干旱脅迫對4個(gè)玉米品種幼苗葉片總黃酮含量和其他生理指標(biāo)的影響

謝美華　羅中澤　李霖等

摘要：以玉米品種天紫23號、黃甜脆1號、白甜糯1號、早鮮黃甜脆幼苗為試驗(yàn)材料，研究干旱脅迫（停止?jié)菜⒏珊得{迫時(shí)間（1、2、3、4、5 d）和解除干旱脅迫恢復(fù)生長后幼苗根系活力、葉片中總黃酮含量及自由水/束縛水比值的變化。結(jié)果表明，利用干旱脅迫處理4個(gè)品種玉米幼苗，根系活力、葉片中自由水/束縛水比值均隨脅迫時(shí)間的延長而降低，葉片中的總黃酮含量均隨脅迫時(shí)間的延長而上升；解除干旱脅迫恢復(fù)正常灌溉7 d后，根系活力、葉片中自由水/束縛水比值均上升，葉片中的總黃酮含量均下降，但這3個(gè)生理指標(biāo)依然沒恢復(fù)到正常灌溉水平。不同玉米品種在干旱脅迫和解除干旱脅迫復(fù)水時(shí)這3個(gè)生理指標(biāo)的變化有一定的差異，對這3個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，初步得出黃甜脆1號的抗旱性最強(qiáng)，其次是天紫23號，再次是早鮮黃甜脆，最差的是白甜糯1號。

關(guān)鍵詞：玉米；干旱脅迫；根系活力；總黃酮含量；自由水/束縛水比值

中圖分類號： Q945.78 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）03-0070-03

受季風(fēng)氣候的影響，近幾年云南地區(qū)旱災(zāi)頻發(fā)，農(nóng)作物生長期間減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)加大。玉米（Zea mays L.）是我國主要的糧食作物，由于其需水量相對較高，加之受氣候影響，常易遭受旱災(zāi)。干旱一般可使玉米減產(chǎn)20%～30%，耐旱玉米品種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的地位越來越重要[1]。玉米抗旱性是通過抗旱鑒定指標(biāo)來體現(xiàn)的，通過研究玉米特定生理指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化可對玉米抗旱性有更準(zhǔn)確的判斷。

植物的生長對水分的變化極為敏感，由干旱脅迫引起的植物細(xì)胞生理性缺水，對代謝過程產(chǎn)生極大的影響，在生理上經(jīng)常以自由水與束縛水的比值大小來探討植物器官的代謝旺盛程度[2]，自由水和束縛水含量常與植物生長和抗性有密切的關(guān)系。自由水與束縛水比值較高的植物組織或器官，代謝活動(dòng)較旺盛，生長也較快；反之則生長較緩慢，但抗性較強(qiáng)[3]。因此，自由水和束縛水的相對含量可以作為代謝活動(dòng)及抗逆性強(qiáng)弱的重要生理指標(biāo)。

根系活力是植物生長的重要生理指標(biāo)之一。當(dāng)土壤干旱時(shí)，作物根系首先感受到脅迫，并迅速發(fā)出信號，使整個(gè)植株對干旱作出反應(yīng)，同時(shí)作物還以變化的根系形態(tài)適應(yīng)土壤干旱[4]。干旱脅迫下耐旱玉米品種根系衰老延緩[5]。

類黃酮是植物重要的一類次生代謝產(chǎn)物，在植物體內(nèi)，黃酮具有光保護(hù)、減輕紫外輻射、抗病[6]、抗氧化、提高細(xì)胞內(nèi)谷胱甜肽水平[7]等多種功能。黃酮類物質(zhì)的抗氧化作用可在一定程度上緩解水分脅迫導(dǎo)致的膜脂抗氧化作用[8]。研究黃酮含量變化旨在探討適應(yīng)干旱環(huán)境中次生代謝產(chǎn)物的作用及變化規(guī)律。

作物對水分脅迫及脅迫后復(fù)水的響應(yīng)是一個(gè)十分復(fù)雜的問題。研究認(rèn)為，高等植物對水分脅迫-復(fù)水的響應(yīng)方式是脅迫解除之后存在短暫的快速生長以部分補(bǔ)償脅迫造成的損失。本研究探討了干旱脅迫及干旱脅迫解除恢復(fù)生長后不同玉米品種葉片中的自由水/束縛水、根活力、黃酮含量的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，對4種玉米品種抗旱生理代謝有更深入的了解。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米品種：天紫23號、早鮮黃甜脆、白甜糯1號、黃甜脆1號，購買自云南省楚雄州種子公司。

試劑：乙酸乙酯、無水乙醇、α-萘胺、硝酸鋁、亞硝酸鈉、次硫酸鈉、氫氧化鈉、三氯化鐵、蔗糖、硼酸、檸檬酸、丙酮、濃硫酸均為分析純，蕓香苷（科翔生物科技有限公司，純度>89%）。

