3個(gè)雜交玉米種子萌發(fā)及苗期對(duì)水分脅迫的響應(yīng)

蔡甫格　張秀偉　鮑　菊　范金華　楊世佳　潘中濤

（貴州省安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，安順561000）

3個(gè)雜交玉米種子萌發(fā)及苗期對(duì)水分脅迫的響應(yīng)

蔡甫格張秀偉鮑菊范金華楊世佳潘中濤

（貴州省安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，安順561000）

利用不同濃度的PEG-6000水溶液，在室內(nèi)模擬玉米種子萌發(fā)及苗期水分脅迫程度，研究了安單3號(hào)、安單2號(hào)與安單4號(hào)3個(gè)品種種子萌發(fā)及苗期對(duì)水分脅迫的響應(yīng)程度，比較了其抗旱性。結(jié)果表明，安單3號(hào)的抗旱性高于安單2號(hào)與安單4號(hào)，在土壤水分含量低的情況下，應(yīng)選擇種植安單3號(hào)，以保證玉米產(chǎn)量，減少經(jīng)濟(jì)損失。

玉米；水分脅迫；PEG-6000

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，是導(dǎo)致我國(guó)玉米產(chǎn)量波動(dòng)的主要非生物因素，一般可使玉米減產(chǎn)20%～30%，嚴(yán)重時(shí)達(dá)50%以上［1］。在貴州，干旱已成為制約玉米生產(chǎn)發(fā)展的主要限制因素，每年因干旱造成全省玉米生產(chǎn)直接經(jīng)濟(jì)損失約2億～3億元，重災(zāi)年份約5億～6億元［2］。培育和種植抗旱玉米品種，全面提升玉米生產(chǎn)的綜合抗旱能力，是解決干旱地區(qū)糧食減產(chǎn)的有效措施，是保證玉米持續(xù)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要舉措。因此，如何準(zhǔn)確和合理地評(píng)價(jià)品種的抗旱性和篩選品種是玉米抗旱育種的關(guān)鍵問題。研究指出，水分脅迫下玉米生理生化特性差異是玉米抗旱性差異的內(nèi)在原因，植株還將在形態(tài)學(xué)、生理學(xué)、細(xì)胞和分子水平上產(chǎn)生一系列抗旱響應(yīng)［3-4］。因此，筆者對(duì)試驗(yàn)當(dāng)?shù)刂魍朴衩纂s交種進(jìn)行抗旱性研究，探索水分脅迫對(duì)玉米種子萌發(fā)及在幼苗期生理生化的影響，旨在為種植農(nóng)戶選擇抗旱品種及玉米栽培育種提供依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)材料安順市農(nóng)科院提供的當(dāng)?shù)刂魍齐s交玉米品種：安單2號(hào)、安單3號(hào)、安單4號(hào)。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定每個(gè)品種精選大小一致無破損的種子，經(jīng)75%酒精消毒3～5min后用蒸餾水沖洗干凈，置于直徑為9cm的培養(yǎng)皿中，每皿20粒，分別加入20mL 10%、15%、20%、25%的PEG-6000水溶液（對(duì)應(yīng)的滲透勢(shì)分別為-1.66MPa、-3.25MPa、-5.34MPa、-7.94MPa）作水分脅迫處理，最后放入智能型人工氣候箱（光照時(shí)間為光照12h/黑暗12h，光照強(qiáng)度2000lx，濕度50%，溫度25℃）培養(yǎng)。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。對(duì)照組用蒸餾水處理，并觀察記錄2d、4d、6d、8d的種子發(fā)芽粒數(shù)，測(cè)定計(jì)算種子萌發(fā)指數(shù)、種子萌發(fā)抗旱指數(shù)及種子吸水率。

種子萌發(fā)抗旱指數(shù)=水分脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù)；

萌發(fā)指數(shù)=1.00×nd2+0.75×nd4+0.50×nd6+0.25× nd8（nd2、nd4、nd6、nd8分別表示第2、4、6、8天的種子發(fā)芽率）；

種子吸水率=（種子濕種-種子干重）/種子干重×100。

1.2.2苗期水分脅迫試驗(yàn)用不同濃度的PEG-6000水溶液，在室內(nèi)模擬玉米苗期所受的不同干旱程度。設(shè)計(jì)PEG-6000水溶液濃度為10%、15%、20%、25%，設(shè)置3次重復(fù)，以蒸餾水作為對(duì)照。每個(gè)品種取5粒種子，先用0.1%的升汞消毒5min，再用75%酒精消毒3min，用清水洗干凈，置于濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)。用上述濃度的PEG-6000水溶液澆灌，使其生長(zhǎng)，待長(zhǎng)到3 葉1心期，采集葉片剪碎混合，用于水分脅迫下的各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定。

1.2.3生理指標(biāo)的測(cè)定游離脯氨酸采用茚三酮顯色法［5］測(cè)定；丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法［6］測(cè)定；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光化還原法［7］測(cè)定。

