不同玉米自交系耐寒性評價及差異分析

彭云玲，王亞昕，趙小強(qiáng)，呂玉燕

(甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室/甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

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不同玉米自交系耐寒性評價及差異分析

彭云玲，王亞昕，趙小強(qiáng)，呂玉燕

(甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室/甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

摘要：在室內(nèi)低溫條件下，對44份玉米自交系進(jìn)行發(fā)芽期性狀鑒定，并通過隸屬函數(shù)法進(jìn)行耐寒性綜合評價，根據(jù)評價結(jié)果對耐寒玉米自交系和寒敏感玉米自交系進(jìn)行苗期生長和生理生化特性分析，探索不同玉米自交系耐寒性差異生理機(jī)理。結(jié)果表明，利用發(fā)芽期發(fā)芽率、胚芽長、胚根長、根數(shù)為隸屬函數(shù)法綜合評價指標(biāo)篩選出了3份強(qiáng)耐寒玉米自交系，包括玉米自交系Va35-2、Va102、ND246，中等耐寒玉米自交系1份，耐寒玉米自交系2份，寒敏感自交系16份，高寒敏感自交系22份。另外，結(jié)果顯示隨著溫度逐漸降低(25℃、15℃、10℃、6℃)，不同玉米自交系的發(fā)芽率、胚芽長、胚根長和根數(shù)呈下降趨勢，但下降幅度不同，強(qiáng)耐寒玉米自交系各項指標(biāo)下降的速度較慢；但是，從15℃低溫開始，高寒敏感自交系的各項發(fā)芽指標(biāo)下降很快，甚至為0。根據(jù)耐寒性綜合評價結(jié)果，分別選取高耐寒玉米自交系Va35-2、Va102、ND246和高寒敏感玉米自交系K22、B68和H105W進(jìn)行苗期耐寒性差異分析。6℃低溫脅迫處理0、2、4、6 d后，高耐寒自交系Va35-2、Va102、ND246和高敏感自交系K22、B68和H105W的生長和生理生化指標(biāo)都有不同程度的變化,但是Va35-2、Va102和ND246各項指標(biāo)變化幅度較小，而K22、B68和H105W的變化幅度較大，不同品種間差異顯著。總體來看，隨著低溫脅迫時間的延長，生長指標(biāo)(株高、根長、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重和地下部干重)和生理生化指標(biāo)(相對含水量、脯氨酸、可溶性糖含量和保護(hù)酶活性(SOD、POD、CAT))呈下降趨勢，高耐寒玉米自交系下降幅度較小，而高寒敏感玉米自交系下降幅度較大。相對電導(dǎo)率和丙二醛含量呈上升趨勢，耐寒玉米自交系上升幅度較小，而寒敏感玉米自交系上升幅度較大。苗期性狀的相關(guān)性分析表明各項生長和生理指標(biāo)之間聯(lián)系緊密、互相影響，在低溫脅迫條件下調(diào)節(jié)植物的生長。

關(guān)鍵詞：玉米自交系；低溫脅迫；耐寒性評價；差異分析

玉米(Zeamays)是喜溫作物，0℃以上低溫就能發(fā)生冷害[1]。當(dāng)溫度低于l0℃植株生長明顯緩慢，6℃～8℃時停止生長，溫度更低時細(xì)胞和組織產(chǎn)生不可逆的損害。芽期冷害引起出苗率降低、出苗遲緩、成苗率減少；苗期遭遇低溫引起幼苗萎蔫甚至死亡[2-3]。在我國北方特別是東北地區(qū)，玉米產(chǎn)量年際間差異很大，主要是低溫造成的[1,4-6]，在低溫冷害嚴(yán)重年份，玉米減產(chǎn)可達(dá)20%以上[7]。玉米萌發(fā)期、苗期對低溫十分敏感[8]。發(fā)芽及幼苗期受低溫危害所表現(xiàn)的癥狀通常是中胚軸和胚芽鞘變褐及萎蔫、葉片呈水漬狀及發(fā)育不全甚至因幼苗生長受阻而不能成活[5]。目前，進(jìn)行玉米耐寒性研究主要分為室內(nèi)和田間。田間試驗不僅成本高，并且由于不同年份早春溫度的變化，試驗結(jié)果不夠準(zhǔn)確；室內(nèi)實驗成本低，溫度容易控制，結(jié)果穩(wěn)定可靠[1,9]。因此，在室內(nèi)低溫脅迫條件下研究發(fā)芽期和苗期玉米的生長和生理生化指標(biāo)對玉米耐寒性研究具有重要意義。

