干旱脅迫對(duì)玉米幼苗根系幾個(gè)生理生化指標(biāo)的影響

崔立+王欣欣+軒慧冬+宋希云+裴玉賀

摘要：以玉米品種青農(nóng)8號(hào)為材料，采用缺水和18￥PEG-6000溶液模擬干旱條件的方法，研究玉米幼苗根系幾個(gè)生理生化指標(biāo)的變化。結(jié)果表明：干旱條件下，玉米幼苗根系可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性都呈明顯增加趨勢(shì)，并且在缺水處理96h后增幅減??；缺水48h后復(fù)水可使干旱時(shí)迅速增加的SOD、POD活性和丙二醛含量恢復(fù)到正常狀態(tài)，可溶性蛋白含量比正常含量低。

關(guān)鍵詞：玉米；干旱脅迫；根系；生理生化指標(biāo)

中圖分類號(hào)：S513.01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2015）04-0026-05

玉米是我國重要的糧食、飼料和能源作物，也是對(duì)干旱比較敏感的作物之一[1，2]。在中國，每年由于干旱引起的玉米產(chǎn)量損失相當(dāng)嚴(yán)重[3，4]。干旱脅迫降低玉米苗期生葉速度和植株高度，減少生物量，嚴(yán)重抑制幼苗營養(yǎng)生長。根系對(duì)于水分的吸收起著重要作用，是遇旱最先反應(yīng)的器官并發(fā)出信號(hào)，使植株迅速作出反應(yīng)，與玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成密不可分[5～7]。由于植物根系長在地下，取樣和研究比較困難，因此大多數(shù)研究將圍繞地上部分展開[8～11]，利用玉米根系對(duì)幼苗抗旱性的研究還較少[11，12]。本研究通過對(duì)青島農(nóng)業(yè)大學(xué)新選育玉米品種青農(nóng)8號(hào)的幼苗進(jìn)行模擬干旱與缺水處理，測其根系的有關(guān)生理指標(biāo)，探討根系生理指標(biāo)與抗旱性的關(guān)系，從而為新的抗旱玉米品種的選育奠定理論基礎(chǔ)。

收稿日期：2014-11-17

基金項(xiàng)目：青島農(nóng)業(yè)大學(xué)特色名校工程建設(shè)“大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目”；山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系玉米產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目（SDAIT-01-022-O1）

1材料與方法

1.1供試品種與試驗(yàn)方法

供試品種為玉米（ZeamaysL.）雜交種青農(nóng)8號(hào)，由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)分子育種研究室提供。

采用水培法培養(yǎng)幼苗，即將玉米種子在25℃光照培養(yǎng)箱中水培幼苗，至3葉期進(jìn)行干旱處理。設(shè)置干旱（以18%PEG-6000溶液模擬，用PEG表示）、缺水和正常供水（CK）3個(gè)處理，每處理重復(fù)3次；按照時(shí)間梯度分別取樣并進(jìn)行形態(tài)和生理指標(biāo)的測定：每隔24h對(duì)根系取樣，沖洗、拍照、研磨后，分別測定其生理指標(biāo)，連續(xù)測定3d，并將缺水處理幼苗于干旱脅迫48h后復(fù)水，于復(fù)水48h分別取脅迫和對(duì)照玉米幼苗根系進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定。

1.2測定指標(biāo)與方法

酶液的提取方法：取玉米幼苗根系樣品0.5g于預(yù)冷的研缽中，加1mL預(yù)冷的磷酸緩沖液在冰浴上研磨成漿，加入磷酸緩沖液定容至7mL，在1000r/min下離心15min?？扇苄缘鞍缀繙y定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[13]；丙二醛（MDA）含量測定采用雙組分分光光度法[14]；超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氯化硝基氮藍(lán)四唑（NBT）光化還原法，以抑制NBT光化學(xué)還原的50%為一個(gè)酶單位；過氧化物酶（POD））活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[15]。

1.3數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析用DPS7.05軟件，作圖用MicrosoftExcel2007。

2結(jié)果與分析

2.1幼苗在模擬干旱條件下的形態(tài)變化

由圖1看出，與對(duì)照比較，干旱條件下的幼苗形態(tài)有較明顯的區(qū)別，隨著時(shí)間的推進(jìn)，處理下的幼苗變矮變?nèi)酰底兌套兗?xì)兩個(gè)處理對(duì)比，缺水條件下的幼苗變化較明顯。

2.2可溶性蛋白含量的動(dòng)態(tài)變化

植物體內(nèi)的可溶性蛋白大多是參與各種代謝的酶類，在干旱和缺水情況下，其含量會(huì)發(fā)生一定的變化。由圖2A看出，干旱處理24h，玉米幼苗根系可溶性蛋白含量缺水處理比對(duì)照增加且差異極顯著，PEG處理與對(duì)照相比差異顯著；至48h，PEG處理與對(duì)照差異不顯著；PEG處理3d內(nèi)可溶性蛋白含量不斷增加，缺水處理增加更為顯著，增幅表現(xiàn)為先升高后降低趨勢(shì)。

