鹽脅迫下玉米自交系幾個生理指標(biāo)的變化

朱永興　郭生虎　關(guān)雅靜

摘要 [目的]了解玉米鹽脅迫后其體內(nèi)的生理機(jī)制變化。[方法]對4個玉米自交系（S145、S295、S377、B73）鹽脅迫后的生理指標(biāo)變化進(jìn)行研究。[結(jié)果]鹽脅迫后，4份材料的脯氨酸含量、脯氨酸累積量、丙二醛含量、丙二醛累積量都有明顯變化;其中，S295在鹽脅迫后，其地上、地下部分脯氨酸含量明顯升高，且其脯氨酸在鹽脅迫前后的累積量最高，丙二醛含量沒有明顯變化;其次是S145，其地上部分在鹽脅迫后脯氨酸含量也表現(xiàn)出明顯的上升，但其地下部分脯氨酸含量無明顯變化，丙二醛含量及累積量在鹽脅迫前后無明顯變化;而S377、B73在鹽脅迫前后脯氨酸含量及累積量較低。鹽脅迫后，玉米自交系S295、S145積累了較多的脯氨酸，具有較強(qiáng)的耐鹽性，而S377、B73脯氨酸的積累量較少，耐鹽性相對較弱。[結(jié)論]該研究可為今后玉米耐鹽品種的選育提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 玉米;鹽脅迫;脯氨酸;丙二醛

中圖分類號 S 513文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）23-0048-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.23.011

Changes of Several Physiological Indexes of Maize Inbred Lines under Salt Stress

ZHU Yong-xing，GUO Sheng-hu，GUAN Ya-jing

（Research Center of Agro-biotechnology，Ningxia Academy of Agricultural Sciences，Yinchuan，Ningxia 750002）

Abstract [Objective]In order to understand the physiological mechanism changes of maize after salt stress.[Method]The changes of physiological indexes of four maize inbred lines （S145，S295，S377，B73） after salt stress were studied.[Result]After salt stress，the proline content，proline accumulation，malondialdehyde content and malondialdehyde accumulation of the four materials had obvious changes; among them，the proline content in the above-ground and underground parts of S295 increased significantly after salt stress，and the proline accumulation was the highest before and after salt stress，but the malondialdehyde content was not.The content of proline in the aboveg-round part of S145 increased significantly after salt stress，but the content of proline in the underground part did not change significantly，and the content and accumulation of malondialdehyde did not change significantly before and after salt stress，while the content and accumulation of proline in S377 and B73 were the lower before and after salt stress.After salt stress，maize inbred lines S295 and S145 accumulated more proline and had stronger salt tolerance，while S377 and B73 had less accumulation of proline and relatively weak salt tolerance.[Conclusion]The research can provide a theoretical basis for the selection of maize salt-tolerant varieties in the future.

Key words Zea mays L.;Salt stress;Proline;Malondialdehyde

土壤鹽漬化及次生鹽漬化問題已成為世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的主要問題。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球鹽漬化土地面積約9.54億hm2，亞洲約為3.99億 hm2，而我國鹽漬化土壤面積約為0.35 億hm2 [1]。目前，土地鹽堿化已成為日益嚴(yán)重的環(huán)境問題之一，也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨的重要問題[2]。開發(fā)利用鹽堿荒地是解決這一問題最主要的方法，而篩選及培育耐鹽植物是解決這一問題的最關(guān)鍵途徑。

玉米（Zea mays L.）作為我國第一大作物，主要是因其生物量大，但其耐鹽堿性相對較差，屬于中度鹽敏感作物。當(dāng)土壤中全鹽含量達(dá)到0.3%時，玉米的生長發(fā)育就會受到抑制;當(dāng)土壤中全鹽含量超過0.4%時，玉米的生長發(fā)育就會受到較大影響，造成玉米減產(chǎn)甚至顆粒無收。由于不同玉米自交系的遺傳背景有較大差異，其耐鹽堿性差異也很大。因此，選育耐鹽玉米種質(zhì)，對于提高玉米產(chǎn)量、促進(jìn)玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展以及開發(fā)利用鹽堿荒地都具有重要意義。