近年來關(guān)于玉米耐寒性鑒定有了大量的研究[1,9,10-11]，找到了一些耐寒玉米自交系的篩選指標(biāo)。但是，低溫脅迫下采用耐寒玉米自交系和寒敏感玉米自交系進(jìn)行玉米耐寒性的研究報道并不多見[12]，尤其是在發(fā)芽和幼苗期同時對玉米自交系進(jìn)行研究來評價其耐寒性，并對耐寒性的差異進(jìn)行分析的文獻(xiàn)報道較少。本研究選用44份玉米自交系作為實驗材料，在室內(nèi)低溫條件下進(jìn)行萌發(fā)期耐寒性鑒定，并通過隸屬函數(shù)法進(jìn)行耐寒性綜合評價，根據(jù)評價結(jié)果對選出的耐寒玉米自交系和寒敏感玉米自交系進(jìn)行苗期生長和生理生化特性分析，探索不同玉米自交系耐寒性差異的原因，以期為玉米耐寒育種研究提供參考，為玉米耐寒遺傳機(jī)理研究奠定基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗材料

不同耐寒性玉米自交系由甘肅省農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供(表1)。

1.2試驗方法

1.2.1種子清選每個自交系中均選擇飽滿、無破損的種子，分別用0.5%的次氯酸鈉消毒10 min，用蒸餾水沖洗3次，然后用濾紙吸干附著水。

1.2.2種子萌發(fā)試驗將44份玉米自交系種子分別置于直徑為12 cm的培養(yǎng)皿中，雙層濾紙作發(fā)芽床，每皿30粒；分別在25℃、15℃、10℃、6℃條件下同時進(jìn)行發(fā)芽實驗，使其在培養(yǎng)箱中暗發(fā)芽，實驗設(shè)3次重復(fù)。25℃、15℃、10℃、6℃處理的種子分別在第7天、14天、28天和第42天統(tǒng)計種子發(fā)芽率、胚芽長、胚根長、根數(shù)。借鑒郝德榮等[13]方法，利用隸屬函數(shù)法對44份玉米自交系進(jìn)行耐寒性綜合評價，其公式為：

Uij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(1)

Uij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(2)

式中，Uij表示i材料j指標(biāo)的耐寒性隸屬值；Xij表示i材料j指標(biāo)的測定值；Xjmin表示所有材料j指標(biāo)的最小值；Xjmax表示所有材料j指標(biāo)的最大值。若所測指標(biāo)與材料的耐寒性呈正相關(guān)，則采用(1)式計算隸屬值，反之則用(2)式。累加各指標(biāo)的具體隸屬值，并求出平均值后進(jìn)行比較，平均值越大，自交系的耐寒性越強(qiáng)。

1.2.3幼苗生長實驗根據(jù)萌發(fā)期玉米耐寒性的綜合評價結(jié)果將耐寒玉米自交系和寒敏感玉米自交系種植在15 cm×13 cm的營養(yǎng)缽中，每缽30株，25℃正常生長，實驗設(shè)3次重復(fù)；植株長到三葉期時在6℃低溫脅迫條件下分別處理0、2、4、6 d后，測定生長指標(biāo)和生理生化指標(biāo)。

