低磷脅迫對(duì)4個(gè)玉米自交系幼苗生長(zhǎng)及生理生化特性的影響

徐立華　徐相波　王玉紅　丁一　周柱華　劉月輝

摘要：選取常規(guī)玉米育種中應(yīng)用的4個(gè)自交系，研究它們苗期對(duì)低磷的耐受性及低磷脅迫下幼苗鮮重、干重、株高及其生理生化特性變化。結(jié)果表明：齊319低磷脅迫耐受性較差，魯原476次之，魯原43、99038較耐低磷脅迫；低磷脅迫可增加玉米自交系的根長(zhǎng)和根體積，耐受性較差的增加較多；可增加自交系中脯氨酸和丙二醛的含量，使過(guò)氧化氫酶和磷酸酯酶活性升高、硝酸還原酶活性降低。生物活性分子含量及酶活性變化與自交系的低磷耐受程度呈一定的相關(guān)性。

關(guān)鍵詞：玉米自交系；低磷脅迫；生理生化特性

中圖分類號(hào)：S513.01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2014）05-0082-03

玉米是世界三大糧食作物之一，也是我國(guó)主要的糧飼作物和重要的能源作物。山東是我國(guó)玉米生產(chǎn)與輸出大省[1]。磷是三大礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素之一，在植物生長(zhǎng)發(fā)育中有著重要作用。土壤缺磷是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的限制因素，我國(guó)有2/3的耕地缺磷，面積約7千萬(wàn)公頃。使用磷肥是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上解決土壤磷缺乏的主要措施，然而磷肥利用率很低，當(dāng)季只有15%，包括后效也不超過(guò)25%[2]，相當(dāng)多的磷素與土壤中的鈣離子、鐵離子和鋁離子等結(jié)合形成難溶的磷酸鹽，使土壤成為潛在磷庫(kù)。因此，我國(guó)大多數(shù)土壤的磷缺乏屬于作物可用有效磷的缺乏。鑒于此，篩選出耐低磷的玉米自交系并由其組配出耐低磷的品種，對(duì)于提高土壤潛在磷的利用率、節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。

1材料與方法

1.1供試材料

供試4個(gè)玉米自交系為：魯原43、魯原476、99038和齊319。

1.2試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2013年在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所進(jìn)行。取耕作層熟土，拍碎篩除雜物，與篩洗后的河沙以“土∶沙≈2∶1”的比例混勻制成種植基質(zhì)。設(shè)低磷和對(duì)照兩個(gè)處理，對(duì)照每千克種植基質(zhì)施磷酸二銨304 mg和尿素80 mg，低磷處理每千克種植基質(zhì)施尿素204 mg，之后分別裝入直徑30 cm、深30 cm的花盆（盆底部做好防滲），播種。每處理3個(gè)重復(fù)（盆），每重復(fù)播20粒。將花盆置于試驗(yàn)田中，每隔1天進(jìn)行澆水。出苗后10天取樣測(cè)定。

1.3指標(biāo)測(cè)定

1.3.1生長(zhǎng)量指標(biāo)測(cè)定每個(gè)重復(fù)各取10株，去離子水洗凈，吸水紙吸凈表面水分，測(cè)定并計(jì)算單株平均鮮重、株高、根長(zhǎng)[3] 和根體積[3] ，之后放入電熱恒溫干燥箱中80℃烘干，稱重并計(jì)算單株平均干重。

1.3.2生理生化指標(biāo)測(cè)定丙二醛含量參考鄭炳松[4]的方法、脯氨酸含量參考鄒琦[5]的方法、硝酸還原酶活性參考張志良[6]的方法、過(guò)氧化氫酶活性參考李忠光等[7]的方法、酸性磷酸酯酶活性參考李德華等[8]的方法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理分析采用Excel 2003軟件。

2結(jié)果與分析

2.1低磷脅迫對(duì)不同玉米自交系幼苗生長(zhǎng)的影響

由表1可以看出，低磷脅迫下齊319的相對(duì)鮮重、相對(duì)干重及相對(duì)株高的值較小，魯原476次之，而魯原43和99038的鮮重、干重、株高相對(duì)值接近于1。說(shuō)明低磷脅迫對(duì)齊319的幼苗生長(zhǎng)影響最大，對(duì)魯原43和99038的影響較小，即后兩者較耐低磷脅迫。

Lynch[9]和Bowman[10]等認(rèn)為，低磷脅迫下植物會(huì)通過(guò)改變根系的分布來(lái)增大吸收面積，根系面積的增大表現(xiàn)為根長(zhǎng)增加，側(cè)根增多。由表2可以看出，4個(gè)自交系的根長(zhǎng)相對(duì)值齊319最大，魯原476次之，然后依次是魯原43和99038。根體積的比值也基本遵循這個(gè)規(guī)律。說(shuō)明齊319對(duì)低磷脅迫較敏感，魯原476次之，而魯原43和99038較耐受低磷脅迫。

2.2低磷脅迫對(duì)玉米自交系幼苗生理生化指標(biāo)的影響

2.2.1對(duì)脯氨酸和丙二醛含量的影響表3數(shù)據(jù)表明，與對(duì)照相比，低磷脅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。其中仍以齊319增幅最大，魯原476次之，魯原43和99038增幅較小。這與低磷脅迫對(duì)自交系生長(zhǎng)量的影響結(jié)果基本一致。

3結(jié)論與討論

林翠蘭等[14]與陳俊意等[15]的研究表明，低磷脅迫能使玉米幼苗的根長(zhǎng)、根體積、根表面積增加，低磷脅迫下植物可通過(guò)根系適應(yīng)性反應(yīng)來(lái)提高植物對(duì)土壤磷的吸收能力，如根系大小、根系形態(tài)（如主根長(zhǎng)、根毛密度、根毛長(zhǎng)、側(cè)根數(shù)量、側(cè)根密度等）的改變。本試驗(yàn)中，低磷脅迫下4個(gè)不同基因型玉米自交系幼苗的鮮重、干重、株高均受到不同程度影響，且可增加自交系的根長(zhǎng)和根體積，耐受性較差自交系增加較多。

植物細(xì)胞內(nèi)很多代謝都可以產(chǎn)生自由基，這些自由基能夠直接或間接啟動(dòng)細(xì)胞的膜脂過(guò)氧化進(jìn)程，產(chǎn)生有害物質(zhì)，如丙二醛等。為避免自由基對(duì)細(xì)胞膜的破壞，細(xì)胞內(nèi)有一類是保護(hù)酶系統(tǒng)，主要有超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶、過(guò)氧化物酶等組成。脯氨酸是植物體內(nèi)有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[11]，可以有效緩解逆境帶來(lái)的影響。脯氨酸和丙二醛含量變化與自交系的耐低磷能力有一定的相關(guān)性。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低磷脅迫下4個(gè)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，并使過(guò)氧化氫酶、磷酸酯酶活性增加，硝酸還原酶活性降低。硝酸還原酶是植物代謝中一個(gè)重要調(diào)節(jié)酶和限速酶，對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成和蛋白質(zhì)的合成都有重要的影響[12]。

綜合分析，本試驗(yàn)供試4個(gè)自交系中齊319低磷脅迫耐受性較差，魯原476次之，魯原43、99038較耐低磷脅迫；同時(shí)表明低磷脅迫可增加玉米自交系的根長(zhǎng)和根體積，增加自交系中脯氨酸和丙二醛的含量，使過(guò)氧化氫酶和磷酸酯酶活性升高、硝酸還原酶活性降低。

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