PEG模擬干旱脅迫對(duì)不同抗旱性玉米品種苗期形態(tài)與生理特性的影響

楊 娟 姜陽(yáng)明 周 芳 張 軍 羅海登 田山君

（1貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，550025，貴州貴陽(yáng)；2海南大學(xué)熱帶作物學(xué)院，570228，海南?？?；3貴州醫(yī)科大學(xué)藥用植物功效與利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，550014，貴州貴陽(yáng)）

對(duì)植物而言，水是占比最大的細(xì)胞組分。水分虧缺對(duì)植物的直接影響有水勢(shì)降低、葉片脫水和液壓阻力等方面，并由此引發(fā)細(xì)胞膨壓降低、氣孔關(guān)閉、光合下降、碳分配改變、活性氧增加、膜與蛋白失穩(wěn)及離子毒性積累等多種次級(jí)現(xiàn)象。玉米（Zea mays L.）是重要的糧飼經(jīng)作物，在其生育進(jìn)程中往往遭遇干旱而導(dǎo)致減產(chǎn)和降質(zhì)[1-2]。為開發(fā)在干旱逆境下具有強(qiáng)耐受性的作物，前人對(duì)玉米響應(yīng)干旱脅迫的機(jī)制進(jìn)行了大量研究。如干旱脅迫會(huì)導(dǎo)致玉米葉片內(nèi)自由基大量產(chǎn)生和積累，從而引發(fā)膜脂過(guò)氧化作用，細(xì)胞膜穩(wěn)定性下降[3-5]。干旱也是導(dǎo)致植物光合能力降低的重要因素，直接影響光合機(jī)構(gòu)中葉綠體的結(jié)構(gòu)以及葉綠素含量，從而使光合作用減弱[6-8]。水分虧缺對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)分裂和增大都有明顯的抑制作用，前人研究結(jié)果表明干旱會(huì)使玉米的株高、葉面積以及干物重的增長(zhǎng)受到顯著抑制[9]。玉米響應(yīng)干旱脅迫的機(jī)理之一就是迅速積累脫落酸（ABA），關(guān)閉氣孔，降低蒸騰，減少或避免旱害損傷[9-10]。滲透調(diào)節(jié)是玉米適應(yīng)干旱的另一種重要方式，胞內(nèi)溶質(zhì)主動(dòng)積累，能調(diào)節(jié)并維持一定的細(xì)胞膨壓，防止細(xì)胞脫水，從而保證各項(xiàng)生理過(guò)程能正常進(jìn)行[11-13]。在干旱初期，玉米葉片的超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）活性會(huì)升高，能有效清除一定量的活性氧，避免膜脂過(guò)氧化[14]。

前人研究表明，玉米因干旱脅迫的強(qiáng)度不同，遭遇旱災(zāi)的生育時(shí)期不同，存在不同的響應(yīng)機(jī)制。玉米苗期干旱脅迫4d后處理組的表觀形態(tài)較之對(duì)照組差異顯著，對(duì)脅迫3～5d的葉片進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，ZmGA2ox類基因在此期間發(fā)生顯著變化[15-16]。岳桂東[17]對(duì)玉米抽雄開花期水分脅迫后第1天和第7天葉片中基因表達(dá)譜分析后發(fā)現(xiàn)，分別有195和1 008個(gè)基因呈現(xiàn)差異表達(dá)。玉米因品種特性，對(duì)干旱的響應(yīng)能力也存在差異?？购敌詮?qiáng)的品種在水分虧缺環(huán)境中往往表現(xiàn)出根冠比較大、葉片保水力較強(qiáng)和保護(hù)酶含量較高等特性，而抗旱性弱的品種則表現(xiàn)出離體葉片失水速率較大、細(xì)胞膜穩(wěn)定性較差和膜脂過(guò)氧化物含量較高等特點(diǎn)[18-21]。目前，針對(duì)玉米干旱響應(yīng)機(jī)制的研究已經(jīng)有不少報(bào)道，其中供試材料雖存在種間區(qū)別，但抗旱性差異卻常缺乏顯著性支撐；其中同一品種在不同生育階段抵御干旱的能力也可能存在差別；且在類似研究中，缺乏對(duì)形態(tài)指標(biāo)，如苗高、根長(zhǎng)和葉面積等的逆境動(dòng)態(tài)學(xué)分析[22]，所以選擇抗旱性有顯著差異的品種，在脅迫后的多個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行形態(tài)與細(xì)胞層面的關(guān)聯(lián)分析，對(duì)深入探討玉米的抗旱性機(jī)理顯然更為有效。

