聚乙二醇对低温胁迫下玉米幼苗生理生化指标的影响

朴樱姬，姜宏伟，于 洋，刘若岑，杨艳波，武 燕 (大庆师范学院，黑龙江大庆163712)

聚乙二醇对低温胁迫下玉米幼苗生理生化指标的影响

朴樱姬，姜宏伟，于 洋，刘若岑，杨艳波，武 燕*(大庆师范学院，黑龙江大庆163712)

[目的]在实验室条件下，研究聚乙二醇(PEG)对低温胁迫下玉米幼苗生理生化指标的缓解效应。[方法]在28 ℃条件下盆栽玉米，待玉米长到三叶期，对玉米幼苗进行8 ℃、3 d的低温胁迫处理，同时施用浓度30%PEG喷洒叶片，3 d后测定玉米幼苗生理生化指标的变化。[结果]受低温胁迫后玉米幼苗丙二醛、可溶性糖含量及过氧化物酶活性均显著升高(P<0.05)，叶绿素含量显著降低(P<0.05)；对低温胁迫下的幼苗施用浓度30%PEG后，丙二醛、可溶性糖含量以及过氧化物酶活性较低温对照组显著降低(P<0.05)，叶绿素含量显著升高(P<0.05)，施用浓度30%PEG后各指标均达到或超过正常对照组水平。[结论]浓度30%PEG对低温胁迫下玉米幼苗具有缓解效果。

低温胁迫；聚乙二醇；玉米幼苗；生理生化指标；缓解效果

大庆位于松嫩平原中部，黑龙江省西南部。该地区农业用地76.2万hm2，其中玉米种植面积为53万hm2，占总种植面积的70%。由于大陆性气候和季风性气候的交替影响，春季温度升降频繁且剧烈。低温是影响玉米生长和产量的一个重要的非生物胁迫因素[1]。低温会影响玉米种子出苗的整齐度，降低成苗率，严重时甚至会使种子丧失生活力，出现烂种和粉种的现象[2]。聚乙二醇(PEG)是一种高分子渗透剂，其突出特点是本身作为高分子化合物不能渗入种子活细胞内，但可以参与细胞内许多生理代谢过程。在一定浓度范围内，它能够促进种子萌发，增强植物幼苗的抗冷性[3]。在实验室的条件下，笔者研究了浓度30%PEG对低温胁迫下玉米幼苗生理生化指标的影响，探讨其对玉米幼苗受低温胁迫后的缓解作用，为PEG在玉米生产中的应用提供理论依据。

1 材料方法

1.1 供试材料供试材料为大庆种子公司提供的“至诚301”玉米种子；聚乙二醇(PEG)为PEG6000，现用现配。

1.2 玉米幼苗培养及试验设计培养时，选取籽粒饱满、大小均匀且无病虫害的种子，洗净种外包衣，用浓度1%的NaClO消毒10 min，然后用蒸馏水冲洗3次，再将种子放于水中，让其吸胀12 h后播于铺有沾水脱脂棉的培养皿内，28 ℃黑暗条件下培养48～72 h，待胚根长约1 cm时开始点穴播种。在光照培养箱28 ℃、光照强度4 000 lx条件下培养至三叶期。

在三叶期后，将所有的试验材料分为3组：①28 ℃继续培养3 d的为正常对照组；②温度转至8 ℃低温胁迫处理3 d的为低温对照组；③温度转至8 ℃低温胁迫的同时喷施浓度30% PEG处理3 d的为试验组。试验组连续每天在6：00、14：00、20：00向幼苗施用30% PEG。处理3 d后，取幼苗叶片测定各项生理生化指标。

1.3 生理生化指标的测定采用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性；采用硫代巴比妥酸法测定丙二醛(MDA)含量；采用分光光度计法测定叶绿素含量[4]；采用分光光度计法测定可溶性糖含量。每个处理重复3次。

1.4 数据处理所得数据用SPSS17.0统计分析软件和Excel软件进行LSD检验、差异显著性分析及图表制作。

2 结果与分析

2.1 浓度30%PEG对低温胁迫下玉米幼苗叶绿素含量的影响叶绿素是反映植物生长状况的一个指标。其含量高，外观表现为叶色浓绿。叶绿素含量的高低通常表示植物所处逆境胁迫的强弱[5]。由图1可知，低温对照组玉米叶片叶绿素含量比正常对照组下降15.52%(P<0.01)，在低温胁迫同时施用浓度30%PEG(试验组)后，绿素含量比低温对照组增加27.21%，统计学分析表明二者之间差异显著(P<0.01)，且试验组叶绿素含量高于正常对照组(P<0.05)。施用浓度30%PEG后叶绿素含量升高，表明低温胁迫程度有所下降，叶绿素合成大于分解，同时积累更多光合产物，可以为玉米幼苗生长提供更多的营养物质。浓度30%PEG能够有效地缓解低温胁迫带来的影响。

