干旱脅迫對(duì)不同玉米品種幼苗生理特性的影響

謝美華　羅中澤　李霖　等

摘要：以玉米品種天紫23號(hào)、黃天脆1號(hào)、白甜糯1號(hào)、早鮮黃甜脆1號(hào)幼苗為材料，研究干旱脅迫（停止?jié)菜?、干旱脅迫時(shí)間（1、2、3、4、5 d）、干旱脅迫5 d后恢復(fù)7 d正常灌溉3個(gè)處理下葉片中脯氨酸含量、丙二醛含量的變化。結(jié)果表明：干旱脅迫下，與常規(guī)水分管理對(duì)照相比，4個(gè)玉米品種幼苗葉片中脯氨酸含量均隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；干旱脅迫解除后，恢復(fù)7 d正常灌溉，4個(gè)玉米品種幼苗葉片脯氨酸含量均降低，但還是略高于對(duì)照。干旱脅迫下，與對(duì)照相比，4個(gè)玉米品種幼苗葉片中MDA含量均隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)而增加；干旱脅迫解除后，恢復(fù)7 d正常灌溉，4個(gè)玉米品種幼苗葉片中MDA含量均降低，但還是略高于對(duì)照。

關(guān)鍵詞：玉米；干旱脅迫；脯氨酸；丙二醛；耐旱玉米；育種依據(jù)

中圖分類(lèi)號(hào)：S513.01；Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2015）01-0058-03

收稿日期：2013-12-14

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金 （編號(hào)：31300370）；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃（編號(hào)：2011FZ186）；云南省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃青年項(xiàng)目（編號(hào)：2012FD049）；云南省重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科；楚雄師范學(xué)院重點(diǎn)建設(shè)學(xué)科基金 （編號(hào)：05YJJSXK03）；云南省高校科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)支持計(jì)劃 （編號(hào)：IRTSTYN）；楚雄師范學(xué)院科學(xué)研究基金（編號(hào)：10YJYB02）；楚雄師范學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃 （編號(hào)：2013cxcy04）。

作者簡(jiǎn)介：謝美華（1981—），女，云南楚雄人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，主要從事植物病理學(xué)與微生物研究。E-mail：xiemeihua@cxtc.edu.cn。

通信作者：楊海艷，博士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事植物病理學(xué)與微生物研究。E-mail：haiyanyang@cxtc.edu.cn。干旱與水資源短缺已成為制約世界農(nóng)業(yè)及社會(huì)發(fā)展的主要因素。在我國(guó)，灌溉用水占水資源用量的80%左右，農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用率只有30%～40%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家[1]。干旱影響作物的光合作用、呼吸作用、營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸?shù)雀鞣N生理過(guò)程[2-3]。自然條件下，當(dāng)植物受到干旱脅迫時(shí)，其遺傳特性難以得到正常發(fā)揮，植物能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)體內(nèi)代謝以適應(yīng)惡劣環(huán)境從而減少或避免系統(tǒng)受到傷害[4-8]。滲透調(diào)節(jié)是植物抵御干旱脅迫及淹水脅迫的一種方式。水分脅迫下，植物體內(nèi)積累各種有機(jī)物、無(wú)機(jī)物，提高細(xì)胞液濃度，降低其滲透勢(shì)，保持一定的壓力勢(shì)，使植物保持體內(nèi)水分，以適應(yīng)水分脅迫。植物滲透調(diào)節(jié)主要通過(guò)脯氨酸、甜菜堿等親和性溶質(zhì)的積累來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，鈣離子、水分通道的變化能夠調(diào)節(jié)離子、水分進(jìn)出細(xì)胞，也是滲透調(diào)節(jié)的重要方面[9-10]。正常情況下，植物葉片中游離脯氨酸含量較少。干旱脅迫下，脯氨酸含量可成倍增加。當(dāng)植物遭受滲透脅迫時(shí)，植物體內(nèi)的脯氨酸大量積累，因此植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物體內(nèi)的水分狀況，可作為植物缺水的參考指標(biāo)[11-13]。丙二醛（MDA）是膜脂過(guò)氧化的主要產(chǎn)物之一，植物在逆境下遭受傷害與活性氧誘發(fā)的質(zhì)膜過(guò)氧化物作用密切相關(guān)。質(zhì)膜相對(duì)透性、MDA含量反映脂膜過(guò)氧化受破壞的程度。玉米是云南省主栽的糧食作物之一，近幾年來(lái)，云南省旱災(zāi)頻繁，玉米種植期間時(shí)常遭遇嚴(yán)重干旱，導(dǎo)致玉米品質(zhì)、產(chǎn)量大幅降低。當(dāng)前，選擇抗旱作物是解決干旱地區(qū)糧食減產(chǎn)的有效措施，也是當(dāng)前干旱研究的熱點(diǎn)。本研究探討了干旱脅迫及干旱脅迫解除后不同玉米品種葉片中脯氨酸、丙二醛含量的變化規(guī)律，旨在為選育耐旱玉米品種提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1材料

