yīng)清除植物體內(nèi)多余的超氧根陰離子（2O2·+2H+→H2O2+O2），是保護(hù)酶體系中的關(guān)鍵酶[10]。CAT可專一清除H2O2，但CAT定位于線粒體、過氧化物體與乙醛酸循環(huán)體中，葉綠體中H2O2的清除是通過Halliwell-Asada途徑進(jìn)行的，APX和GR在這一途徑中起著重要作用。APX是植物AsA-GSH氧化還原途徑的重要組分之一[11]。因此，CAT、APX、GPX被認(rèn)為H2O2清除系統(tǒng)中重要的酶類[12]。與對(duì)照相比低溫脅迫均不同程度地增加了胚芽SOD、CAT、APX的活性，低溫脅迫對(duì)胚芽抗氧化物酶系統(tǒng)的影響較大，可能是由于低溫導(dǎo)致機(jī)構(gòu)受損嚴(yán)重，電子傳遞泄露嚴(yán)重，產(chǎn)生的大量活性氧不能迅速清除，進(jìn)一步加劇傷害。使得葉綠體中主要負(fù)責(zé)清除H2O2的APX活性快速下降，傾向于依靠CAT來清除體內(nèi)的H2O2。而關(guān)于低溫冷害方面研究已經(jīng)較早，具體的機(jī)制學(xué)者們正在進(jìn)一步探索并揭示。

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（責(zé)編：徐世紅）