沈 彥

(桂林市靈川縣定江鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)農(nóng)村綜合服務(wù)中心，廣西 靈川 541213)

1 引言

影響玉米產(chǎn)量的主要環(huán)境因素有干旱、低溫、鹽堿等，隨著人口增加和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鹽堿化、工業(yè)污染、氣候的異常、水資源匱乏日益加重。中國(guó)沿海地區(qū)鹽堿化、次生鹽堿化土壤達(dá)4000萬(wàn)hm2以上，玉米是糧飼兼用型的主要農(nóng)作物，鹽堿環(huán)境脅迫可在玉米的整個(gè)生育期中對(duì)作物產(chǎn)生傷害，尤其是種子吸脹萌發(fā)更為敏感，直接影響玉米苗期和植株的生長(zhǎng)，導(dǎo)致玉米減產(chǎn)[1]。藺吉祥等[2]認(rèn)為隨著鹽堿脅迫濃度的增大，小麥種子的發(fā)芽率持續(xù)下降；張瑞福等試驗(yàn)證明NaCl處理種子濃度的增加，種子萌發(fā)受到不同程度的抑制。本文在前人工作的基礎(chǔ)上主要側(cè)重研究玉米種子在充分吸脹后的萌動(dòng)期，在不同逆境下整個(gè)抗氧化酶系統(tǒng)的變化規(guī)律，并對(duì)不同逆境的效應(yīng)進(jìn)行比較，以期為進(jìn)一步研究在逆境條件下的玉米種子萌發(fā)生理奠定基礎(chǔ)，為培育和篩選玉米萌發(fā)期抗逆品種提供理論依據(jù)，為建立配套栽培措施提供指導(dǎo)。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試驗(yàn)材料

供試材料為玉米(Zea Mays)雜交種沈玉17號(hào)。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 種子預(yù)吸脹處理

取20 g挑選的玉米種子(2次重復(fù))經(jīng)0.1%NaClO浸泡消毒10 min后，將種子用蒸餾水沖洗干凈，放于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿 (Φ12 cm) 中，加入20 mL蒸餾水，28 ℃暗中處理。取吸脹24 h玉米種子進(jìn)行各種環(huán)境脅迫處理(低溫脅迫處理材料吸脹12 h)，以蒸餾水處理為對(duì)照，對(duì)照培養(yǎng)溫度為28 ℃。

2.2.2 環(huán)境脅迫處理

取吸脹24 h(低溫處理為吸脹12 h)的種子，分別用鹽、堿處理(處理水平見(jiàn)表1)。處理2、4、6、8、10 h后取樣測(cè)定各種指標(biāo)，并調(diào)查10 h后的發(fā)芽情況。同時(shí)測(cè)定吸脹萌發(fā)期處理對(duì)種子SOD活性的影響。

3 吸脹萌發(fā)期環(huán)境脅迫對(duì)種子SOD的影響

3.1 吸脹萌發(fā)期Na2CO3處理對(duì)種子SOD活性的影響

由圖1可以看出，對(duì)照種子在處理期間SOD活性隨時(shí)間的延續(xù)略有緩慢升高；0.03M Na2CO3處理誘導(dǎo)初期(0～2 h)的SOD活性升高；0.5M Na2CO3處理誘導(dǎo)初期(0～2 h)的SOD活性升高，短時(shí)間穩(wěn)定后(4～6 h)下降。在處理的前半期，高濃度的Na2CO3(0.5M)誘導(dǎo)產(chǎn)生的SOD活性高于低濃度(0.03M)。這意味著在高濃度的Na2CO3誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的活性氧，也意味著在高濃度Na2CO3脅迫下種子細(xì)胞膜受到更大的傷害。方差分析表明0.5M Na2CO3處理與對(duì)照差異達(dá)極顯著水平；與0.03M Na2CO3處理差異不顯著；0.03M Na2CO3處理與對(duì)照差異不顯著。

圖1 Na2CO3處理下種子SOD活性的變化

3.2 吸脹萌發(fā)期NaCl處理對(duì)種子SOD活性的影響

由圖2可以看出，不論是高濃度的NaCl(0.5M)，還是低濃度的NaCl(0.03 M)都誘導(dǎo)處理初期(高濃度0～2 h，低濃度0～4 h)的SOD活性升高，都顯著的高于對(duì)照，但NaCl誘導(dǎo)的SOD上升不穩(wěn)定，在中期下降，后期又上升。NaCl處理的濃度越高，處理前期誘導(dǎo)的SOD活性越強(qiáng)。在NaCl處理過(guò)程中SOD活性變化出現(xiàn)2個(gè)活性高峰，分別出現(xiàn)在早期(4 h)和后期(8 h)。各處理的最低值均出現(xiàn)在6h處。方差分析表明，種子SOD活性在2個(gè)NaCl濃度處理間有顯著差異，2個(gè)NaCl濃度處理都與對(duì)照差異顯著。

