干旱脅迫對玉米幼苗抗氧化物酶及GAPDH的影響

王慶云 郭紅霞

（1.朔州職業(yè)技術學院 山西朔州 036000；2.忻州師范學院生物系 山西忻州 034000）

由于干旱造成的玉米減產，超過其他因素造成的減產總和[1]。面對日益嚴峻的干旱形勢，了解作物的抗旱性，對于選擇抗旱性品種、解決干旱脅迫問題具有重要作用[2-4]。許多膜脂過氧化和保護酶系，如SOD、POD、CAT和APX等都已被用于研究植物對逆境的反應機理[5-6]。近年來，農業(yè)科研工作者在這個領域做出努力并取得了一些進展[7-12]。李玉華等[13]研究發(fā)現(xiàn)，玉米幼苗在干旱脅迫下，葉片中的 SOD、POD、CAT和APX活性均得到提高。葉玉秀等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下糯玉米幼苗葉片中SOD、POD、CAT和APX等酶活性都顯著增加。這些研究都說明，在干旱脅迫下，玉米幼苗能激活自身的抗氧化系統(tǒng)來清除體內的有害物質，以此來增強自身的抗旱能力。GAPDH在植物抗氧化脅迫和應答氧化還原信號轉導中發(fā)揮著重要作用[15]，但目前關于GAPDH對干旱脅迫反應的研究很少[16]。

山西的自然生態(tài)條件十分復雜，80%的玉米種植在干旱半干旱地區(qū)，年降水量偏少，農田缺乏灌溉條件[17]，干旱時有發(fā)生，對玉米種子的萌發(fā)和苗期生長影響很大，后期產量損失嚴重。目前對某一地區(qū)主要推廣玉米品種抗旱性鑒定的研究還不多[18]，因此對山西主要玉米品種進行抗旱性研究是有必要的。本試驗以主要的8個玉米品種為材料，研究干旱脅迫對玉米幼苗CAT、APX、GAPDH活性的影響，以此篩選出抗旱性較強的玉米品種，從而為山西缺水地區(qū)玉米品種的選擇提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米品種：大豐14、大豐 26、大豐30、大豐 133、金科玉 3306、金科玉 3308、并單 16、DF2010（山西大豐種業(yè)有限公司提供）。試驗時間為2020年7月。

1.2 主要儀器與試劑

1.2.1 主要儀器 主要儀器及生產廠家見表1。還包括3 mm比色皿、研缽、制冰機、盆缽、玻璃棒、鑷子、離心管、96孔板。

表1 主要儀器及生產廠家

1.2.2 試劑 過氧化氫酶（CAT）活性檢測試劑盒（索萊寶生化試劑盒事業(yè)部）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性檢測試劑盒（索萊寶生化試劑盒事業(yè)部）、植物甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GAPDH）酶聯(lián)免疫分析試劑盒（索萊寶生化試劑盒事業(yè)部）。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 將所選種子清洗干凈，用蒸餾水浸泡至其發(fā)芽，在高9.3 cm、上口徑10 cm、下口徑7.5 cm的盆缽里裝大約60 g育苗基質，加適量蒸餾水將基質均勻拌濕，然后放上已發(fā)芽的玉米種子，再在上面覆蓋一薄層育苗基質。長出3片葉子之前，都正常澆水；長出3片葉子之后，對照組每天正常澆水，處理組（干旱）不澆水，在經過7 d的干旱處理后，用試劑盒測定GAPDH、CAT、APX活性。

1.3.2 測定指標及方法 過氧化氫酶(CAT)活性根據(jù)試劑盒上的步驟，依次加入需要的試劑，酶標儀240 nm處測定；抗壞血酸過氧化物酶（APX）活性根據(jù)試劑盒上的步驟，依次加入需要的試劑，在290 nm測定10 s和130 s光吸收；植物甘油醛-3-磷酸脫氫酶（GAPDH）活性根據(jù)試劑盒上的步驟，依次加入需要的試劑，在450 nm處測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值，利用SPSS 19.0軟件對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，并采用Duncan法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同品種玉米幼苗CAT活性的影響

