玉米雜交種葉片抗脫水能力及生理生化特性研究

劉風

摘 ? ?要：為研究不同玉米品種離體葉片抗脫水能力差異及其與生理生化特性之間的關(guān)系，本試驗以3個玉米雜交種為材料，測定離體葉片脫水速率，在不同時間點測定葉片相對電導(dǎo)率（REC）、相對含水量（RWC）、脯氨酸（Pro）含量、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性及過氧化氫酶（CAT）活性7個生理生化指標。結(jié)果表明，3個玉米雜交種的離體葉片脫水速率存在顯著差異（P<0.01），先玉335葉片抗脫水能力最強、金穗3號次之，ly5502較差;生理生化分析表明，先玉335和金穗3號能在脫水脅迫后期維持較高的相對含水量和較低的電導(dǎo)率、積累較多的脯氨酸和較少的丙二醛。

關(guān)鍵詞：玉米;脫水速率;生理指標;抗旱性

文章編號：1005-2690（2022）02-0046-03 ? ? ? 中國圖書分類號：S513 ? ? ? 文獻標志碼：B

1 材料與方法

1.1 供試玉米材料

玉米雜交種先玉335、金穗3號及l(fā)y5502種子，由白銀金穗種業(yè)有限公司提供。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2020年4月在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院日光溫室內(nèi)進行。在內(nèi)口徑13 cm、底徑9.7 cm、高度11.6 cm的塑料花盆中裝入高溫滅菌的珍珠巖，并澆水至田間持水量的80%。挑選大小均勻一致、籽粒飽滿的干凈玉米種子，用0.1%HgCl2消毒5 min，用蒸餾水沖洗5次后濾紙吸干，用蒸餾水浸種12 h，按每盆8株播種后覆蓋2 cm厚珍珠巖，保鮮膜封口。發(fā)芽后去掉保鮮膜，每2 d澆1次Hoagland完全營養(yǎng)液，待幼苗長到三葉一心后，在晴天9：00～11：00選擇生長相對一致的幼苗，剪取葉片用于離體葉片脫水速率測定，同時采集葉片液氮速凍存于-80 ℃冰箱中用于生理生化指標測定。

1.3 測定方法

玉米幼苗離體葉片脫水速率測定采用重量法，采集葉片后放置于干凈濾紙上，在0 h、2 h、4 h、6 h和8 h稱葉片重量，計算脫水速率。葉片相對含水量（RWC）采用稱重法測定、相對電導(dǎo)率（REC）采用電導(dǎo)率儀法測定、超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮藍四唑法測定、過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外吸收法測定。SOD活性以抑制NBT光化還原50%所需酶量為1個酶活單位（U/g FM）;過氧化物酶（POD）活性采用愈創(chuàng)木酚法測定[1]，以每分鐘OD值變化0.01為1個酶活單位（Ug/min FM）;脯氨酸含量采用Troll W等（1995）[2]方法、丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法測定[3]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2019軟件進行數(shù)據(jù)整理和繪圖，采用SPSS 16.0統(tǒng)計分析軟件進行方差分析及最小顯著差異性檢驗（Duncan’s新復(fù)極差法，P<0.05）。

2 結(jié)果分析

2.1 3個玉米雜交種抗脫水能力比較

離體葉片脫水速率反應(yīng)了植物葉片水分散失的快慢程度，抗旱性強的品種細胞內(nèi)有較強的黏性、親水能力高，在干旱脅迫下抗脫水能力強，因而離體葉片脫水速率低，而抗旱性弱的品種抗脫水能力弱，離體葉片脫水速率相對較高。從圖1可以看出，3個玉米雜交離體葉片脫水速率由大到小依次為ly5502、金穗3號、先玉335，3個雜交種之間的差異均達到顯著水平（P<0.05），一定程度上可以說明3個雜交種中先玉335的抗旱能力較強，金穗3號次之，ly5502較弱。

2.2 脫水處理對3個玉米雜交種離體葉片相對含水量和相對電導(dǎo)率的影響

葉片相對含水量反映了植物細胞中的水分狀況，而相對電導(dǎo)率則反映了植物細胞膜系統(tǒng)狀況。一般在植物受到非生物逆境脅迫的情況下會發(fā)生失水，同時細胞膜容易破裂、膜蛋白受損而造成胞液外滲，致使相對電導(dǎo)率增大。因此，葉片相對含水量和相對電導(dǎo)率常作為評價植物抗逆能力的參考指標。

從圖2A中可以看出，隨著脫水處理時間的延長，3個玉米雜交種的葉片相對含水量均逐漸降低。0～2 h，ly5502保持較高的葉片相對含水量，為先玉335的1.10倍，差異達到顯著水平（P<0.05）。4～8 h，ly5502 葉片相對含水量下降程度非常明顯，與先玉335和金穗3號相比差異達到顯著水平（P<0.05）。從圖2B中可以看出，隨著脫水時間的延長，3個雜交種的葉片相對電導(dǎo)率呈逐漸上升的趨勢，先玉335和金穗3號的上升趨勢比較平穩(wěn)，而ly5502在4 h的相對電導(dǎo)率明顯高于先玉335和金穗3號（P<0.05），在8 h有所下降。綜上可見，3個雜交種在脫水處理下的相對含水量和相對電導(dǎo)率差異較大，反映出先玉335和金穗3號的抗旱能力優(yōu)于ly5502。

