楊曉杰++張晶+孫百良+王瑤+??

摘要：以2份玉米自交系經(jīng)3-1、05Ny-10為材料，設(shè)計(jì)4個(gè)不同強(qiáng)度的干旱脅迫，研究干旱脅迫對(duì)不同耐鹽性[JP2]玉米自交系苗期形態(tài)及生理生化指標(biāo)的影響。結(jié)果顯示，在干旱脅迫下，2份玉米自交系幼苗的根粗、根長(zhǎng)、須根數(shù)、株高、莖粗、葉寬、葉長(zhǎng)、含水量、色素含量基本呈遞減趨勢(shì)；可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸含量等抗逆性物質(zhì)含量呈遞增趨勢(shì)；相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量均遞增。綜合形態(tài)及生理生化指標(biāo)，不耐鹽的自交系經(jīng)3-1的耐旱性優(yōu)于05Ny-10。[JP]

關(guān)鍵詞：耐鹽玉米；自交系；耐旱性；生理生化指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)： S513.01文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2017）03-0041-03

收稿日期：2015-09-28

基金項(xiàng)目：黑龍江省教育廳科學(xué)研究技術(shù)研究項(xiàng)目（編號(hào)：12541875）。

作者簡(jiǎn)介：楊曉杰（1962—），女，遼寧法庫(kù)人，碩士，教授，研究方向?yàn)橹参锇l(fā)育與資源植物研究。E-mail：yangxiaojie1980@163.com。

干旱是影響我國(guó)及世界玉米穩(wěn)產(chǎn)的重要環(huán)境因子，每年因干旱造成玉米減產(chǎn)約20%～30%，嚴(yán)重旱災(zāi)年部分地區(qū)幾乎絕收，干旱已經(jīng)成為影響玉米產(chǎn)量的重要限制因素[1-2]。隨著全球氣候變暖和水資源的日益匱乏，有關(guān)玉米抗旱性研究及其應(yīng)用更加受到重視。挖掘遺傳潛力、選育抗旱玉米種質(zhì)資源是提高玉米產(chǎn)量穩(wěn)定性、抵御干旱的重要途徑之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)玉米耐旱性研究已經(jīng)作了大量工作[3-9]，認(rèn)為苗期耐旱性與成株期的耐旱性顯著相關(guān)。植物在受到干旱脅迫后，會(huì)誘發(fā)植物體內(nèi)其他多種不良反應(yīng)，因而植物必須迅速啟動(dòng)對(duì)這些不良反應(yīng)的應(yīng)答以存活[10]。

但是目前以不同耐鹽性玉米自交系為材料，研究其耐旱性機(jī)制的報(bào)道較少。[JP+1]本試驗(yàn)在前期玉米自交系耐鹽性篩選的基礎(chǔ)上，選用耐鹽性較強(qiáng)的玉米自交系05Ny-10和耐鹽性差的經(jīng)3-1[11]，比較2份玉米自交系的耐旱性，分析耐鹽與耐旱的一致性，為篩選耐鹽與耐旱玉米自交系提供試驗(yàn)依據(jù)。[JP]

1材料與方法

1.1供試材料

2種不同耐鹽性玉米自交系：經(jīng)3-1、05Ny-10的籽粒，每份籽粒均100粒。

1.2試驗(yàn)方法

挑選飽滿且大小均勻一致的玉米籽粒，浸種后于33 ℃恒溫箱培養(yǎng)催芽，將發(fā)芽的玉米種子種入排水良好的沙盤(pán)中，置于室溫（29±1） ℃培養(yǎng)。用控制澆水頻率的方法分為對(duì)照組（CK）、輕度干旱脅迫（LS）、中度干旱脅迫（MS）和重度干旱脅迫（SS）4個(gè)處理組。在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以最適宜的每天噴水處理為對(duì)照組，其余為每3、5、7 d噴水，采用噴淋的方式各組噴等量的水，進(jìn)行脅迫處理，處理第15天時(shí)開(kāi)始測(cè)定各形態(tài)指標(biāo)和各生理生化指標(biāo)。

