论文部分内容阅读
摘要：以玉米品种青农8号为材料，采用缺水和18￥PEG-6000溶液模拟干旱条件的方法，研究玉米幼苗根系几个生理生化指标的变化。结果表明：干旱条件下，玉米幼苗根系可溶性蛋白含量、丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性都呈明显增加趋势，并且在缺水处理96h后增幅减小；缺水48h后复水可使干旱时迅速增加的SOD、POD活性和丙二醛含量恢复到正常状态，可溶性蛋白含量比正常含量低。
关键词：玉米；干旱胁迫；根系；生理生化指标
中图分类号：S513.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2015）04-0026-05
玉米是我国重要的粮食、饲料和能源作物，也是对干旱比较敏感的作物之一[1，2]。在中国，每年由于干旱引起的玉米产量损失相当严重[3，4]。干旱胁迫降低玉米苗期生叶速度和植株高度，减少生物量，严重抑制幼苗营养生长。根系对于水分的吸收起着重要作用，是遇旱最先反应的器官并发出信号，使植株迅速作出反应，与玉米的生长发育和产量形成密不可分[5～7]。由于植物根系长在地下，取样和研究比较困难，因此大多数研究将围绕地上部分展开[8～11]，利用玉米根系对幼苗抗旱性的研究还较少[11，12]。本研究通过对青岛农业大学新选育玉米品种青农8号的幼苗进行模拟干旱与缺水处理，测其根系的有关生理指标，探讨根系生理指标与抗旱性的关系，从而为新的抗旱玉米品种的选育奠定理论基础。
收稿日期：2014-11-17
基金项目：青岛农业大学特色名校工程建设“大学生科技创新项目”；山东省现代农业产业技术体系玉米产业创新团队建设项目（SDAIT-01-022-O1）
1材料与方法
1.1供试品种与试验方法
供试品种为玉米（ZeamaysL.）杂交种青农8号，由青岛农业大学分子育种研究室提供。
采用水培法培养幼苗，即将玉米种子在25℃光照培养箱中水培幼苗，至3叶期进行干旱处理。设置干旱（以18%PEG-6000溶液模拟，用PEG表示）、缺水和正常供水（CK）3个处理，每处理重复3次；按照时间梯度分别取样并进行形态和生理指标的测定：每隔24h对根系取样，冲洗、拍照、研磨后，分别测定其生理指标，连续测定3d，并将缺水处理幼苗于干旱胁迫48h后复水，于复水48h分别取胁迫和对照玉米幼苗根系进行生理生化指标测定。
1.2测定指标与方法
酶液的提取方法：取玉米幼苗根系样品0.5g于预冷的研钵中，加1mL预冷的磷酸缓冲液在冰浴上研磨成浆，加入磷酸缓冲液定容至7mL，在1000r/min下离心15min。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[13]；丙二醛（MDA）含量测定采用双组分分光光度法[14]；超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氯化硝基氮蓝四唑（NBT）光化还原法，以抑制NBT光化学还原的50%为一个酶单位；过氧化物酶（POD））活性测定采用愈创木酚法[15]。
1.3数据处理
数据分析用DPS7.05软件，作图用MicrosoftExcel2007。
2结果与分析
2.1幼苗在模拟干旱条件下的形态变化
由图1看出，与对照比较，干旱条件下的幼苗形态有较明显的区别，随着时间的推进，处理下的幼苗变矮变弱，根系变短变细两个处理对比，缺水条件下的幼苗变化较明显。
2.2可溶性蛋白含量的动态变化
植物体内的可溶性蛋白大多是参与各种代谢的酶类，在干旱和缺水情况下，其含量会发生一定的变化。由图2A看出，干旱处理24h，玉米幼苗根系可溶性蛋白含量缺水处理比对照增加且差异极显著，PEG处理与对照相比差异显著；至48h，PEG处理与对照差异不显著；PEG处理3d内可溶性蛋白含量不断增加，缺水处理增加更为显著，增幅表现为先升高后降低趋势。
对缺水处理48h的幼苗进行复水处理，结果如图3A所示。缺水处理24、48、72h后，幼苗根系可溶性蛋白含量表现为先增加后减少趋势，均存在极显著差异；缺水处理48h的含量最高，其复水48h后，可溶性蛋白含量减少，但比96h（CK）的极显著降低，损伤已完全恢复。
2.3MDA含量的动态变化
MDA是膜脂过氧化的最终产物，其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。如图2B所示，玉米幼苗经过PEG模拟干旱和缺水胁迫后，根系MDA的含量均高于正常供水（CK），24、48、72h缺水处理的MDA含量与对照存在极显著差异，前两者的PEG处理与对照差异不显著，72hPEG处理与对照存在显著差异；随处理时间的延长，幼苗根系MDA含量均有大幅度升高，其中缺水处理的根系MDA含量升高更为显著。
