干旱脅迫下玉米幼苗對(duì)外源殼寡糖處理的生理響應(yīng)

徐婷

摘 要：為明確干旱脅迫下玉米幼苗對(duì)外源殼寡糖處理的生理響應(yīng)，以先玉335為供試材料，研究干旱脅迫下葉面噴施殼寡糖對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)、抗氧化系統(tǒng)及滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響。結(jié)果表明，干旱脅迫顯著影響玉米植株的生長(zhǎng)，顯著降低葉片葉綠素的含量;而噴施殼寡糖能有效地緩解干旱帶來(lái)的生長(zhǎng)抑制作用，增加葉綠素含量。干旱脅迫下噴施殼寡糖，能顯著地降低過(guò)氧化氫、MDA含量，增強(qiáng)抗氧化酶活性（SOD、POD、CAT、APX），緩解干旱脅迫對(duì)細(xì)胞膜的傷害。同時(shí)，噴施殼寡糖能顯著提高葉片內(nèi)脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量，從而提高葉片的保水能力。因此，殼寡糖可通過(guò)降低植株的氧化損傷和提高保水能力來(lái)改善玉米幼苗對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)，從而提高其抗旱能力。

關(guān)鍵詞：干旱脅迫;玉米幼苗;殼寡糖;抗氧化系統(tǒng)

中圖分類(lèi)號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）03-0024-04

Abstract： In order to clarify the physiological response of maize seedlings to exogenous chitosan under drought stress， Xianyu 335 was used as the test material to study the effects of foliar spraying chitosan on the growth， antioxidant system and osmotic adjustment substances of maize seedlings under drought stress. Influence. The results showed that drought stress significantly affected plant growth and significantly reduced the chlorophyll content of leaves. Spraying oligochitosan could effectively alleviate the growth inhibition caused by drought and increase the chlorophyll content. Spraying oligochitosan under drought stress can significantly reduce the content of hydrogen peroxide and MDA， enhance the activity of antioxidant enzymes （SOD， POD， CAT， APX）， and alleviate the damage of drought stress to cell membranes. At the same time， spraying oligochitosan can significantly increase the content of proline， soluble sugar and soluble protein in the leaves， thereby improving the water retention capacity of the leaves. Therefore， chitooligosaccharides can improve the adaptation of maize seedlings to drought stress by reducing the oxidative damage of plants and increasing the water retention capacity， thereby enhancing its drought resistance.

Key words： Drought stress; Corn; COS; Antioxidant system

隨著全球變暖，極端天氣變化日益頻繁，人類(lèi)面臨水資源短缺等一系列嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。近年來(lái)，我國(guó)干旱頻發(fā)，干旱已經(jīng)成為限制農(nóng)作物產(chǎn)量的主要因素，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量形成[1]。在我國(guó)，干旱、半干旱地區(qū)的面積約占耕地總面積的50%，主要分布于華北、西北、西南等地區(qū)[2]。玉米是我國(guó)第一大糧食作物，50%以上種植在干旱、半干旱地區(qū)。玉米屬于需水量較多且對(duì)水分較敏感的作物[3]，生長(zhǎng)期需水量較大，增強(qiáng)玉米的抗旱能力已成為玉米生產(chǎn)上亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

目前在玉米生產(chǎn)中，多采用抗旱玉米品種選育及多種耕作栽培措施和化學(xué)調(diào)控來(lái)減少干旱脅迫對(duì)玉米生長(zhǎng)的危害。其中，外源施用化學(xué)調(diào)控物質(zhì)因具有成本低、效率高、易操作等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。殼寡糖（COS）是甲殼素脫N-乙酰基的產(chǎn)物殼聚糖降解而成的低聚糖，也是天然糖中唯一大量存在的堿性氨基多糖[4，5]。殼寡糖不僅可以調(diào)節(jié)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，還可以誘導(dǎo)激活植物免疫系統(tǒng)，提高植物的抗逆能力[6]。因此，施用殼寡糖類(lèi)物質(zhì)是減少化學(xué)農(nóng)藥施用量、提高作物抗性和產(chǎn)量的有效途徑。

