低鉀脅迫對(duì)不同耐性玉米自交系光合關(guān)鍵酶活性的影響

夏樂

摘要：以耐低鉀玉米自交系90-21-3、91-2和不耐低鉀玉米自交系D937、N40為試材，研究低鉀脅迫對(duì)不同耐性玉米自交系光合關(guān)鍵酶活性的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：低鉀脅迫下，90-21-3和91-2的質(zhì)膜Ca2+-ATPase活性較低；低鉀誘導(dǎo)質(zhì)膜Mg2+-ATPase、PEPC響應(yīng)；90-21-3和91-2的Mg2+-ATPase活性、PEPC活性顯著高于D937和N40，說明耐低鉀玉米自交系能夠維持相對(duì)良好的代謝狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：低鉀脅迫；玉米自交系；酶活性

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2017）03-0007-03

鉀是作物的營(yíng)養(yǎng)三要素之一，在作物的生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝以及產(chǎn)量形成過程中具有重要作用。我國(guó)玉米栽培面積大，加之玉米生理期需鉀量大、鉀素不足問題突出，嚴(yán)重限制玉米產(chǎn)量的進(jìn)一步提高。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為課題組經(jīng)多年篩選出的典型耐低鉀玉米自交系90-21-3，91-2和不耐低鉀玉米自交系丹937（D937），N40。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用水培法培養(yǎng)試材。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

葉片質(zhì)膜Ca2+-ATPase，Mg2+-ATPase活性、PEP羧化酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用DPS和Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鉀濃度下葉片質(zhì)膜Ca2+-ATPase 活性

隨著低鉀脅迫程度的加劇，90-21-3，91-2和D937，N40葉片類囊體膜上Ca2+-ATPase活性變化趨勢(shì)表現(xiàn)不一致，在0.625 mmol/L鉀水平下，不同耐性玉米自交系間呈現(xiàn)極顯著差異（P=0.009 2）。如圖1所示，90-21-3和91-2的Ca2+-ATPase活性分別比對(duì)照下降21.6%和2.6%，而Ca2+-ATPase活性卻分別比對(duì)照增加67.7%和44.1%，D937和N40的處理間均達(dá)到極顯著水平（P=0.005 3）；在0 mmol/L鉀水平下，90-21-3，91-2和D937，N40的Ca2+-ATPase活性分別比各自對(duì)照增加22.9%，30.1%和44.5%，32.0%。

2.2 不同鉀濃度下葉片質(zhì)膜Mg2+-ATPase 活性

如圖2所示：在低鉀脅迫下，90-21-3，91-2，D937，N40葉片類囊體膜上的Mg2+-ATPase活性總體呈下降趨勢(shì)，D937和N40較對(duì)照下降幅度大于90-21-3和91-2，不同耐性玉米自交系間差異不顯著，但不同處理間的差異達(dá)到顯著水平（P=0.046 2）；在0.625 mmol/L鉀水平時(shí)，90-21-3和91-2的Mg2+-ATPase活性分別比對(duì)照降低17.4%和13.6%，D937和N40的Mg2+-ATPase活性分別比對(duì)照降低51.5%和41.3%；在0 mmol/L鉀水平時(shí)，90-21-3和91-2的Mg2+-ATPase活性分別為對(duì)照的27.1%和27.6%，D937和N40的Mg2+-ATPase活性分別為對(duì)照的42.5%和28.1%。

2.3 葉片PEPC活性

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化PEP的不可逆羧化反應(yīng)，形成草酰乙酸。在C4植物葉片中，PEPC固定CO2并參與光合C4循環(huán)，是光合C4途徑的關(guān)鍵酶。各玉米自交系不同鉀濃度的葉片PEPC活性總體呈下降趨勢(shì)，如圖3所示。

在0 mmol/L鉀水平下，4個(gè)玉米自交系都比對(duì)照有所下降，D937和N40下降幅度較大，分別為對(duì)照的55.4%和55.6%；在1.250 mmol/L鉀水平下，90-21-3和91-2較對(duì)照下降8.7%和3.4%，而D937和N40較對(duì)照上升15.8%和27.8%；在0.625 mmol/L鉀水平時(shí)，90-21-3和91-2較對(duì)照增加28.3%和14.6%，而D937和N40較對(duì)照下降41.6%和30.0%，但不同處理間及不同耐性玉米自交系間差異均不顯著。

3 結(jié)論與討論

劉建祥研究認(rèn)為，在低鉀條件下，耐低鉀玉米品種的Mg2+-ATPase活性高于不耐低鉀品種，Ca2+-ATPase活性則相反。試驗(yàn)表明，低鉀脅迫下，不同耐性玉米自交系的Ca2+-ATPase活性總體呈增加趨勢(shì)，而Mg2+-ATPase活性呈降低趨勢(shì)；耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的兩種酶活性變化幅度較小，不耐低鉀玉米自交系D937和N40變化幅度較大；耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的Ca2+-ATPase活性顯著低于不耐低鉀玉米自交系D937和N40，而Mg2+-ATPase活性差異不顯著。低鉀脅迫下，不耐低鉀玉米自交系D937和N40的Ca2+-ATPase增加不顯著，而Mg2+-ATPase活性顯著降低，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致葉片的某些生理生化過程受影響，最終影響植株干物質(zhì)積累，而耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的葉片內(nèi)部生理生化過程基本保持正常，有利于植株正常生長(zhǎng)發(fā)育。

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）存在于細(xì)菌、藻類和高等植物中。低鉀脅迫下，不同耐性玉米自交系葉片的PEPC活性總體呈下降趨勢(shì)。在嚴(yán)重低鉀脅迫下，耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的PEPC活性高于不耐低鉀玉米自交系D937和N40，說明低鉀脅迫對(duì)耐低鉀玉米自交系的光合代謝影響較小，能固定相對(duì)較多的CO2，進(jìn)而產(chǎn)生較多的干物質(zhì)，利于植株生長(zhǎng)。耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的Ca2+-ATPase活性顯著高于不耐低鉀玉米自交系D937和N40，這可能是耐低鉀玉米自交系植株對(duì)低鉀脅迫的一種適應(yīng)性響應(yīng)。

低鉀脅迫下，不同耐性玉米自交系與光合作用有關(guān)的酶類活性存在差異，說明不同個(gè)體對(duì)低鉀逆境的適應(yīng)程度不同，耐低鉀玉米自交系對(duì)逆境反應(yīng)迅速，能快速調(diào)節(jié)、適應(yīng)并參與逆境反應(yīng)，使機(jī)體維持相對(duì)良好的代謝狀態(tài)，確保植株可以正常生長(zhǎng)。