在本試驗(yàn)選擇的2個(gè)供試品種中，成單30在抗倒伏、抗病和產(chǎn)量等方面均有優(yōu)良表現(xiàn)[23]，前期針對(duì)苗期（四葉一心）的研究表明，成單30表現(xiàn)出強(qiáng)抗旱性[22]。金玉306具有高耐密植和商品性好等特點(diǎn)[24-25]。在種子萌發(fā)期的干旱模擬試驗(yàn)中，金玉306在5個(gè)脅迫強(qiáng)度下均表現(xiàn)為不抗旱，而成單30表現(xiàn)為強(qiáng)抗旱[26]?；谶@些結(jié)論，本試驗(yàn)以成單30（強(qiáng)抗旱型）和金玉306（干旱敏感型）為材料，通過(guò)聚乙二醇（PEG-6000）模擬干旱逆境，分析四葉一心期水分虧缺及持續(xù)時(shí)間對(duì)玉米形態(tài)及生理特性的影響，探討玉米苗期的抗旱機(jī)理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于貴州省貴陽(yáng)市貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院教學(xué)試驗(yàn)基地大棚內(nèi)，地理坐標(biāo) 26°25′N，106°40′E，屬亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫15.3℃，試驗(yàn)時(shí)間為2017年3-4月。

1.2 試驗(yàn)材料

生產(chǎn)中大面積應(yīng)用的玉米品種成單30（強(qiáng)抗旱型）和金玉306（干旱敏感型）。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用盆栽方式，花盆最大直徑26cm，最小直徑20cm，高20cm。培養(yǎng)基質(zhì)為蛭石與珍珠巖（2∶1），每盆施復(fù)合肥10g，與基質(zhì)混合均勻后裝盆，基質(zhì)與盆口平齊。澆透蒸餾水后播種，出苗后間苗，每盆保留健康幼苗10株，置于大棚內(nèi)培養(yǎng)。從播種至取樣期間，除處理要求外，不再進(jìn)行澆灌措施，其余管理技術(shù)同普通大棚生產(chǎn)。本試驗(yàn)為三因素隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，3次重復(fù)（播種3盆）。A因素為2個(gè)品種，B因素為PEG-6000濃度，C因素為脅迫時(shí)間。設(shè)置0%（CK）、10%（T1）、20%（T2）3種PEG-6000濃度，相對(duì)應(yīng)水勢(shì)分別為0、–0.2和–0.6MPa[27-28]，2個(gè)脅迫時(shí)間點(diǎn)（澆灌PEG溶液后的48和144h）。待測(cè)植株在正常澆水生長(zhǎng)至四葉一心期后進(jìn)行處理，對(duì)T1、T2處理每盆澆2L PEG-6000溶液模擬干旱脅迫，CK處理每盆澆2L蒸餾水。于澆灌溶液后的48和144h分別進(jìn)行取樣與測(cè)量。

1.4 取樣與測(cè)定方法

每盆選取具有代表性的3株植株進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)測(cè)定。用直尺測(cè)量株高；采用長(zhǎng)寬法測(cè)定葉面積；采用排水法測(cè)定根體積。地上部干重、根重和干物重：烘箱中105℃殺青后，80℃烘干至恒重，稱重；根冠比（%）=（單株根系干重/單株地上部分干重）×100。