1.3測定項目與方法

1.3.1發(fā)芽指標(biāo)測定

發(fā)芽率：種子發(fā)芽率(%)=(發(fā)芽的種子粒數(shù)/供試種子粒數(shù))×100。

胚根長和胚芽長測定：直接用尺子測定各玉米自交系的胚芽長和胚根長，每品種每處理選10粒，取其平均值。

1.3.2苗期指標(biāo)測定幼苗長至三葉期時，分別在6℃下低溫處理0、2、4、6 d，破壞性取樣,每處理選取10株，用直尺測定株高、根長；將植株分地上部分和地下部分，分別稱鮮重，再將鮮材料105℃殺青10 min，80℃烘至恒重，稱干重。參照張憲政等[14]的方法測定相對含水量、相對電導(dǎo)率、丙二醛、脯氨酸、可溶性糖、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)等指標(biāo)。

1.4統(tǒng)計與分析

所有實驗數(shù)據(jù)使用統(tǒng)計軟件SPSS16.0進(jìn)行處理。實驗結(jié)果用3次重復(fù)的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)表示。采用Duncan進(jìn)行差異顯著性多重比較，并進(jìn)行差異顯著性分析。

2結(jié)果與分析

2.144份不同玉米自交系萌發(fā)期的耐寒性鑒定及綜合評價

在不同溫度條件下(25℃、15℃、10℃、6℃)，對44份玉米自交系的發(fā)芽率、胚芽長、胚根長、根數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計。如表1所示，隨著溫度的降低，各自交系的發(fā)芽率、胚芽長、胚根長、根數(shù)大體呈下降趨勢。但是不同品種各指標(biāo)的變化程度不同，如出苗率的變化，玉米自交系Va35-2、Va102、ND246在不同溫度間的變化幅度較小，而K22、B68和H105W出苗率在不同深度間的變化幅度較大，甚至在15℃條件下就已經(jīng)不發(fā)芽，說明溫度對不同自交系的影響不同。

以發(fā)芽率、胚芽長、胚根長、根數(shù)為隸屬函數(shù)法綜合評價指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)法綜合評價44份自交系的耐寒性的大小，即先分別計算每一材料在25℃、15℃、10℃和6℃下的隸屬值，再取4個溫度下的評價值作為每一材料的隸屬值，此值越大，耐寒性就越大。由表2可以看出，44份材料的隸屬值介于0.00～0.87，平均為0.30，變異系數(shù)為67.20%。根據(jù)隸屬值的大小將44份材料的耐寒性劃分為5種類型，即：高耐寒性類型(隸屬值>0.70)，包括玉米自交系Va35-2、ND246、Va102；中等耐寒性類型(隸屬值介于0.60～0.70之間)，包括Va35；耐寒性類型(隸屬值介于0.50～0.59之間)，包括TS110和N192；寒敏感類型(隸屬值介于0.30～0.49之間)，包括Pa91、W64A、H84、R802、CM、A654、掖478、B73、黃C、AR234、TS164、R802A、TS66、T58、DM、TS109；高寒敏感類型(隸屬值<0.30)，包括TS163、T165、丹340、吉853、Va26、502優(yōu)、黃早四、430、W182BW、WN11、Mo12、TS161、178、自330、K12、鄭22、B64、綜3、B68、K22、H105W、DV。

