干旱脅迫與復(fù)水對(duì)玉米苗期滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及抗氧化酶的影響

劉志芳，張春梅 ，閆治斌 ，秦嘉海

（1.河西學(xué)院農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，甘肅 張掖 734000；2.甘肅高校河西走廊特色資源利用省級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 張掖 734000；3.甘肅省敦煌種業(yè)股份有限公司，甘肅 酒泉 735000）

干旱脅迫是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育的主要因子，隨著全球氣溫的升高，干旱脅迫對(duì)植物的影響越來(lái)越突出［1～2］，因此，研究干旱脅迫對(duì)植物的影響在理論和生產(chǎn)實(shí)踐上均有重要意義。植物細(xì)胞維持正常的生理功能必須有一定的水分，表現(xiàn)出一定的膨壓［3］；滲透調(diào)節(jié)是指在低水勢(shì)條件下，細(xì)胞可在一定程度上通過(guò)降低滲透勢(shì)來(lái)平衡水勢(shì)的降低以維持膨壓，從而保證細(xì)胞執(zhí)行正常生理功能的一種內(nèi)在調(diào)節(jié)機(jī)制［4］。研究證實(shí)，在干旱脅迫下，一些植物可在一定的水勢(shì)變化范圍內(nèi)通過(guò)滲透勢(shì)的改變來(lái)維持膨壓，葉片可大量累積脯氨酸、增加可溶性糖含量來(lái)抵御干旱的影響［5］。我們以2個(gè)耐旱性不同的玉米品種為材料，研究干旱脅迫及復(fù)水對(duì)玉米幼苗滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響以及相對(duì)含水量、水勢(shì)、細(xì)胞膜透性與玉米耐旱性之間的關(guān)系，以期為玉米耐旱性指標(biāo)體系的建立提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試玉米品種為掖單13號(hào)（抗旱性弱）和農(nóng)大108（抗旱性強(qiáng)）。

1.2 試驗(yàn)方法

將精選、漂洗好的玉米種子置于28℃恒溫箱中催芽24h，挑選發(fā)芽勢(shì)基本一致的種子播種于20cm×30cm瓦盆中，瓦盆裝田間表層壤土3.5k g，保持田間最大持水量為29.8%。每盆播15粒，共20盆。在光照強(qiáng)度300～350Lx、12h光照/12h黑暗、28℃、相對(duì)濕度60%～80%條件下培養(yǎng)。3葉1心后停止?jié)菜?，使土壤水分緩慢降低。以土壤含水量占最大持水?0%時(shí)為對(duì)照（C K），占最大持水量35%時(shí)為重度干旱（處理Ⅰ），占最大持水量32%時(shí)為深重度干旱（處理Ⅱ），分別以復(fù)水后24h、48h為處理Ⅲ、處理Ⅳ。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

取玉米心葉1～2片，葉片相對(duì)含水量用稱(chēng)重法測(cè)定，葉片水勢(shì)用壓力室法測(cè)定，葉片質(zhì)膜透性以電導(dǎo)率法測(cè)定，可溶性糖含量用蒽酮法測(cè)定，可溶性蛋白含量以考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定，脯氨酸含量用茚三酮比色法測(cè)定，超氧化物歧化酶活性用氮藍(lán)四唑（N B T）分度光度法測(cè)定，過(guò)氧化物酶活性以愈創(chuàng)木酚法測(cè)定，過(guò)氧化氫酶活性用紫外吸收法測(cè)定［6］。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱及復(fù)水對(duì)葉片相對(duì)含水量、水勢(shì)和細(xì)胞膜透性的影響