有研究表明，在鹽脅迫下，植物體內(nèi)的脯氨酸及丙二醛含量會發(fā)生明顯的變化，這是植物應(yīng)對鹽逆境的直接反應(yīng)。束良佐等[3]研究指出，在鹽脅迫條件下，通過分析植物葉片中丙二醛的含量可以判定植物對鹽逆境的反應(yīng)。張云起等[4-7]對鹽脅迫下旋覆花、西瓜、皂角等多項生理指標(biāo)進(jìn)行測定，結(jié)果顯示，鹽脅迫下植物葉片中的脯氨酸含量明顯增加，當(dāng)鹽害程度逐漸增大時，葉片中的脯氨酸含量也隨之增大。為研究鹽脅迫下玉米的耐鹽機(jī)制，筆者以4份玉米自交系為研究對象，在鹽脅迫下研究其生理指標(biāo)變化，初步預(yù)測其耐鹽機(jī)理，為今后進(jìn)一步了解其內(nèi)在機(jī)制提供幫助。

1 材料與方法

1.1 材料 所用玉米自交系均為該實驗室保存，挑選籽粒飽滿、大小均勻種子用于該試驗的后續(xù)操作。

1.2 方法 挑選籽粒飽滿的玉米自交系S145、S295、S377、B73的種子，用蒸餾水浸泡1 d后播種于裝滿營養(yǎng)土（草炭土和蛭石3∶1）的營養(yǎng)缽中（高12 cm、口徑12 cm），每個材料種植6盆，其中3盆澆水作為對照，另外3盆澆灌200 mmol/L NaCl進(jìn)行脅迫處理，置于光照強(qiáng)度3 000～5 000 lx、光照時間16 h/8 h、溫度20～25 ℃條件下進(jìn)行種子萌發(fā)。14 d后選取長勢一致的材料，取其地上、地下部分進(jìn)行脯氨酸含量、丙二醛含量的測定，3次重復(fù)。

1.3 測定方法 脯氨酸含量、丙二醛含量的測定嚴(yán)格按照南京建成生物工程研究所的脯氨酸、丙二醛試劑盒的測定方法進(jìn)行。

1.4 數(shù)據(jù)分析 各樣本脯氨酸含量、丙二醛含量之間的相關(guān)性運用DPS 7.05軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫下玉米自交系地上部分脯氨酸含量的變化 圖1顯示，鹽脅迫后，與對照相比，4份自交系地上部分脯氨酸含量急劇上升;其中，S295鹽脅迫后地上部分脯氨酸含量最高，其次是S145和S377。S295鹽脅迫后地上部分的脯氨酸含量與S145、S377的地上部分脯氨酸含量呈顯著差異，S145、S377、B73鹽脅迫后地上部分的脯氨酸含量差異不顯著。說明鹽脅迫后S295、S145的地上部分脯氨酸含量明顯升高，具有較強(qiáng)的耐鹽性，而S377、B73相對較弱。

2.2 鹽脅迫下玉米自交系地下部分脯氨酸含量的變化 圖2顯示，鹽脅迫后，與對照相比，4份玉米自交系地下部分的脯氨酸含量急劇上升;其中，S295鹽脅迫后地下部分的脯氨酸含量最高，其次是S377和B73。S295鹽脅迫后地下部分的脯氨酸含量與S377、B73的地下部分脯氨酸含量呈差異顯著，S377、B73鹽脅迫后地下部分的脯氨酸含量間差異不顯著。說明S295地下部分在鹽脅迫后積累較多的脯氨酸，具有較強(qiáng)的耐鹽性，S377、B73耐鹽性相對較弱，S145地下部分脯氨酸含量幾乎沒有變化，推測其響應(yīng)鹽脅迫的機(jī)理有所不同。