天紫23號(hào)、白甜糥1號(hào)、黃甜脆1號(hào)、早鮮黃甜脆1號(hào)均購(gòu)自楚雄彝族自治州種子公司。

1.2方法

1.2.1播種取營(yíng)養(yǎng)富集的腐土與表層土，粉碎混勻后裝入直徑為30 cm，高25 cm的塑料盆中，每盆裝入2 kg土壤。種子于30 ℃下浸泡24 h后播種，直至葉片長(zhǎng)至10 cm左右。

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)干旱脅迫（停止?jié)菜?、干旱脅迫時(shí)間（1、2、3、4、5 d）、干旱脅迫5 d后恢復(fù)7 d 正常灌溉3個(gè)處理。每處理重復(fù)3次，每次重復(fù)取3株植株。取樣當(dāng)天設(shè)置相應(yīng)的對(duì)照進(jìn)行常規(guī)水分管理。 選用玉米第3張葉片進(jìn)行測(cè)定，每日08：30—09：00取樣。采用酸性茚三酮法測(cè)定脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸法[11]測(cè)定MDA含量。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SPSS Statistics 16.0軟件進(jìn)行生物學(xué)統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1葉片脯氨酸含量的變化

由圖1至圖4可知，干旱脅迫下，與對(duì)照相比，4個(gè)玉米品種幼苗葉片中脯氨酸含量均隨著干旱脅迫時(shí)間的增加而增加。天紫23號(hào)干旱脅迫5 d脯氨酸含量平均增加率為28%，黃甜脆1號(hào)為30%，白甜糯1號(hào)為28%，早鮮黃甜脆1號(hào)為27%。干旱脅迫解除后，恢復(fù)7 d正常灌溉，4個(gè)玉米品種幼苗葉片脯氨酸含量均降低，但還是略高于對(duì)照。方差分析表明，4個(gè)玉米品種幼苗中，恢復(fù)程度最差的是黃甜脆1號(hào)，與天紫23號(hào)、白甜糯1號(hào)、早鮮黃甜脆1號(hào)均差異顯著。

2.2葉片MDA含量變化

由圖5至圖8可知，干旱脅迫下，與對(duì)照相比，4個(gè)玉米品種幼苗葉片中MDA含量均隨著脅迫時(shí)間的增加而增加。干旱脅迫解除后，恢復(fù)7 d正常灌溉，4個(gè)玉米品種幼苗葉片中MDA含量均降低，但還是略高于對(duì)照。方差分析結(jié)果表明，4個(gè)玉米品種幼苗中，恢復(fù)程度最差的是白甜糯1號(hào)，與天紫23號(hào)、黃甜脆1號(hào)、早鮮黃甜脆1號(hào)均差異顯著。

3結(jié)論與討論

3.1干旱脅迫對(duì)葉片脯氨酸含量的影響

滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)干旱脅迫的重要機(jī)制，脯氨酸是水溶性很大的氨基酸小分子滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的變化是植物受到逆境脅迫的信號(hào)之一，在植物的滲透調(diào)節(jié)中起著重要的作用[14-15]。當(dāng)植物遭受滲透脅迫，造成生理性缺水時(shí)，植物體內(nèi)的脯氨酸大量積累，因此植物體內(nèi)脯氨酸含量在一定程度上反映了植物體內(nèi)的水分狀況，可作為植物缺水的生理指標(biāo)。本試驗(yàn)表明，4個(gè)玉米品種幼苗受到干旱脅迫后，葉片中的脯氨酸含量均隨著脅迫時(shí)間的增加而增加，這與前人研究結(jié)果[16-17]一致。干旱脅迫解除恢復(fù)正常灌溉7 d后，4個(gè)玉米品種幼苗葉片脯氨酸含量均下降，但沒(méi)完全恢復(fù)到正常灌溉水平。4個(gè)玉米品種幼苗中，恢復(fù)程度最差的是黃甜脆1號(hào)，與天紫23號(hào)、白甜糯1號(hào)、早鮮黃甜脆1號(hào)均差異顯著。推測(cè)恢復(fù)能力強(qiáng)弱與玉米受到傷害程度有關(guān)，受到的傷害越嚴(yán)重，恢復(fù)程度越低。