玉米新品種粵903及其親本對弱光脅迫的響應

馬文羽 阮麗娟 謝育杭 練金偉 黃勝琴 黎杰強，2

（1廣東省植物發(fā)育生物工程重點實驗室/華南師范大學生命科學學院，廣州510631；

2廣東省連州市東籬種養(yǎng)實業(yè)有限公司，連州 513400）

我國是玉米（Zea mays L.）種植面積最大的生產(chǎn)國和消費國，2017年全國玉米種植面積達3533萬hm2。玉米在我國作為主要的糧飼作物，分布廣，種植區(qū)域環(huán)境差異大，特別是光照強度、日照時間的差異度大。研究表明，在對玉米進行遮光處理后，非耐密型玉米品種倒伏率明顯高于耐密型玉米品種[1]；玉米的開花-吐絲間隔加長，葉綠素含量、凈光合速率下降，株高降低，穗位高增加，穗粒數(shù)減少，導致產(chǎn)量降低[2]；玉米的質(zhì)膜透性增大，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)脯氨酸、過氧化產(chǎn)物丙二醛含量顯著增加，抗氧化酶活性升高[3]；表明弱光脅迫對玉米膜系統(tǒng)及細胞發(fā)育會造成傷害，加速植株及葉片衰老。因此，選擇對自主選育的新品種粵903（Y903）及其母本斐96（F96）、父本斐35（F35）進行遮光處理，研究該新品種及其親本在弱光脅迫下生理指標的變化，初步闡明玉米對弱光脅迫響應的生理機制，為國內(nèi)玉米高產(chǎn)抗逆品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料供試材料為華南師范大學生命科學學院和連州市東籬種養(yǎng)實業(yè)有限公司共同選育的新品種粵903（Y903）及其母本斐96（F96）和父本斐35（F35）。

1.2 試驗設計試驗于2018年4-11月在華南師范大學生物園進行。采用盆栽，每盆裝風干土1.5kg，pH值5.9，沙子和有機營養(yǎng)土1∶1混合，有機質(zhì)含量≥14%，其他成分（珍珠巖1.5g/kg、蛭石1.5g/kg、木纖維1.0g/kg、草炭3.5g/kg、椰糠3.5g/kg）≥1%。種子經(jīng)篩選、消毒、浸泡等預處理后播種，每盆施0.5g離子能聚合緩釋復合肥作為基肥。播種前澆透水，出芽后每天澆水20～50mL。試驗采用二因素裂區(qū)設計，主因素為光照，設自然光、遮光2個處理，副區(qū)因素為粵903（Y903）及其母本（F96）、父本（F35），3次重復。從玉米第2片葉展開時作遮光處理，每個處理3盆，每盆9株，重復3次，第6片葉展開時結(jié)束，以自然光照為對照處理（CK）。遮光處理用蓋有黑色遮陰網(wǎng)的遮陰棚（遮光率約為80%），棚內(nèi)四周通風良好。

1.3 指標測定玉米幼苗第6片葉展開時，用02002打孔器從各處理取生長一致的第2片展開葉，各取10個圓片，用意大利哈納-EC215臺式電導率儀[4]測定相對電導率。玉米幼苗第6片葉展開時，取各處理生長一致的第2片展開葉0.5g，分別測定如下指標：采用茚三酮-磺基水楊酸法[5]測定脯氨酸含量；TBA（硫代巴比妥酸）顯色法[4]測定丙二醛（MAD）含量；愈創(chuàng)木酚法[5]測定POD酶活性；氮藍四唑光還原法[5]測定SOD酶活性；紫外吸收法[4-6]測定CAT酶活性。

1.4 數(shù)據(jù)處理使用Microsoft Excel 2016、Sigma Plot 12.0和SPSS 22.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 弱光脅迫對相對電導率的影響從圖1可以看出，在自然光照（CK）條件下，不同基因型玉米的相對電導率存在差異，表現(xiàn)為：母本（F96）＞粵903（Y903）＞父本（F35）。遮光處理后，父本（F35）相對電導率與CK相比差異不顯著；母本（F96）、粵903（Y903）的相對電導率均比CK顯著增加，分別升高了18.7%、16.3%。

圖1 遮光處理對不同玉米品種相對電導率的影響

2.2 弱光脅迫對滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響從圖2可以看出，在自然光照（CK）條件下，父本（F35）脯氨酸含量最低，為5.69μg/g·FW，母本（F96）與粵903（Y903）分別為8.16μg/g·FW、8.58μg/g·FW，差異不顯著。遮光處理使不同基因型玉米脯氨酸含量均顯著升高，其中粵903（Y903）增加最多，比CK增加了11.01μg/g·FW，其次是父本（F35），母本（F96）增加最少，分別增加了7.52μg/g·FW、4.07μg/g·FW。