每盆選取具有代表性的3株植株，取心葉下第一、二片葉，去除葉脈進(jìn)行細(xì)胞膜穩(wěn)定性（CMS）測(cè)定，CMS（%）=（1-浸泡12h后的電導(dǎo)率/煮沸后冷卻至室溫的電導(dǎo)率）×100。將剩余葉片及盆內(nèi)剩余4株的所有葉片均去除葉脈，剪成1cm左右的葉塊混勻用于其余生理指標(biāo)測(cè)定。用分光光度計(jì)測(cè)定葉綠素和類胡蘿卜素含量；采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛（MDA）含量；采用蒽酮比色法測(cè)定可溶性糖含量；采用考馬斯亮藍(lán)染色法測(cè)定可溶性蛋白含量；采用磺基水楊酸法測(cè)定游離脯氨酸含量；利用索萊寶酶試劑盒測(cè)定CAT、POD和SOD活性。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 25.0和Excel 2016軟件分析處理數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同強(qiáng)度干旱脅迫對(duì)玉米苗期形態(tài)指標(biāo)的影響

由表1可以看出，玉米株高在10% PEG溶液脅迫時(shí)，總體呈增大的趨勢(shì)；其中強(qiáng)抗旱品種成單30在脅迫（10% PEG）48和144h后的株高均極顯著（P＜0.01）高于CK，而敏感型品種金玉306在脅迫前期（48h）無(wú)顯著差異，后期（144h）時(shí)顯著（P＜0.05）高于CK；隨著PEG溶液濃度的增加，對(duì)抗性不同的2個(gè)玉米品種的株高產(chǎn)生不同影響，重度脅迫（20% PEG）時(shí)成單30的株高仍極顯著（P＜0.01）高于CK，而金玉306的株高在48h時(shí)與CK無(wú)顯著差異，至144h時(shí)則顯著（P＜0.05）低于CK。PEG對(duì)不同玉米品種葉面積的影響存在差異，強(qiáng)抗旱品種成單30在不同程度脅迫（10% PEG，20% PEG）下葉面積均表現(xiàn)為增大趨勢(shì)，其中輕度脅迫48和144h的葉面積均極顯著（P＜0.01）高于CK；而干旱敏感品種金玉306脅迫后的葉面積則呈現(xiàn)減小趨勢(shì)，脅迫前期（48h）差異不顯著，脅迫后期（144h）金玉306的葉面積則隨干旱程度的增加而減小，與CK差異極顯著（P＜0.01）。10% PEG濃度促進(jìn)了玉米根長(zhǎng)增加，其中強(qiáng)抗旱品種成單30在脅迫前期（10% PEG，48h）的根長(zhǎng)極顯著（P＜0.01）高于CK；隨著PEG溶液濃度的增加，強(qiáng)抗旱品種成單30根長(zhǎng)在脅迫前期（20% PEG，48h）極顯著（P＜0.01）高于CK，后期（20% PEG，144h）顯著（P＜0.05）高于CK，而干旱敏感品種金玉306的根長(zhǎng)較CK呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。干旱脅迫促進(jìn)強(qiáng)抗旱型玉米品種根體積升高，在輕度脅迫（10% PEG，48h）后，成單30根體積極顯著（P＜0.01）高于CK，增大脅迫強(qiáng)度后（20% PEG，48h），其根體積顯著（P＜0.05）高于CK，但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，根體積上升的增幅降低，脅迫144h后較CK僅增加7%。

表1 干旱脅迫下2個(gè)玉米品種的形態(tài)指標(biāo)Table 1 Morphological indicators of two maize varieties under drought stress condition

綜上所述，相對(duì)于地上部分而言，地下根系對(duì)干旱逆境的響應(yīng)更為敏感。不同抗旱性玉米品種形態(tài)學(xué)指標(biāo)適應(yīng)滲透脅迫的機(jī)制存在差異，強(qiáng)抗旱品種在PEG脅迫下加快了營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)進(jìn)程，葉面積高于CK，而干旱敏感型品種則通過(guò)減少葉面積降低蒸騰作用，減少水分散失。對(duì)根系的研究發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)抗旱品種在不同脅迫強(qiáng)度下，較CK均能保持較大的根體積；對(duì)干旱敏感品種而言，短期的干旱脅迫極顯著減小了植株根體積，但隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，處理植株的根體積逐漸恢復(fù)，甚至略高于CK，這是由于為了響應(yīng)干旱逆境，對(duì)根系的同化物及能量的分配優(yōu)先于地上部所造成的。