續(xù)表2

續(xù)表2

續(xù)表2

2.2苗期低溫脅迫處理下不同耐寒性玉米自交系幼苗生長和生理生化特性分析

2.2.1苗期低溫脅迫處理對不同玉米自交系生長指標(biāo)的影響根據(jù)耐寒性綜合評價結(jié)果，對選出的3份高耐寒性玉米自交系Va35-2、Va102和ND246和3份高敏感性玉米自交系K22、B68和H105W進(jìn)行6℃低溫脅迫處理。由表2可知，6℃低溫脅迫處理2、4、6 d后，3個耐寒自交系和3個敏感自交系的株高、根長、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重和地下部干重都有不同程度的下降?？傮w來看，耐寒玉米自交系下降幅度較小，而寒敏感玉米自交系下降幅度較大。如表4所示，與對照(0 d)相比，低溫脅迫處理6 d后，耐寒玉米自交系Va35-2、Va102和ND246的株高分別下降了6.61%、4.38%、6.25%；根長分別下降5.98%、9.64%、8.06%；而寒敏感自交系K22、B68和H105W的株高分別下降7.48%、11.53%、8.76%；根長分別下降15.38%、12.03%、14.16%。低溫脅迫處理2、4、6 d后，Va35-2的地上部鮮重分別下降1.20%、6.62%、14.46%；Va102的地上部鮮重呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢，變化幅度為處理2 d先升高8.33%，處理4 d后的地上部鮮重和對照(0 d)沒有差別，而后處理6 d后地上部鮮重與對照相比下降3.57%；ND246的地上部鮮重分別下降5.10%、13.27%、18.36%。相比較而言，3個敏感自交系下降幅度較大，K22的地上部鮮重分別下降27.03%、56.76%、62.16%；B68的地上部鮮重分別下降21.35%、47.19%、65.17%；H105W的地上部鮮重分別下降29.49%、38.46%、50.00%。同樣，低溫脅迫對不同耐寒性的玉米自交系地上部干重、地下部鮮重和干重也有影響，表現(xiàn)出耐寒自交系的各項指標(biāo)下降幅度較大。這些實驗結(jié)果表明，萌發(fā)期篩選出的耐寒品種Va35-2、Va102和ND246在幼苗期各項幼苗指標(biāo)仍然表現(xiàn)較好，隨著低溫處理時間的延長，各項生長指標(biāo)下降幅度較小。

注：不同天數(shù)處理下不同玉米自交系同一指標(biāo)測定值之間，標(biāo)有大寫字母或小寫字母表示1%與5%水平差異顯著。下同。

Note： Different small letters and capital letters denote significance at 5% and 1% level, respectively. The same as below.

2.2.2苗期低溫脅迫條件下不同玉米自交系相對含水量、相對電導(dǎo)率和丙二醛(MDA)含量的變化由表5可知，與對照(0 d)相比，低溫脅迫處理2、4、6 d后，3個耐寒玉米自交系的相對含水量下降幅度較小，Va35-2分別下降1.63%、4.08%、5.04%；Va102分別下降1.30%、3.54%、4.95%；ND246分別下降1.39%、3.32%、5.60%。3個寒敏感玉米自交系下降幅度較大，K22分別下降9.61%、23.58%、35.37%；B68分別下降7.37%、21.56%、30.48%；H105W分別下降12.33%、22.89%、33.89%。低溫脅迫處理2、4、6 d后，不同玉米自交系的相對電導(dǎo)率都有升高的趨勢，但是上升的趨勢不同，耐寒玉米自交系的升高幅度較小，而寒敏感自交系的升高幅度較大。Va35-2分別升高1.32倍、1.46倍、1.67倍；Va102分別升高1.10倍、1.20倍、1.53倍；ND246分別升高1.23倍、1.56倍、1.91倍。K22分別升高2.54倍、4.21倍、6.18倍；B68分別升高2.15倍、3.90倍、5.82倍；H105W分別升高2.79倍、4.36倍、5.94倍。低溫脅迫條件下，不同玉米自交系葉片的MDA含量的變化趨勢與相對電導(dǎo)率相一致。與對照(0 d)相比，低溫脅迫處理6 d后，3個耐寒玉米自交系Va35-2,Va102和ND246的丙二醛含量分別升高50.01、54.49%、43.08%；寒敏感自交系K22、B68和H105W分別升高129.32%、153.88%、227.40%。說明耐寒系和較寒敏感系體內(nèi)清除自由基的還原物質(zhì)種類較多或含量較高, 從而減輕了自由基對膜的傷害,而敏感系的清除作用較小，從而導(dǎo)致丙二醛含量較高。

