玉米杂交种叶片抗脱水能力及生理生化特性研究

刘风

摘    要：为研究不同玉米品种离体叶片抗脱水能力差异及其与生理生化特性之间的关系，本试验以3个玉米杂交种为材料，测定离体叶片脱水速率，在不同时间点测定叶片相对电导率（REC）、相对含水量（RWC）、脯氨酸（Pro）含量、丙二醛（MDA）含量、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化物酶（POD）活性及过氧化氢酶（CAT）活性7个生理生化指标。结果表明，3个玉米杂交种的离体叶片脱水速率存在显著差异（P<0.01），先玉335叶片抗脱水能力最强、金穗3号次之，ly5502较差;生理生化分析表明，先玉335和金穗3号能在脱水胁迫后期维持较高的相对含水量和较低的电导率、积累较多的脯氨酸和较少的丙二醛。

关键词：玉米;脱水速率;生理指标;抗旱性

文章编号：1005-2690（2022）02-0046-03       中国图书分类号：S513       文献标志码：B

1 材料与方法

1.1 供试玉米材料

玉米杂交种先玉335、金穗3号及ly5502种子，由白银金穗种业有限公司提供。

1.2 试验设计

试验于2020年4月在甘肃省农业科学院日光温室内进行。在内口径13 cm、底径9.7 cm、高度11.6 cm的塑料花盆中装入高温灭菌的珍珠岩，并浇水至田间持水量的80%。挑选大小均匀一致、籽粒饱满的干净玉米种子，用0.1%HgCl2消毒5 min，用蒸馏水冲洗5次后滤纸吸干，用蒸馏水浸种12 h，按每盆8株播种后覆盖2 cm厚珍珠岩，保鲜膜封口。发芽后去掉保鲜膜，每2 d浇1次Hoagland完全营养液，待幼苗长到三叶一心后，在晴天9：00～11：00选择生长相对一致的幼苗，剪取叶片用于离体叶片脱水速率测定，同时采集叶片液氮速冻存于-80 ℃冰箱中用于生理生化指标测定。

1.3 测定方法

玉米幼苗离体叶片脱水速率测定采用重量法，采集叶片后放置于干净滤纸上，在0 h、2 h、4 h、6 h和8 h称叶片重量，计算脱水速率。叶片相对含水量（RWC）采用称重法测定、相对电导率（REC）采用电导率仪法测定、超氧化物歧化酶（SOD）活性采用氮蓝四唑法测定、过氧化氢酶（CAT）活性采用紫外吸收法测定。SOD活性以抑制NBT光化还原50%所需酶量为1个酶活单位（U/g FM）;过氧化物酶（POD）活性采用愈创木酚法测定[1]，以每分钟OD值变化0.01为1个酶活单位（Ug/min FM）;脯氨酸含量采用Troll W等（1995）[2]方法、丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法測定[3]。

1.4 数据处理

试验数据采用Microsoft Excel 2019软件进行数据整理和绘图，采用SPSS 16.0统计分析软件进行方差分析及最小显著差异性检验（Duncan’s新复极差法，P<0.05）。

2 结果分析

2.1 3个玉米杂交种抗脱水能力比较

离体叶片脱水速率反应了植物叶片水分散失的快慢程度，抗旱性强的品种细胞内有较强的黏性、亲水能力高，在干旱胁迫下抗脱水能力强，因而离体叶片脱水速率低，而抗旱性弱的品种抗脱水能力弱，离体叶片脱水速率相对较高。从图1可以看出，3个玉米杂交离体叶片脱水速率由大到小依次为ly5502、金穗3号、先玉335，3个杂交种之间的差异均达到显著水平（P<0.05），一定程度上可以说明3个杂交种中先玉335的抗旱能力较强，金穗3号次之，ly5502较弱。

2.2 脱水处理对3个玉米杂交种离体叶片相对含水量和相对电导率的影响

叶片相对含水量反映了植物细胞中的水分状况，而相对电导率则反映了植物细胞膜系统状况。一般在植物受到非生物逆境胁迫的情况下会发生失水，同时细胞膜容易破裂、膜蛋白受损而造成胞液外渗，致使相对电导率增大。因此，叶片相对含水量和相对电导率常作为评价植物抗逆能力的参考指标。

从图2A中可以看出，随着脱水处理时间的延长，3个玉米杂交种的叶片相对含水量均逐渐降低。0～2 h，ly5502保持较高的叶片相对含水量，为先玉335的1.10倍，差异达到显著水平（P<0.05）。4～8 h，ly5502 叶片相对含水量下降程度非常明显，与先玉335和金穗3号相比差异达到显著水平（P<0.05）。从图2B中可以看出，随着脱水时间的延长，3个杂交种的叶片相对电导率呈逐渐上升的趋势，先玉335和金穗3号的上升趋势比较平稳，而ly5502在4 h的相对电导率明显高于先玉335和金穗3号（P<0.05），在8 h有所下降。综上可见，3个杂交种在脱水处理下的相对含水量和相对电导率差异较大，反映出先玉335和金穗3号的抗旱能力优于ly5502。