2.2 不同強(qiáng)度干旱脅迫對(duì)玉米苗期生物產(chǎn)量的影響

如表2所示，玉米經(jīng)10% PEG處理后的地上部干重和干物重總體上均高于CK，其中抗旱性強(qiáng)的成單30輕度脅迫前期（10% PEG，48h）的地上部干重和干物重均極顯著（P＜0.01）高于CK，脅迫后期（10% PEG，144h）的干物重極顯著（P＜0.01）高于CK，地上部干重較CK增加了18%；20% PEG處理時(shí)，抗旱性強(qiáng)的成單30脅迫前期（48h）的地上部干重與干物重較CK分別增加了10.4%和15.7%，脅迫144h后才略微下降；而干旱敏感型品種金玉306的地上部干重在脅迫前期（20% PEG，48h）就顯著（P＜0.05）低于CK，干物重極顯著（P＜0.01）低于CK。PEG對(duì)不同玉米品種根重的影響存在差異，強(qiáng)抗旱品種成單30在不同程度脅迫下的根重均表現(xiàn)為增大趨勢(shì)，其中輕度脅迫（10% PEG）48h及144h的根重均極顯著（P＜0.01）高于CK，重度脅迫前期（20% PEG，48h）的根重顯著（P＜0.05）高于CK，后期（144h）極顯著（P＜0.01）高于CK；而干旱敏感品種金玉306脅迫后的根重呈減小趨勢(shì)，2個(gè)脅迫處理48h時(shí)均極顯著（P＜0.01）低于CK，直至后期（144h）才逐漸恢復(fù)，但仍低于CK。短期脅迫時(shí)，2種PEG處理的玉米植株的根冠比整體呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)；長(zhǎng)期脅迫后，PEG模擬的滲透脅迫使玉米根冠比下降。

表2 干旱脅迫下2個(gè)玉米品種的單株生物產(chǎn)量和根冠比Table 2 Biological yields per plant of two maize varieties under drought stress condition

總體上，干旱脅迫使玉米苗期的各生物產(chǎn)量，地上部干重、根重、干物重及根冠比增加，隨干旱程度及干旱時(shí)間的增加，各項(xiàng)指標(biāo)在重度脅迫后期（144h）均低于CK，而在短期脅迫時(shí)，相同程度脅迫下較CK均能保持較高的根體積，說(shuō)明干旱逆境在短期內(nèi)對(duì)玉米生長(zhǎng)有一定促進(jìn)作用，增加了苗期植株生物量，而當(dāng)根系在土壤中長(zhǎng)期缺水時(shí)，會(huì)導(dǎo)致根系細(xì)胞內(nèi)水分的流失，細(xì)胞質(zhì)濃縮，出現(xiàn)空泡現(xiàn)象，從而造成玉米苗期在重度干旱脅迫后期生物產(chǎn)量下降。

2.3 不同強(qiáng)度干旱脅迫對(duì)玉米苗期光合色素的影響

圖1A中，PEG處理后的玉米葉綠素a/b總體呈下降趨勢(shì)，強(qiáng)抗旱品種成單30在20% PEG脅迫下表現(xiàn)為顯著（P＜0.05）下降，干旱敏感品種金玉306在48h的短期脅迫時(shí)間內(nèi)，處理植株與CK無(wú)顯著差異，但隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，20% PEG處理植株的葉綠素a/b同樣表現(xiàn)為顯著（P＜0.05）下降。如圖1B所示，PEG處理后玉米葉綠素含量總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，成單30在20% PEG脅迫下表現(xiàn)為極顯著（P＜0.01）下降，金玉306在處理48h時(shí)，處理植株與CK無(wú)顯著差異，隨脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，20% PEG處理植株的葉綠素含量同樣表現(xiàn)為極顯著（P＜0.01）下降。經(jīng)PEG處理后玉米葉片的類胡蘿卜素含量呈上升趨勢(shì)（圖1C），其中成單30在重度脅迫前期（20% PEG，48h）時(shí)的類胡蘿卜素含量顯著（P＜0.05）高于CK，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，成單30在輕度（10% PEG）與重度（20% PEG）脅迫下的類胡蘿卜素均顯著（P＜0.05）高于CK，而金玉306在脅迫前期類胡蘿卜素含量的增加不顯著，在脅迫后期才顯著（P＜0.05）高于CK。

