渍涝胁迫下抗坏血酸对玉米幼苗生长的影响

张 菊，常云霞，杨 丹，周 琳

（1.周口师范学院 植物遗传与分子育种重点实验室，河南 周口466001；2.周口师范学院 生命科学与农学学院，河南 周口466001）

渍涝是影响全球作物分布和产量的主要生态因子之一［1].据估算，全球渍涝耕地约占总耕地的12%［2]，中国发生渍涝的土地面积约为国土面积的2／3，其中超过3／4的受灾面积为黄淮平原和长江中下游平原两大粮食主产区，严重制约中国粮食的生产发展［3].玉米是中国重要的粮食作物，玉米需水量大但又不耐渍涝，在其生育期内极易受到由季风气候引起降雨而引发的渍涝胁迫.抗坏血酸（AsA）是植物体内一种水溶性抗氧化剂，直接参与体内超氧阴离子、单线态氧、过氧化氢等活性氧的清除，在提高植物抗逆性方面有着广泛的应用［4，5].研究表明，AsA具有提高植物对非生物逆境的抗性，如缓解高温对猕猴桃幼苗的伤害［6]、提高小麦及大豆的抗盐性［4，7].目前，外施AsA缓解渍涝胁迫对玉米幼苗生长影响的研究报道却较少.本实验以玉米幼苗为材料，研究了外源AsA对渍涝胁迫下玉米幼苗生长抑制的缓解效应及其机制，为建立新的抗渍涝胁迫调控方法奠定基础.

1 材料与方法

1.1 实验材料

供试材料为玉米郑单958品种，种子由河南省周口市种子公司提供.

1.2 实验设计

精选粒大饱满整齐一致的玉米种子，清除种子外包衣，用0.1%HgCl2表面消毒10min，蒸馏水反复冲洗5次，置于32℃恒温箱中浸种24h.浸种后，取300mm×200mm×50mm规格的托盘21个，分别铺两层滤纸加两层纱布（纱布起保水作用），每盘中播入饱满整齐一致的种子100粒.每天上午9点、下午5点分别用50mL处理液处理使滤纸保持湿润，处理液分别为0.1，0.2，0.3，0.4，0.5mmol／L AsA，每个浓度重复3次，进行幼苗生长实验，以蒸馏水培养作为对照1（CK1）.培育15 d后，玉米长出3片子叶时，开始对玉米幼苗做渍涝胁迫处理，胁迫期间必须保证水淹没幼苗根部约2cm.以渍涝胁迫且未加AsA处理作为对照2（CK2）.培养室内光照强度为4000～4500lx，恒温30℃，光／暗周期为14h／10h.胁迫处理5d后取样进行形态指标和生理指标的测定.

1.3 测定指标与方法

各处理浓度随机取30株幼苗，利用直尺分别测量其根长和株高［8].采用称重法测量玉米幼苗的鲜重以及干重.选取生长健壮的同一叶位（从顶部叶数第3片叶）功能叶，蒸馏水反复冲洗后，剪碎、混匀.可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定［9]，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250法测定［10]，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸法测定［9].过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定，以每分钟吸光度减少0.1所需酶量为1个酶活力单位［10].POD活性采用愈创木酚法测定［10].

1.4 数据分析

所得数据均三次测量求平均值，并且采用Excel软件进行分析和作图.

2 结果与分析

2.1 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗生长的影响

表1 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗生长的影响

表1为不同浓度AsA对渍涝胁迫下玉米幼苗生长的影响.由表1可知：渍涝胁迫下玉米生长受抑制，幼苗矮弱，根长、株高、鲜重和干重与CK1相比下降显著，其中幼苗根长降低41.4%，株高降低17.4%，鲜重降低20.0%，干重降低16.3%.外施不同浓度AsA后，玉米幼苗的株高、根长、鲜重和干重均有一定程度增加.与CK2相比，幼苗根长分别增 加25%，35.7%，49.8%，42.7%，36.8%；株高分别增加2.9%，5.4%，14.1%，10.1%，6.8%；鲜重分别增加5.2%，10.3%，24.5%，12.1%，11.1%；干重分别增加1.1%，3.8%，14.6%，7.6%，6.5%.这表明适宜浓度AsA处理能够减轻渍涝胁迫对植株生长的抑制作用，且效果随着AsA浓度的升高而增强.0.3mmol／L AsA处理组与CK2相比增强效果较明显，缓解效果相对最好.

2.2 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片内可溶性糖含量的影响

可溶性糖是碳水化合物中能够直接运转和利用的主要形式，其含量的变化可反映植株体内碳水化合物的合成与运输的基本情况，在植物碳代谢中具有重要作用［11]，且可溶性糖的变化大致能够反映植株碳素营养状况［12].图1为不同浓度AsA对渍涝胁迫下玉米幼苗叶片内可溶性糖含量的影响.由图1可知：渍涝胁迫下玉米幼苗叶片内可溶性糖含量与CK1相比增加3.3%.外施不同浓度AsA后，玉米幼苗叶片中可溶性糖含量与CK2相比明显增加，分别增加了17.5%，36.7%，72.7%，64.7%，40.7%.这表明AsA处理能明显提高渍涝胁迫下玉米幼苗体内可溶性糖含量，增强了玉米幼苗对渍涝胁迫的适应性.

