基于生理生化指标的玉米杂交种苗期抗旱性评价

贾晓艳， 赵永锋， 王亚卿， 祝丽英

(河北农业大学农学院/国家玉米改良中心河北分中心， 河北 保定 071001)

干旱是威胁玉米生产并限制其产量形成的非生物因素之一，通常可引起20%～50%的减产[1]，种植和培育抗旱品种是缓解这一问题最经济有效的方法[2-3]。

玉米全生育期需水量大，苗期对水分最敏感，缺水会造成生长缓慢、干枯萎蔫，直接影响后期生长发育。近年来，关于玉米苗期生理生化特性与抗旱性的关系研究较热，白向历等发现，耐旱指数与叶片相对含水量，脯氨酸含量及可溶性蛋白含量呈极显著正相关，与叶片中丙二醛含量呈显著负相关，这些指标均可作为玉米抗旱性鉴定的生理生化指标[4]；白建芬等研究认为，随着干旱胁迫程度的增加和时间的推移，玉米幼苗体内的Pro和 MDA含量,SOD、POD和CAT的活性均呈增加或上升趋势[5]。而对于河北省推广玉米品种的抗旱性评价鲜见报道，本研究以河北省推广种植的20个玉米杂交种为试材,研究干旱胁迫对其苗期丙二醛、脯氨酸和可溶性蛋白含量以及SOD、 POD、CAT和APX酶活性的影响，综合7个生理生化指标的测定结果，采用标准差系数赋予权重法对品种抗旱性进行综合评价，为抗旱育种和栽培提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究以河北省推广的20个玉米杂交种为试验材料(见表1)。其中农单116、农单902、农单903和农单08-5为河北农业大学选育品种。

表1 供试品种

序号品种名称序号品种名称序号品种名称序号品种名称1中科116农单11611金苹果1816连成212伟科7027农单90212浚单2917登海6623浚单208农单90313农华10118蠡玉684先玉3359农单08-514蠡玉3719京科5285登海670210金秋96315先玉68820郑单958

表2 干旱胁迫与非干旱胁迫下各指标性状的变化趋势

性状 正常供水 干旱胁迫 x ± sCVx ± sCV耐旱胁迫指数SOD比活力3.47±0.820.244.82±1.580.331.39POD比活力285.39±57.890.20 369.42±57.800.161.29CAT比活力6.05±1.070.186.24±1.240.20 1.03APX比活力33.51±7.950.2442.23±11.560.271.26可溶性蛋白10.57±1.050.109.24±0.900.100.87脯氨酸9.98±2.310.3221.98±7.040.232.20 丙二醛22.37±5.430.2423.56±4.570.191.05

1.2 试验方法

1.2.1试验设计

幼苗胁迫处理参考赵永锋等[6]的方法，2017年6月,在温室进行苗期沙培试验，试验采用完全随机区组设计，设无水分胁迫和干旱胁迫2种处理,重复3次。待幼苗3叶1心时，用PEG-6000溶液模拟干旱处理，15 d后进行叶片的生理生化指标测定。

1.2.2生理生化指标测定方法

脯氨酸含量采用酸性茚三酮法[7]测定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法[8]测定，SOD活性采用氮蓝四唑光化还原法[9]测定，POD活性采用分光光度法 (420 nm)[10]测定，CAT活性采用高锰酸钾滴定法[11]测定，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法[12]测定，APX活性采用碘液滴定法[13]测定。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2003 软件处理试验数据。耐旱胁迫指数=干旱处理性状均值/正常处理性状均值。抗旱性综合评价采用标准差系数赋予权重法[14]，计算公式如下，

u(xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，j=1,2,3……n；

(1)

u(xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)， j=1,2,3……n。

(2)

如果指标性状与抗旱性呈正相关，则用(1)式，反之则用(2)式。

标准差系数、指标权重和综合评价值分别采用公式(3)、(4)、(5)进行计算。

(3)

(4)

(5)

品种抗旱性评价分级参考李贵全等[15]的方法。D值>0.7为高抗旱型品种； 在 0.6～0.7 之间，为中等抗旱型品种； 在0.5～0.6之间为弱抗旱型品种；D值<0.5为不抗旱型品种。