圖1 干旱脅迫下2個(gè)玉米品種的葉綠素a/b、葉綠素含量與類胡蘿卜素含量Fig.1 Chlorophyll a/b, chlorophyll content and carotenoid content of two maize varieties under drought stress condition

綜上所述，水分虧缺會(huì)對(duì)玉米葉片細(xì)胞內(nèi)光合色素的比例及含量產(chǎn)生不同程度影響，總體表現(xiàn)為葉綠素含量下降，葉綠素a/b比值下降，類胡蘿卜素含量增加。其中類胡蘿卜素的顯著增加是玉米適應(yīng)干旱逆境的一個(gè)重要機(jī)制，類胡蘿卜素對(duì)于電子解偶聯(lián)等代謝失衡所產(chǎn)生的活性氧具有清除效應(yīng)，同時(shí)某些類胡蘿卜素還是ABA合成的前體，類胡蘿卜素的大量合成促進(jìn)ABA的迅速生成，啟動(dòng)了下游的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)以適應(yīng)逆境。

2.4 不同強(qiáng)度干旱脅迫對(duì)玉米苗期膜脂透性的影響

如圖2A中所示，不同濃度PEG處理植株在短期脅迫（48h）條件下，玉米葉片MDA含量沒有出現(xiàn)顯著變化，但隨著脅迫時(shí)間的增加，不同抗性的玉米品種MDA含量的響應(yīng)趨勢(shì)出現(xiàn)了差異，強(qiáng)抗旱品種成單30的MDA含量與清水對(duì)照沒有明顯變化，但干旱敏感品種金玉306的MDA含量表現(xiàn)出顯著性（P＜0.05）增長(zhǎng)，說(shuō)明較長(zhǎng)時(shí)間干旱脅迫后，干旱敏感品種的細(xì)胞膜過(guò)氧化程度較高。

圖2 干旱脅迫下2個(gè)玉米品種的MDA含量與細(xì)胞膜穩(wěn)定性Fig.2 MDA content and cell membrane stability of two maize varieties under drought stress condition

干旱脅迫降低了玉米葉片細(xì)胞的穩(wěn)定性（圖2B）。強(qiáng)抗旱品種在10% PEG、48h脅迫下CMS沒有明顯變化，但隨著脅迫濃度和時(shí)間的增長(zhǎng)，CMS顯著（P＜0.05）下降。對(duì)干旱敏感品種而言，短期（48h）脅迫下，細(xì)胞膜穩(wěn)定性表現(xiàn)出了顯著（P＜0.05）下降，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞膜穩(wěn)定性沒有恢復(fù)，仍然表現(xiàn)出顯著（P＜0.05）下降的趨勢(shì)，說(shuō)明干旱脅迫對(duì)膜的傷害難以通過(guò)其余適應(yīng)機(jī)制的啟動(dòng)而恢復(fù)，干旱逆境對(duì)細(xì)胞膜的失穩(wěn)影響在一定時(shí)間內(nèi)可能是不可逆的。

2.5 不同強(qiáng)度干旱脅迫對(duì)玉米苗期滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

如表3所示，干旱逆境下成單30的可溶性蛋白含量沒有表現(xiàn)出顯著變化，但是金玉306在遭受長(zhǎng)期（144h）干旱脅迫后，可溶性蛋白含量出現(xiàn)了極顯著性（P＜0.01）增長(zhǎng)。金玉306在重度脅迫（20% PEG）下，可溶性糖含量在前期（48h）顯著（P＜0.05）降低，在后期（144h）甚至出現(xiàn)極顯著（P＜0.01）降低的現(xiàn)象，但成單30的可溶性糖含量在重度脅迫（20% PEG）后較CK呈現(xiàn)出增長(zhǎng)的趨勢(shì)。經(jīng)干旱脅迫后2個(gè)玉米品種葉片中的脯氨酸含量極顯著（P＜0.01）增長(zhǎng)，且隨脅迫時(shí)間的增加，較CK增加幅度逐漸增大，并且抗旱性強(qiáng)的成單30增加幅度大于敏感型品種金玉306。