圖2 NaCl處理下種子SOD活性的變化

4 結(jié)果與討論

在吸脹萌發(fā)過(guò)程中，種子吸水經(jīng)歷快-慢-快的三階段，依次是依賴(lài)種子襯質(zhì)勢(shì)的急劇吸水過(guò)程，吸水停滯階段和露白過(guò)程的吸水再度上升階段[4]。種子吸脹作用開(kāi)始后，首先恢復(fù)呼吸作用，這個(gè)變化在幾分鐘內(nèi)就可被檢量到。在萌發(fā)過(guò)程中，耗氧量先是驟然增加，然后增加速率變緩，直到胚根長(zhǎng)出，呼吸作用再驟然提高[5,6]。種子吸脹萌發(fā)期鹽堿脅迫對(duì)于抗氧化酶活性都具有誘導(dǎo)作用，誘導(dǎo)效應(yīng)隨濃度的升高而增大。鹽(NaCl)和堿(Na2CO3)之間的誘導(dǎo)效應(yīng)以存在較大的差異。低濃度(0.03 mol/L)的鹽(0.03 mol/L)和低濃度(0.03 mol/L)的堿的效應(yīng)相近，但是高濃度(0.5 mol/L)Na2CO3處理對(duì)SOD的誘導(dǎo)效應(yīng)遠(yuǎn)大于高濃度(0.5 mol/L)的NaCl。這與曲元?jiǎng)俒7]玉米種子Na2CO3脅迫與NaCl脅迫對(duì)比研究的結(jié)果一致。相同濃度下Na2CO3的離子強(qiáng)度大于一價(jià)鹽NaCl，此外，Na2CO3的pH值高于鹽。一般認(rèn)為Na2CO3對(duì)種子的效應(yīng)除Na+造成的滲透脅迫外，還有pH值變化造成的堿脅迫。

李廣敏等[8]認(rèn)為隨處理時(shí)間的延續(xù)，細(xì)胞對(duì)滲透脅迫的“防衛(wèi)反應(yīng)”啟動(dòng)。一般認(rèn)為鹽脅迫對(duì)植物的傷害包括鹽離子的直接傷害與生理缺水傷害兩個(gè)方面，在較高鹽濃度下，生理缺水才可能成為鹽害的主導(dǎo)因素[9]。據(jù)此可以認(rèn)為，鹽堿對(duì)種子抗氧化酶活性效應(yīng)也可分為兩類(lèi)，一是低濃度時(shí)以鹽的離子效應(yīng)為主；二是高濃度時(shí)鹽的離子毒害和生理缺水傷害并重。本試驗(yàn)結(jié)果支持這種觀點(diǎn)。高濃度鹽處理開(kāi)始時(shí)各種酶的活性都高于低濃度，但其后下降快，而且伴隨著較高含量的MDA的產(chǎn)生和外滲溶液相對(duì)電導(dǎo)率的增大。在氧化逆境中SOD具有減量調(diào)節(jié)，但解釋此活性下降的機(jī)制尚不清楚[10]。陳月雁等[11]研究星星草種子吸脹萌發(fā)期抗氧化酶活性的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨Na2CO3處理濃度的升高，種子吸脹過(guò)程中抗氧化酶活性升高的速率較對(duì)照變慢，而且酶活性總體上低于對(duì)照。

在本試驗(yàn)中所有濃度的鹽和堿脅迫在處理初期都引起抗氧化酶活性的升高，較長(zhǎng)時(shí)間的脅迫才導(dǎo)致酶活性的降低，其原因可能是種子經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的吸脹后，細(xì)胞代謝能力增強(qiáng)，能夠?qū)ν饨绱碳ぷ龀黾皶r(shí)的反應(yīng)，如果在吸脹期遇到鹽堿脅迫，可能會(huì)加劇吸脹傷害，所以不會(huì)增強(qiáng)抗氧化酶的活性[12]。因此，如何避免種子吸脹時(shí)的堿鹽傷害是生產(chǎn)上需要解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。有研究證明，不同SOD同工酶對(duì)于植物抗性作用有不同的貢獻(xiàn)[13]。在本試驗(yàn)中雖然各種處理都使種子SOD活性產(chǎn)生了變化，但后期試驗(yàn)對(duì)SOD同工酶譜帶的分析表明：處理與對(duì)照相比主要譜帶數(shù)量沒(méi)有改變，所以SOD酶活性變化可能不是通過(guò)改變SOD同工酶種類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而是通過(guò)不同同工酶編碼基因的表達(dá)調(diào)節(jié)達(dá)到的[14]。這或許說(shuō)明，種子SOD同工酶譜帶是一特征性狀，在環(huán)境脅迫下它們有統(tǒng)一的調(diào)控機(jī)制[15]。然而，這一觀點(diǎn)仍需進(jìn)行更多的研究來(lái)印證。