采用Excel和DPS7.05進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

2　結(jié)果與分析

2.1水分脅迫對(duì)不同雜交玉米種子萌發(fā)的影響從表1可知，水分脅迫對(duì)3個(gè)雜交玉米種子萌發(fā)影響為極顯著，3個(gè)品種種子萌發(fā)指數(shù)隨著水分脅迫程度的增加而逐漸降低，當(dāng)PEG-6000水溶液濃度為25%時(shí)，安單2號(hào)與安單4號(hào)的萌發(fā)指數(shù)均為0，即在觀察8d時(shí)仍未有種子萌發(fā)。在PEG-6000水溶液濃度為0、10%與15%時(shí)，安單3號(hào)萌發(fā)指數(shù)高于其他2個(gè)品種，可見安單3號(hào)的耐旱力強(qiáng)。

表1　不同PEG-6000水溶液濃度脅迫下3個(gè)雜交玉米各指標(biāo)的變化

2.2水分脅迫對(duì)不同雜交玉米種子吸水率的影響從表1可知，3個(gè)雜交玉米品種的對(duì)照組和處理組在不同PEG-6000水溶液濃度下，種子吸水率均存在一定的差異，且隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，吸水傷害率也在增加。在各濃度處理下，安單2號(hào)的種子吸水率均高于其他2個(gè)雜交玉米品種。

2.3水分脅迫對(duì)不同雜交玉米種子萌發(fā)抗旱指數(shù)的影響種子萌發(fā)抗旱指數(shù)是評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期抗旱性、綜合性的可靠指標(biāo)［7］。隨著PEG-6000水溶液濃度的升高，3個(gè)雜交玉米種子萌發(fā)抗旱指數(shù)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。在PEG-6000水溶液濃度為10%處理下，玉米種子萌發(fā)抗旱指數(shù)最高；隨著PEG-6000水溶液濃度增加到15%時(shí)，安單4號(hào)萌發(fā)抗旱指數(shù)大幅度下降，僅為0.223，是10%濃度時(shí)的1/4。在濃度為25%時(shí)，抗旱指數(shù)接近0，說明隨著脅迫的加劇，種子萌發(fā)能力受到的影響程度也逐漸加大，甚至不萌發(fā)。PEG-6000水溶液濃度為10%、20%時(shí)，安單4號(hào)的抗旱萌發(fā)指數(shù)高于安單3號(hào)，這是由于安單4號(hào)在沒有水分脅迫條件下，種子萌發(fā)率不高，導(dǎo)致脅迫下萌發(fā)指數(shù)與對(duì)照組萌發(fā)指數(shù)的比值增大。

2.4水分脅迫對(duì)不同雜交玉米幼苗SOD活性的影響從表1可知，3個(gè)雜交玉米幼苗SOD活性隨著PEG-6000水溶液濃度的升高，呈現(xiàn)出先升高后下降的整體趨勢(shì)，且在10%PEG-6000水溶液處理下，SOD活性顯著升高。逆境下植物體內(nèi)O2的產(chǎn)量增多，SOD活性的增強(qiáng)使O2及時(shí)清除而避免傷害，從而提高了品種抗旱性。安單3號(hào)在受到水分脅迫時(shí)，SOD活性大幅度提高，增加幅度顯著大于其他2個(gè)雜交玉米品種，且安單3號(hào)幼苗SOD活性顯著高于其他2個(gè)雜交玉米品種，對(duì)外界水分脅迫的應(yīng)激最為強(qiáng)烈，抗旱性最強(qiáng)。安單4號(hào)與安單2號(hào)在受到水分脅迫時(shí)，雖均有所升高，但升高幅度不大，且2個(gè)品種間沒有顯著差異，說明這2個(gè)品種體內(nèi)SOD酶對(duì)外界的應(yīng)激能力相當(dāng)，抗旱性較弱。

2.5水分脅迫對(duì)不同雜交玉米幼苗丙二醛含量的影響在水分脅迫條件下對(duì)3個(gè)雜交玉米幼苗丙二醛含量的分析發(fā)現(xiàn)（表1），3個(gè)雜交種幼苗的丙二醛含量較對(duì)照均有明顯增加，但增加幅度不同，其中安單3號(hào)的增加幅度最小，其次為安單4號(hào)，最大的為安單2號(hào)。干旱脅迫下植物的自由基傷害學(xué)說已經(jīng)被越來越多的證據(jù)所支持，丙二醛（MDA）是自由基進(jìn)行細(xì)胞膜脂過氧化傷害的最終產(chǎn)物之一，因此，在作物抗旱研究中一直將MDA的含量作為反映細(xì)胞膜脂過氧化傷害水平的重要指標(biāo)，在水分脅迫條件下，抗旱性強(qiáng)的品種丙二醛含量增加幅度小。本研究結(jié)果表明安單3號(hào)的抗旱性最強(qiáng)，而安單2號(hào)的抗旱性最差。