1.3指標(biāo)測(cè)定

1.3.1形態(tài)指標(biāo)測(cè)定

測(cè)定玉米的根粗、根長(zhǎng)、株高、莖粗、葉長(zhǎng)、葉寬和須根數(shù)等形態(tài)指標(biāo)，每個(gè)處理重復(fù)3次（n=3），每個(gè)重復(fù)5株，數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

1.3.2生理生化指標(biāo)測(cè)定

色素含量、脯氨酸含量、丙二醛（MDA）含量測(cè)定參照張憲政的方法[12]；相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量測(cè)定參照白寶璋等的方法[13]。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2003軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1干旱對(duì)玉米自交系形態(tài)指標(biāo)的影響

不同干旱條件對(duì)玉米自交系形態(tài)的影響，由表1可知，CK組的玉米自交系05Ny-10的根粗、根長(zhǎng)、株高、莖粗、葉寬和葉長(zhǎng)明顯高于自交系經(jīng)3-1，即自然生長(zhǎng)條件下，二者存在明顯差異。

隨著干旱脅迫的加劇，2份玉米的根粗、須根數(shù)、株高、莖粗、葉寬和葉長(zhǎng)基本呈遞減趨勢(shì)。由表1可見(jiàn)，自交系 05Ny-10的各個(gè)干旱脅迫組株高下降明顯，與對(duì)照比差異極顯著（P<0.01），說(shuō)明干旱脅迫導(dǎo)致植株矮化，生長(zhǎng)受阻，而莖粗變化不顯著；自交系經(jīng)3-1的株高下降不明顯，而莖粗下降明顯（LS、MS組P<0.05，SS組P<0.01）；2份自交系各個(gè)處理組葉寬變化不大；自交系05Ny-10的各個(gè)干旱脅迫組葉長(zhǎng)極顯著變短（P<0.01）。2份自交系在干旱脅迫時(shí)，根長(zhǎng)變化趨勢(shì)不同，自交系經(jīng)3-1干旱處理組比對(duì)照組的根長(zhǎng)都有所增加，其抵御干旱的途徑之一是通過(guò)增加根的長(zhǎng)度向土壤深處吸收更多的水分，隨干旱程度的增加根長(zhǎng)增加量逐漸減??；自交系05Ny-10干旱處理組根長(zhǎng)均小于對(duì)照組，隨干旱脅迫程度的增加，根長(zhǎng)變短的幅度增大。

2.2干旱對(duì)玉米自交系含水量的影響

由圖1可見(jiàn)，隨干旱加劇，2個(gè)自交系含水量都明顯下降，自交系經(jīng)3-1的LS、MS、SS處理組分別下降了27.62%、29.34%、38.34%，自交系05Ny-10分別下降了55.95%、72.10%、75.40%，可見(jiàn)自交系經(jīng)3-1的持水能力較強(qiáng)。

2.3干旱對(duì)玉米自交系色素含量的影響

由圖2、表2可知，葉綠素a、葉綠素b和類(lèi)胡蘿卜素3種色素均隨著干旱脅迫的加劇呈明顯遞減趨勢(shì)，自交系經(jīng)3-1的葉綠素a、葉綠素b含量下降程度超過(guò)類(lèi)胡蘿卜素下降的程度；自交系05Ny-10的葉綠素a、類(lèi)胡蘿卜素下降程度超過(guò)葉綠素b下降的程度，可見(jiàn)干旱對(duì)玉米色素含量的影響在不同自交系間反應(yīng)不同，但都對(duì)光合作用產(chǎn)生不良影響。

