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        干旱脅迫對玉米幼苗根系幾個(gè)生理生化指標(biāo)的影響

        2015-12-22 18:48:56崔立王欣欣軒慧冬宋希云裴玉賀
        山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年4期
        關(guān)鍵詞:生理生化指標(biāo)干旱脅迫根系

        崔立+王欣欣+軒慧冬+宋希云+裴玉賀

        摘要:以玉米品種青農(nóng)8號(hào)為材料,采用缺水和18¥PEG-6000溶液模擬干旱條件的方法,研究玉米幼苗根系幾個(gè)生理生化指標(biāo)的變化。結(jié)果表明:干旱條件下,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)和過氧化物酶(POD)活性都呈明顯增加趨勢,并且在缺水處理96h后增幅減?。蝗彼?8h后復(fù)水可使干旱時(shí)迅速增加的SOD、POD活性和丙二醛含量恢復(fù)到正常狀態(tài),可溶性蛋白含量比正常含量低。

        關(guān)鍵詞:玉米;干旱脅迫;根系;生理生化指標(biāo)

        中圖分類號(hào):S513.01文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào):A文章編號(hào):1001-4942(2015)04-0026-05

        玉米是我國重要的糧食、飼料和能源作物,也是對干旱比較敏感的作物之一[1,2]。在中國,每年由于干旱引起的玉米產(chǎn)量損失相當(dāng)嚴(yán)重[3,4]。干旱脅迫降低玉米苗期生葉速度和植株高度,減少生物量,嚴(yán)重抑制幼苗營養(yǎng)生長。根系對于水分的吸收起著重要作用,是遇旱最先反應(yīng)的器官并發(fā)出信號(hào),使植株迅速作出反應(yīng),與玉米的生長發(fā)育和產(chǎn)量形成密不可分[5~7]。由于植物根系長在地下,取樣和研究比較困難,因此大多數(shù)研究將圍繞地上部分展開[8~11],利用玉米根系對幼苗抗旱性的研究還較少[11,12]。本研究通過對青島農(nóng)業(yè)大學(xué)新選育玉米品種青農(nóng)8號(hào)的幼苗進(jìn)行模擬干旱與缺水處理,測其根系的有關(guān)生理指標(biāo),探討根系生理指標(biāo)與抗旱性的關(guān)系,從而為新的抗旱玉米品種的選育奠定理論基礎(chǔ)。

        收稿日期:2014-11-17

        基金項(xiàng)目:青島農(nóng)業(yè)大學(xué)特色名校工程建設(shè)“大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目”;山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系玉米產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目(SDAIT-01-022-O1)

        1材料與方法

        1.1供試品種與試驗(yàn)方法

        供試品種為玉米(ZeamaysL.)雜交種青農(nóng)8號(hào),由青島農(nóng)業(yè)大學(xué)分子育種研究室提供。

        采用水培法培養(yǎng)幼苗,即將玉米種子在25℃光照培養(yǎng)箱中水培幼苗,至3葉期進(jìn)行干旱處理。設(shè)置干旱(以18%PEG-6000溶液模擬,用PEG表示)、缺水和正常供水(CK)3個(gè)處理,每處理重復(fù)3次;按照時(shí)間梯度分別取樣并進(jìn)行形態(tài)和生理指標(biāo)的測定:每隔24h對根系取樣,沖洗、拍照、研磨后,分別測定其生理指標(biāo),連續(xù)測定3d,并將缺水處理幼苗于干旱脅迫48h后復(fù)水,于復(fù)水48h分別取脅迫和對照玉米幼苗根系進(jìn)行生理生化指標(biāo)測定。

        1.2測定指標(biāo)與方法

        酶液的提取方法:取玉米幼苗根系樣品0.5g于預(yù)冷的研缽中,加1mL預(yù)冷的磷酸緩沖液在冰浴上研磨成漿,加入磷酸緩沖液定容至7mL,在1000r/min下離心15min??扇苄缘鞍缀繙y定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[13];丙二醛(MDA)含量測定采用雙組分分光光度法[14];超氧化物歧化酶(SOD)活性測定采用氯化硝基氮藍(lán)四唑(NBT)光化還原法,以抑制NBT光化學(xué)還原的50%為一個(gè)酶單位;過氧化物酶(POD))活性測定采用愈創(chuàng)木酚法[15]。

        1.3數(shù)據(jù)處理

        數(shù)據(jù)分析用DPS7.05軟件,作圖用MicrosoftExcel2007。

        2結(jié)果與分析

        2.1幼苗在模擬干旱條件下的形態(tài)變化

        由圖1看出,與對照比較,干旱條件下的幼苗形態(tài)有較明顯的區(qū)別,隨著時(shí)間的推進(jìn),處理下的幼苗變矮變?nèi)?,根系變短變?xì)兩個(gè)處理對比,缺水條件下的幼苗變化較明顯。