目前，干旱脅迫對(duì)玉米生理生化特性影響的研究已有大量報(bào)道，而關(guān)于殼寡糖對(duì)緩解干旱米幼苗生長(zhǎng)、滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)及抗氧化系統(tǒng)傷害的研究則較少?；诖耍狙芯恳杂衩诪樵嚥?，研究殼寡糖對(duì)干旱脅迫下玉米幼苗生理特性，明確殼寡糖緩解干旱脅迫對(duì)玉米幼苗傷害的生理機(jī)制，以期為增強(qiáng)玉米抗旱性以及減緩干旱脅迫對(duì)玉米的危害提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料 玉米品種為種植面積較大有代表性的玉米品種先玉335。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2020年于黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院進(jìn)行。挑選種子籽粒飽滿(mǎn)，大小均勻一致的玉米種子，用10%（V/V）次氯酸鈉消毒10min，后用蒸餾水沖洗3次，清水浸種12h，種于高12cm、直徑12cm裝滿(mǎn)營(yíng)養(yǎng)土的盆中。待玉米幼苗3葉1心時(shí)定植每盆3株苗，進(jìn)行干旱脅迫（采用稱(chēng)重法進(jìn)行水分控制），并用殼寡糖進(jìn)行葉面噴施。試驗(yàn)處理如下：（1）CK，土壤相對(duì)含水量75%，葉片噴施清水;（2）T1，土壤相對(duì)含水量45%，葉片噴施清水;（3）T2，土壤相對(duì)含水量75%，葉片噴施0.3%殼寡糖溶液;（4）T3，土壤相對(duì)含水量45%，葉片噴施0.3%殼寡糖溶液。葉面噴施以植株葉片全部濕潤(rùn)，欲滴水為度。處理3、5、7d后取樣，測(cè)定玉米幼苗的生理指標(biāo)，3次重復(fù)，取平均值。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 幼苗生長(zhǎng)指標(biāo) 試驗(yàn)處理7d后，每處理選取3株幼苗，測(cè)量株高和葉面積（葉面積儀）。將植株于烘箱內(nèi)105℃殺青30min，之后80℃烘干至恒重，測(cè)定莖葉和根系的干物質(zhì)含量。

1.3.2 幼苗葉綠素含量（SPAD值） 葉綠素含量用葉綠素儀（SPAD-502）測(cè)定。

1.3.3 幼苗過(guò)氧化氫（H2O2）含量及MDA含量 過(guò)氧化氫（H2O2）含量測(cè)定采用二氨基聯(lián)苯胺顯色法，丙二醛（MDA）含量測(cè)定參照李合生硫代巴比妥酸法。

1.3.4 幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) 脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測(cè)定;可溶性糖含量采用蒽酮法測(cè)定;可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測(cè)定。

1.3.5 幼苗抗氧化酶活性 超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍(lán)四唑光化學(xué)反應(yīng)法;過(guò)氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定;過(guò)氧化氫酶（CAT）活性采用Velikova等方法測(cè)定;抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）活性采用徐朗萊的方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下殼寡糖對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響 由表1可知，干旱脅迫下，T1處理玉米幼苗的株高、葉面積、干物質(zhì)含量及根冠比均顯著降低，其中對(duì)葉面積和根系干重的影響較大，與對(duì)照相比降幅達(dá)到40%以上。T3處理，玉米幼苗葉面噴施殼寡糖，與T1處理相比其株高增加18.1%、葉面積增加66.2%、莖葉干重增加38.46%、根系干重增62.5%。葉面噴施殼寡糖可有效地緩解干旱脅迫帶來(lái)的生長(zhǎng)抑制作用。

2.2 干旱脅迫下殼寡糖對(duì)玉米幼苗葉綠素含量的影響 由圖1可知，與正常澆水（CK、T2處理）相比，干旱脅迫處理的玉米幼苗（T1，T3處理）SPAD值顯著下降。T3處理較T1處理相比，SPAD值增加7%～29%，且隨著干旱脅迫時(shí)間的增長(zhǎng)，SPAD值增加越多。CK與T2處理未見(jiàn)顯著差異。在干旱脅迫下，葉面噴施殼寡糖溶液可有效地增加玉米幼苗葉綠素含量，緩解干旱脅迫的抑制作用，殼寡糖對(duì)正常情況下玉米幼苗葉綠素含量的影響不大。

