低磷胁迫对4个玉米自交系幼苗生长及生理生化特性的影响

徐立华　徐相波　王玉红　丁一　周柱华　刘月辉

摘要：选取常规玉米育种中应用的4个自交系，研究它们苗期对低磷的耐受性及低磷胁迫下幼苗鲜重、干重、株高及其生理生化特性变化。结果表明：齐319低磷胁迫耐受性较差，鲁原476次之，鲁原43、99038较耐低磷胁迫；低磷胁迫可增加玉米自交系的根长和根体积，耐受性较差的增加较多；可增加自交系中脯氨酸和丙二醛的含量，使过氧化氢酶和磷酸酯酶活性升高、硝酸还原酶活性降低。生物活性分子含量及酶活性变化与自交系的低磷耐受程度呈一定的相关性。

关键词：玉米自交系；低磷胁迫；生理生化特性

中图分类号：S513.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2014）05-0082-03

玉米是世界三大粮食作物之一，也是我国主要的粮饲作物和重要的能源作物。山东是我国玉米生产与输出大省[1]。磷是三大矿质营养元素之一，在植物生长发育中有着重要作用。土壤缺磷是农业生产中普遍存在的限制因素，我国有2/3的耕地缺磷，面积约7千万公顷。使用磷肥是目前农业生产上解决土壤磷缺乏的主要措施，然而磷肥利用率很低，当季只有15%，包括后效也不超过25%[2]，相当多的磷素与土壤中的钙离子、铁离子和铝离子等结合形成难溶的磷酸盐，使土壤成为潜在磷库。因此，我国大多数土壤的磷缺乏属于作物可用有效磷的缺乏。鉴于此，筛选出耐低磷的玉米自交系并由其组配出耐低磷的品种，对于提高土壤潜在磷的利用率、节约资源、保护环境具有重要意义。

1材料与方法

1.1供试材料

供试4个玉米自交系为：鲁原43、鲁原476、99038和齐319。

1.2试验处理

试验于2013年在山东省农业科学院玉米研究所进行。取耕作层熟土，拍碎筛除杂物，与筛洗后的河沙以“土∶沙≈2∶1”的比例混匀制成种植基质。设低磷和对照两个处理，对照每千克种植基质施磷酸二铵304 mg和尿素80 mg，低磷处理每千克种植基质施尿素204 mg，之后分别装入直径30 cm、深30 cm的花盆（盆底部做好防渗），播种。每处理3个重复（盆），每重复播20粒。将花盆置于试验田中，每隔1天进行浇水。出苗后10天取样测定。

1.3指标测定

1.3.1生长量指标测定每个重复各取10株，去离子水洗净，吸水纸吸净表面水分，测定并计算单株平均鲜重、株高、根长[3] 和根体积[3] ，之后放入电热恒温干燥箱中80℃烘干，称重并计算单株平均干重。

1.3.2生理生化指标测定丙二醛含量参考郑炳松[4]的方法、脯氨酸含量参考邹琦[5]的方法、硝酸还原酶活性参考张志良[6]的方法、过氧化氢酶活性参考李忠光等[7]的方法、酸性磷酸酯酶活性参考李德华等[8]的方法测定。

1.4数据处理

数据处理分析采用Excel 2003软件。

2结果与分析

2.1低磷胁迫对不同玉米自交系幼苗生长的影响

由表1可以看出，低磷胁迫下齐319的相对鲜重、相对干重及相对株高的值较小，鲁原476次之，而鲁原43和99038的鲜重、干重、株高相对值接近于1。说明低磷胁迫对齐319的幼苗生长影响最大，对鲁原43和99038的影响较小，即后两者较耐低磷胁迫。

Lynch[9]和Bowman[10]等认为，低磷胁迫下植物会通过改变根系的分布来增大吸收面积，根系面积的增大表现为根长增加，侧根增多。由表2可以看出，4个自交系的根长相对值齐319最大，鲁原476次之，然后依次是鲁原43和99038。根体积的比值也基本遵循这个规律。说明齐319对低磷胁迫较敏感，鲁原476次之，而鲁原43和99038较耐受低磷胁迫。

2.2低磷胁迫对玉米自交系幼苗生理生化指标的影响

2.2.1对脯氨酸和丙二醛含量的影响表3数据表明，与对照相比，低磷胁迫下各玉米自交系丙二醛和脯氨酸含量均有不同程度的增加。其中仍以齐319增幅最大，鲁原476次之，鲁原43和99038增幅较小。这与低磷胁迫对自交系生长量的影响结果基本一致。

3结论与讨论

林翠兰等[14]与陈俊意等[15]的研究表明，低磷胁迫能使玉米幼苗的根长、根体积、根表面积增加，低磷胁迫下植物可通过根系适应性反应来提高植物对土壤磷的吸收能力，如根系大小、根系形态（如主根长、根毛密度、根毛长、侧根数量、侧根密度等）的改变。本试验中，低磷胁迫下4个不同基因型玉米自交系幼苗的鲜重、干重、株高均受到不同程度影响，且可增加自交系的根长和根体积，耐受性较差自交系增加较多。

植物细胞内很多代谢都可以产生自由基，这些自由基能够直接或间接启动细胞的膜脂过氧化进程，产生有害物质，如丙二醛等。为避免自由基对细胞膜的破坏，细胞内有一类是保护酶系统，主要有超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等组成。脯氨酸是植物体内有效的渗透调节物质[11]，可以有效缓解逆境带来的影响。脯氨酸和丙二醛含量变化与自交系的耐低磷能力有一定的相关性。本试验结果表明，低磷胁迫下4个不同基因型玉米自交系幼苗可增加脯氨酸和丙二醛的含量，并使过氧化氢酶、磷酸酯酶活性增加，硝酸还原酶活性降低。硝酸还原酶是植物代谢中一个重要调节酶和限速酶，对植物生长发育、产量形成和蛋白质的合成都有重要的影响[12]。

综合分析，本试验供试4个自交系中齐319低磷胁迫耐受性较差，鲁原476次之，鲁原43、99038较耐低磷胁迫；同时表明低磷胁迫可增加玉米自交系的根长和根体积，增加自交系中脯氨酸和丙二醛的含量，使过氧化氢酶和磷酸酯酶活性升高、硝酸还原酶活性降低。

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