單長卷　張飛揚

摘要：采用10%聚乙二醇6000（PEG6000）模擬干旱脅迫，研究外源水楊酸（SA）對干旱脅迫下玉米品種新單29幼苗根系抗氧化特性的影響。結果表明，干旱脅迫能顯著提高根系細胞質膜透性、丙二醛（MDA）含量，顯著降低抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、過氧化物酶（POD）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、谷胱甘肽還原酶（GR）的活性以及抗氧化物質還原型抗壞血酸（AsA）含量，對抗氧化酶脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）活性和抗氧化物質還原型谷胱甘肽（GSH）含量影響不顯著。與單獨干旱脅迫處理相比，10 μmol/L SA均能使干旱下根系抗氧化酶SOD、CAT、POD、APX、DHAR的活性和抗氧化物質GSH含量顯著提高，分別提高11.1%、10.9%、278.2%、61.5%、175%、304%，使其膜透性和MDA含量分別降低37.5%、44.1%，但對抗氧化酶GR活性和抗氧化物質AsA含量影響不顯著。由此可見，外源施加水楊酸可顯著增強新單29幼苗根系的抗氧化特性，從而增強其對干旱的適應性。

關鍵詞：玉米；根系；抗氧化特性；水楊酸；干旱脅迫

中圖分類號： S513.01；Q945.78文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2015）02-0102-02

收稿日期：2014-04-23

基金項目：河南省教育廳科學技術研究重點項目（編號：13A180302）。

作者簡介：單長卷（1978—），男，山東巨野人，博士，副教授，主要從事植物逆境生理方面的研究。E-mail：shchjuan1978@aliyun.com。在響應干旱的過程中，植物可以通過增強抗氧化系統(tǒng)的活性，而使自身免遭過量活性氧的傷害[1]。大量研究表明，干旱是影響玉米生長發(fā)育和產(chǎn)量的重要因素[2]。而根系是玉米感知和響應土壤干旱的原初部位，其抗氧化能力則直接影響其抗旱性，因此，從抗氧化方面研究玉米根系的抗旱機制及其外源物質的調(diào)控對提高玉米的抗旱性具有重要意義。水楊酸（SA）是一種重要的植物生長調(diào)節(jié)物質，在增強植物抗旱性上具有重要作用[3]。到目前為止，國內(nèi)外關于干旱下水楊酸對玉米抗氧化特性影響方面的研究已有一定基礎[4-6]，但主要集中在葉片的研究上，對根系的研究明顯不足，尚不能揭示水楊酸對干旱下玉米根系抗氧化代謝的調(diào)控機制。由河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學院培育的高產(chǎn)玉米品種新單29抗旱性較差，因此如何在生產(chǎn)栽培中利用水楊酸增強其根系抗旱性對新單29玉米生產(chǎn)中的水分管理具有重要意義，但到目前為止，關于水楊酸對新單29根系抗氧化特性調(diào)控方面的研究尚未見報道。本研究采用10%聚乙二醇6000（PEG6000）模擬干旱環(huán)境，研究水楊酸對新單29幼苗根系超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、抗壞血酸過氧化物酶（APX）、谷胱甘肽還原酶（GR）、脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）活性，抗氧化物質還原型抗壞血酸（AsA）、還原型谷胱甘肽（GSH）、丙二醛（MDA）含量以及膜透性的影響，以期從抗氧化方面揭示水楊酸提高其抗旱性的生理機制，進而為水楊酸在新單29生產(chǎn)栽培中的應用提供理論基礎。

1材料與方法

1.1供試材料及幼苗培養(yǎng)

供試品種為新單29，由河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學院提供。挑選大小均勻、籽粒飽滿的玉米種子100粒，用蒸餾水將種子洗凈后晾干，用0.1% HgCl2浸泡20 min進行常規(guī)消毒，并用蒸餾水沖洗，再用蒸餾水浸泡24 h，然后轉移至培養(yǎng)皿中，加入適量蒸餾水在培養(yǎng)箱中進行發(fā)芽與幼苗培養(yǎng)，培養(yǎng)箱溫度設為25 ℃。待幼苗長至2葉1心時轉入1/4 Hoagland營養(yǎng)液中進行培養(yǎng)，1 d換1次營養(yǎng)液。待幼苗長至3葉1心時，挑選生長情況基本一致的幼苗進行試驗。