表3 干旱脅迫下2個(gè)玉米品種可溶性蛋白含量、可溶性糖含量及脯氨酸含量Table 3 The contents of soluble protein, soluble sugar, and proline of two maize varieties under drought stress condition μg/g

綜上所述，抗旱性強(qiáng)的玉米品種在干旱逆境中其可溶性蛋白含量變化不顯著，具有較穩(wěn)定的水勢(shì)，而敏感型品種在長(zhǎng)期干旱脅迫下，蛋白質(zhì)不能正常降解，附著在細(xì)胞上，同時(shí)mRNA大量表達(dá)，抗逆蛋白得以大量合成以響應(yīng)干旱逆境。可溶性糖的不同響應(yīng)模式是造成2個(gè)品種抗旱性差異的原因之一。脯氨酸具有很強(qiáng)的水溶性，在干旱脅迫下作為主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)大量增加，可有效清除細(xì)胞內(nèi)活性氧及自由基以降低細(xì)胞滲透勢(shì)。

2.6 不同強(qiáng)度干旱脅迫對(duì)玉米苗期保護(hù)酶類的影響

不同程度的干旱脅迫對(duì)玉米的CAT、POD和SOD保護(hù)酶活性的影響較大。如表4所示，干旱脅迫使玉米CAT、POD及SOD活性增加，其中成單30在輕度（10% PEG）及重度（20% PEG）干旱脅迫后的CAT、POD及SOD活性均極顯著（P＜0.01）高于CK。金玉306的POD活性在重度脅迫（20% PEG）時(shí)極顯著（P＜0.01）高于CK；SOD活性在重度脅迫前期（20% PEG，48h）顯著（P＜0.05）高于CK，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，至144h時(shí)極顯著（P＜0.01）高于CK；而脅迫后的CAT活性在48h時(shí)為顯著（P＜0.05）增加，至144h時(shí)與CK不顯著。

表4 干旱脅迫下2個(gè)玉米品種的SOD、POD及CAT活性Table 4 SOD, POD and CAT activities of two maize varieties under drought stress condition

綜上所述，干旱逆境能誘導(dǎo)玉米體內(nèi)保護(hù)酶活性提高，其中抗旱性強(qiáng)的品種抗氧化酶活性的增量明顯高于干旱敏感型品種，使其能更有效地清除一部分活性氧，維持細(xì)胞膨壓，以避免干旱脅迫對(duì)植株產(chǎn)生嚴(yán)重傷害。