儀器：722S型可見分光光度計(jì)（上海菁華科技儀器有限公司），分析天平（江蘇省常熟市百靈天平儀器有限公司，感量 0.1 mg），SPS-202F電子天平（梅特勒-托利多測量技術(shù)有限公司，感量 0.1 g ），DHG-9247A型電熱恒溫干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），DDS-307型電導(dǎo)儀（上海宏益儀表有限公司）。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)材料處理

試驗(yàn)于2013年3—5月在楚雄師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。采用盆栽以便限制水分條件。試驗(yàn)用盆為28 cm×30 cm一次性塑料盆。每盆裝土量相等，約為 8.50 kg。基肥為優(yōu)質(zhì)農(nóng)家肥，尿素3 g/盆，復(fù)合肥2 g/盆。種子純凈度、水分、形狀、大小和色澤整齊一致。溫水催芽5～8 h后將種子播種在盆里，每盆15～20粒。覆土 4～5 cm，覆膜。保證溫度、光照、水分條件充足并精細(xì)管理，10～15 d后出苗，待幼苗長出2～3張真葉時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)品種培育12盆，保證試樣充足。選取部位、長勢、葉齡一致有代表性的葉片作為試驗(yàn)材料，選取植株須根系測定根活力。

1.2.2 干旱脅迫與水淹脅迫處理玉米幼苗

試驗(yàn)共設(shè)置干旱脅迫（停止?jié)菜?、干旱脅迫時(shí)間（1、2、3、4、5 d）和解除干旱脅迫處理3個(gè)因子，干旱脅迫5 d后恢復(fù)7 d。每個(gè)處理重復(fù)3次，每個(gè)重復(fù)（每盆作為1個(gè)重復(fù)）取3株植株。每次取樣當(dāng)天設(shè)置相應(yīng)的對照，共4個(gè)對照組，進(jìn)行常規(guī)水分管理。

1.2.3 植物組織中自由水、束縛水含量的測定[2]

選取部位、長勢、葉齡一致、有代表性的葉片數(shù)張，用打孔器打取小圓片5片（注意避開粗大的葉脈），裝到1號稱量瓶中，將其蓋緊并精確稱質(zhì)量m1，于105 ℃烘箱中烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算總含水量（%）；2號稱量瓶中同樣取5片圓片稱質(zhì)量m2，加入 60%～ 65%蔗糖溶液 5 mL 左右，再分別準(zhǔn)確稱質(zhì)量m3，后混勻放在陰涼處4～5 h，測定浸出液的含糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)B2，原來蔗糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為B1。

植物組織中自由水的含量=（m3-m2）（B1-B2）/（B2×m2）×100%。

植物組織中束縛水的含量= 組織中總含水量-組織中自由水含量。

1.2.4 幼苗根系活力的測定

1.2.4.1 α-萘胺標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作 取50 μg/mL的α-萘胺溶液，配制成5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 μg/mL的系列溶液，各取2 mL加蒸餾水10 mL、1%對氨基苯磺酸溶液 1 mL 和亞硝酸鈉溶液1 mL，室溫放置5 min待混合液變成紅色，再用去離子水定容到25 mL，20～60 min內(nèi)在510 nm波長下測定吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。以α-萘胺濃度x為橫坐標(biāo)（μg/mL）、吸光度y為縱坐標(biāo)，繪制α-萘胺的標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)行線性回歸[9]。回歸方程為y=0.020 4x+0.006 5，r2=0999 7。

1.2.4.2 樣品制備 稱取根尖樣品0.5

g，放入小燒杯中，加入0.50 μg/mL的α-萘胺溶液和磷酸緩沖液（pH值7.0）混合液25 mL，使根充分浸沒在溶液內(nèi)，靜置10 min，吸取2 mL溶液加蒸餾水10 mL，1%對氨基苯磺酸溶液1 mL和亞硝酸鈉溶液1 mL，室溫放置5 min待混合液變成紅色，再用去離子水定容到25 mL，20～60 min內(nèi)在510 nm波長下測定吸光度，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得α-萘胺含量，計(jì)算被氧化的α-萘胺含量[μg/（g·h）]。另稱取0.5 g根樣烘干稱質(zhì)量。

1.2.5 葉片總黃酮含量（分光光度法）

1.2.5.1 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線 將蕓香苷溶液用70%乙醇稀釋成0、5、10、15、20、25、30、35、40、45、50 μg/mL，各取1 mL于試管中，加70%乙醇1 mL，加入0.3 mL 5% NaNO2，6 min后加入0.3 mL 10%Al（NO3）3 溶液，6 min后再加入2 mL 4% NaOH使溶液澄清，10 min后于分光光度計(jì)波長510 nm處測定吸光度。以蕓香苷濃度x為橫坐標(biāo)（μg/mL）、吸光度y為縱坐標(biāo)，繪制蕓香苷的標(biāo)準(zhǔn)曲線，進(jìn)行線性回歸[9]。回歸方程為y=0.020 4x+0.006 5，r2=0.999 7。

