基于生理生化指標的玉米雜交種苗期抗旱性評價

賈曉艷， 趙永鋒， 王亞卿， 祝麗英

(河北農業(yè)大學農學院/國家玉米改良中心河北分中心， 河北 保定 071001)

干旱是威脅玉米生產并限制其產量形成的非生物因素之一，通?？梢?0%～50%的減產[1]，種植和培育抗旱品種是緩解這一問題最經濟有效的方法[2-3]。

玉米全生育期需水量大，苗期對水分最敏感，缺水會造成生長緩慢、干枯萎蔫，直接影響后期生長發(fā)育。近年來，關于玉米苗期生理生化特性與抗旱性的關系研究較熱，白向歷等發(fā)現(xiàn)，耐旱指數(shù)與葉片相對含水量，脯氨酸含量及可溶性蛋白含量呈極顯著正相關，與葉片中丙二醛含量呈顯著負相關，這些指標均可作為玉米抗旱性鑒定的生理生化指標[4]；白建芬等研究認為，隨著干旱脅迫程度的增加和時間的推移，玉米幼苗體內的Pro和 MDA含量,SOD、POD和CAT的活性均呈增加或上升趨勢[5]。而對于河北省推廣玉米品種的抗旱性評價鮮見報道，本研究以河北省推廣種植的20個玉米雜交種為試材,研究干旱脅迫對其苗期丙二醛、脯氨酸和可溶性蛋白含量以及SOD、 POD、CAT和APX酶活性的影響，綜合7個生理生化指標的測定結果，采用標準差系數(shù)賦予權重法對品種抗旱性進行綜合評價，為抗旱育種和栽培提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究以河北省推廣的20個玉米雜交種為試驗材料(見表1)。其中農單116、農單902、農單903和農單08-5為河北農業(yè)大學選育品種。

表1 供試品種

序號品種名稱序號品種名稱序號品種名稱序號品種名稱1中科116農單11611金蘋果1816連成212偉科7027農單90212浚單2917登海6623浚單208農單90313農華10118蠡玉684先玉3359農單08-514蠡玉3719京科5285登海670210金秋96315先玉68820鄭單958

表2 干旱脅迫與非干旱脅迫下各指標性狀的變化趨勢

性狀 正常供水 干旱脅迫 x ± sCVx ± sCV耐旱脅迫指數(shù)SOD比活力3.47±0.820.244.82±1.580.331.39POD比活力285.39±57.890.20 369.42±57.800.161.29CAT比活力6.05±1.070.186.24±1.240.20 1.03APX比活力33.51±7.950.2442.23±11.560.271.26可溶性蛋白10.57±1.050.109.24±0.900.100.87脯氨酸9.98±2.310.3221.98±7.040.232.20 丙二醛22.37±5.430.2423.56±4.570.191.05

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設計

幼苗脅迫處理參考趙永鋒等[6]的方法，2017年6月,在溫室進行苗期沙培試驗，試驗采用完全隨機區(qū)組設計，設無水分脅迫和干旱脅迫2種處理,重復3次。待幼苗3葉1心時，用PEG-6000溶液模擬干旱處理，15 d后進行葉片的生理生化指標測定。

1.2.2生理生化指標測定方法

脯氨酸含量采用酸性茚三酮法[7]測定，丙二醛含量采用硫代巴比妥酸比色法[8]測定，SOD活性采用氮藍四唑光化還原法[9]測定，POD活性采用分光光度法 (420 nm)[10]測定，CAT活性采用高錳酸鉀滴定法[11]測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法[12]測定，APX活性采用碘液滴定法[13]測定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003 軟件處理試驗數(shù)據(jù)。耐旱脅迫指數(shù)=干旱處理性狀均值/正常處理性狀均值?？购敌跃C合評價采用標準差系數(shù)賦予權重法[14]，計算公式如下，

u(xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)，j=1,2,3……n；

(1)

u(xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)， j=1,2,3……n。

(2)

如果指標性狀與抗旱性呈正相關，則用(1)式，反之則用(2)式。

標準差系數(shù)、指標權重和綜合評價值分別采用公式(3)、(4)、(5)進行計算。

(3)

(4)

(5)

品種抗旱性評價分級參考李貴全等[15]的方法。D值>0.7為高抗旱型品種； 在 0.6～0.7 之間，為中等抗旱型品種； 在0.5～0.6之間為弱抗旱型品種；D值<0.5為不抗旱型品種。