3 討論

玉米抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的綜合特性，干旱逆境下，抗旱性在不同組織和器官均有體現(xiàn)[29]。玉米植株的形態(tài)在生長(zhǎng)過(guò)程中與其自身對(duì)水分的吸收和散失是密切相關(guān)的[5]，其中根系作為植物直接吸收土壤水分及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要器官，其發(fā)達(dá)程度影響著地上部的各種代謝作用及生物量的形成[30]，而干旱脅迫使植株水分供應(yīng)不足，致使其形態(tài)發(fā)生一定的變化。在本研究中，不同抗旱性玉米品種在苗期遭受干旱脅迫后的形態(tài)存在差異，干旱促進(jìn)了抗旱性強(qiáng)的成單30苗期株高、葉面積、根長(zhǎng)、根體積及其生物產(chǎn)量的增加，這與前人[23，31-32]研究結(jié)果一致。強(qiáng)抗旱品種在短期水分虧缺環(huán)境中株高、葉面積與干物重呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，可能是強(qiáng)抗旱品種具有較強(qiáng)的干旱防御能力，在較輕的脅迫條件下（體現(xiàn)為干旱脅迫持續(xù)的時(shí)間較短或強(qiáng)度較弱）仍能保持一定的生長(zhǎng)勢(shì)，輕度逆境引導(dǎo)苗期植株鍛煉，促使植株生長(zhǎng)健壯。而干旱敏感型的金玉306在逆境中的葉面積及根重均比清水對(duì)照組小，其根長(zhǎng)、根體積、地上部干重及干物重在脅迫前期均受到抑制，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)才逐漸恢復(fù)。說(shuō)明不同抗旱性玉米品種在應(yīng)對(duì)干旱脅迫時(shí)存在不同的生長(zhǎng)響應(yīng)，干旱加快了強(qiáng)抗旱品種的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)進(jìn)程，使其葉面積和株高增加，根系更健壯，這種現(xiàn)象也被稱作“干旱逃避”[33-34]。而干旱敏感型品種在株高增加的同時(shí)，通過(guò)減少葉面積以降低蒸騰面積，維持葉片水勢(shì)，在干旱前期根系生長(zhǎng)受到抑制，這期間可能是土壤缺水以及地上部分所生產(chǎn)的同化物及能量不能及時(shí)并足量供應(yīng)地下部分所造成，而后經(jīng)過(guò)一段適應(yīng)時(shí)期其根系才逐漸恢復(fù)以響應(yīng)干旱逆境。

干旱對(duì)玉米生長(zhǎng)與代謝產(chǎn)生影響的首要環(huán)節(jié)便是光合作用，葉綠體又是吸收、傳遞和轉(zhuǎn)換光能的主要場(chǎng)所，干旱脅迫會(huì)直接影響葉片中葉綠體含量，致使光合性能降低，影響植株生長(zhǎng)發(fā)育以及產(chǎn)量的形成[35-37]。本研究中玉米葉片中的葉綠體a/b值隨干旱脅迫程度增加而逐漸下降，這與趙小強(qiáng)等[38]的研究結(jié)果中有相同部分。在自然環(huán)境中干旱常伴隨強(qiáng)光高溫等因子一起出現(xiàn)，干旱逆境中玉米受光抑制程度隨干旱程度逐漸增加而增強(qiáng)。類胡蘿卜素作為光合作用的輔助色素，能保護(hù)葉綠素免受強(qiáng)光破壞的同時(shí)具有抗氧化作用[39-40]。本試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)干旱脅迫后玉米葉片的類胡蘿卜素含量顯著增加，這一結(jié)果有別于其他研究，可能是一種干旱適應(yīng)機(jī)制[41]。

滲透調(diào)節(jié)是植株抵抗逆境的一種重要方式，植物通過(guò)滲透調(diào)節(jié)作用得以適應(yīng)干旱逆境，可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸作為重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，會(huì)在水分虧缺時(shí)主動(dòng)積累以適應(yīng)干旱逆境[42]。本研究中干旱脅迫后玉米葉片的脯氨酸含量均呈極顯著增加，其中抗旱性強(qiáng)的品種的增量明顯高于干旱敏感型品種。具有強(qiáng)水合能力且對(duì)其他細(xì)胞器不會(huì)造成傷害的脯氨酸大量增加，可能是在滲透調(diào)節(jié)中為避免高濃度無(wú)機(jī)離子進(jìn)入細(xì)胞后造成的離子毒害及代謝紊亂，從而有效實(shí)現(xiàn)滲透調(diào)節(jié)，維持細(xì)胞正常功能。另外，本研究發(fā)現(xiàn)干旱逆境中不同抗性玉米品種葉片內(nèi)的可溶性糖與可溶性蛋白含量的變化略有不同。干旱對(duì)抗旱性強(qiáng)的成單30葉片中的可溶性糖與可溶性蛋白含量的影響均不顯著，而敏感型品種金玉306的可溶性糖含量在重度干旱時(shí)顯著下降，可溶性蛋白含量則在干旱后顯著增加。說(shuō)明抗旱性強(qiáng)的品種在遭遇逆境時(shí)，細(xì)胞內(nèi)的溶質(zhì)能主動(dòng)積累，參與降低植物體滲透勢(shì)，利于植物體在干旱逆境下維持正常生長(zhǎng)所需水分，而敏感型品種主要是通過(guò)合成功能性抗逆蛋白以響應(yīng)干旱逆境。

