聚乙二醇對低溫脅迫下玉米幼苗生理生化指標(biāo)的影響

樸櫻姬，姜宏偉，于 洋，劉若岑，楊艷波，武 燕 (大慶師范學(xué)院，黑龍江大慶163712)

聚乙二醇對低溫脅迫下玉米幼苗生理生化指標(biāo)的影響

樸櫻姬，姜宏偉，于 洋，劉若岑，楊艷波，武 燕*(大慶師范學(xué)院，黑龍江大慶163712)

[目的]在實(shí)驗(yàn)室條件下，研究聚乙二醇(PEG)對低溫脅迫下玉米幼苗生理生化指標(biāo)的緩解效應(yīng)。[方法]在28 ℃條件下盆栽玉米，待玉米長到三葉期，對玉米幼苗進(jìn)行8 ℃、3 d的低溫脅迫處理，同時(shí)施用濃度30%PEG噴灑葉片，3 d后測定玉米幼苗生理生化指標(biāo)的變化。[結(jié)果]受低溫脅迫后玉米幼苗丙二醛、可溶性糖含量及過氧化物酶活性均顯著升高(P<0.05)，葉綠素含量顯著降低(P<0.05)；對低溫脅迫下的幼苗施用濃度30%PEG后，丙二醛、可溶性糖含量以及過氧化物酶活性較低溫對照組顯著降低(P<0.05)，葉綠素含量顯著升高(P<0.05)，施用濃度30%PEG后各指標(biāo)均達(dá)到或超過正常對照組水平。[結(jié)論]濃度30%PEG對低溫脅迫下玉米幼苗具有緩解效果。

低溫脅迫；聚乙二醇；玉米幼苗；生理生化指標(biāo)；緩解效果

大慶位于松嫩平原中部，黑龍江省西南部。該地區(qū)農(nóng)業(yè)用地76.2萬hm2，其中玉米種植面積為53萬hm2，占總種植面積的70%。由于大陸性氣候和季風(fēng)性氣候的交替影響，春季溫度升降頻繁且劇烈。低溫是影響玉米生長和產(chǎn)量的一個(gè)重要的非生物脅迫因素[1]。低溫會影響玉米種子出苗的整齊度，降低成苗率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)狗N子喪失生活力，出現(xiàn)爛種和粉種的現(xiàn)象[2]。聚乙二醇(PEG)是一種高分子滲透劑，其突出特點(diǎn)是本身作為高分子化合物不能滲入種子活細(xì)胞內(nèi)，但可以參與細(xì)胞內(nèi)許多生理代謝過程。在一定濃度范圍內(nèi)，它能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，增強(qiáng)植物幼苗的抗冷性[3]。在實(shí)驗(yàn)室的條件下，筆者研究了濃度30%PEG對低溫脅迫下玉米幼苗生理生化指標(biāo)的影響，探討其對玉米幼苗受低溫脅迫后的緩解作用，為PEG在玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料方法

1.1 供試材料供試材料為大慶種子公司提供的“至誠301”玉米種子；聚乙二醇(PEG)為PEG6000，現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.2 玉米幼苗培養(yǎng)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)時(shí)，選取籽粒飽滿、大小均勻且無病蟲害的種子，洗凈種外包衣，用濃度1%的NaClO消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗3次，再將種子放于水中，讓其吸脹12 h后播于鋪有沾水脫脂棉的培養(yǎng)皿內(nèi)，28 ℃黑暗條件下培養(yǎng)48～72 h，待胚根長約1 cm時(shí)開始點(diǎn)穴播種。在光照培養(yǎng)箱28 ℃、光照強(qiáng)度4 000 lx條件下培養(yǎng)至三葉期。

在三葉期后，將所有的試驗(yàn)材料分為3組：①28 ℃繼續(xù)培養(yǎng)3 d的為正常對照組；②溫度轉(zhuǎn)至8 ℃低溫脅迫處理3 d的為低溫對照組；③溫度轉(zhuǎn)至8 ℃低溫脅迫的同時(shí)噴施濃度30% PEG處理3 d的為試驗(yàn)組。試驗(yàn)組連續(xù)每天在6：00、14：00、20：00向幼苗施用30% PEG。處理3 d后，取幼苗葉片測定各項(xiàng)生理生化指標(biāo)。

