干旱脅迫對(duì)玉米幼苗ROS和POD 的影響

王慶云 丁 秀

（1.朔州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西朔州 036000；2.忻州師范學(xué)院生物系 山西忻州 034000）

玉米是我國(guó)的主要糧食作物之一， 其產(chǎn)量除受品種遺傳因素影響外， 還與生態(tài)條件和栽培方法密切相關(guān)[1]，其中對(duì)玉米產(chǎn)量和品質(zhì)影響的重要因素是干旱脅迫。 干旱脅迫影響玉米的生長(zhǎng)和發(fā)育，進(jìn)而影響其產(chǎn)量[2]。 干旱條件下玉米對(duì)水分的需求得不到滿(mǎn)足， 影響玉米細(xì)胞中過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性[3]。 因此，研究干旱脅迫下玉米的抗逆性生理指標(biāo)， 對(duì)干旱地區(qū)玉米耐旱種質(zhì)的篩選及耐旱品種的培育具有重要意義。 植物在長(zhǎng)期進(jìn)化中形成了一些抗氧化系統(tǒng)，如SOD、POD、PPO 等[4]，正常環(huán)境下植物體內(nèi)ROS 的積累與清除處于動(dòng)態(tài)平衡中， 干旱脅迫會(huì)破壞這種平衡， 使得ROS 在植物體內(nèi)大量積累，對(duì)其造成傷害。SOD、CAT 等是植物遇到干旱脅迫時(shí)重要的抗氧化酶，能減輕ROS 對(duì)植物的傷害[5]。 李玉華[6]等的研究表明，玉米幼苗遇到干旱脅迫時(shí)的SOD、POD 等抗氧化酶活性升高，其能減輕ROS 對(duì)生物大分子及細(xì)胞膜的傷害。

我國(guó)北方玉米區(qū)， 特別是山西大部分玉米種植區(qū)處于干旱和半干旱區(qū)，易遭受干旱脅迫。 由于研究手段與品種的不同， 玉米的適應(yīng)性與內(nèi)在基因和外在因素相互關(guān)聯(lián)， 關(guān)于玉米抗旱性的生理指標(biāo)沒(méi)有一個(gè)高效而精準(zhǔn)的方法。 鑒于此，本次試驗(yàn)通過(guò)對(duì)山西省市場(chǎng)上現(xiàn)有的不同玉米品種的幼苗進(jìn)行干旱處理，測(cè)定其POD 和ROS 的變化，為玉米抗旱性的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

8 個(gè)玉米品種均由山西大豐種業(yè)有限公司提供，分別是金科玉3308、 金科玉3306、 大豐133、 大豐30、大豐26、大豐14、DF2010、并單16。 試驗(yàn)時(shí)間：2021 年7 月。

1.2 主要儀器與試劑

1.2.1 主要儀器 HC-3018R 高速冷凍離心機(jī)，HHS8 八孔雙列恒溫水浴鍋，PHS-3C 型pH 計(jì)， 海爾冰箱， 恒溫培養(yǎng)箱， 多功能酶標(biāo)儀，AL204 電子天平，721 可見(jiàn)光分光光度計(jì)，研缽，玻璃棒，2 mL 離心管，96 孔板，鑷子，可調(diào)式移液器，制冰機(jī)，玻璃比色皿（3 mm）。

1.2.2 試劑 植物活性氧試劑盒組成：標(biāo)準(zhǔn)品（濃度依次為0、30 U/mL、60 U/mL、120 U/mL、240 U/mL、480 U/mL），辣根過(guò)氧化物酶（horse radish peroxidase，HRP），磷酸鹽緩沖液，TMB 顯色液（四甲基聯(lián)苯胺），2 mol/L H2SO4。

POD 活性檢測(cè)試劑盒組成：100 mmol/L 磷酸緩沖液，愈創(chuàng)木酚，過(guò)氧化氫，磷酸氫二鈉，磷酸二氫鉀，氯化鉀，氯化鈉。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 玉米干旱處理 在1%的NaClO 溶液中放入玉米種子，浸泡10 min 之后取出，用蒸餾水清洗3 次，要求挑選顆粒飽滿(mǎn)、大小相近的種子。 在室溫狀態(tài)吸水12 h 后，在25℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h。

選用圓筒形塑料實(shí)驗(yàn)盆，盆上口徑10 cm、下口徑7.5 cm、高度9.3 cm，底部有排水孔。 在每個(gè)盆里放入占盆容積2/3 的已經(jīng)消毒的黃土和育苗基質(zhì)，倒入適量去離子水將混合土壤弄濕， 再選擇發(fā)芽一致的種子種入消毒的混合土壤中。 每盆放5～7 粒種子，然后覆上一層薄薄的土。 在25℃恒溫光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待其長(zhǎng)出3 片葉子時(shí)全部盆缽都澆水。 長(zhǎng)出3 片葉子后，選取各個(gè)品種的部分玉米進(jìn)行干旱處理（不澆水）， 剩余部分正常澆水作為對(duì)照，7 d 后用試劑盒測(cè)定POD 和ROS 活性。