        2.2可溶性蛋白含量的動(dòng)態(tài)變化

        植物體內(nèi)的可溶性蛋白大多是參與各種代謝的酶類,在干旱和缺水情況下,其含量會(huì)發(fā)生一定的變化。由圖2A看出,干旱處理24h,玉米幼苗根系可溶性蛋白含量缺水處理比對照增加且差異極顯著,PEG處理與對照相比差異顯著;至48h,PEG處理與對照差異不顯著;PEG處理3d內(nèi)可溶性蛋白含量不斷增加,缺水處理增加更為顯著,增幅表現(xiàn)為先升高后降低趨勢。

        對缺水處理48h的幼苗進(jìn)行復(fù)水處理,結(jié)果如圖3A所示。缺水處理24、48、72h后,幼苗根系可溶性蛋白含量表現(xiàn)為先增加后減少趨勢,均存在極顯著差異;缺水處理48h的含量最高,其復(fù)水48h后,可溶性蛋白含量減少,但比96h(CK)的極顯著降低,損傷已完全恢復(fù)。

        2.3MDA含量的動(dòng)態(tài)變化

        MDA是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物,其含量可以反映植物遭受逆境傷害的程度。如圖2B所示,玉米幼苗經(jīng)過PEG模擬干旱和缺水脅迫后,根系MDA的含量均高于正常供水(CK),24、48、72h缺水處理的MDA含量與對照存在極顯著差異,前兩者的PEG處理與對照差異不顯著,72hPEG處理與對照存在顯著差異;隨處理時(shí)間的延長,幼苗根系MDA含量均有大幅度升高,其中缺水處理的根系MDA含量升高更為顯著。

        由圖3B得出,缺水48h幼苗復(fù)水48h后根系的MDA含量和96h(CK)相比不存在差異顯著性,已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

        2.4SOD活性的動(dòng)態(tài)變化

        SOD在植物體中廣泛存在,主要作用是清除體內(nèi)的活性氧,防止自由基對機(jī)體造成傷害。在干旱脅迫下,SOD活性變化趨勢如圖2C所示,隨處理時(shí)間的延長,根系SOD活性增加,且PEC處理在24h和48h不存在差異顯著性,72h存在顯著差異。缺水處理和對照相比,在24h不存在差異顯著性,在48h和72h存在極顯著差異。缺水處理48h的幼苗復(fù)水48h后根系SOD活性和96h(CK)相比,不存在差異顯著性,認(rèn)為損傷已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài),結(jié)果如圖3C。

        2.5POD活性動(dòng)態(tài)變化

        POD是參與防御活性氧減少對作物傷害的重要酶,其活性的變化也反映了作物受干旱脅迫的程度。如圖2D所示,玉米幼苗經(jīng)干旱脅迫后其根系中POD活性呈增加趨勢;和對照相比,缺水處理24h差異顯著,48、72h差異極顯著;而PEG處理各時(shí)間段均與對照差異不顯著。

        如圖3D所示,復(fù)水48h之后的POD活性和96h(CK)相比,不存在差異顯著性,認(rèn)為已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

        3討論與結(jié)論

        MDA是自由基對細(xì)胞膜脂過氧化傷害的主要最終產(chǎn)物之一,有研究表明,植物在干旱脅迫下,根系MDA含量有很大幅度的增加[7,16,17]。本試驗(yàn)中,在一定的干旱條件下,幼苗根系的MDA含量在72h之前,隨著時(shí)間的推移,呈現(xiàn)出上升的趨勢。但是可溶性蛋白含量在缺水48h時(shí)達(dá)最大,隨后又減少,說明時(shí)間的延長致使干旱程度加重,干旱引發(fā)缺氧從而導(dǎo)致植物體內(nèi)產(chǎn)生大量的ROS對可溶性蛋白造成嚴(yán)重?fù)p傷[18]。

        植物細(xì)胞內(nèi)活性氧的清除主要是通過酶促清除系統(tǒng)與非酶促清除系統(tǒng)完成。SOD是植物體內(nèi)清除活性氧系統(tǒng)的第一道防線,其主要功能是消除細(xì)胞內(nèi)的超氧自由基,POD主要是清除H2O2。苗期干旱,根系SOD活性升高,且耐旱品種升高幅度大于不耐旱品種[17]。本研究表明玉米新品種青農(nóng)8號(hào)在干旱脅迫下,幼苗根系SOD活性在72h之前呈增加趨勢,這與前人研究一致。王一[19]的研究表明,玉米自交系苗期干旱條件下,POD活性在第6d達(dá)峰值,我們的研究結(jié)果也表明POD活性在72h之前呈上升趨勢。

        干旱抑制玉米植株的生長,但是,適當(dāng)?shù)膹?fù)水可以恢復(fù)其生長。姚春霞等[20]的研究表明,玉米品種戶單4號(hào)的根面積和根長在復(fù)水5d后與正常水分處理差異不顯著。本研究中,干旱脅迫48h再復(fù)水48h后,根系各生理指標(biāo)能恢復(fù)到對照(96h)水平,說明玉米新品種青農(nóng)8號(hào)對干旱脅迫存在一定的抗性。endprint

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