1.3 生理生化指標(biāo)的測定采用愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶(POD)活性；采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)含量；采用分光光度計(jì)法測定葉綠素含量[4]；采用分光光度計(jì)法測定可溶性糖含量。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理所得數(shù)據(jù)用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件和Excel軟件進(jìn)行LSD檢驗(yàn)、差異顯著性分析及圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 濃度30%PEG對低溫脅迫下玉米幼苗葉綠素含量的影響葉綠素是反映植物生長狀況的一個(gè)指標(biāo)。其含量高，外觀表現(xiàn)為葉色濃綠。葉綠素含量的高低通常表示植物所處逆境脅迫的強(qiáng)弱[5]。由圖1可知，低溫對照組玉米葉片葉綠素含量比正常對照組下降15.52%(P<0.01)，在低溫脅迫同時(shí)施用濃度30%PEG(試驗(yàn)組)后，綠素含量比低溫對照組增加27.21%，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明二者之間差異顯著(P<0.01)，且試驗(yàn)組葉綠素含量高于正常對照組(P<0.05)。施用濃度30%PEG后葉綠素含量升高，表明低溫脅迫程度有所下降，葉綠素合成大于分解，同時(shí)積累更多光合產(chǎn)物，可以為玉米幼苗生長提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)。濃度30%PEG能夠有效地緩解低溫脅迫帶來的影響。

2.2 濃度30%PEG對低溫脅迫下玉米幼苗MDA含量的影響MDA是植物衰老或逆境時(shí)由于膜脂過氧化作用產(chǎn)生的嚴(yán)重?fù)p傷生物膜的一種物質(zhì)，往往能夠作為膜脂過氧化的指標(biāo)。其含量表示細(xì)胞膜發(fā)生過氧化作用的大小以及植物所處逆境的強(qiáng)弱[6]。由圖2可知，在玉米受低溫脅迫后葉片MDA含量比正常對照組增加了92.4%(P<0.01)。在低溫脅迫的同時(shí)，施用濃度30%PEG后葉片MDA含量與低溫對照組相比下降了37.93%(P<0.01)。施用濃度30%PEG后玉米葉片中MDA含量基本恢復(fù)到正常對照水平(P>0.05)。低溫脅迫后細(xì)胞自由基代謝平衡遭到破壞，造成膜脂過氧化加速，過氧化產(chǎn)物MDA含量顯著增加(P<0.05)，施用30%PEG后MDA含量顯著降低(P<0.01)，說明施用30%PEG能夠使膜脂過氧化程度顯著降低(P<0.05)。

2.3 濃度30%PEG對低溫脅迫下玉米幼苗POD活性的影響POD是作物內(nèi)在重要的保護(hù)酶之一，通過清除自由基，在作物抗逆代謝中起保護(hù)作用。低溫脅迫后POD活性較正常對照組升高了15.08%(P<0.05)。在低溫脅迫的同時(shí)，施用濃度30%PEG后POD活性較低溫對照組降低了6.0%(P<0.05)。施用濃度30%PEG后玉米葉片的POD活性略高于正常對照組(P>0.05)。POD作為一種具有較強(qiáng)活性的保護(hù)酶，通過清除線粒體和胞漿中產(chǎn)生的低濃度過氧化氫發(fā)揮作用。施用濃度30%PEG后POD活性顯著降低(P<0.05)，說明施用濃度30%PEG能使玉米的生活環(huán)境有所改善，其細(xì)胞內(nèi)的過氧化氫含量相對降低，導(dǎo)致POD活性下降。