圖1、圖2、圖3表明，干旱脅迫導(dǎo)致玉米苗期葉片相對(duì)含水量、細(xì)胞水勢(shì)降低，細(xì)胞膜透性增加，復(fù)水后各指標(biāo)迅速恢復(fù)。干旱處理前，2個(gè)玉米品種間無(wú)明顯差異，重度干旱（處理Ⅰ）時(shí)品種間細(xì)胞水勢(shì)和細(xì)胞膜透性均差異明顯，抗旱性強(qiáng)的品種農(nóng)大108細(xì)胞水勢(shì)下降、細(xì)胞膜透性增加幅度均較小。葉片深重度干旱（處理Ⅱ）時(shí)，不同玉米品種葉片的相對(duì)含水量和細(xì)胞水勢(shì)繼續(xù)下降，而農(nóng)大108（抗旱性強(qiáng)）的細(xì)胞膜透性有適應(yīng)性的恢復(fù)。復(fù)水24h（處理Ⅲ）后各指標(biāo)迅速恢復(fù)，表現(xiàn)出補(bǔ)償性恢復(fù)，細(xì)胞水勢(shì)尤為明顯，出現(xiàn)超補(bǔ)償效應(yīng)。復(fù)水48h（處理Ⅳ）后，除相對(duì)含水量外，其它指標(biāo)補(bǔ)償效應(yīng)顯著。

圖1 干旱復(fù)水對(duì)玉米苗期葉片相對(duì)含水量的影響

圖2 干旱復(fù)水對(duì)玉米苗期葉片水勢(shì)的影響

圖3 干旱復(fù)水對(duì)玉米苗期葉片細(xì)胞膜透性的影響

2.2 干旱及復(fù)水對(duì)葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

由圖4可知，在干旱后復(fù)水條件下，2個(gè)玉米品種葉片中的可溶性糖含量呈先上升后下降趨勢(shì)，在復(fù)水24h（處理Ⅲ）時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)農(nóng)大108、掖單13的可溶性糖產(chǎn)生速率與對(duì)照相比分別提高了4.920%和4.264%，其中掖單13號(hào)的升幅大于農(nóng)大108，表現(xiàn)出較弱的抗旱性，可溶性糖的積累與品種的抗旱性呈負(fù)相關(guān)。

圖4 干旱和復(fù)水對(duì)玉米苗期葉片可溶性糖含量的影響

由表1可知，在干旱后復(fù)水條件下，農(nóng)大108、掖單13號(hào)兩個(gè)品種的葉片中蛋白質(zhì)在深重度干旱（處理Ⅱ）時(shí)達(dá)最大，此時(shí)兩品種的蛋白質(zhì)產(chǎn)生速率與對(duì)照相比分別提高了67.1%、209.6%，掖單13號(hào)的增幅大于農(nóng)大108，表現(xiàn)出較弱的抗旱性，蛋白質(zhì)的積累與品種的抗旱性呈負(fù)相關(guān)。由圖5可知，玉米苗期葉片脯氨酸含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，農(nóng)大108、掖單13號(hào)葉片中脯氨酸在深重度干旱（處理Ⅱ）時(shí)均達(dá)最大，此時(shí)兩品種的脯氨酸產(chǎn)生速率與對(duì)照相比分別提高了1.662%和1.476%，其中掖單13號(hào)的增幅大于農(nóng)大108，表現(xiàn)出較弱的抗旱性，且脯氨酸的積累與品種的抗旱性呈負(fù)相關(guān)。

表1 干旱和復(fù)水的玉米苗期葉片蛋白質(zhì)含量 g/kg

圖5 干旱和復(fù)水對(duì)玉米苗期葉片脯氨酸含量的影響

2.3 干旱及復(fù)水對(duì)葉片抗氧化酶類(lèi)含量的影響

SOD、POD和CAT是清除植物細(xì)胞活性氧最重要的抗氧化酶類(lèi)，在植物抗氧化系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。由圖6可知，干旱復(fù)水條件下，SOD、POD和CAT含量均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)。農(nóng)大108、掖單13號(hào)葉片中的SOD、POD和CAT含量均在深重度干旱（處理Ⅱ）時(shí)達(dá)最大，此時(shí)兩品種的SOD活性與對(duì)照相比分別提高了1.254%、1.269%，POD含量分別提高了1.588%、1.413%，CAT含量分別提高了1.054%、1.009%，且掖單13號(hào)表現(xiàn)出較弱的抗旱性。CAT含量變化小于SOD和POD，表明在干旱和復(fù)水條件下，SOD和POD在清除活性氧和膜脂化氧化方面起重要作用。