2.3 鹽脅迫下玉米自交系地上、地下部分脯氨酸累積量的變化 圖3顯示，鹽脅迫后，4份玉米自交系地上、地下部分的脯氨酸累積量都有升高，其中，S295的地上、地下部分的脯氨酸累積量最高，其次是S377、S145。說明S295在鹽脅迫后地上、地下部分都積累了較多的脯氨酸，具有較強(qiáng)的耐鹽性，S377的耐鹽性次之，而S145、B73耐鹽性較弱。

2.4 鹽脅迫下玉米自交系地上部分丙二醛含量的變化 圖4表明，鹽脅迫后，與對照相比，4份玉米自交系地上部分的丙二醛含量都升高;其中，S145中的丙二醛含量最高，其次是S295，B73最低。S145、S295鹽脅迫后地上部分的丙二醛含量與S377的地上部分的丙二醛含量呈差異顯著，S295、B73鹽脅迫后地上部分的丙二醛含量差異不顯著。說明S145地上部分的細(xì)胞膜損傷最嚴(yán)重，其次是S295、B73，S377地上部分細(xì)胞膜損傷最小。

2.5 鹽脅迫下玉米自交系地下部分丙二醛含量的變化 圖5表明，鹽脅迫后，與對照相比，S145、S295、S377地下部分丙二醛含量升高，而B73地下部分丙二醛含量稍有下降。其中，S295鹽脅迫后地下部分的丙二醛含量最高，其次是B73、S145。S295鹽脅迫后地下部分的丙二醛含量與S145、S377、B73地下部分的丙二醛含量差異顯著，S145、S377、B73鹽脅迫后地下部分的丙二醛含量間差異不顯著。說明S295地下部分細(xì)胞膜損傷最嚴(yán)重，損傷最小的是S377。

2.6 鹽脅迫下玉米自交系地上、地下部分丙二醛累積量的變化 圖6表明，鹽脅迫后，與對照相比，4份玉米自交系地上、地下部分中丙二醛累積量都表現(xiàn)出較大差異;S145、S377中丙二醛累積量地上部分高于其地下部分，且S145高于S377;S295、B73中丙二醛累積量地下部分高于地上部分，且S295高于B73。S145地上部分丙二醛累積量與S377、B73間差異顯著，而S377與B73地上部分丙二醛累積量差異不顯著。說明地上部分細(xì)胞膜損傷最嚴(yán)重的是S145，地下部分損傷最嚴(yán)重的是S295，而S377地上、地下部分細(xì)胞膜損傷最小。

3 討論

當(dāng)植物遭受鹽脅迫后，會面臨2個階段的生理挑戰(zhàn)，即滲透調(diào)節(jié)及離子毒害，鹽脅迫下，植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累，從而在沒有改變水分含量的基礎(chǔ)上降低水勢[8]，脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。正常生長條件下，脯氨酸含量在植物體內(nèi)的含量極低，但在鹽脅迫條件下，脯氨酸含量會顯著提高，這主要是植物為了應(yīng)對鹽脅迫而自我調(diào)節(jié)產(chǎn)生的一種保護(hù)方式，保護(hù)生理代謝過程中酶和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)免受逆境傷害。該研究表明，在鹽脅迫后，S295地上、地下部分脯氨酸含量急劇上升，與其他3個玉米自交系相比，表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢，且其地上、地下部分脯氨酸累積量最高，說明S295在鹽脅迫下需要積累更多的脯氨酸來減少鹽逆境對自身的傷害，這與商學(xué)芳等[9-10]的研究結(jié)果基本一致。鹽脅迫后，S145的地上部分脯氨酸含量也呈上升趨勢，但其地下部分在鹽脅迫后脯氨酸含量幾乎沒有增加，而丙二醛含量與其他幾個材料沒有明顯差異，推測S145的耐鹽機(jī)制可能與S295不同。