2 結果與分析

2.1 苗期各生理生化指標與抗旱性的關系

由表2可知：苗期干旱脅迫下，除脯氨酸外，其他生理指標的耐旱脅迫指數(shù)基本相當,說明苗期干旱脅迫對脯氨酸的影響最大,脯氨酸累積量越大品種的抗旱性越強；可溶性蛋白質含量的耐旱脅迫指數(shù)小于1，表明其含量有下降趨勢，其余指標均呈現(xiàn)增加或上升趨勢。

2.2 抗旱性綜合評價

為了更客觀的評價雜交種的苗期抗旱能力，選用標準差系數(shù)賦予權重法，對20個雜交種的苗期抗旱性做綜合評價(表3)，綜合評價D值越大，說明此品種的抗旱能力越強，依據(jù)D值將20個品種的苗期抗旱性進行排序。

由表3可看出，苗期各品種各生理指標的隸屬函數(shù)值因品種、指標的不同而不同，同一品種不同生理指標的隸屬函數(shù)值變化幅度也很大，因此若根據(jù)單一指標隸屬函數(shù)值對品種抗旱性進行評價，其結果必然存在一定的片面性。先玉688的綜合評價D值為0.81>0.7為高抗旱品種，金秋963、蠡玉37的綜合評價D值分別為0.69和0.62，介于0.6～0.7之間，為中等抗旱品種，其它品種的綜合評價D值<0.5,為不抗旱品種。先玉688可用于抗旱性育種及栽培。

3 結論與討論

研究表明，細胞中SOD、POD、CAT、MDA、脯氨酸積累和丙二醛含量變化與作物的抗旱性相關，且作物對干旱脅迫的敏感性因品種、生育期不同有很大差異[16-20]。趙永鋒等[6]以根長、根表面積、干重根冠比3個形態(tài)性狀的耐旱脅迫指數(shù)對雜交種的抗旱性進行了分類，結果顯示，農單08-5、先玉688為強抗旱品種，偉科702和鄭單958為中等抗旱品種；而本研究結果表明：先玉688為強抗旱品種，農單08-5、偉科702和鄭單958皆為不抗旱品種。由此可知：依據(jù)不同的性狀指標，采用不同的數(shù)據(jù)分析方法，其分類結果會有所出入，就苗期抗旱性而言，若把根系形態(tài)指標與生理生化指標相結合，采用標準差系數(shù)賦予權重法進行綜合評價，其評價結果將會更加客觀。

表3 參試玉米品種苗期各生理指標隸屬函數(shù)值及D值

品種 隸屬函數(shù)值u(1)u(2)u(3)u(4)u(5)u(6)u(7)D值排序登海6620.480.310.210.300.720.160.83 0.408 登海67020.390.300.690.340.310.000.26 0.3215 金蘋果180.250.690.660.070.710.240.76 0.464 金秋9630.900.820.980.680.130.660.47 0.692 京科5280.310.180.260.200.710.110.61 0.3117 浚單200.220.240.330.740.990.330.15 0.417 浚單290.240.380.250.280.640.170.50 0.3313 蠡玉370.481.000.540.530.000.611.00 0.623 蠡玉680.590.160.320.110.860.220.00 0.3018 連成210.240.070.160.050.640.510.44 0.2920 農單08-50.260.270.250.220.370.560.25 0.3216 農單1160.170.290.330.140.470.260.47 0.2919 農單9020.000.370.440.340.880.320.65 0.3910 農單9030.200.010.300.030.841.000.36 0.3811 農華1010.480.000.430.630.950.420.35 0.455 偉科7020.200.590.030.650.470.270.59 0.409 先玉3350.170.440.510.000.530.710.70 0.436 先玉6881.000.881.001.000.120.770.65 0.811 鄭單9580.300.270.190.300.450.200.76 0.3412 中科110.220.530.000.700.470.320.01 0.3314權重0.160.150.140.150.100.170.13

注：u(1)～u(7)分別為：SOD比活力、POD比活力、Cat比活力、APX比活力、可溶性蛋白含量、脯氨酸含量、丙二醛含量的隸屬函數(shù)值。

本研究只對20個玉米雜交種的苗期生理生化指標進行了研究，苗期耐旱性不能完全代表品種的耐旱性水平,這些品種在成株期其它生育時期的抗旱性鑒定將有待于進一步研究。