2.3 干旱脅迫下殼寡糖對(duì)玉米幼苗過(guò)氧化氫（H2O2）含量及MDA含量的影響 由圖2可知，與正常澆水（CK、T2處理）相比，干旱脅迫處理的玉米幼苗（T1，T3處理）H2O2含量顯著上升，T1處理顯示出更高的H2O2含量。T3較T1處理相比，H2O2含量降低5.4%%～25.31%，差異顯著，且隨著處理時(shí)間的增加，降低幅度逐漸增大。正常澆水的CK，T2處理相比未見(jiàn)顯著差異。植物體內(nèi)的H2O2會(huì)對(duì)植物細(xì)胞產(chǎn)生毒害作用，干旱脅迫下玉米幼苗體內(nèi)的H2O2含量顯著上升，葉面噴施殼寡糖顯著降低了H2O2含量，緩解了干旱脅迫對(duì)植株帶來(lái)的傷害。

MDA是脂膜過(guò)氧化的產(chǎn)物，過(guò)量的積累對(duì)細(xì)胞膜具有損害的作用。與正常澆水（CK、T2處理）相比，干旱脅迫處理的玉米幼苗（T1，T3處理）MDA含量顯著上升，T1處理顯示出更高的MDA含量。T3較T1處理相比MDA含量降低19.03%～22.44%，葉面噴施殼寡糖顯著顯著降低了玉米幼苗體內(nèi)MDA含量，有效地緩解了干旱對(duì)植株帶來(lái)的傷害。

2.4 干旱脅迫下殼寡糖對(duì)玉米幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響 由圖3可知，脯氨酸含量可反映植物遭受干旱脅迫的情況，與正常澆水（CK、T2處理）相比，干旱脅迫處理的玉米幼苗（T1、T3處理）脯氨酸含量顯著上升，T3處理顯示出更高的脯氨酸含量。且隨著干旱脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。較T1處理相比，T3處理脯氨酸含量增加39.7%～47.11%，差異顯著，葉面噴施殼寡糖有效地增加了玉米幼苗體內(nèi)脯氨酸含量，提高植株的抗旱能力。正常澆水條件下，CK與T2處理差異不顯著，殼寡糖對(duì)正常條件下脯氨酸含量無(wú)影響。

可溶性蛋白與可溶性糖含量是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。由圖3可知，可溶性蛋白、可溶性糖脯氨酸含量呈相同的增長(zhǎng)趨勢(shì)。與T1處理相比，T3處理可溶性蛋白含量增加9.3%～23.95%，可溶性糖含量增加16.64%～21.78%，差異均達(dá)到顯著差異水平。因此，葉面噴施殼寡糖可有效地增加玉米幼苗體內(nèi)可溶性蛋白與可溶性糖含量，有效提高植株細(xì)胞的保水能力，緩解干旱對(duì)植株的傷害。

2.5 干旱脅迫下殼寡糖對(duì)玉米幼苗抗氧化酶活性的影響 由圖4可知，超氧化物歧化酶（SOD酶）對(duì)于保護(hù)細(xì)胞至關(guān)重要。圖4-A所示，隨著脅迫天數(shù)的增加，較對(duì)照CK相比，其余3個(gè)處理SOD酶活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。干旱脅迫下，T3處理呈現(xiàn)出更高的SOD酶活性，較T1處理增加54.38%～118.92%，差異達(dá)到顯著差異水平，原因可能是隨時(shí)干旱脅迫時(shí)間的增加，植物體內(nèi)遭到破壞導(dǎo)致SOD酶活性降低。正常澆水的處理，T2較對(duì)照CK增加54.12%～68.97%，差異達(dá)到顯著差異水平，正常澆水條件下，葉面噴施殼寡糖可增加玉米幼苗SOD酶活性。

過(guò)氧化物酶（POD）H2O2的清除酶。圖4-B所示，隨著脅迫天數(shù)的增加，較對(duì)照CK相比，其余3個(gè)處理POD酶活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。干旱脅迫下，T3處理呈現(xiàn)出更高的活性，較T1處理增加18.64%～44.12%，差異達(dá)到顯著差異水平。正常澆水的處理，T2較對(duì)照CK增加5.24%～28.31%，差異達(dá)到顯著差異水平，正常澆水條件下，葉面噴施殼寡糖可增加玉米幼苗POD酶活性。