1.2試驗方法

1.2.1處理方法與取材試驗共設3種處理：處理1為對照，采用100 mL的1/4 Hoagland營養(yǎng)液進行處理；處理2為干旱脅迫，采用100 mL的1/4 Hoagland營養(yǎng)液配制成的10%PEG進行處理；處理3為10 μmol/L SA+干旱脅迫，先用10 μmol/L SA預處理1 d，然后再轉入10%PEG 進行處理，10 μmol/L SA溶液用1/4 Hoagland營養(yǎng)液配制而成。分別將根系置于不同溶液中進行處理，每個處理6株幼苗，重復3次，在處理后2 d取樣并測定玉米幼苗根系的各項生理指標，各項指標均測定3次。

1.2.2測定項目與方法細胞質膜透性用細胞膜相對透性表示，細胞膜相對透性=L1/L2×100%，式中：L1表示殺死前外滲液的電導值，L2表示殺死后外滲液的電導值[7]207-208；MDA含量的測定參照李合生的方法[8]；SOD活性的測定參照李合生的方法[8]；POD、CAT活性的測定均參照張志良等的方法[7]267-268，POD活性以1 min內(nèi)D470 nm變化0.001為1個酶活性單位，CAT活性以1 min內(nèi)D240 nm變化0.001為1個酶活性單位；APX活性的測定參照沈文飚等的方法，以1 min內(nèi)D290 nm變化0.001為1個酶活性單位[9]；GR 活性的測定按照Grace等的方法，以1 min內(nèi)D340 nm變化0.001為1個酶活性單位[10]；DHAR活性的測定參照Miyake等的方法，以1 min內(nèi)D265 nm變化0.01為1個酶活性單位[11]；AsA含量的測定參照Kampfenkel等的方法[12]；GSH含量的測定參照Griffith 的方法[13]；蛋白質含量的測定采用考馬斯亮藍法。

1.3數(shù)據(jù)處理

采用SAS軟件處理，在0.05水平上進行差異顯著分析。

2結果與分析

2.1水楊酸對干旱下玉米幼苗根系SOD、CAT、POD活性的影響

2.2水楊酸對干旱下玉米幼苗根系AsA-GSH循環(huán)代謝酶活性的影響

由表2可知，與對照相比，干旱脅迫下玉米幼苗根系AsA-GSH循環(huán)代謝酶APX、GR活性顯著減弱59.6%、172%；但干旱脅迫對DHAR活性影響不顯著。與單獨干旱脅迫相比，10 μmol/L SA+干旱脅迫處理使根系APX、DHAR活性顯著增強61.5%、153.8%；但對GR活性影響不顯著。這說明SA對干旱下新單29幼苗根系AsA-GSH循環(huán)代謝酶APX和DHAR活性影響顯著，能通過提高根系APX、DHAR的活性而增強玉米幼苗的抗旱性。

2.3水楊酸對干旱下玉米幼苗根系抗氧化物質AsA、GSH含量的影響

由表3可知，與對照相比，干旱脅迫使玉米幼苗根系AsA含量顯著降低46.1%，但對GSH含量影響不顯著。與單獨干旱脅迫相比，10 μmol/L SA+干旱脅迫處理使根系GSH含量顯著增加30.4%，但對AsA含量影響不顯著。這說明SA能通過提高根系GSH含量而增強玉米幼苗的抗旱性。

2.4水楊酸對干旱下玉米幼苗根系膜透性和MDA含量的影響

由表4可知，與對照相比，干旱脅迫下玉米幼苗根系膜透性和MDA含量顯著增加196.0%、353.8%。與單獨干旱脅迫相比 10 μmol/L SA+干旱脅迫處理使根系膜透性和MDA含量顯著降低37.5%、44.1%。這說明SA能顯著降低干旱對玉米根系造成的氧化傷害。

3結論與討論

細胞質膜透性和膜脂過氧化產(chǎn)物MDA含量是衡量植物抗逆性的2個重要指標。有研究表明，干旱脅迫可以顯著提高玉米根系的膜透性和MDA含量[5]。本研究結果表明，干旱脅迫也可以顯著提高新單29根系的膜透性和MDA含量，而使其遭受氧化脅迫，這與前人的研究結果[5]一致。水楊酸作為一種重要的植物生長調(diào)節(jié)物質，可以緩解干旱對玉米葉片所造成的氧化傷害[5]。本研究結果還表明，水楊酸可以顯著降低新單29幼苗根系膜透性和MDA含量，這與前人的研究結果[5]一致。