1.3.2 ROS 活性檢測(cè) 按照ROS 試劑盒的方法檢測(cè)干旱脅迫下不同品種玉米幼苗ROS 含量變化。 用標(biāo)準(zhǔn)物濃度和相應(yīng)OD 值繪出標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算不同處理組的ROS 含量（圖1）。

1.3.3 POD 活性檢測(cè) 按照試劑盒上的步驟， 配置好需要的試劑， 記錄470 nm 下30 s 時(shí)的吸光值A(chǔ)1和90 s 后的吸光值A(chǔ)2。 計(jì)算ΔA（A2-A1）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)中ROS 和POD 活性數(shù)據(jù)計(jì)算按照試劑盒中提供的公式進(jìn)行。 所有數(shù)據(jù)均是3 次重復(fù)的平均值。 處理組之間的差異性根據(jù)單因素方差分析和Duncan 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)不同品種玉米幼苗ROS 活性的影響

由圖2 可知， 各個(gè)品種的玉米幼苗經(jīng)過(guò)干旱處理后，ROS 活性都有不同程度的增高。 與對(duì)照組相比，金科玉3306、大豐14 和金科玉3308 的ROS 活性分別增加63.51%、54.30%和43.54%，增長(zhǎng)極顯著；DF2010、 大豐133 的ROS 活性分別增加27.82%和22.17%， 增加顯著； 大豐26、 大豐30 和并單16 的ROS 含量變化不顯著。

2.2 干旱脅迫對(duì)不同品種玉米幼苗POD 活性的影響

由圖3 可知，經(jīng)干旱脅迫處理后，大豐26、大豐30、DF2010、大豐133、金科玉3308、大豐14、并單16的POD 活性與對(duì)照相比都有所增加，而金科玉3306的POD 活性降低。 大豐26 的POD 活性增加76.86%， 增加極顯著； 大豐30 的POD 活性增加47.83%，增加顯著；DF2010、大豐133、金科玉3308、大豐14 和并單16 分別增加11.25%，9.37%，9.15%，4.37%、1.90%；金科玉3306 降低18.45%。

圖3 不同品種在干旱處理下玉米幼苗POD 的活性變化

3 討論與結(jié)論

POD、SOD 和MDA 是植物在逆境脅迫下產(chǎn)生的代表性生理活性物質(zhì)，POD 和SOD 活性及MDA 含量增加，表明逆境脅迫產(chǎn)生過(guò)量活性氧（ROS），促進(jìn)細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用和不利于細(xì)胞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的生物學(xué)效應(yīng)。 大量的研究表明，植物在逆境條件下會(huì)大量產(chǎn)生H2O2和ROS，進(jìn)而對(duì)植物的生長(zhǎng)和發(fā)育造成很大的傷害。

從本試驗(yàn)ROS 含量變化情況發(fā)現(xiàn)，干旱處理后，金科玉3306 幼苗中ROS 含量最高，其次是DF2010；ROS 含量最低的2 個(gè)品種是大豐14 和大豐30。由此可知大豐14 和大豐30 這2 個(gè)品種較其余品種存在抗旱優(yōu)勢(shì)。

POD 是植物抗逆系統(tǒng)中關(guān)鍵的酶， 能夠清除過(guò)多的自由基。 前期研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)氧化物酶活性的高低與植物抗旱性有著密切的關(guān)系。 本研究發(fā)現(xiàn)干旱脅迫后，大豐26 的POD 活性最高，其次是并單16，活性最低的是大豐133，而金科玉3306 的POD 活性下降。結(jié)合ROS 含量檢測(cè)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)金科玉3306 是8 個(gè)品種中最敏感的，ROS 含量的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了POD 清除自由基的速度， 導(dǎo)致酶活性下降。 大豐30的POD 活性較對(duì)照有顯著升高，而ROS 含量則與對(duì)照相比沒(méi)有顯著變化。 表明大豐30 的抗逆性較強(qiáng)，在自由基含量較低的情況下能激發(fā)玉米幼苗抗逆系統(tǒng)，及時(shí)清除過(guò)多自由基。

綜上所述，在干旱脅迫下，大豐30 可以很好地通過(guò)調(diào)節(jié)活性氧的產(chǎn)生和清除之間的平衡， 從而使植物更好地生長(zhǎng)，也正好說(shuō)明了大豐30 的抗逆性比其他品種高。 鑒定逆境條件下植物的生理生化指標(biāo)還有很多，如抗氧化酶SOD 等的活性、谷胱甘肽的含量等。 因此要想進(jìn)一步了解本次試驗(yàn)不同品種玉米幼苗的抗旱性， 還有待對(duì)其他抗旱指標(biāo)做更深層次的探索。