2.2.3苗期低溫脅迫下不同玉米自交系葉片脯氨酸和可溶性糖含量的變化從圖1可知，在6℃低溫脅迫條件下6個玉米自交系的脯氨酸含量呈上升趨勢，耐寒系上升幅度較大，敏感系的上升幅度較小。與對照(0 d)相比，低溫脅迫處理2、4、6 d后，Va35-2分別升高2.01倍、3.22倍、4.30倍；Va102分別升高1.93倍、3.11倍、4.09倍；ND246分別升高2.05倍、3.12倍、4.21倍。K22分別升高1.34倍、1.78倍、2.51倍；B68分別升高1.34倍、1.90倍、2.67倍；H105W分別升高1.42倍、2.05倍、2.82倍。這說明耐寒玉米自交系在低溫脅迫下有較多的脯氨酸參與植株的滲透調(diào)節(jié), 以減輕低溫脅迫給植株造成的危害。

另外，低溫脅迫條件下6個玉米自交系中的可溶性糖含量的變化趨勢與脯氨酸含量的變化趨勢相一致。與對照(0 d)相比，低溫脅迫處理2、4、6 d后，Va35-2的可溶性糖含量分別升高1.61倍、2.13倍、2.52倍；Va102分別升高1.68倍、2.19倍、2.64倍；ND246分別升高1.64倍、2.18倍、2.57倍。K22分別升高1.27倍、1.64倍、1.89倍；B68分別升高1.25倍、1.63倍、1.87倍；H105W分別升高1.35倍、1.72倍、2.00倍。

圖16℃條件下不同耐寒性玉米自交系幼苗中脯氨酸含量和可溶性糖含量隨時間的變化

Fig.1Changes of proline and total soluble sugar contents with days in different chilling-tolerance maize

inbred lines under 6℃ stress at seedlings stage

2.2.4低溫脅迫處理下不同玉米自交系葉片保護(hù)酶活性的變化由圖2可知，低溫脅迫條件下，6個玉米自交系保護(hù)酶的活性降低，但是下降的幅度不同。3個耐寒玉米自交系下降幅度較小，而3個寒敏感玉米自交系下降幅度較大。與對照(0 d)相比，低溫脅迫處理2、4、6 d后，Va35-2的SOD酶活性分別下降1.44%、9.32%、22.47%；Va102分別下降6.66%、13.82%、24.17%；ND246分別下降5.29%、13.88%、24.68%。K22分別下降41.09%、63.92%、76.65%；B68分別下降44.22%、64.64%、73.63%；H105W分別下降46.49%、61.70%、70.74%。

低溫脅迫后，POD也有與SOD相似的變化趨勢。與對照(0 d)相比，低溫脅迫處理2、4、6 d后，Va35-2的POD酶活性分別下降12.52%、23.66%、29.88%；Va102分別下降6.63%、19.98%、26.30%；ND246分別下降8.66%、20.97%、28.88%；K22分別下降34.35%、52.20%、64.81%；B68分別下降41.76%、58.39%、70.81%；H105W分別下降27.61%、49.85%、64.59%。

同樣，CAT與SOD和POD酶活性的變化趨勢相一致。與對照(0 d)相比，低溫脅迫處理2、4、6 d后，Va35-2分別下降9.62%、19.04%、28.86%；Va102分別下降10.71%、19.96%、28.57%；ND246分別下降7.59%、15.96%、22.96%。K22分別下降40.21%、60.53%、76.32%；B68分別下降34.09%、62.04%、71.72%；H105W分別下降39.09%、60.90%、74.95%。