干旱脅迫時(shí)植物體內(nèi)會(huì)積累活性氧，植物本身對(duì)活性氧的傷害擁有完整的防御體系，SOD、POD和CAT便是其中重要的保護(hù)酶，可有效清除活性氧，以減輕水分脅迫誘導(dǎo)的氧化傷害[13]。本研究中，干旱脅迫后玉米葉片中的CAT、POD及SOD活性均顯著增加，且抗旱性強(qiáng)的品種增量要大于敏感型品種，表明抗旱性強(qiáng)的品種在干旱脅迫下，其葉片的抗氧化能力較強(qiáng)，遭受活性氧的傷害較輕。并且抗旱性強(qiáng)的品種葉片內(nèi)膜脂過(guò)氧化的最終產(chǎn)物MDA含量在長(zhǎng)時(shí)間干旱脅迫后顯著低于干旱敏感型品種。

當(dāng)干旱程度嚴(yán)重時(shí)，活性氧大量積累，引發(fā)細(xì)胞膜脂過(guò)氧化，從而使細(xì)胞膜受到傷害，導(dǎo)致細(xì)胞膜穩(wěn)定性下降及MDA含量上升[7，14]。在本研究中，玉米苗期干旱導(dǎo)致了干旱敏感型品種葉片中的MDA含量顯著增加，而強(qiáng)抗旱品種增加不顯著，2個(gè)品種的細(xì)胞膜穩(wěn)定性隨干旱程度及干旱時(shí)間的增加逐漸下降，其中抗旱性強(qiáng)的品種的變化幅度要小于敏感型品種，覃永媛等[12]和郭艷陽(yáng)等[43]均得出相同結(jié)果。鑒于干旱逆境對(duì)細(xì)胞膜所造成的失穩(wěn)影響在一定時(shí)間內(nèi)可能是不可逆的，因此可以考慮將玉米葉片細(xì)胞膜穩(wěn)定性對(duì)于滲透脅迫的高敏感度作為一個(gè)抗旱性的快速評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4 結(jié)論

玉米根系相較于地上部分，對(duì)干旱逆境的響應(yīng)更為敏感，不同抗性的玉米品種其形態(tài)學(xué)指標(biāo)適應(yīng)滲透脅迫的機(jī)制存在差異，強(qiáng)抗旱品種在干旱逆境中加快了營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)進(jìn)程，而敏感型品種通過(guò)減少葉面積以降低蒸騰作用；與對(duì)照相比，脅迫前期玉米苗期的各生物量均增加，隨脅迫程度及時(shí)間增加逐漸低于對(duì)照，說(shuō)明短期干旱脅迫有利于玉米苗期生物量的增加；水分虧缺導(dǎo)致玉米葉片的葉綠素a/b值逐漸下降，說(shuō)明干旱逆境中玉米受光抑制程度隨干旱程度逐漸增加而增強(qiáng)；干旱逆境導(dǎo)致玉米葉片CMS逐漸降低，MDA含量持續(xù)增加，說(shuō)明干旱造成的細(xì)胞膜失穩(wěn)在一定時(shí)間內(nèi)是不可逆的；強(qiáng)抗旱品種遭遇干旱后的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量顯著高于敏感型品種，說(shuō)明強(qiáng)抗旱品種的滲透調(diào)節(jié)能力更強(qiáng)；其中強(qiáng)抗旱品種的可溶性蛋白含量隨脅迫時(shí)間呈先增后減變化，而敏感型品種脅迫后顯著增加，說(shuō)明敏感型品種主要以合成抗逆蛋白響應(yīng)干旱脅迫；干旱脅迫后玉米葉片中的抗氧化酶活性均顯著升高，且強(qiáng)抗旱品種增量要大于敏感型品種，說(shuō)明抗旱性強(qiáng)的品種在干旱逆境中的抗氧化能力較強(qiáng)，遭受活性氧的傷害較輕。