由图3B得出，缺水48h幼苗复水48h后根系的MDA含量和96h（CK）相比不存在差异显著性，已经恢复到正常状态。
2.4SOD活性的动态变化
SOD在植物体中广泛存在，主要作用是清除体内的活性氧，防止自由基对机体造成伤害。在干旱胁迫下，SOD活性变化趋势如图2C所示，随处理时间的延长，根系SOD活性增加，且PEC处理在24h和48h不存在差异显著性，72h存在显著差异。缺水处理和对照相比，在24h不存在差异显著性，在48h和72h存在极显著差异。缺水处理48h的幼苗复水48h后根系SOD活性和96h（CK）相比，不存在差异显著性，认为损伤已经恢复到正常状态，结果如图3C。
2.5POD活性动态变化
POD是参与防御活性氧减少对作物伤害的重要酶，其活性的变化也反映了作物受干旱胁迫的程度。如图2D所示，玉米幼苗经干旱胁迫后其根系中POD活性呈增加趋势；和对照相比，缺水处理24h差异显著，48、72h差异极显著；而PEG处理各时间段均与对照差异不显著。
如图3D所示，复水48h之后的POD活性和96h（CK）相比，不存在差异显著性，认为已经恢复到正常状态。
3讨论与结论
MDA是自由基对细胞膜脂过氧化伤害的主要最终产物之一，有研究表明，植物在干旱胁迫下，根系MDA含量有很大幅度的增加[7，16，17]。本试验中，在一定的干旱条件下，幼苗根系的MDA含量在72h之前，随着时间的推移，呈现出上升的趋势。但是可溶性蛋白含量在缺水48h时达最大，随后又减少，说明时间的延长致使干旱程度加重，干旱引发缺氧从而导致植物体内产生大量的ROS对可溶性蛋白造成严重损伤[18]。
植物细胞内活性氧的清除主要是通过酶促清除系统与非酶促清除系统完成。SOD是植物体内清除活性氧系统的第一道防线，其主要功能是消除细胞内的超氧自由基，POD主要是清除H2O2。苗期干旱，根系SOD活性升高，且耐旱品种升高幅度大于不耐旱品种[17]。本研究表明玉米新品种青农8号在干旱胁迫下，幼苗根系SOD活性在72h之前呈增加趋势，这与前人研究一致。王一[19]的研究表明，玉米自交系苗期干旱条件下，POD活性在第6d达峰值，我们的研究结果也表明POD活性在72h之前呈上升趋势。
干旱抑制玉米植株的生长，但是，适当的复水可以恢复其生长。姚春霞等[20]的研究表明，玉米品种户单4号的根面积和根长在复水5d后与正常水分处理差异不显著。本研究中，干旱胁迫48h再复水48h后，根系各生理指标能恢复到对照（96h）水平，说明玉米新品种青农8号对干旱胁迫存在一定的抗性。
关键词：玉米；干旱胁迫；根系；生理生化指标
中图分类号：S513.01文献标识号：A文章编号：1001-4942（2015）04-0026-05
玉米是我国重要的粮食、饲料和能源作物，也是对干旱比较敏感的作物之一[1，2]。在中国，每年由于干旱引起的玉米产量损失相当严重[3，4]。干旱胁迫降低玉米苗期生叶速度和植株高度，减少生物量，严重抑制幼苗营养生长。根系对于水分的吸收起着重要作用，是遇旱最先反应的器官并发出信号，使植株迅速作出反应，与玉米的生长发育和产量形成密不可分[5～7]。由于植物根系长在地下，取样和研究比较困难，因此大多数研究将围绕地上部分展开[8～11]，利用玉米根系对幼苗抗旱性的研究还较少[11，12]。本研究通过对青岛农业大学新选育玉米品种青农8号的幼苗进行模拟干旱与缺水处理，测其根系的有关生理指标，探讨根系生理指标与抗旱性的关系，从而为新的抗旱玉米品种的选育奠定理论基础。
收稿日期：2014-11-17
基金项目：青岛农业大学特色名校工程建设“大学生科技创新项目”；山东省现代农业产业技术体系玉米产业创新团队建设项目（SDAIT-01-022-O1）
1材料与方法
1.1供试品种与试验方法
供试品种为玉米（ZeamaysL.）杂交种青农8号，由青岛农业大学分子育种研究室提供。
采用水培法培养幼苗，即将玉米种子在25℃光照培养箱中水培幼苗，至3叶期进行干旱处理。设置干旱（以18%PEG-6000溶液模拟，用PEG表示）、缺水和正常供水（CK）3个处理，每处理重复3次；按照时间梯度分别取样并进行形态和生理指标的测定：每隔24h对根系取样，冲洗、拍照、研磨后，分别测定其生理指标，连续测定3d，并将缺水处理幼苗于干旱胁迫48h后复水，于复水48h分别取胁迫和对照玉米幼苗根系进行生理生化指标测定。
1.2测定指标与方法