圖26℃條件下不同耐寒性玉米自交系幼苗中SOD、POD和CAT活性隨時間的變化

Fig.2 Changes of protective enzyme activity with days in different chilling-tolerance maize inbred lines

under 6℃ stress at seedlings stage

2.2.5苗期低溫脅迫處理下不同耐寒性玉米自交系各性狀的方差分析表6所示的方差分析結(jié)果表明，株高、根長、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重、地下部干重、相對含水量、相對電導(dǎo)率、丙二醛、脯氨酸含量、可溶性糖含量SOD、POD和CAT 14個性狀在不同玉米自交系間達(dá)到顯著差異，說明在正?；虻蜏孛{迫條件下，14個性狀在品種間的變化較大，不同玉米自交系間存在差異，進(jìn)行耐寒品種選育時，可以將這些指標(biāo)作為參考。14個性狀在處理間的差異都達(dá)到了極顯著水平，表明玉米對低溫脅迫比較敏感。14個性狀在品種與處理間的顯著性表明，只有根長、地下部干重和地上部干重沒有達(dá)到顯著差異，其它性狀均達(dá)到顯著和極顯著水平，說明根長、地下部干重和地上部干重受低溫脅迫的影響較小，而其它指標(biāo)受低溫脅迫影響較大。

2.2.6苗期低溫脅迫條件下不同耐寒性玉米自交系各性狀之間的相關(guān)性分析如表7所示，對6份不同耐寒性玉米自交系在6℃低溫脅迫條件下各個性狀之間的相關(guān)性做了分析?？梢钥闯觯蜏孛{迫條件下，株高除了與POD差異性不顯著以外，與根長、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重、地下部干重、丙二醛、脯氨酸含量、可溶性糖含量SOD和CAT均呈顯著正相關(guān),而與相對含水量和相對電導(dǎo)率呈顯著負(fù)相關(guān)；SOD除了與地下部鮮重和地下部干重的差異性不顯著以外，與其它指標(biāo)都存在差異顯著性，只是與相對含水量和相對電導(dǎo)率呈顯著差異性負(fù)相關(guān)。地下部干重與株高、根長、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重之間呈顯著正相關(guān)，這充分體現(xiàn)了植株是一個統(tǒng)一的整體，各項生長和生理指標(biāo)之間聯(lián)系緊密、互相影響。

注：*或**分別代表5%或1%水平差異顯著。下同。

Note： *or** separately represent significantly difference at 5% or 1% level. The same is as below.

3結(jié)論與討論

3.1低溫脅迫處理下不同耐寒性玉米自交系萌發(fā)和幼苗生長特點分析

在玉米種子的萌發(fā)階段，種子發(fā)芽率、胚根長、胚芽長、根系活力指數(shù)等均能反映玉米品種的耐寒性，不同玉米品種在低溫下的發(fā)芽能力存在差異，耐寒性弱的玉米品種種子萌發(fā)、幼苗生長均受到更嚴(yán)重的抑制作用，發(fā)芽時間延遲[9,15]。在幼苗生長階段，出苗率、出苗指數(shù)、幼苗鮮重、幼苗干重、根長等能較有效地反映玉米不同品種的耐寒性[16-17]。本研究首先在室內(nèi)低溫條件下利用萌發(fā)期的發(fā)芽率、胚芽長、胚根長和根數(shù)4個指標(biāo)對44份玉米自交系進(jìn)行萌發(fā)期性狀鑒定，并通過隸屬函數(shù)法進(jìn)行耐寒性綜合評價，而后根據(jù)評價結(jié)果對選出的3份耐寒玉米自交系和3份寒敏感玉米自交系的6個苗期生長指標(biāo)株高、根長、地上部鮮重、地上部干重、地下部鮮重和地下部干重進(jìn)行測定，結(jié)果表明無論在萌發(fā)期還是幼苗生長期高耐寒玉米自交系都有較好的生長潛能，表現(xiàn)出各項指標(biāo)的下降幅度低于高寒敏感玉米自交系，尤其是在萌發(fā)期，從15℃低溫開始，3個高寒敏感自交系的種子已經(jīng)沒有了發(fā)芽跡象。該研究通過萌發(fā)期和幼苗生長期實驗結(jié)果的互相印證，進(jìn)一步確定了萌發(fā)期選出的高耐寒玉米自交系的耐寒性特點。