2 结果与分析

2.1 苗期各生理生化指标与抗旱性的关系

由表2可知：苗期干旱胁迫下，除脯氨酸外，其他生理指标的耐旱胁迫指数基本相当,说明苗期干旱胁迫对脯氨酸的影响最大,脯氨酸累积量越大品种的抗旱性越强；可溶性蛋白质含量的耐旱胁迫指数小于1，表明其含量有下降趋势，其余指标均呈现增加或上升趋势。

2.2 抗旱性综合评价

为了更客观的评价杂交种的苗期抗旱能力，选用标准差系数赋予权重法，对20个杂交种的苗期抗旱性做综合评价(表3)，综合评价D值越大，说明此品种的抗旱能力越强，依据D值将20个品种的苗期抗旱性进行排序。

由表3可看出，苗期各品种各生理指标的隶属函数值因品种、指标的不同而不同，同一品种不同生理指标的隶属函数值变化幅度也很大，因此若根据单一指标隶属函数值对品种抗旱性进行评价，其结果必然存在一定的片面性。先玉688的综合评价D值为0.81>0.7为高抗旱品种，金秋963、蠡玉37的综合评价D值分别为0.69和0.62，介于0.6～0.7之间，为中等抗旱品种，其它品种的综合评价D值<0.5,为不抗旱品种。先玉688可用于抗旱性育种及栽培。

3 结论与讨论

研究表明，细胞中SOD、POD、CAT、MDA、脯氨酸积累和丙二醛含量变化与作物的抗旱性相关，且作物对干旱胁迫的敏感性因品种、生育期不同有很大差异[16-20]。赵永锋等[6]以根长、根表面积、干重根冠比3个形态性状的耐旱胁迫指数对杂交种的抗旱性进行了分类，结果显示，农单08-5、先玉688为强抗旱品种，伟科702和郑单958为中等抗旱品种；而本研究结果表明：先玉688为强抗旱品种，农单08-5、伟科702和郑单958皆为不抗旱品种。由此可知：依据不同的性状指标，采用不同的数据分析方法，其分类结果会有所出入，就苗期抗旱性而言，若把根系形态指标与生理生化指标相结合，采用标准差系数赋予权重法进行综合评价，其评价结果将会更加客观。

表3 参试玉米品种苗期各生理指标隶属函数值及D值

品种 隶属函数值u(1)u(2)u(3)u(4)u(5)u(6)u(7)D值排序登海6620.480.310.210.300.720.160.83 0.408 登海67020.390.300.690.340.310.000.26 0.3215 金苹果180.250.690.660.070.710.240.76 0.464 金秋9630.900.820.980.680.130.660.47 0.692 京科5280.310.180.260.200.710.110.61 0.3117 浚单200.220.240.330.740.990.330.15 0.417 浚单290.240.380.250.280.640.170.50 0.3313 蠡玉370.481.000.540.530.000.611.00 0.623 蠡玉680.590.160.320.110.860.220.00 0.3018 连成210.240.070.160.050.640.510.44 0.2920 农单08-50.260.270.250.220.370.560.25 0.3216 农单1160.170.290.330.140.470.260.47 0.2919 农单9020.000.370.440.340.880.320.65 0.3910 农单9030.200.010.300.030.841.000.36 0.3811 农华1010.480.000.430.630.950.420.35 0.455 伟科7020.200.590.030.650.470.270.59 0.409 先玉3350.170.440.510.000.530.710.70 0.436 先玉6881.000.881.001.000.120.770.65 0.811 郑单9580.300.270.190.300.450.200.76 0.3412 中科110.220.530.000.700.470.320.01 0.3314权重0.160.150.140.150.100.170.13

注：u(1)～u(7)分别为：SOD比活力、POD比活力、Cat比活力、APX比活力、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、丙二醛含量的隶属函数值。

本研究只对20个玉米杂交种的苗期生理生化指标进行了研究，苗期耐旱性不能完全代表品种的耐旱性水平,这些品种在成株期其它生育时期的抗旱性鉴定将有待于进一步研究。