干旱胁迫对玉米幼苗抗氧化物酶及GAPDH的影响

王庆云 郭红霞

（1.朔州职业技术学院 山西朔州 036000；2.忻州师范学院生物系 山西忻州 034000）

由于干旱造成的玉米减产，超过其他因素造成的减产总和[1]。面对日益严峻的干旱形势，了解作物的抗旱性，对于选择抗旱性品种、解决干旱胁迫问题具有重要作用[2-4]。许多膜脂过氧化和保护酶系，如SOD、POD、CAT和APX等都已被用于研究植物对逆境的反应机理[5-6]。近年来，农业科研工作者在这个领域做出努力并取得了一些进展[7-12]。李玉华等[13]研究发现，玉米幼苗在干旱胁迫下，叶片中的 SOD、POD、CAT和APX活性均得到提高。叶玉秀等[14]的研究发现，干旱胁迫下糯玉米幼苗叶片中SOD、POD、CAT和APX等酶活性都显著增加。这些研究都说明，在干旱胁迫下，玉米幼苗能激活自身的抗氧化系统来清除体内的有害物质，以此来增强自身的抗旱能力。GAPDH在植物抗氧化胁迫和应答氧化还原信号转导中发挥着重要作用[15]，但目前关于GAPDH对干旱胁迫反应的研究很少[16]。

山西的自然生态条件十分复杂，80%的玉米种植在干旱半干旱地区，年降水量偏少，农田缺乏灌溉条件[17]，干旱时有发生，对玉米种子的萌发和苗期生长影响很大，后期产量损失严重。目前对某一地区主要推广玉米品种抗旱性鉴定的研究还不多[18]，因此对山西主要玉米品种进行抗旱性研究是有必要的。本试验以主要的8个玉米品种为材料，研究干旱胁迫对玉米幼苗CAT、APX、GAPDH活性的影响，以此筛选出抗旱性较强的玉米品种，从而为山西缺水地区玉米品种的选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米品种：大丰14、大丰 26、大丰30、大丰 133、金科玉 3306、金科玉 3308、并单 16、DF2010（山西大丰种业有限公司提供）。试验时间为2020年7月。

1.2 主要仪器与试剂

1.2.1 主要仪器 主要仪器及生产厂家见表1。还包括3 mm比色皿、研钵、制冰机、盆钵、玻璃棒、镊子、离心管、96孔板。

表1 主要仪器及生产厂家

1.2.2 试剂 过氧化氢酶（CAT）活性检测试剂盒（索莱宝生化试剂盒事业部）、抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性检测试剂盒（索莱宝生化试剂盒事业部）、植物甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）酶联免疫分析试剂盒（索莱宝生化试剂盒事业部）。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 将所选种子清洗干净，用蒸馏水浸泡至其发芽，在高9.3 cm、上口径10 cm、下口径7.5 cm的盆钵里装大约60 g育苗基质，加适量蒸馏水将基质均匀拌湿，然后放上已发芽的玉米种子，再在上面覆盖一薄层育苗基质。长出3片叶子之前，都正常浇水；长出3片叶子之后，对照组每天正常浇水，处理组（干旱）不浇水，在经过7 d的干旱处理后，用试剂盒测定GAPDH、CAT、APX活性。

1.3.2 测定指标及方法 过氧化氢酶(CAT)活性根据试剂盒上的步骤，依次加入需要的试剂，酶标仪240 nm处测定；抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性根据试剂盒上的步骤，依次加入需要的试剂，在290 nm测定10 s和130 s光吸收；植物甘油醛-3-磷酸脱氢酶（GAPDH）活性根据试剂盒上的步骤，依次加入需要的试剂，在450 nm处测定。

1.4 数据处理

试验数据均为3次重复的平均值，利用SPSS 19.0软件对数据进行单因素方差分析，并采用Duncan法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同品种玉米幼苗CAT活性的影响

由表2可知，经过干旱胁迫后，8个玉米品种的CAT活性都有不同程度的增加。大丰26的CAT活性增加最多；大丰30和大丰14的CAT活性增加次之，并单16的CAT活性增加最少。

表2 不同品种玉米幼苗对照与干旱处理后CAT活性

2.2 干旱胁迫对不同品种玉米幼苗APX活性的影响

由表3可知，经过干旱胁迫后，大丰14、大丰26、大丰30、大丰133、金科玉3306及并单16的APX活性都有不同程度的增加，而金科玉3308和DF2010的APX活性降低。干旱胁迫后，大丰30的APX活性增加最多（62.89%），其次是大丰14和大丰26的APX活性分别增加43.18%，32.06%，并单16的APX活性增加最少（26.91%）；而金科玉3308和DF2010的APX活性分别降低了36.62%和8.51%。

表3 不同品种玉米幼苗对照与干旱处理后APX活性

2.3 干旱胁迫对不同品种玉米幼苗GAPDH浓度的影响

由表4可知，经过干旱胁迫后，大丰14、大丰26、大丰30、金科玉3306、并单16和DF2010的GAPDH浓度都有不同程度的增加，而大丰133和金科玉3308的GAPDH浓度降低。大丰26的GAPDH浓度增加最多（69.79%），大丰30的GAPDH浓度增加次之（43.19%），并单 16、大丰 14、DF2010 和金科玉 3306的GAPDH浓度分别增加了15.58%、12.70%、9.22%和6.68%，而大丰133和金科玉3308的GAPDH浓度分别降低了9.60%和8.60%。

表4 不同品种玉米幼苗对照与干旱处理后GAPDH浓度

3 结论与讨论

干旱胁迫可破坏植物体内活性氧代谢，增加自由基累积并引起膜系统损伤，植物体内一系列的抗氧化酶和渗透调节物质等可以清除活性氧，保证植株正常生长发育[19-20]。单长卷等[21]的研究表明，干旱胁迫会显著提高玉米幼苗叶片CAT、APX活性。本研究中干旱胁迫与正常浇水相比，8个品种的CAT活性都有不同程度的增加；而金科玉3308和DF2010的APX活性降低了，其余6个品种APX活性有不同程度的增加，这与单长卷[21]的研究结果不一致，其可能原因是与供试玉米品种及其各品种间抗旱能力不同相关。抗旱能力较强的品种可能会激活许多种抗氧化物酶活性来抵御缺水状态，而抗旱能力较弱的品种可能只激活少许抗氧化物酶的活性，并且还可能会降低其他抗氧化物酶的活性。

郭子平[22]研究了干旱胁迫下小麦GAPDH活性，表明干旱胁迫会使小麦GAPDH活性上升。本研究结果表明，6个玉米品种在干旱胁迫后GAPDH浓度都有不同程度的增加，表明干旱胁迫时GAPDH基因被诱导表达，进而减轻了植物膜脂过氧化程度[22-23]；而大丰133和金科玉3308的GAPDH活性降低了，可能是由于在干旱胁迫时GAPDH活性受到严重影响或GAPDH基因没有被诱导表达出来。

综合分析 8个玉米品种 CAT、APX和 GAPDH活性变化，可知干旱胁迫诱导大丰14、大丰26、大丰30玉米幼苗中CAT、APX和GAPDH活性增加，清除玉米幼苗中过多的自由基，减轻了植物膜脂过氧化程度，进而提高其抗旱能力。本研究发现，同一个玉米品种采用不同的指标反应干旱胁迫是不同的，因此要分析玉米品种是否抗旱，不能只采用一个指标，应该多个指标综合分析，而且尽可能越多越好，这有待在今后的研究中进一步探究。