水分脅迫對(duì)春播糧飼玉米苗期生理特性的影響

宋桂云，蘇雅樂(lè)，苑秀蓮，劉 杰，趙清華，玉 蘭，王 旭

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028042；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟扎賚特旗農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督管理站，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 137600；3.內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟科右中旗農(nóng)畜產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督管理站，內(nèi)蒙古 烏蘭浩特 029400；4.內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟扎賚特旗產(chǎn)品質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)所，內(nèi)蒙古烏蘭浩特 137600；5.通遼國(guó)家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)發(fā)展服務(wù)中心，內(nèi)蒙古 通遼 028000）

近年來(lái)，玉米在中國(guó)的播種面積和總產(chǎn)量超過(guò)水稻和小麥，在干旱半干旱區(qū)，水分已經(jīng)成為制約玉米生產(chǎn)的最重要生態(tài)因子［1］，由于水分脅迫導(dǎo)致的減產(chǎn)超過(guò)其他因素造成減產(chǎn)的總和［2-4］.近年來(lái)，我國(guó)東北春玉米區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)春旱，素有“十年九旱”之說(shuō)，目前季節(jié)性干旱已經(jīng)成為制約我國(guó)玉米生長(zhǎng)的最主要的自然逆境因素［5-8］.當(dāng)玉米在播種期遭受干旱后，出苗率大幅下降，導(dǎo)致缺苗斷壟，影響幼苗的生長(zhǎng)以及果穗的發(fā)育，進(jìn)而影響產(chǎn)量形成［9］.葛體達(dá)等［10］指出長(zhǎng)期水分脅迫下，超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）活性均在夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育前中期顯著升高而后期下降，MDA 含量隨著水分脅迫程度加劇增加，脯氨酸含量成倍增加.齊健等［11］在玉米幼苗（四葉一心）時(shí)進(jìn)行中度干旱脅迫的試驗(yàn)表明，中度干旱脅迫使玉米根系和地上部的生物量降低，根冠比增大，根系活力增強(qiáng)；根系和葉片中的游離脯氨酸含量升高.郭相平、趙先麗等指出干旱脅迫下，玉米生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，株高降低，莖粗變細(xì)，根系和地上部的生物量降低，葉片光合面積減小，根冠比增大［13-14］.

干旱作為一種主要的非生物脅迫因子，限制農(nóng)作物的生長(zhǎng)，因此，研究水分脅迫對(duì)糧飼玉米生理特性的影響，可為春播糧飼玉米的高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù).

1 材料及方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本試驗(yàn)于2018年在內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)田的遮雨棚內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)田位于東經(jīng)122.23°，北緯43.35°，該地區(qū)海拔為178.5 m，年平均氣溫5.9 ℃，≥10 ℃的年積溫約為3 201 ℃.試驗(yàn)田土壤為灰色草甸土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為16.2 g/kg，堿解氮為64.1 mg/kg，速效磷為34.2 mg/kg，速效鉀為149.7 mg/kg，土壤pH為8.4.

1.2 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

供試玉米品種為農(nóng)華315，選用20 cm（直徑）×25 cm（高）的白色塑料盆，試驗(yàn)設(shè)3個(gè)處理：以正常供水為對(duì)照，對(duì)照土壤含水量控制為田間持水量的70%左右（CK），中度脅迫水分含量為田間持水量的50%（W1）；重度脅迫水分含量為田間持水量為的30%（W2），每個(gè)處理3次重復(fù).2018年5月20日播種，每盆播4粒種子.待幼苗長(zhǎng)至三葉一心時(shí)開(kāi)始水分脅迫處理，用稱重法測(cè)量各處理土壤含水量，控制不同處理土壤水分條件恒定.處理后每天于8：00 稱重，補(bǔ)充失去的水分，使各處理保持設(shè)定的土壤含水量.土壤含水量達(dá)到設(shè)定值后持續(xù)處理7 d，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗測(cè)定葉綠素含量、丙二醛、可溶性蛋白質(zhì)及根系活力等指標(biāo).

1.3 測(cè)試方法

土壤有機(jī)質(zhì)的測(cè)定采用重鉻酸鉀-外加熱法；pH值的測(cè)定采用電位法；土壤堿解氮的測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；土壤速效磷的測(cè)定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測(cè)定采用1 mol/L中性NH4OAC浸提-火焰光度法［15］.

葉綠素a和葉綠素b含量的測(cè)定采用比色法，根系活力的測(cè)定采用甲烯藍(lán)法，丙二醛的測(cè)定采用用硫代巴比妥酸法，可溶性蛋白質(zhì)含量的測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)法［16］.