2.4 濃度30%PEG對低溫脅迫下玉米幼苗中可溶性糖含量的影響可溶性糖是預(yù)防蛋白質(zhì)低溫凝固的保護(hù)物質(zhì)。作為滲透保護(hù)物質(zhì)，它可提高細(xì)胞液的濃度，增加細(xì)胞持水組織中的非結(jié)冰水，從而降低細(xì)胞質(zhì)的冰點(diǎn)，還可緩沖細(xì)胞質(zhì)過度脫水，保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膠體不會遇冷凝固。它的含量與植物的抗寒性之間呈正相關(guān)[7-8]。由圖4可知，玉米受低溫脅迫后葉片可溶性糖含量較正常對照組增加了10.69%(P<0.01)，在低溫脅迫的同時(shí)施用濃度30%PEG后可溶性糖含量較低溫對照組下降了8.15%(P<0.01)，且下降后水平略高于正常對照組(P<0.01)。這說明施用濃度30%PEG可明顯降低玉米葉片中可溶性糖的含量。隨著可溶性糖含量的減少，植物細(xì)胞的滲透性降低，有利于水分代謝，從而緩解逆境對植物的傷害。

3 結(jié)論與討論

低溫是限制玉米生長和發(fā)育的重要環(huán)境因素。Back等[9]研究表明，短期的低溫鍛煉會使植物體內(nèi)POD酶活性升高，有利于植株在經(jīng)受更低溫度或更長時(shí)間的低溫脅迫時(shí)維持較高的抗寒力。劉宇等[10]研究表明，不同濃度的PEG浸種處理能夠提高膜莢黃芪幼苗子葉中POD、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶的活性，降低MDA積累水平。這說明PEG浸種處理可以緩解低溫吸脹對種子的傷害，提高幼苗抗冷害的能力。PEG能夠提高喜溫作物的抗凍性，主要在于PEG能夠提高細(xì)胞膜保護(hù)酶系的活性，降低膜脂過氧化程度，從而啟動作物的抗冷機(jī)制，提高作物對溫度的耐性[11-12]。研降低膜脂過氧化程度，從而啟動作物的抗冷機(jī)制，提高作物對溫度的耐性[11-12]。研究表明，濃度30%PEG能夠降低低溫脅迫后MDA、可溶性糖含量及POD活性，提高低溫脅迫下葉綠素的含量。這說明施用濃度30%PEG能夠提高玉米幼苗的抗冷性，與對苜蓿[13]、小麥[14]的研究結(jié)果一致。

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The Effects of Polyethylene Glycol on Physiological and Biochemical Characteristics of Corn Seedlings under Low Temperature Stress

PIAO Ying-ji, JIANG Hong-wei, YU Yang, WU Yan*et al

(Daqing Normal University, Daqing, Heilongjiang 163712)

[Objective] To investigate the mitigative effect of polyethylene glycol (PEG) on physiological and biochemical characteristics of corn seedlings under low temperature stress in lab. [Method] Firstly, the corns were potted at 28 ℃. At three-leaf stage, the corn seedlings were stressed by 8 ℃ low temperature for three days. At the same time, the leaf was sprayed by PEG (30%). After three days, the physiological and biochemical characteristics of corn seedlings were determined. [Result] When core seedlings were stressed by low temperature, the contents of malondialdehyde (MDA) and soluble sugar increased significantly (P<0.05), and the peroxidase (POD) activity also increased (P<0.05), but the content of chlorophyll decreased dramatically (P<0.05). After the above stressed corn seedlings were sprayed by PEG (30%), MDA content, soluble sugar content and POD activity decreased (P<0.05), and the chlorophyll content increased (P<0.05) comparing with low temperature control. All levels using PEG (30%) can reach or exceed the low temperature control. [Conclusion] PEG (30%) has mitigative effect on corn seedlings under low temperature stress.

Low temperature stress; Polyethylene glycol; Corn seedling; Physiological and biochemical characteristics; Mitigative effect

黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410235180)。

樸櫻姬(1992 -)，女，黑龍江雙鴨山人，本科生，專業(yè)：生物技術(shù)。*通訊作者，講師，碩士，從事植物生理生態(tài)方面的研究。

2015-03-31

S 513

A

0517-6611(2015)14-005-02