由表2可知，經過干旱脅迫后，8個玉米品種的CAT活性都有不同程度的增加。大豐26的CAT活性增加最多；大豐30和大豐14的CAT活性增加次之，并單16的CAT活性增加最少。

表2 不同品種玉米幼苗對照與干旱處理后CAT活性

2.2 干旱脅迫對不同品種玉米幼苗APX活性的影響

由表3可知，經過干旱脅迫后，大豐14、大豐26、大豐30、大豐133、金科玉3306及并單16的APX活性都有不同程度的增加，而金科玉3308和DF2010的APX活性降低。干旱脅迫后，大豐30的APX活性增加最多（62.89%），其次是大豐14和大豐26的APX活性分別增加43.18%，32.06%，并單16的APX活性增加最少（26.91%）；而金科玉3308和DF2010的APX活性分別降低了36.62%和8.51%。

表3 不同品種玉米幼苗對照與干旱處理后APX活性

2.3 干旱脅迫對不同品種玉米幼苗GAPDH濃度的影響

由表4可知，經過干旱脅迫后，大豐14、大豐26、大豐30、金科玉3306、并單16和DF2010的GAPDH濃度都有不同程度的增加，而大豐133和金科玉3308的GAPDH濃度降低。大豐26的GAPDH濃度增加最多（69.79%），大豐30的GAPDH濃度增加次之（43.19%），并單 16、大豐 14、DF2010 和金科玉 3306的GAPDH濃度分別增加了15.58%、12.70%、9.22%和6.68%，而大豐133和金科玉3308的GAPDH濃度分別降低了9.60%和8.60%。

表4 不同品種玉米幼苗對照與干旱處理后GAPDH濃度

3 結論與討論

干旱脅迫可破壞植物體內活性氧代謝，增加自由基累積并引起膜系統(tǒng)損傷，植物體內一系列的抗氧化酶和滲透調節(jié)物質等可以清除活性氧，保證植株正常生長發(fā)育[19-20]。單長卷等[21]的研究表明，干旱脅迫會顯著提高玉米幼苗葉片CAT、APX活性。本研究中干旱脅迫與正常澆水相比，8個品種的CAT活性都有不同程度的增加；而金科玉3308和DF2010的APX活性降低了，其余6個品種APX活性有不同程度的增加，這與單長卷[21]的研究結果不一致，其可能原因是與供試玉米品種及其各品種間抗旱能力不同相關?？购的芰^強的品種可能會激活許多種抗氧化物酶活性來抵御缺水狀態(tài)，而抗旱能力較弱的品種可能只激活少許抗氧化物酶的活性，并且還可能會降低其他抗氧化物酶的活性。

郭子平[22]研究了干旱脅迫下小麥GAPDH活性，表明干旱脅迫會使小麥GAPDH活性上升。本研究結果表明，6個玉米品種在干旱脅迫后GAPDH濃度都有不同程度的增加，表明干旱脅迫時GAPDH基因被誘導表達，進而減輕了植物膜脂過氧化程度[22-23]；而大豐133和金科玉3308的GAPDH活性降低了，可能是由于在干旱脅迫時GAPDH活性受到嚴重影響或GAPDH基因沒有被誘導表達出來。

綜合分析 8個玉米品種 CAT、APX和 GAPDH活性變化，可知干旱脅迫誘導大豐14、大豐26、大豐30玉米幼苗中CAT、APX和GAPDH活性增加，清除玉米幼苗中過多的自由基，減輕了植物膜脂過氧化程度，進而提高其抗旱能力。本研究發(fā)現(xiàn)，同一個玉米品種采用不同的指標反應干旱脅迫是不同的，因此要分析玉米品種是否抗旱，不能只采用一個指標，應該多個指標綜合分析，而且盡可能越多越好，這有待在今后的研究中進一步探究。