2.2 浓度30%PEG对低温胁迫下玉米幼苗MDA含量的影响MDA是植物衰老或逆境时由于膜脂过氧化作用产生的严重损伤生物膜的一种物质，往往能够作为膜脂过氧化的指标。其含量表示细胞膜发生过氧化作用的大小以及植物所处逆境的强弱[6]。由图2可知，在玉米受低温胁迫后叶片MDA含量比正常对照组增加了92.4%(P<0.01)。在低温胁迫的同时，施用浓度30%PEG后叶片MDA含量与低温对照组相比下降了37.93%(P<0.01)。施用浓度30%PEG后玉米叶片中MDA含量基本恢复到正常对照水平(P>0.05)。低温胁迫后细胞自由基代谢平衡遭到破坏，造成膜脂过氧化加速，过氧化产物MDA含量显著增加(P<0.05)，施用30%PEG后MDA含量显著降低(P<0.01)，说明施用30%PEG能够使膜脂过氧化程度显著降低(P<0.05)。

2.3 浓度30%PEG对低温胁迫下玉米幼苗POD活性的影响POD是作物内在重要的保护酶之一，通过清除自由基，在作物抗逆代谢中起保护作用。低温胁迫后POD活性较正常对照组升高了15.08%(P<0.05)。在低温胁迫的同时，施用浓度30%PEG后POD活性较低温对照组降低了6.0%(P<0.05)。施用浓度30%PEG后玉米叶片的POD活性略高于正常对照组(P>0.05)。POD作为一种具有较强活性的保护酶，通过清除线粒体和胞浆中产生的低浓度过氧化氢发挥作用。施用浓度30%PEG后POD活性显著降低(P<0.05)，说明施用浓度30%PEG能使玉米的生活环境有所改善，其细胞内的过氧化氢含量相对降低，导致POD活性下降。

2.4 浓度30%PEG对低温胁迫下玉米幼苗中可溶性糖含量的影响可溶性糖是预防蛋白质低温凝固的保护物质。作为渗透保护物质，它可提高细胞液的浓度，增加细胞持水组织中的非结冰水，从而降低细胞质的冰点，还可缓冲细胞质过度脱水，保护细胞质胶体不会遇冷凝固。它的含量与植物的抗寒性之间呈正相关[7-8]。由图4可知，玉米受低温胁迫后叶片可溶性糖含量较正常对照组增加了10.69%(P<0.01)，在低温胁迫的同时施用浓度30%PEG后可溶性糖含量较低温对照组下降了8.15%(P<0.01)，且下降后水平略高于正常对照组(P<0.01)。这说明施用浓度30%PEG可明显降低玉米叶片中可溶性糖的含量。随着可溶性糖含量的减少，植物细胞的渗透性降低，有利于水分代谢，从而缓解逆境对植物的伤害。

3 结论与讨论

低温是限制玉米生长和发育的重要环境因素。Back等[9]研究表明，短期的低温锻炼会使植物体内POD酶活性升高，有利于植株在经受更低温度或更长时间的低温胁迫时维持较高的抗寒力。刘宇等[10]研究表明，不同浓度的PEG浸种处理能够提高膜荚黄芪幼苗子叶中POD、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶的活性，降低MDA积累水平。这说明PEG浸种处理可以缓解低温吸胀对种子的伤害，提高幼苗抗冷害的能力。PEG能够提高喜温作物的抗冻性，主要在于PEG能够提高细胞膜保护酶系的活性，降低膜脂过氧化程度，从而启动作物的抗冷机制，提高作物对温度的耐性[11-12]。研降低膜脂过氧化程度，从而启动作物的抗冷机制，提高作物对温度的耐性[11-12]。研究表明，浓度30%PEG能够降低低温胁迫后MDA、可溶性糖含量及POD活性，提高低温胁迫下叶绿素的含量。这说明施用浓度30%PEG能够提高玉米幼苗的抗冷性，与对苜蓿[13]、小麦[14]的研究结果一致。

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The Effects of Polyethylene Glycol on Physiological and Biochemical Characteristics of Corn Seedlings under Low Temperature Stress

PIAO Ying-ji, JIANG Hong-wei, YU Yang, WU Yan*et al

(Daqing Normal University, Daqing, Heilongjiang 163712)

[Objective] To investigate the mitigative effect of polyethylene glycol (PEG) on physiological and biochemical characteristics of corn seedlings under low temperature stress in lab. [Method] Firstly, the corns were potted at 28 ℃. At three-leaf stage, the corn seedlings were stressed by 8 ℃ low temperature for three days. At the same time, the leaf was sprayed by PEG (30%). After three days, the physiological and biochemical characteristics of corn seedlings were determined. [Result] When core seedlings were stressed by low temperature, the contents of malondialdehyde (MDA) and soluble sugar increased significantly (P<0.05), and the peroxidase (POD) activity also increased (P<0.05), but the content of chlorophyll decreased dramatically (P<0.05). After the above stressed corn seedlings were sprayed by PEG (30%), MDA content, soluble sugar content and POD activity decreased (P<0.05), and the chlorophyll content increased (P<0.05) comparing with low temperature control. All levels using PEG (30%) can reach or exceed the low temperature control. [Conclusion] PEG (30%) has mitigative effect on corn seedlings under low temperature stress.

Low temperature stress; Polyethylene glycol; Corn seedling; Physiological and biochemical characteristics; Mitigative effect

黑龙江省大学生创新创业训练计划项目(201410235180)。

朴樱姬(1992 -)，女，黑龙江双鸭山人，本科生，专业：生物技术。*通讯作者，讲师，硕士，从事植物生理生态方面的研究。

2015-03-31

S 513

A

0517-6611(2015)14-005-02