圖6 干旱和復(fù)水對(duì)玉米苗期SOD、POD和CAT含量的影響

3 小結(jié)與討論

1）玉米的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)主要是可溶性糖，可溶性糖、蛋白質(zhì)和脯氨酸的積累與品種的抗旱性呈負(fù)相關(guān)。本研究表明，玉米抗旱性與水分脅迫下抗氧化酶類(lèi)活性成顯著負(fù)相關(guān)，抗旱性強(qiáng)的品種酶活性降低較小，抗旱性弱的降低較大，其中SOD和POD為玉米主要抗氧化酶。

2）可溶性糖在植物抵抗干旱時(shí)起滲透調(diào)節(jié)的作用，并參與植物復(fù)水后生理恢復(fù)和修復(fù)過(guò)程。本試驗(yàn)中，抗旱性不同的兩玉米品種葉片中的可溶性糖的含量在干旱復(fù)水條件下呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，與卜令鐸等玉米研究的結(jié)果一致［3］。干旱逆境下可溶性糖含量增加是作物對(duì)干旱脅迫的一種適應(yīng)性反應(yīng)，水分缺失時(shí)糖主動(dòng)積累，參與降低植物體滲透勢(shì)，以利于植物體在干旱逆境下維持正常生長(zhǎng)所需水分，提高其抗逆適應(yīng)性。

3）脯氨酸也是植物體內(nèi)的重要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，在植物抵抗干旱時(shí)起滲透調(diào)節(jié)的作用，并參與植物復(fù)水后生理恢復(fù)和修復(fù)過(guò)程［7］。本試驗(yàn)中，抗旱性不同的兩玉米品種葉片脯氨酸含量在干旱復(fù)水條件下呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，與張淑勇等、趙麗英等、馬秀芳等玉米研究的結(jié)果一致［4，8～9］。這是因?yàn)楦珊得{迫下植物通過(guò)大量積累脯氨酸來(lái)降低細(xì)胞滲透勢(shì)，提高組織的持水力，對(duì)植物體內(nèi)的酶和膜有保護(hù)作用。

4）可溶性蛋白質(zhì)是一種有效的滲透調(diào)節(jié)物，植物在失水時(shí)產(chǎn)生一些可溶性蛋白質(zhì)，具有脫水保護(hù)功能。本試驗(yàn)中抗旱性不同的2個(gè)玉米品種葉片中的蛋白質(zhì)的含量在干旱復(fù)水條件下呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，與白建芬等、邵艷軍等玉米研究的結(jié)果一致［1，10］。這是因?yàn)樵诟珊得{迫下，隨著土壤含水量的降低，可溶性蛋白質(zhì)含量增加，起到滲透調(diào)節(jié)的作用并參與復(fù)水后修復(fù)工作。

5）當(dāng)植物受到水分脅迫時(shí)，SOD、POD、CAT等保護(hù)酶能維持活性氧自由基的產(chǎn)生與清除系統(tǒng)的平衡。本試驗(yàn)中抗旱性不同的2個(gè)玉米品種葉片中的抗氧化酶的含量在干旱復(fù)水條件下呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，與白建芬等、石喜等玉米研究的結(jié)果一致［1，11］。這是因?yàn)楦珊祵?dǎo)致細(xì)胞膜的過(guò)氧化而遭破壞，抗氧化酶系可消除超氧自由基，以減輕膜脂過(guò)氧化作用對(duì)膜結(jié)構(gòu)的傷害。干旱下植株通過(guò)提升酶活性來(lái)適應(yīng)干旱環(huán)境，抗旱性較強(qiáng)的品種有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，所以酶活性上升程度較高；復(fù)水后由于品種抗旱性的不同，各指標(biāo)的恢復(fù)速率和程度也不同。

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