對(duì)缺水處理48h的幼苗進(jìn)行復(fù)水處理，結(jié)果如圖3A所示。缺水處理24、48、72h后，幼苗根系可溶性蛋白含量表現(xiàn)為先增加后減少趨勢(shì)，均存在極顯著差異；缺水處理48h的含量最高，其復(fù)水48h后，可溶性蛋白含量減少，但比96h（CK）的極顯著降低，損傷已完全恢復(fù)。

2.3MDA含量的動(dòng)態(tài)變化

MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。如圖2B所示，玉米幼苗經(jīng)過PEG模擬干旱和缺水脅迫后，根系MDA的含量均高于正常供水（CK），24、48、72h缺水處理的MDA含量與對(duì)照存在極顯著差異，前兩者的PEG處理與對(duì)照差異不顯著，72hPEG處理與對(duì)照存在顯著差異；隨處理時(shí)間的延長，幼苗根系MDA含量均有大幅度升高，其中缺水處理的根系MDA含量升高更為顯著。

由圖3B得出，缺水48h幼苗復(fù)水48h后根系的MDA含量和96h（CK）相比不存在差異顯著性，已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

2.4SOD活性的動(dòng)態(tài)變化

SOD在植物體中廣泛存在，主要作用是清除體內(nèi)的活性氧，防止自由基對(duì)機(jī)體造成傷害。在干旱脅迫下，SOD活性變化趨勢(shì)如圖2C所示，隨處理時(shí)間的延長，根系SOD活性增加，且PEC處理在24h和48h不存在差異顯著性，72h存在顯著差異。缺水處理和對(duì)照相比，在24h不存在差異顯著性，在48h和72h存在極顯著差異。缺水處理48h的幼苗復(fù)水48h后根系SOD活性和96h（CK）相比，不存在差異顯著性，認(rèn)為損傷已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)，結(jié)果如圖3C。

2.5POD活性動(dòng)態(tài)變化

POD是參與防御活性氧減少對(duì)作物傷害的重要酶，其活性的變化也反映了作物受干旱脅迫的程度。如圖2D所示，玉米幼苗經(jīng)干旱脅迫后其根系中POD活性呈增加趨勢(shì)；和對(duì)照相比，缺水處理24h差異顯著，48、72h差異極顯著；而PEG處理各時(shí)間段均與對(duì)照差異不顯著。

如圖3D所示，復(fù)水48h之后的POD活性和96h（CK）相比，不存在差異顯著性，認(rèn)為已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

3討論與結(jié)論

MDA是自由基對(duì)細(xì)胞膜脂過氧化傷害的主要最終產(chǎn)物之一，有研究表明，植物在干旱脅迫下，根系MDA含量有很大幅度的增加[7，16，17]。本試驗(yàn)中，在一定的干旱條件下，幼苗根系的MDA含量在72h之前，隨著時(shí)間的推移，呈現(xiàn)出上升的趨勢(shì)。但是可溶性蛋白含量在缺水48h時(shí)達(dá)最大，隨后又減少，說明時(shí)間的延長致使干旱程度加重，干旱引發(fā)缺氧從而導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的ROS對(duì)可溶性蛋白造成嚴(yán)重?fù)p傷[18]。

植物細(xì)胞內(nèi)活性氧的清除主要是通過酶促清除系統(tǒng)與非酶促清除系統(tǒng)完成。SOD是植物體內(nèi)清除活性氧系統(tǒng)的第一道防線，其主要功能是消除細(xì)胞內(nèi)的超氧自由基，POD主要是清除H2O2。苗期干旱，根系SOD活性升高，且耐旱品種升高幅度大于不耐旱品種[17]。本研究表明玉米新品種青農(nóng)8號(hào)在干旱脅迫下，幼苗根系SOD活性在72h之前呈增加趨勢(shì)，這與前人研究一致。王一[19]的研究表明，玉米自交系苗期干旱條件下，POD活性在第6d達(dá)峰值，我們的研究結(jié)果也表明POD活性在72h之前呈上升趨勢(shì)。

干旱抑制玉米植株的生長，但是，適當(dāng)?shù)膹?fù)水可以恢復(fù)其生長。姚春霞等[20]的研究表明，玉米品種戶單4號(hào)的根面積和根長在復(fù)水5d后與正常水分處理差異不顯著。本研究中，干旱脅迫48h再復(fù)水48h后，根系各生理指標(biāo)能恢復(fù)到對(duì)照（96h）水平，說明玉米新品種青農(nóng)8號(hào)對(duì)干旱脅迫存在一定的抗性。endprint