圖2 遮光處理對不同玉米品種脯氨酸含量的影響

2.3 弱光脅迫對膜質(zhì)過氧化產(chǎn)物的影響從圖3可以看出，自然光照（CK）條件下，父本（F35）丙二醛含量最高，為0.011μmol/g·FW，母本（F96）和粵903（Y903）均為0.008μmol/g·FW，差異不顯著。遮光處理后，母本（F96）丙二醛含量最高，為0.012μmol/g·FW，與CK相比顯著升高，增加了50%；而父本（F35）和粵903（Y903）與CK相比差異不顯著。

圖3 遮光處理對不同玉米品種丙二醛含量的影響

2.4 弱光脅迫對POD酶活性的影響從圖4可以看出，在自然光照（CK）條件下，父本（F35）POD酶活性最低，為32.13U/g·FW，粵903（Y903）和母本（F96）分別為52.16U/g·FW、48.38U/g·FW，差異不顯著。遮光處理后，三者的POD酶活性與CK相比均顯著升高，且父本（F35）顯著高于母本（F96）、粵903（Y903），母本（F96）和粵903（Y903）之間差異不顯著。

圖4 遮光處理對不同玉米品種POD酶活性的影響

2.5 弱光脅迫對SOD酶活性的影響從圖5可以看出，不同基因型玉米在自然光照（CK）條件下，粵903（Y903）和母本（F96）的SOD酶活性分別為501.71U/g·FW、442.12U/g·FW，差異不顯著，而父本的活性最高，為560.23U/g·FW。遮光處理后，三者的SOD酶活性較CK均顯著增加，且父本（F35）顯著高于母本（F96）、粵903（Y903），母本（F96）和粵903（Y903）之間差異不顯著。

圖5 遮光處理對不同玉米品種SOD酶活性的影響

2.6 弱光脅迫對CAT酶活性的影響從圖6可以看出，自然光照（CK）條件下，3種基因型玉米的CAT酶活性與SOD酶活性表現(xiàn)一致，父本（F35）最高，為8.40U/g·FW，其次為粵903（Y903），母本（F96）最低，分別為6.60 U/g·FW、5.40 U/g·FW。遮光處理后，三者的CAT酶活性均較CK顯著升高，且父本（F35）、粵903（Y903）顯著高于母本（F96），父本（F35）與粵903（Y903）之間差異不顯著。

圖6 遮光處理對不同玉米品種CAT酶活性的影響

3 討論

當植物受到弱光脅迫時，代謝平衡失調(diào)，引起膜脂過氧化作用，產(chǎn)生大量丙二醛與酶蛋白發(fā)生鏈式聚合反應，使膜系統(tǒng)遭到破壞喪失功能[7-8]，細胞內(nèi)的電解質(zhì)外滲[9]，以致植物葉片浸出液的相對電導率升高。本研究發(fā)現(xiàn)，遮光處理后粵903（Y903）及母本（F96）的相對電導率較CK顯著增加，而父本（F35）變化不顯著，其中粵903（Y903）的相對電導率居兩親本之間。弱光脅迫使母本（F96）葉片中的丙二醛含量較CK增加50%，這與丁夢秋等[10]關于弱光脅迫對甜玉米葉片積累MAD的影響研究結(jié)果一致，而粵903（Y903）和父本（F35）的丙二醛含量較CK沒有顯著變化，且粵903（Y903）的丙二醛含量最低。根據(jù)Zhan等[11]的研究，玉米葉片內(nèi)丙二醛越少抵抗逆境迫害的能力越強，說明粵903（Y903）能及時清除有害物質(zhì)丙二醛，抗質(zhì)膜過氧化能力比親本強。

植物可以通過滲透調(diào)節(jié)作用來緩解脅迫帶來的傷害，脯氨酸是典型的滲透性調(diào)節(jié)物質(zhì)，能降低植物細胞水勢，維持細胞膜的完整性[12]；同時植物也可以通過激活抗氧化酶SOD、CAT、POD防御活性氧對細胞膜系統(tǒng)的傷害[13]，保護植物生理活性。本研究發(fā)現(xiàn)，弱光條件下3個品種的抗氧化酶活性均升高，其中粵903（Y903）的POD、SOD酶活性顯著低于父本（F35），與母本（F96）差異不顯著，CAT酶活性顯著高于母本（F96），與父本（F35）差異不顯著，粵903（Y903）在弱光條件下脯氨酸含量顯著高于親本。因此，粵903（Y903）的抗氧化酶防制能力遺傳了親本，而滲透調(diào)節(jié)、抗質(zhì)膜過氧化能力比親本強，能有效減小逆境造成的傷害。