過(guò)氧化氫酶（CAT）可將H2O2分解，從而降低H2O2含量。圖4-C所示，隨著脅迫天數(shù)的增加，較對(duì)照CK相比，其余3個(gè)處理CAT酶活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。干旱脅迫下，T3處理呈現(xiàn)出更高的活性，較T1處理增加52.32%～103.04%，差異達(dá)到顯著差異水平。正常澆水的處理，T2較對(duì)照CK增加了23.87%～56.98%，差異達(dá)到顯著差異水平，正常澆水條件下，葉面噴施殼寡糖可增加玉米幼苗CAT酶活性。

抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）是葉綠體中解毒H2O2的關(guān)鍵酶。圖4-D所示，隨著脅迫天數(shù)的增加，較對(duì)照CK相比，其余3個(gè)處理APX酶活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。干旱脅迫下，T3處理呈現(xiàn)出更高的活性，較T1處理增加31.25%～90.15%，差異達(dá)到顯著差異水平。正常澆水的處理，T2較對(duì)照CK增加22.51%～46.36%，差異達(dá)到顯著差異水平，正常澆水條件下，葉面噴施殼寡糖可增加玉米幼苗APX酶活性。

3 結(jié)論與討論

近年來(lái)，隨著全球氣候的急劇變化，干旱已成為限制玉米生長(zhǎng)的最常見(jiàn)的環(huán)境脅迫之一，嚴(yán)重影響到玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成[7]。研究發(fā)現(xiàn)，與正常條件相比，干旱脅迫顯著降低了植株的株高、葉面積、干物質(zhì)含量。葉面噴施殼寡糖可有效地緩解干旱對(duì)植株造成的生長(zhǎng)抑制作用。這與趙肖瓊殼寡糖明顯促進(jìn)PEG下小麥幼苗的結(jié)果一致[8]。

安玉艷等研究認(rèn)為，干旱脅迫下植物體內(nèi)活性氧失去平衡平衡，自由基大量積累，膜脂過(guò)氧化加劇，引起膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物（MDA）含量增加，加大對(duì)幾包膜的結(jié)構(gòu)及功能的傷害[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，在干旱脅迫下，葉面噴施殼寡糖能有效降低玉米幼苗體內(nèi)過(guò)氧化氫、MDA含量，減輕膜脂過(guò)氧化程度。

在干旱脅迫下，為了維持細(xì)胞的正常生理功能，植物自身進(jìn)行調(diào)節(jié)，葉片內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量升高，而維持自身細(xì)胞一定的膨壓。脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白是植物中重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在干旱脅迫下，植物葉片內(nèi)脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量增加，可保持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，降低植物細(xì)胞內(nèi)滲透勢(shì)以適應(yīng)干旱脅迫。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的增加，有利于緩解干旱脅迫對(duì)植物造成的傷害[10-11]。本研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下葉片噴施0.3%殼寡糖溶液，可顯著增加脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白含量，有效保護(hù)細(xì)胞膜的完整性，緩解干旱脅迫給玉米幼苗帶來(lái)的傷害。

干旱環(huán)境下，植物自身的抗氧化系統(tǒng)開(kāi)始工作，抗氧化酶活性顯著升高，清除活性氧來(lái)減少膜質(zhì)過(guò)氧化物的積累，從而保證植物細(xì)胞膜的正常功能[12]。本研究表明，隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，噴施殼寡糖后抗氧化酶活性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。說(shuō)明脅迫初期殼寡糖能有效地增加抗氧化酶的活性，緩解干旱脅迫帶來(lái)的損傷。隨著脅迫時(shí)間的增加，植株生理功能受到嚴(yán)重影響，自身調(diào)控能力開(kāi)始減弱。殼寡糖的施用時(shí)間及次數(shù)則成為殼寡糖有效提高玉米抗旱性的關(guān)鍵，下一步將對(duì)這方面的內(nèi)容展開(kāi)研究。

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（責(zé)編：張宏民）

3781500338299