3.2苗期低溫脅迫處理下，不同耐寒性玉米自交系各項生理生化指標(biāo)的變化與耐寒性的關(guān)系分析

低溫脅迫引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞是導(dǎo)致植物冷害損傷和死亡的根本原因。玉米在低溫脅迫下積累大量的活性氧，產(chǎn)生超氧化物自由基，引發(fā)膜脂過氧化，膜脂過氧化物丙二醛(MDA)大量積累，造成膜透性上升，電解質(zhì)外滲，使電導(dǎo)率值變大，導(dǎo)致細(xì)胞膜系統(tǒng)嚴(yán)重?fù)p傷[10,18-19]。細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與玉米品種的耐寒性呈正相關(guān)，耐寒性強(qiáng)的玉米品種膜透性增大程度較慢，而耐寒性弱的品種膜透性增大迅速，造成細(xì)胞膜嚴(yán)重?fù)p傷[12]。在本研究中，6個玉米自交系均表現(xiàn)出相對含水量降低，相對電導(dǎo)率和MDA含量升高，這一結(jié)果在其它植物中也有類似的報道[20-22]。但是，耐寒玉米自交系與敏感玉米自交系相比表現(xiàn)出相對含水量下降較少，相對電導(dǎo)率上升較慢，MDA含量增加較少。說明低溫脅迫下，耐寒玉米自交系比寒敏感玉米自交系能保持較高的含水量，能更好地維持細(xì)胞膜的完整性以及作物體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性, 使各種生理生化反應(yīng)得以正常進(jìn)行。

脯氨酸和可溶性糖是非常重要和有效的有機(jī)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對植物具有一定的抗性和保護(hù)作用[23]。玉米游離脯氨酸含量與耐寒性呈正相關(guān)，低溫可以明顯地增加玉米體內(nèi)脯氨酸含量[24-25]。高燦紅等[12]指出：玉米幼苗中胚軸對低溫反應(yīng)最敏感，中胚軸脯氨酸含量變化率與玉米耐寒性關(guān)系最密切。王迎春等[10]研究表明，脯氨酸濃度提高顯著的玉米品種具有較強(qiáng)的耐寒特性。簡令成等[26]研究表明，經(jīng)過低溫鍛煉的玉米幼苗脯氨酸含量較常溫下生長的顯著增加，可保護(hù)鍛煉植株在冷脅迫中膜結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免傷害。脯氨酸也可作為膜穩(wěn)定劑防止細(xì)胞冰凍脫水而引起傷害[27]。本研究中有相似的研究結(jié)果，低溫脅迫后，6個玉米自交系的脯氨酸和可溶性糖含量上升。但是，不同耐寒性玉米自交系上升的幅度不同。與寒敏感玉米自交系相比，耐寒玉米自交系Va35-2、Va102、ND246上升幅度較大。這些結(jié)果表明耐寒玉米自交系有較高的脯氨酸和可溶性糖含量，可能有助于維持細(xì)胞的滲透平衡，保護(hù)細(xì)胞膜免受傷害，從而有較快地適應(yīng)低溫脅迫的調(diào)節(jié)能力。