2.6水分脅迫對(duì)不同雜交玉米幼苗游離脯氨酸含量的影響由表1可以看出，在水分脅迫條件下，不同雜交玉米幼苗的游離脯氨酸積累量均高于對(duì)照處理，且隨著水分脅迫程度的加大而逐漸增加。同時(shí)，不同雜交種之間的游離脯氨酸積累量也存在很大差異。安單3號(hào)的游離脯氨酸積累量最大，達(dá)6.010μ g/g，安單2號(hào)最低，僅為4.704μ g/g。脯氨酸是高等植物的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一。游離脯氨酸在土壤水分脅迫下的累積程度是作物抗旱能力不同的反應(yīng)。在水分脅迫下，抗旱品種積累的游離脯氨酸相對(duì)較多，不抗旱品種累積的則較少。本研究表明安單3號(hào)的抗旱性最強(qiáng)，而安單2號(hào)的耐旱性最差。

3　討論

對(duì)于大多數(shù)植物來說，在自然條件下，種子萌發(fā)階段對(duì)環(huán)境脅迫最為敏感，由于在萌發(fā)期受到水分脅迫而不能萌發(fā)，從而嚴(yán)重制約了其生長(zhǎng)發(fā)育。PEG-6000模擬干旱脅迫，是通過降低植物生長(zhǎng)環(huán)境中的水勢(shì)，從而對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。本研究中，在濃度為10%處理下，安單2號(hào)的種子吸水率高出安單3號(hào)15%，高出安單4號(hào)14%，但其萌發(fā)抗旱指數(shù)顯著低于安單3號(hào)。說明雖然水分脅迫限制了植物種子對(duì)水分的吸收，抑制其萌發(fā)速度，但直接原因可能是由于吸水量的減少抑制了種子體內(nèi)各種生理生化活動(dòng)進(jìn)行而最終導(dǎo)致萌發(fā)生長(zhǎng)的受阻。安單3號(hào)的種子吸水率雖低于安單2號(hào)，但在水分脅迫下卻保持較高的萌發(fā)率，這說明該品種具有較高的水分利用率，能在吸水量受到抑制的情況下使種子體內(nèi)各種生理生化反應(yīng)得以順利進(jìn)行，從而保持較高的發(fā)芽勢(shì)，體現(xiàn)出較高的抗旱性。

在對(duì)3個(gè)雜交玉米幼苗進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定時(shí)，發(fā)現(xiàn)安單3號(hào)幼苗在受到水分脅迫時(shí)，其體內(nèi)SOD活力顯著升高，對(duì)外界壞境作出的響應(yīng)最為強(qiáng)烈，而安單2號(hào)與安單4號(hào)響應(yīng)程度弱，SOD活力升高幅度低，在逆境中可能不會(huì)及時(shí)清除體內(nèi)O2，從而不能體現(xiàn)抗旱性；在水分脅迫下，安單2號(hào)含量的增加幅度最大，安單3號(hào)的增加幅度最小。安單3號(hào)在受到水分脅迫時(shí)細(xì)胞膜脂過氧化傷害水平最低，抗旱性強(qiáng)；3個(gè)雜交玉米幼苗之間的游離脯氨酸積累量存在很大差異，其中安單3號(hào)的游離脯氨酸積累量最大，可通過積累這種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，來抵抗外界水分的脅迫，提高其抗旱性?？傊?，安單3號(hào)的抗旱性高于安單2號(hào)與安單4號(hào)，在土壤水分含量低的情況下，應(yīng)選擇種植安單3號(hào)，以保證玉米產(chǎn)量，減少經(jīng)濟(jì)損失。

因此，在進(jìn)行植物抗旱性鑒定時(shí)，由于是多種因素相互作用的復(fù)雜性狀，所以應(yīng)該從種子萌發(fā)和生理、生化等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，才會(huì)更加客觀準(zhǔn)確。

［1］孫喜云，張艷，盧廣遠(yuǎn).玉米抗旱育種的研究進(jìn)展.中國(guó)種業(yè)，2011（1）：16-17

［2］吳子愷.玉米抗旱育種.玉米科學(xué)，1994，2（1）：6-9

［3］劉文成，許明學(xué)，畢興華，等.吉林省主栽晚熟及中晚熟玉米雜交種綜合評(píng)價(jià).中國(guó)種業(yè)，2012（6）：37-39

［4］胡海軍，史振聲，王志斌，等.抗低溫處理對(duì)玉米種子萌發(fā)特性的影響.中國(guó)種業(yè)，2009（5）：44-45

［5］高俊鳳.植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).西安：世界地圖出版社，2000

［6］羅廣華，王愛國(guó).現(xiàn)代植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指南.北京：科學(xué)出版社，1999：314-315

［7］王艷樹，李鳳山，張玉霞，等.PEG脅迫對(duì)蓖麻種子吸脹萌發(fā)的影響.內(nèi)蒙古大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，22（3）：302-306

2016-01-22）

貴州省省市合作農(nóng)業(yè)公關(guān)項(xiàng)目（黔安科農(nóng)合［2013］01號(hào)）