酶液的提取方法：取玉米幼苗根系样品0.5g于预冷的研钵中，加1mL预冷的磷酸缓冲液在冰浴上研磨成浆，加入磷酸缓冲液定容至7mL，在1000r/min下离心15min。可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G-250法[13]；丙二醛（MDA）含量测定采用双组分分光光度法[14]；超氧化物歧化酶（SOD）活性测定采用氯化硝基氮蓝四唑（NBT）光化还原法，以抑制NBT光化学还原的50%为一个酶单位；过氧化物酶（POD））活性测定采用愈创木酚法[15]。
1.3数据处理
数据分析用DPS7.05软件，作图用MicrosoftExcel2007。
2结果与分析
2.1幼苗在模拟干旱条件下的形态变化
由图1看出，与对照比较，干旱条件下的幼苗形态有较明显的区别，随着时间的推进，处理下的幼苗变矮变弱，根系变短变细两个处理对比，缺水条件下的幼苗变化较明显。
2.2可溶性蛋白含量的动态变化
植物体内的可溶性蛋白大多是参与各种代谢的酶类，在干旱和缺水情况下，其含量会发生一定的变化。由图2A看出，干旱处理24h，玉米幼苗根系可溶性蛋白含量缺水处理比对照增加且差异极显著，PEG处理与对照相比差异显著；至48h，PEG处理与对照差异不显著；PEG处理3d内可溶性蛋白含量不断增加，缺水处理增加更为显著，增幅表现为先升高后降低趋势。
对缺水处理48h的幼苗进行复水处理，结果如图3A所示。缺水处理24、48、72h后，幼苗根系可溶性蛋白含量表现为先增加后减少趋势，均存在极显著差异；缺水处理48h的含量最高，其复水48h后，可溶性蛋白含量减少，但比96h（CK）的极显著降低，损伤已完全恢复。
2.3MDA含量的动态变化
MDA是膜脂过氧化的最终产物，其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度。如图2B所示，玉米幼苗经过PEG模拟干旱和缺水胁迫后，根系MDA的含量均高于正常供水（CK），24、48、72h缺水处理的MDA含量与对照存在极显著差异，前两者的PEG处理与对照差异不显著，72hPEG处理与对照存在显著差异；随处理时间的延长，幼苗根系MDA含量均有大幅度升高，其中缺水处理的根系MDA含量升高更为显著。
由图3B得出，缺水48h幼苗复水48h后根系的MDA含量和96h（CK）相比不存在差异显著性，已经恢复到正常状态。
2.4SOD活性的动态变化
SOD在植物体中广泛存在，主要作用是清除体内的活性氧，防止自由基对机体造成伤害。在干旱胁迫下，SOD活性变化趋势如图2C所示，随处理时间的延长，根系SOD活性增加，且PEC处理在24h和48h不存在差异显著性，72h存在显著差异。缺水处理和对照相比，在24h不存在差异显著性，在48h和72h存在极显著差异。缺水处理48h的幼苗复水48h后根系SOD活性和96h（CK）相比，不存在差异显著性，认为损伤已经恢复到正常状态，结果如图3C。
2.5POD活性动态变化
POD是参与防御活性氧减少对作物伤害的重要酶，其活性的变化也反映了作物受干旱胁迫的程度。如图2D所示，玉米幼苗经干旱胁迫后其根系中POD活性呈增加趋势；和对照相比，缺水处理24h差异显著，48、72h差异极显著；而PEG处理各时间段均与对照差异不显著。
如图3D所示，复水48h之后的POD活性和96h（CK）相比，不存在差异显著性，认为已经恢复到正常状态。
3讨论与结论
MDA是自由基对细胞膜脂过氧化伤害的主要最终产物之一，有研究表明，植物在干旱胁迫下，根系MDA含量有很大幅度的增加[7，16，17]。本试验中，在一定的干旱条件下，幼苗根系的MDA含量在72h之前，随着时间的推移，呈现出上升的趋势。但是可溶性蛋白含量在缺水48h时达最大，随后又减少，说明时间的延长致使干旱程度加重，干旱引发缺氧从而导致植物体内产生大量的ROS对可溶性蛋白造成严重损伤[18]。
植物细胞内活性氧的清除主要是通过酶促清除系统与非酶促清除系统完成。SOD是植物体内清除活性氧系统的第一道防线，其主要功能是消除细胞内的超氧自由基，POD主要是清除H2O2。苗期干旱，根系SOD活性升高，且耐旱品种升高幅度大于不耐旱品种[17]。本研究表明玉米新品种青农8号在干旱胁迫下，幼苗根系SOD活性在72h之前呈增加趋势，这与前人研究一致。王一[19]的研究表明，玉米自交系苗期干旱条件下，POD活性在第6d达峰值，我们的研究结果也表明POD活性在72h之前呈上升趋势。
干旱抑制玉米植株的生长，但是，适当的复水可以恢复其生长。姚春霞等[20]的研究表明，玉米品种户单4号的根面积和根长在复水5d后与正常水分处理差异不显著。本研究中，干旱胁迫48h再复水48h后，根系各生理指标能恢复到对照（96h）水平，说明玉米新品种青农8号对干旱胁迫存在一定的抗性。