SOD、CAT和POD是生物體內(nèi)的保護(hù)性酶，在清除生物自由基上擔(dān)負(fù)著重要功能，能夠有效地減輕因低溫造成的氧化脅迫傷害[8,22,28]。耐寒性強(qiáng)的品種能保持較高的保護(hù)酶活性[29-30]。本研究結(jié)果表明，在低溫脅迫條件下6個玉米自交系中的保護(hù)酶都隨著處理時間的延長而呈下降趨勢，保護(hù)能力下降，這與張海艷報道的結(jié)果相一致[29]。但是，耐寒玉米自交系中保護(hù)酶的下降幅度低于寒敏感玉米自交系，從而較寒敏感玉米自交系有較高的保護(hù)酶活性，這與前人報道的結(jié)果相一致[31-32]。說明在低溫脅迫下，耐寒玉米自交系保持了較高的抗氧化酶活性，具有較強(qiáng)的活性氧清除能力。

同時，由表4、5，圖1、2可知，耐寒玉米自交系的苗期相關(guān)生長和生理生化指標(biāo)都明顯高于寒敏感玉米自交系，且苗期低溫脅迫條件下各性狀的相關(guān)性分析表明，株高和SOD其它相關(guān)指標(biāo)的相關(guān)性較好，說明低溫脅迫條件下株高和SOD含量是較好的耐寒性指標(biāo)，可直接反應(yīng)出植株耐寒脅迫能力的強(qiáng)弱。

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Evaluation of chilling tolerance in different maize inbred lines

PENG Yun-ling, WANG Ya-xin, ZHAO Xiao-qiang, LV Yu-yan

(GansuKeyLabofCropImprovementandGermplasmEnhancement;GansuProvincialKeyLaboratoryofAridlandCropScience;CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China)

Keywords:Maize inbred lines; low temperature stress; evaluation of chilling tolerance; difference analysis

Abstract：In this study, the physiological and biochemical characteristics, and some traits of 44 maize inbred lines at germination stage were identified, and the chilling tolerance was also evaluated by the membership function method under indoor low temperature condition. Based on the membership function analysis, we identified three inbred lines with high tolerance including Va35-2, Va102 and ND246, one with medium tolerance, sixteen sensitive, and twenty-two high sensitive at germination stage. We found that germination rate, plumule length, radical length and root number gradually decreased with decrease in temperature (25℃, 15℃, 10℃, 6℃). And there were different degree of decrease among maize inbred lines. From 25℃ to 6℃, the germination indexes of the sensitive lines were nearly 0 under 15℃, while high tolerant lines like K22, B68 and H105W had lower germination indexes. Based on the results of chilling-tolerant evaluation at germination stage, we identified high chilling-tolerant maize inbred lines including Va35-2, Va102, ND246 and chilling sensitive lines like K22, B68, H105W, which were used to perform the analysis of chilling tolerance at seedling stage. After 0, 2, 4, 6 days under 6℃ low temperature stress at seedling stage, there was marked difference in growth indexes and physiological and biochemical indexes between the two kinds maize inbred lines. Compared with three sensitive lines, chilling-tolerant lines had a smaller variation. In general, the growth indexes (plant height, root length, shoot fresh weight, shoot dry weight, root fresh weight and root dry weight) and physiological and biochemical indexes (the relative water content, proline content, soluble sugar content and the enzyme activities of SOD, POD, and CAT decreased as the duration of low temperature stress increased, Compared with chilling sensitive maize inbred lines, chilling-tolerant lines had smaller decrease. In addition, the leaves relative conductivity and MDA content increased, and chilling-tolerant lines were higher than the sensitive lines. Correlation analysis showed that seedling growth and physiological-biochemical indexes were significantly correlated at seedlings stage.

文章編號：1000-7601(2016)03-0267-14

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.03.42

收稿日期：2015-05-07

基金項目：國家自然基金項目(31260330，31301333)；教育部博士點基金(20126202120001)；甘肅省高等學(xué)?？蒲许椖?2013B-037)

作者簡介：彭云玲(1978—)，女，河南南陽人，副教授，博士，研究方向為玉米抗逆生理及分子生物學(xué)研究。 E-mail:pengyunlingpyl@163.com。

中圖分類號：S503.4； S513

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A