2.3 脱水对3个玉米杂交种叶片脯氨酸含量的影响

脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质，在逆境胁迫下植物体内会积累脯氨酸，降低细胞渗透。维持细胞质与液泡间的渗透平衡，在一定程度上可以增强植物的抗逆水平，是植物抗逆性的重要生化指标。由图3可知，随着脱水时间的延长，3个杂交种的脯氨酸含量逐渐升高，其中，先玉335的上升趋势最显著，2 h、4 h、8 h的脯氨酸含量分别为0 h的1.23倍、1.66倍和1.79倍，金穗3号在0～2 h的脯氨酸含量高于先玉335（P<0.05），4～8 h低于先玉335（P<0.05），ly5502在0～2 h的脯氨酸含量显著高于先玉335和金穗3号（P<0.05），在4～8 h显著低于先玉335和金穗3号（P<0.05）。可见，在脱水胁迫初期先玉335叶片内脯氨酸积累量较少，胁迫后期会大量积累脯氨酸以调节体内的渗透平衡，金穗3号和ly5502叶片的脯氨酸积累也呈上升趋势，但在胁迫后期的积累量略低于先玉335，表明这两个品种在胁迫下的渗透调节能力较差。

2.4 脱水对不同玉米杂交种离体叶片丙二醛含量的影响

丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的产物，其能加剧膜的损伤。因此，MDA含量常作为植物衰老和抗性生理研究中的重要参考指标。从图4可见，3个杂交种的MDA含量随着脱水时间的延长逐渐增加，在0～2 h，先玉335的MDA含量最低，且与金穗3号和ly5502之间的差异达到显著水平（P<0.05），4 h 时先玉335的MDA含量与金穗3号相比差异不显著，但与ly5502相比差异达到显著水平（P<0.05），在8 h时先玉335的MDA含量与金穗3号相比差异不显著，但与ly5502相比差异均达到显著水平（P<0.05）。可见3个杂交种中先玉335在脱水胁迫下叶片积累的MDA最少，金穗3号次之，ly5502最多。

2.5 脱水对3个玉米杂交种离体叶片抗氧化酶活性的影响

SOD、POD、CAT是植物体细胞内重要的抗氧化酶，其中，SOD可以催化超氧阴离子转化为H2O2，而POD和CAT可以将H2O2转化为H2O。由图5可知，3个杂交种抗氧化酶的活性总体呈先升后降的趋势。由图5A可知，3个杂交种的SOD活性均随着脱水时间的延长呈现出先升高后降低的趋势，先玉335的SOD活性在不同时间点均高于金穗3号和ly5502，且差异达到显著水平（P<0.05）;3个杂交种的POD活性也呈现先升后降的趋势，总体上先玉335的POD活性高于其他两个品种（P<0.05）;CAT活性总体呈现先升后降的趋势，其中先玉335和金穗3号的CAT活性明显高于ly5502（P<0.05）。综上，3个玉米杂交种中先玉335的抗氧化酶活性最强，金穗3号次之，ly5502最弱。

3 讨论

离体叶片抗脱水能力、植物原生质的耐脱水能力和叶片角质层的保水能力，是评价植物抗旱性的重要参考指标，离体叶片脱水速率在一定程度上可以反映植物抗旱性的强弱。本试验中，先玉335的离体叶片脱水速率最慢、金穗3号次之、ly5502最快，初步看出3个品种抗旱性的差异。同时，离体叶片抗脱水的大小与叶片结构具有直接关系[4]，从解剖学角度分析3个杂交种叶片的结构差异，可以更好地解释3个品种离体叶片抗脱水能力的不同。

叶片相对含水量反映植物细胞在特定环境下的水分状况，在干旱环境下相对含水量高的品种抗旱性较强，本研究中先玉335和金穗3号在胁迫后期能维持较高的叶片相对含水量，表明其抗旱能力优于ly5502。相对电导率反映质膜透性，植物受到胁迫后，质膜透性增强。本研究中，ly5502的相对电导率显著高于先玉335和金穗3号，说明其抗旱性最弱。脯氨酸在植物的渗透调节中起重要作用，当遭受水分胁迫时，体内的脯氨酸含量明显增加。本研究中，在脱水0～2 h，ly5502积累的脯氨酸最多，金穗3号次之，先玉335最少。在4～8 h，3个品种叶片中积累的脯氨酸依次为先玉335、金穗3号、ly5502。

可以看出ly5502轻度胁迫时，需要产生较多的脯氨酸维持体内的渗透平衡，在胁迫后期，其产生脯氨酸的能力显著低于先玉335和金穗3号，进一步证明ly5502抗旱性较差。SOD、CAT、POD是细胞抵御活性氧伤害的重要保护酶，在清除活性氧、保持膜系统免受损伤方面起着重要作用。在整个脱水胁迫过程中，先玉335的SOD、POD及CAT活性最强、金穗3号次之，ly5502最弱，进一步证明先玉335和金穗3号的抗旱性强于ly5502。

參考文献：

[1]李合生.植物生理生化实验原理和技术[M].高等教育出版社，2000.

[2]Troll W，Lindsley J. A photometric method for the detemination of proline[J].Journal of Biological Chemistry，1995（2）：655-660.

[3]张蜀秋，李云，武维华.植物生理学实验技术教程[M].北京：科学出版社，2011.

[4]赵丽英，邓西平，山仑.持续干旱及复水对玉米幼苗生理生化指标的影响研究[J].中国生态农业学报，2004，12（3）：24-27.

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