2.4干旱對(duì)玉米自交系葉片質(zhì)膜透性的影響

質(zhì)膜的傷害程度用相對(duì)電導(dǎo)率表示。由圖3可見(jiàn)，隨著干旱程度的加劇，2份玉米自交系相對(duì)電導(dǎo)率均呈升高的趨勢(shì)，自交系經(jīng)3-1的3個(gè)干旱脅迫組（LS、MS、SS）分別是對(duì)照的 1.05、1.59、1.68倍，自交系05Ny-10的3個(gè)干旱脅迫組（LS、MS、SS）分別是對(duì)照的2.46、2.48、3.03倍，表明自交系05Ny-10的質(zhì)膜受到的傷害更大。

2.5對(duì)丙二醛含量的影響

在逆境脅迫下，由于自由基對(duì)細(xì)胞膜的過(guò)氧化傷害產(chǎn)生了丙二醛。丙二醛含量的變化能夠反映質(zhì)膜的過(guò)氧化的程度。由圖4可見(jiàn)，2個(gè)玉米自交系在干旱脅迫下，丙二醛含量均呈明顯遞增趨勢(shì)。自交系經(jīng)3-1的3個(gè)干旱脅迫組（LS、MS、SS）分別是對(duì)照的1.03、1.09、1.35倍，自交系05Ny-10的3個(gè)干旱脅迫組（LS、MS、SS）分別是對(duì)照的1.12、1.27、 1.71 倍結(jié)果顯示，自交系05Ny-10的質(zhì)膜過(guò)氧化程度大于自交系經(jīng)3-1。

2.6干旱對(duì)玉米自交系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的影響

可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸等是植物在遭受逆境脅迫時(shí)起滲透調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)劑。植物遭受干旱時(shí)，可以通過(guò)產(chǎn)生上述物質(zhì)調(diào)節(jié)體內(nèi)的滲透壓以抵御干旱。2個(gè)玉米自交系在干旱脅迫下，3種物質(zhì)含量都呈遞增的趨勢(shì)（圖5至圖7）。自交系經(jīng)3-1 LS、MS、SS處理的可溶性糖含量分別是對(duì)照的1.95、2.81、3.53倍，可溶性蛋白含量分別是對(duì)照的1.92、2.02、2.26倍（圖5），脯氨酸含量分別是對(duì)照的1.15、1.42、1.63倍（圖7）；自交系05Ny-10的可溶性糖含量分別是對(duì)照的194、2.53、3.95倍，可溶性蛋白含量分別是對(duì)照的138、1.64、1.78倍，脯氨酸含量分別是對(duì)照的1.05、1.06、165倍（圖5至圖7）。2個(gè)自交系的可溶性糖、脯氨酸含量變化差異不大，自交系經(jīng)3-1可溶性蛋白含量增幅明顯高于自交系05Ny-10，即在滲透調(diào)節(jié)物積累能力上，自交系經(jīng) 3-1 強(qiáng)于自交系05Ny-10。[FL）]

[TPYXJ5.tif][FK）]

3結(jié)論與討論

抗旱性是植物在環(huán)境因素作用下，表現(xiàn)出的形態(tài)特征和生理生化特性變化的復(fù)雜性狀。研究表明，抗旱性強(qiáng)的植物具有良好的抵御和適應(yīng)不良環(huán)境的生長(zhǎng)策略[14]，干旱脅迫時(shí)，在其他形態(tài)指標(biāo)都降低的情況下，自交系經(jīng)3-1通過(guò)增加根長(zhǎng)的策略，增加吸收土壤深處水分的能力，以保證體內(nèi)生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)水分的需求。