1.4 數(shù)據(jù)分析

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel2003和DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 水分處理對(duì)玉米幼苗葉綠素含量的影響

葉綠素含量高低影響植物的光合作用，進(jìn)而影響植物干物質(zhì)積累和產(chǎn)量的形成.圖1為水分脅迫對(duì)糧飼玉米葉綠素含量的影響.從圖中可以看出，水分脅迫處理葉綠素a和葉綠素b含量均低于對(duì)照，CK處理葉綠素a 和葉綠素b 含量比W1 處理分別高1.74%和9.43%，比W2處理分別高20.65%和39.76%，由此可知水分脅迫對(duì)葉綠素b影響較大，重度水分脅迫使葉綠素a和葉綠素b下降幅度較大.葉綠素a含量W1處理和W2處理之間差異顯著，其它處理之間差異不明顯.

2.2 水分脅迫對(duì)糧飼玉米幼苗丙二醛和可溶性蛋白質(zhì)含量的影響

由圖2（a）可知，隨著水分脅迫加重，丙二醛的含量增加，表明水分脅迫導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化，使葉片受到傷害程度增加，產(chǎn)生的過(guò)氧化物增多.與CK相比，W1提高了17.68%，W2提高了64.64%.W2與W1和CK之間差異達(dá)到顯著水平，其它處理之間差異不大.

可溶蛋白質(zhì)是植物細(xì)胞內(nèi)一種滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，植物在缺水環(huán)境中為了更好生長(zhǎng)，其體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)會(huì)積極響應(yīng)提高細(xì)胞滲透勢(shì)，以利于植物從外界吸收水分，從圖2（b）可以看出W1和W2分別比CK高0.37%和0.56%.CK、W1和W2處理之間差異不顯著.

2.3 水分處理對(duì)玉米幼苗根系活力的影響

由表1可知，中度水分脅迫提高了根系總吸收面積和活躍吸收面積，但重度水分脅迫卻使根系總吸收面積和活躍吸收面積減少，說(shuō)明適度的水分脅迫有利于根系的生長(zhǎng).與CK相比，W1處理根系總吸收面積和活躍吸收面積分別增加1.46 m2和0.64 m2，W2處理分別降低0.16 m2和0.09 m2.其中，根系總吸收面積W1 處理和CK、W2 處理之間差異達(dá)到顯著水平，根系活躍吸收面積CK、W1 和W2 處理之間達(dá)到顯著水平.水分脅迫降低了根系活躍吸收面積比和比表面積，CK 處理比W1 處理根系活躍吸收面積比提高了0.45%，比W2處理增加了0.47%；CK處理比W1處理比表面積提高了0.63%，比W2處理增加了1.27%.根系活躍吸收面積比和根系比表面積CK、W1與W2處理之間差異不顯著.

表1 水分脅迫對(duì)糧飼玉米幼苗根系活力的影響Tab.1 Effect of water stress on root activity in seedlings of dual-purpose maize

3 結(jié)論與討論

近年來(lái)，東北春玉米區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)春旱，對(duì)玉米生產(chǎn)造成很大影響.研究指出，植物在受到逆境傷害時(shí)，其體內(nèi)發(fā)生一系列的生理生化反應(yīng)來(lái)消除或降低外界環(huán)境對(duì)其傷害［17-18］.可通過(guò)測(cè)定植物在逆境條件下的葉綠素含量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)（Pro）、膜脂過(guò)氧化的程度（MDA）、根系活力等指標(biāo)的變化來(lái)衡量植物受到傷害程度［19］.MDA是直接反映植物受傷害程度大小的指標(biāo)，含量高表明受到傷害程度大，含量低表明受到傷害程度小.本試驗(yàn)結(jié)果表明，糧飼玉米在受到水分脅迫時(shí)，葉綠素含量下降，MDA含量和可溶性蛋白質(zhì)含量上升，其中MDA 含量增幅在17.68%-64.64%之間，可溶性蛋白質(zhì)含量增幅在0.37%-0.56%之間.說(shuō)明該品種在水分重度脅迫情況下，受到傷害程度較大.

丁端峰指出，適當(dāng)?shù)乃置{迫可以促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，提高根冠比［20］.本研究結(jié)果表明，中度水分脅迫促進(jìn)了根系生長(zhǎng)，提高了根系總吸收面積和活躍吸收面積.與CK相比，W1處理根系總吸收面積和活躍吸收面積分別提高了91.82%和81.01%，而重度水分脅迫使根系總吸收面積和活躍吸收面積減少，該研究結(jié)果與前人研究結(jié)果一致.