2.3 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片内可溶性蛋白含量的影响

图2 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片内可溶性蛋白含量的影响

图2为不同浓度AsA对渍涝胁迫下玉米幼苗叶片内可溶性蛋白含量的影响.由图2可知：渍涝胁迫下玉米幼苗叶片内可溶性蛋白含量与CK1相比降低37.7%.外施不同浓度AsA后，玉米幼苗叶片中可溶性蛋白含量与CK2相比明显增加，与CK2相比分别增加了15.2%，24.0%，53.9%，38.9%，32.1%.这表明AsA处理能明显提高渍涝胁迫下玉米幼苗体内可溶性糖含量，增强了玉米幼苗对渍涝胁迫的适应性.

2.4 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片内CAT活性的影响

图3 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片内CAT活性的影响

CAT是生物抗氧化系统的重要成员之一，在清除自由基方面发挥重要作用.图3为不同浓度AsA对渍涝胁迫下玉米幼苗叶片内CAT活性的影响.由图3可知：渍涝胁迫后玉米幼苗叶片内CAT活性增加，与CK1相比增加了25.5%.外施不同浓度AsA后，CAT活性随着AsA处理浓度增加呈现先增加后降低的趋势，与CK2相比CAT活性分别增加了11.4%，20.2%，45.7%，33.4%，24.8%.说明AsA能增加玉米幼苗体内的CAT活性，有效清除玉米体内的活性氧，从而减轻渍涝胁迫伤害.

2.5 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片内POD活性的影响

图4 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片内POD活性的影响

图4为不同浓度AsA对渍涝胁迫下玉米幼苗叶片内POD活性的影响.由图4可知：渍涝胁迫下玉米幼苗叶片内POD活性增加，与CK1相比增加了24.8%.外施不同浓度AsA后，POD活性随着AsA处理浓度增加呈现先增加后降低的趋势，与CK2相比POD活性分别增加了9.2%，22.9%，42.4%，33.2%，26.7%.说明AsA能有效增加玉米幼苗体内的POD活性，与CAT一起有效清除玉米体内的活性氧，减轻渍涝胁迫伤害.

2.6 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片中MDA含量的影响

图5 渍涝胁迫下AsA对玉米幼苗叶片内MDA含量的影响

图5为不同浓度AsA对渍涝胁迫下玉米幼苗叶片中MDA含量的影响.MDA是膜脂过氧化的产物，其含量的变化可以衡量植物受伤害的程度［13].由图5可知：渍涝胁迫下MDA含量与CK1相比显著增加了122.9%，说明渍涝胁迫对玉米幼苗伤害程度很深.外施不同浓度AsA后，MDA含量随AsA浓度增加呈现先下降后上升的趋势，与CK2相比MDA含量分别下降了9.0%，15.8%，34.6%，28.3%，22.4%.说明AsA处理可以缓解渍涝胁迫对玉米叶片质膜伤害的程度，维持膜结构的稳定性.

3 讨论

水分过多对植物的危害并不在于水分本身，而是由于水分过多引起缺氧，使植物地上部分与根系的生长均受到阻碍［14].本实验结果表明，渍涝胁迫抑制了玉米幼苗地上部及根系的生长，表现在玉米幼苗株高、根长、单株鲜重、干重等指标显著低于对照.外施不同浓度AsA后，使玉米幼苗的株高、根长、单株鲜重及干重有所增加，从而缓解了渍涝胁迫的伤害作用.

植物体内可溶性蛋白质多为参与代谢的酶类，而且可溶性蛋白质大多是未与膜系统特异性结合的酶，其含量越高，植株的代谢活动与生理生化反应就越旺盛［15].可溶性糖是种子发芽过程中最重要的能量供应物质，其含量越高，能量供应越足［16].本实验表明，在渍涝胁迫下，经不同浓度AsA溶液处理后，玉米幼苗叶片中可溶性蛋白和可溶性糖含量均比对照组增加，说明适宜浓度AsA溶液处理提高了玉米幼苗体内可溶性糖和可溶性蛋白质的含量，促进了玉米幼苗的生长发育.

植物细胞内具有活性氧系统和活性氧清除系统（包括非酶促抗氧化剂和酶促抗氧化剂），在正常代谢条件下，活性氧（ROS）的产生与清除处于平衡状态，ROS保持在非伤害的低水平［14].逆境条件下ROS的产生与清除的平衡会被打破.渍涝胁迫引起O2-，H2O2等ROS活性增加，这些自由基的积累可导致蛋白质、核酸分子发生交联反应和变性，使MDA含量明显提高，破坏膜和生物大分子物质，最终导致细胞代谢失调而死亡［3].植物需动员活性氧清除系统抵抗渍涝胁迫诱导的氧化伤害，而清除系统中POD和CAT活性高低就成为控制伤害的决定因素［17，18].POD和CAT是植物体内分解H2O2的关键酶，使H2O2生成没有毒害的H2O，避免植物因H2O2的累积而造成伤害.所以，增加抗氧化酶活性，均可降低自由基含量，减少细胞膜损伤.本实验结果表明，渍涝胁迫下，玉米幼苗叶片中POD与CAT活性增强，并且AsA处理使两种酶活性进一步增强，及时清除ROS的积累，减少MDA的生成，从而减轻对植物的伤害.AsA缓解渍涝胁迫是一个复杂的调控系统，还需进一步探讨.

4 结论

综上所述，渍涝胁迫对玉米幼苗生长有很大程度的伤害作用.外施AsA后，促进了玉米幼苗的生长，使玉米幼苗叶片渗透调节物质含量增加.同时能诱导幼苗体内POD，CAT抗氧化酶的产生，及时清除ROS，使MDA含量下降，缓解氧化损伤，从而减轻渍涝胁迫对玉米幼苗的伤害，使玉米幼苗更好地适应渍涝环境.以0.3mmol／L AsA缓解效果相对较好.

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