植物為了抵御干旱脅迫所造成的傷害，往往會啟動自身的抗氧化防護系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括抗氧化酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng)，前者主要包括SOD、CAT、POD、APX、GR、DHAR等抗氧化酶，后者主要包括AsA、GSH等抗氧化物質。前人的研究結果表明，玉米葉片可以通過增強抗氧化酶SOD、CAT、POD活性來增強其清除活性氧的能力[6，14]；但到目前為止，前人對干旱下玉米根系抗氧化酶響應方面的研究尚未涉及。因此，本試驗進行了相關研究，結果表明，干旱脅迫使新單29幼苗根系SOD、POD、CAT活性均顯著減弱，這與前人對葉片的研究結果[6，14]不一致。此外，本研究結果還表明，干旱脅迫使新單29幼苗根系AsA-GSH循環(huán)代謝酶APX、GR活性及抗氧化物質AsA含量顯著降低。這說明新單29抗旱性差與干旱下根系抗氧化酶活性和抗氧化物質AsA含量降低有關。

大量研究結果表明，水楊酸可以通過增強抗氧化系統(tǒng)酶的活性來顯著增強植物的抗旱性[3]。有研究表明，水楊酸可以顯著增強玉米葉片的SOD、POD、CAT、APX活性來提高其抗旱性[4，14]。本研究結果表明，水楊酸也可以通過增強新單29根系的SOD、POD、CAT、APX活性，這與前人對葉片的研究結果[4，14]一致。此外，本研究結果還表明，水楊酸可以增強新單29根系的DHAR活性和抗氧化物質GSH含量。這說明水楊酸可以通過提高新單29根系抗氧化系統(tǒng)的活性來增強其抗旱能力。

綜上所述，水楊酸可以通過調(diào)控新單29根系的抗氧化特性，從而增強其抗旱能力；因此 水楊酸作為一種外源調(diào)節(jié)物質，可以通過根施的方法（即灌溉的方法應用在新單29的生產(chǎn)栽培管理中）來提高其抗旱性和節(jié)水性。

參考文獻：

[1]Apel K，Hirt H. Reactive oxygen species：metabolism，oxidative stress，and signal transduction[J]. Annual Review of Plant Biology，2004，55：373-399.

[2]齊偉，張吉旺，王空軍，等. 干旱脅迫對不同耐旱性玉米雜交種產(chǎn)量和根系生理特性的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2010，21（1）：48-52.

[3]Korkmaz A，Uzunlu M，Demirkiran A R. Treatment with acetyl salicylic acid protects muskmelon seedlings against drought stress [J]. Acta Physiol Plant，2007，29（6）：503-508.

[4]束良佐，李爽. 水楊酸浸種對水分脅迫下玉米幼苗某些生理過程的影響[J]. 南京農(nóng)業(yè)大學學報，2002，25（3）：9-11.

[5]楊劍平，潘金豹，王文平，等. 水楊酸對水分脅迫下玉米根系膜脂過氧化的影響[J]. 北京農(nóng)學院學報，2002，17（1）：8-12.

[6]Bai L P，Sui F G，Ge T D，et al. Effect of soil drought stress on leaf water status，membrane permeability and enzymatic antioxidant system of maize[J]. Pedosphere，2006，16（3）：326-332.

[7]張志良，瞿偉菁，李小方. 植物生理學實驗指導[M]. 北京：高等教育出版社，2009：207-208，267-268.

[8]李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京：高等教育出版社，2000：267-268.

[9]沈文飚，徐朗萊，葉茂炳，等. 抗壞血酸過氧化物酶活性測定的探討[J]. 植物生理學通訊，1996，32（3）：203-205.

[10]Grace S C，Logan B A. Acclimation of foliar antioxidant systems to growth irradiance in three broad-leaved evergreen species[J]. Plant Physiology，1996，112（4）：1631-1640.

[11]Miyake C，Asada K. Thylakoid-bound ascorbate peroxidase in spinach chloroplasts and photoreduction of its primary oxidation product monodehydroascorbate radicals in thylakoids[J]. Plant Cell and Physiology，1992，33：541-553.

[12]Kampfenkel K，van Montagu M，Inzé D. Extraction and determination of ascorbate and dehydroascorbate from plant tissue[J]. Analytical Biochemistry，1995，225（1）：165-167.

[13]Griffith O W. Determination of glutathione and glutathione disulfide using glutathione reductase and 2-vinylpyridine[J]. Analytical Biochemistry，1980，106：207-212.

[14]張仁和，鄭友軍，馬國勝，等. 干旱脅迫對玉米苗期葉片光合作用和保護酶的影響[J]. 生態(tài)學報，2011，31（5）：1303-1311.周文波，代其林，郭翠，等. 過表達IrrE基因提高油菜的抗鹽脅迫能力[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2015，43（2）：104-107.