1.2.5.2 樣品制備 取葉片1 g置于索氏抽提器中，加入70%乙醇100 mL及少許CaCO3 抽提4～5 h，倒出提取液減壓濃縮蒸去乙醇。另稱取葉片10 g于105 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，以測定水分含量。濃縮液于分液漏斗中用相同體積的乙醚提取2～3次，然后用70%乙醇定容至100 mL，待測。

1.2.5.3 吸光度測定與黃酮含量的計(jì)算 吸取樣品溶液 1 mL，按上述同樣的步驟方法測定吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線查得樣品總黃酮（以蕓香苷表示）含量（μg/mL），然后根據(jù)下式計(jì)算干葉中總黃酮含量（μg/g）：干葉中總黃酮含量（μg/g）=V×ρ。式中：V為1 g干葉制得的提取液體積，單位是mL；ρ為提取液中測得的總黃酮含量，單位是μg/mL。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下根系活力的變化

由圖1可以看出，在干旱脅迫條件下，與對照相比，4個(gè)玉米品種幼苗根系活力降低，早鮮黃甜脆降低到對照的42%，白甜糯1號降低到對照的68%，天紫23號降低到對照的48%，黃甜脆1號降低到對照的62%。這與王少平等在探究干旱脅迫對切花菊“黃中黃”和小麥的影響變化趨勢相一致[10-11]。解除干旱脅迫復(fù)水7 d后根系活力有所升高，早鮮黃甜脆根系活力恢復(fù)到對照的78%，白甜糯1號恢復(fù)到對照的75%，天紫23號恢復(fù)到對照的84%，黃甜脆1號恢復(fù)到對照的83%。根系活力是植物生長的重要生理指標(biāo)之一，根系活力下降，表明干旱脅迫對玉米幼苗根系造成了傷害。

2.2 干旱脅迫下葉片中總黃酮含量的變化

由圖2、圖3、圖4、圖5可以看出，在干旱脅迫條件下，與對照相比，早鮮黃甜脆、天紫23號、白甜糯1號和黃甜脆1號幼苗葉片中總黃酮含量隨著干旱脅迫天數(shù)的增加而緩慢增加。干旱脅迫5 d后，早鮮黃甜脆、白甜糯1號、天紫23號、黃甜脆1號葉片中總黃酮含量與對照相比分別增加了11%、11%、14%、9%。干旱脅迫解除恢復(fù)正常灌溉7 d后，4個(gè)品種幼苗葉片中的總黃酮含量均有所降低，但仍然高出對照水平，早鮮黃甜脆、白甜糯1號、天紫23號、黃甜脆1號與對照相比分別高出了3%、6%、5%、4%。植物能夠通過黃酮類成分的積累與降解緩解干旱[12]。干旱脅迫后總黃酮含量增加，說明干旱脅迫后黃酮類物質(zhì)積累以在一定程度上緩解水分脅迫導(dǎo)致的膜脂抗氧化作用，從而降低干旱脅迫對玉米幼苗的傷害。

2.3 干旱脅迫下葉片中自由水/束縛水比值的變化

在干旱脅迫條件下，與對照相比，協(xié)迫5 d后早鮮黃甜脆、白甜糯1號、天紫23號、黃甜脆1號幼苗葉片中自由水/束縛水比值降低，分別降低到對照的66%、70%、77%、72%。解除干旱脅迫復(fù)水7 d后根系活力有所升高，早鮮黃甜脆、白甜糯1號、天紫23號、黃甜脆1號分別恢復(fù)到對照的83%、81%、91%、96%（圖6、圖7、圖8、圖9）。干旱脅迫后自由水/束縛水比值降低，說明遭受干旱脅迫后，幼苗的代謝活動(dòng)減緩。

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，4個(gè)品種玉米幼苗在受到干旱脅迫 5 d 后，根系活力、自由水/束縛水比值逐漸降低，總黃酮含量緩慢增加，說明干旱脅迫對4個(gè)品種玉米幼苗產(chǎn)生了一定的傷害?；謴?fù)正常灌溉7 d后，根系活力、自由水/束縛水比值有所升高，總黃酮含量降低，但依然沒有恢復(fù)到對照水平，說明經(jīng)過復(fù)水后正常管理并不能使干旱脅迫時(shí)受到的傷害完全恢復(fù)。推測復(fù)水后恢復(fù)的程度與作物的耐旱性成正相關(guān)，耐旱性強(qiáng)，受到脅迫傷害后恢復(fù)的能力就強(qiáng)，反之則差。

4個(gè)玉米品種幼苗在干旱脅迫和復(fù)水時(shí)的各項(xiàng)生理指標(biāo)變化幅度不一樣，說明不同品種玉米的抗旱能力不同。綜合這3項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行比較分析，初步得出黃甜脆1號的抗旱性最強(qiáng)，其次是天紫23號，再次是早鮮黃甜脆，最差的是白甜糯1號。然而，作物耐旱性的評價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的體系，對這4個(gè)玉米品種的耐旱性評價(jià)，還需要進(jìn)一步的大田試驗(yàn)綜合其他因素進(jìn)行全面分析。

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