丙二醛含量和相對(duì)電導(dǎo)率的增加能反映膜受傷害的程度，在干旱脅迫下丙二醛含量增加說(shuō)明膜受到的過(guò)氧化傷害大。自交系經(jīng)3-1丙二醛的含量和相對(duì)電導(dǎo)率的增加幅度均小于自交系05Ny-10，說(shuō)明在干旱脅迫時(shí)，經(jīng)3-1受到的過(guò)氧化傷害低于自交系05Ny-10。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可以使玉米在受到逆境時(shí)維持一定的壓力，保證各生理功能的順利進(jìn)行。滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累程度是衡量作物抗旱能力的重要指標(biāo)。在干旱脅迫下，抗旱的自交系積累的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)相對(duì)較多，不抗旱的自交系積累滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)則較少。不同的玉米自交系對(duì)逆境脅迫的形態(tài)和生理響應(yīng)是不同的，不應(yīng)單純以單個(gè)指標(biāo)判別其抗旱性的強(qiáng)弱，要綜合形態(tài)特征和生理特征綜合分析。在正常生長(zhǎng)條件下，自交系05Ny-10的各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)都好于自交系經(jīng)3-1，且05Ny-10的耐鹽性強(qiáng)于經(jīng)3-1，但在受到干旱脅迫時(shí)，經(jīng) 3-1的脯氨酸含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量的相對(duì)增幅要高于05Ny-10。結(jié)合根長(zhǎng)等形態(tài)指標(biāo)、含水量及其他生理指標(biāo)綜合分析，自交系經(jīng)3-1在干旱脅迫下的調(diào)節(jié)能力要強(qiáng)于05Ny-10，表現(xiàn)出較好的抗旱性，為篩選玉米抗旱資源提供了參考依據(jù)，說(shuō)明不同自交系的抗鹽、抗旱機(jī)制是有差異的，還有待對(duì)其差異的產(chǎn)生機(jī)制作進(jìn)一步的研究。

[HS2]參考文獻(xiàn)：

[1]Dai A G，Trenberth K E，Qian T T. A global dataset of Palmer Drought Severity Index for 1870-2002：relationship with soil moisture and effects of surface warming[J]. J Hydrometeor，2009，5（6）：1117-1130.[HJ1.75mm]

[2]Nicholls N. The changing nature of Australian droughts[J]. Climatic Change，2004，63（3）：323-336.

[3]張寶石，徐世昌，宋鳳斌，等. 玉米抗旱基因型鑒定方法和指標(biāo)的探討[J]. 玉米科學(xué)，1996，4（3）：19-22.

[4]Belo A，Zheng P Z，Luck S，et al. Whole genome scan detects an allelic variant of fad2 associated with increased oleic acid levels in maize[J]. Molecular Genetics and Genomics，2008，279（1）：1-10.

[5]Bernardo R，Yu J. Prospects for genomewide selection for quantitative traits in maize[J]. Crop Science，2007，47：1082-1090.

[6]Bolanos J，Edmeades G. The importance of the anthesis-silking interval in breeding for drought tolerance in tropical maize[J]. Field Crops Res，1996，48：65-80.

[7]Harjes C E，Rocheford T R，Bai L，et al. Natural genetic variation in lycopene epsilon cyclase tapped for maize biofortification[J]. Science，2008，319（5861）：330-333.

[8]蘇治軍，郝轉(zhuǎn)芳，謝傳曉，等. 我國(guó)常用玉米自交系的耐旱性評(píng)價(jià)[J]. 玉米科學(xué)，2009，17（5）：19-24.

[9]李晚忱，付鳳玲，袁佐清. 玉米苗期耐旱性鑒定方法研究[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2001，14（3）：29-32.

[10]徐立明，張振葆，梁曉玲，等. 植物抗旱基因工程研究進(jìn)展[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（6）：293-303.

[11]楊曉杰，李旭業(yè)，王海艷，等. 玉米自交系耐鹽種質(zhì)的篩選及芽苗期耐鹽性評(píng)價(jià)[J]. 玉米科學(xué)，2014，22（4）：19-25.

[12]張憲政. 作物生理研究法[M]. 北京：農(nóng)業(yè)出版社，1992：119-218.

[13]白寶璋，王景安，孫玉霞，等. 植物生理學(xué)測(cè)試技術(shù)[M]. 北京：中國(guó)科技出版社，1993：148-156.

[14]黃彩變，曾凡江，雷加強(qiáng). 塔克拉瑪干沙漠南緣3個(gè)沙拐棗種的抗旱特性比較[J]. 草業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（3）：136-143.