2.3 脫水對3個玉米雜交種葉片脯氨酸含量的影響

脯氨酸是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，在逆境脅迫下植物體內(nèi)會積累脯氨酸，降低細胞滲透。維持細胞質(zhì)與液泡間的滲透平衡，在一定程度上可以增強植物的抗逆水平，是植物抗逆性的重要生化指標。由圖3可知，隨著脫水時間的延長，3個雜交種的脯氨酸含量逐漸升高，其中，先玉335的上升趨勢最顯著，2 h、4 h、8 h的脯氨酸含量分別為0 h的1.23倍、1.66倍和1.79倍，金穗3號在0～2 h的脯氨酸含量高于先玉335（P<0.05），4～8 h低于先玉335（P<0.05），ly5502在0～2 h的脯氨酸含量顯著高于先玉335和金穗3號（P<0.05），在4～8 h顯著低于先玉335和金穗3號（P<0.05）?？梢姡诿撍{迫初期先玉335葉片內(nèi)脯氨酸積累量較少，脅迫后期會大量積累脯氨酸以調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透平衡，金穗3號和ly5502葉片的脯氨酸積累也呈上升趨勢，但在脅迫后期的積累量略低于先玉335，表明這兩個品種在脅迫下的滲透調(diào)節(jié)能力較差。

2.4 脫水對不同玉米雜交種離體葉片丙二醛含量的影響

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的產(chǎn)物，其能加劇膜的損傷。因此，MDA含量常作為植物衰老和抗性生理研究中的重要參考指標。從圖4可見，3個雜交種的MDA含量隨著脫水時間的延長逐漸增加，在0～2 h，先玉335的MDA含量最低，且與金穗3號和ly5502之間的差異達到顯著水平（P<0.05），4 h 時先玉335的MDA含量與金穗3號相比差異不顯著，但與ly5502相比差異達到顯著水平（P<0.05），在8 h時先玉335的MDA含量與金穗3號相比差異不顯著，但與ly5502相比差異均達到顯著水平（P<0.05）?？梢?個雜交種中先玉335在脫水脅迫下葉片積累的MDA最少，金穗3號次之，ly5502最多。

2.5 脫水對3個玉米雜交種離體葉片抗氧化酶活性的影響

SOD、POD、CAT是植物體細胞內(nèi)重要的抗氧化酶，其中，SOD可以催化超氧陰離子轉(zhuǎn)化為H2O2，而POD和CAT可以將H2O2轉(zhuǎn)化為H2O。由圖5可知，3個雜交種抗氧化酶的活性總體呈先升后降的趨勢。由圖5A可知，3個雜交種的SOD活性均隨著脫水時間的延長呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢，先玉335的SOD活性在不同時間點均高于金穗3號和ly5502，且差異達到顯著水平（P<0.05）;3個雜交種的POD活性也呈現(xiàn)先升后降的趨勢，總體上先玉335的POD活性高于其他兩個品種（P<0.05）;CAT活性總體呈現(xiàn)先升后降的趨勢，其中先玉335和金穗3號的CAT活性明顯高于ly5502（P<0.05）。綜上，3個玉米雜交種中先玉335的抗氧化酶活性最強，金穗3號次之，ly5502最弱。

3 討論

離體葉片抗脫水能力、植物原生質(zhì)的耐脫水能力和葉片角質(zhì)層的保水能力，是評價植物抗旱性的重要參考指標，離體葉片脫水速率在一定程度上可以反映植物抗旱性的強弱。本試驗中，先玉335的離體葉片脫水速率最慢、金穗3號次之、ly5502最快，初步看出3個品種抗旱性的差異。同時，離體葉片抗脫水的大小與葉片結(jié)構(gòu)具有直接關(guān)系[4]，從解剖學角度分析3個雜交種葉片的結(jié)構(gòu)差異，可以更好地解釋3個品種離體葉片抗脫水能力的不同。

葉片相對含水量反映植物細胞在特定環(huán)境下的水分狀況，在干旱環(huán)境下相對含水量高的品種抗旱性較強，本研究中先玉335和金穗3號在脅迫后期能維持較高的葉片相對含水量，表明其抗旱能力優(yōu)于ly5502。相對電導(dǎo)率反映質(zhì)膜透性，植物受到脅迫后，質(zhì)膜透性增強。本研究中，ly5502的相對電導(dǎo)率顯著高于先玉335和金穗3號，說明其抗旱性最弱。脯氨酸在植物的滲透調(diào)節(jié)中起重要作用，當遭受水分脅迫時，體內(nèi)的脯氨酸含量明顯增加。本研究中，在脫水0～2 h，ly5502積累的脯氨酸最多，金穗3號次之，先玉335最少。在4～8 h，3個品種葉片中積累的脯氨酸依次為先玉335、金穗3號、ly5502。

可以看出ly5502輕度脅迫時，需要產(chǎn)生較多的脯氨酸維持體內(nèi)的滲透平衡，在脅迫后期，其產(chǎn)生脯氨酸的能力顯著低于先玉335和金穗3號，進一步證明ly5502抗旱性較差。SOD、CAT、POD是細胞抵御活性氧傷害的重要保護酶，在清除活性氧、保持膜系統(tǒng)免受損傷方面起著重要作用。在整個脫水脅迫過程中，先玉335的SOD、POD及CAT活性最強、金穗3號次之，ly5502最弱，進一步證明先玉335和金穗3號的抗旱性強于ly5502。

參考文獻：

[1]李合生.植物生理生化實驗原理和技術(shù)[M].高等教育出版社，2000.

[2]Troll W，Lindsley J. A photometric method for the detemination of proline[J].Journal of Biological Chemistry，1995（2）：655-660.

[3]張蜀秋，李云，武維華.植物生理學實驗技術(shù)教程[M].北京：科學出版社，2011.

[4]趙麗英，鄧西平，山侖.持續(xù)干旱及復(fù)水對玉米幼苗生理生化指標的影響研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2004，12（3）：24-27.

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