丙二醛含量是植物細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度的體現(xiàn)，丙二醛含量高，說明植物細(xì)胞膜質(zhì)過氧化程度高，細(xì)胞膜受到的傷害嚴(yán)重。該研究表明，鹽脅迫后，與對照相比，4份自交系地上、地下部分丙二醛累積量都表現(xiàn)出較大差異;S145、S377丙二醛累積量地上部分高于其地下部分，且S145高于S377;S295、B73丙二醛累積量地下部分高于地上部分，且S295高于B73。說明地上部分細(xì)胞膜損傷最嚴(yán)重的是S145，地下部分損傷最嚴(yán)重的是S295，而S377、B73地上、地下部分細(xì)胞膜損傷較小。該研究表明，在鹽脅迫后玉米各自交系丙二醛的含量明顯上升，其中S295最為明顯，這與付艷等[11]的研究結(jié)果基本一致。

玉米的耐鹽機(jī)制比較復(fù)雜，而每個玉米自交系在鹽脅迫下其生理反應(yīng)也比較復(fù)雜，存在多種代謝途徑，對鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制也存在較大差異。因此，該研究的幾個自交系應(yīng)對鹽脅迫的生理響應(yīng)機(jī)制各有不同，可能都存在不同的耐鹽特性，要深入了解其耐鹽機(jī)理以及生理響應(yīng)，還需進(jìn)行大量的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]楊真，王寶山.中國鹽漬土資源現(xiàn)狀及改良利用對策[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，47（4）：125-130.

[2] MAHAJAN S，TUTEJA N.Cold，salinity and drought stresses：An overview[J].Arch Biochem Biophys，2005，444（2）：139-158.

[3] 束良佐，劉英慧.硅對鹽脅迫下玉米幼苗葉片膜脂過氧化和保護(hù)系統(tǒng)的影響[J].廈門大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2001，40（6）：1295-1300.

[4] 張云起，劉世琦，楊鳳娟，等.耐鹽西瓜砧木篩選及其耐鹽機(jī)理的研究[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2003，12（4）：105-108.

[5] 楊樹軍，張柏習(xí)，張學(xué)利.美國皂角不同種源耐鹽堿評價與篩選[J].防護(hù)林科技，2008（2）：7-8，14.

[6] 李永進(jìn)，劉玉艷.鹽脅迫對旋覆花幼苗生長和生理指標(biāo)的影響[J].分子植物育種，2017，15（8）：3261-3266.

[7] 武春霞，吳海燕，朱文碧，等.鹽生植物在不同鹽堿土壤中的生理反應(yīng)及耐鹽性[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（20）：8450-8542.

[8] MUNNS R，TESTER M.Mechanisms of salinity tolerance[J].Annual review of plant biology，2008，59：651-681.

[9] 商學(xué)芳.不同基因型玉米對鹽脅迫的敏感性及耐鹽機(jī)理研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2007.

[10] 湯華，柳曉磊.鹽脅迫下玉米苗期農(nóng)藝性狀和脯氨酸含量變化的研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報，2007，23（3）：244-249.

[11] 付艷，高樹仁，楊克軍，等.鹽脅迫對玉米耐鹽系與鹽敏感系苗期幾個生理生化指標(biāo)的影響[J].植物生理學(xué)報，2011，47（5）：459-462.

基金項目 寧夏農(nóng)林科學(xué)院對外合作項目和先導(dǎo)基金項目（DWHZC 2017001）;寧夏農(nóng)林科學(xué)院創(chuàng)新團(tuán)隊項目 （NKYG-18-06）。

作者簡介 朱永興（1979—），男，寧夏靈武人，副研究員，從事玉米抗逆機(jī)理方面研究。*通信作者，副研究員，從事玉米分子育種研究。

收稿日期 2019-09-16;修回日期 2019-10-08