不同玉米品种对干旱胁迫的响应

不同玉米品种对干旱胁迫的响应
韩苗苗;张仁和;朱永波;卜令铎;薛吉全
【摘要】采用盆栽试验,研究不同梯度水分胁迫对不同时期的玉米品种先玉335,陕单902的叶绿素荧光参数、光合性状和渗透调节物质的影响.结果表明,水分胁迫导致玉米叶片光合能力下降,初始荧光Fo,脯氨酸含量上升,反应中心PSⅡ的潜在活性Fv/Fo,PSⅡ原初光能转换效率Fv/Fm,PSⅡ反应中心的激发能捕获效率Fv′/Fm′受到抑制,水分利用效率WUE和可溶性蛋白的含量下降.通过分析得出,新玉米品种先玉335在苗期对水分胁迫有良好抵抗能力.
【期刊名称】《种子》
【年(卷),期】2008(027)010
【总页数】4页(P49-51,55)
【关键词】玉米;水分胁迫;叶绿素荧光参数;光合性状;渗透调节物质
【作者】韩苗苗;张仁和;朱永波;卜令铎;薛吉全
【作者单位】西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学农学院,陕西,杨凌,712100
【正文语种】中文
【中图分类】S513
干旱胁迫是制约玉米产量最重要因素。

造成玉米生产上的损失在其他自然灾害引起的农业减产中居首位［1］。

玉米作为我国的第3大的粮食经济作物，在国民经济
中占有重要地位［2］。

特别是在干旱缺水的西北地区取得玉米的高产、稳产，对提高人们的生活水平，实现农民增收具有重要的意义。

玉米苗期抗旱性是玉米产量形成的重要前提。

前人以往的研究多集中在玉米苗期干旱胁迫下光合速率、生理生化指标等变化规律的研究。

而利用叶绿素荧光进行抗旱性研究还很少。

叶绿素荧光是利用植物体内叶绿素a荧光为天然探针，研究和探测植物光合生理状况及各种
外界因子对其影响的新型植物活体测定的诊断技术，被称为探测和分析植物光合生理与逆境胁迫关系的理想技术［3，4］。

本实验在测定了常规生理指标的基础上，把叶绿素荧光参数也纳入抗旱性指标的评价和鉴定的体系中来。

为不同时期推广的玉米品种苗期生理特性的变化研究提供更为丰富的理论基础。

1.1 供试材料
2个不同基因型玉米(Zea mays)品种:先玉335，陕单902。

由西北农林科技大学
农学院玉米所提供。

1.2 试验设计
盆栽试验于2007年夏在西北农林科技大学农作物示范园试验田防雨棚内进行。

盆栽试验用桶由黑色塑料制成，空桶重为2 kg，桶高27 cm、上口径35 cm、下口径22 cm。

2007年6月13日播种，每桶播5粒(每种基因型12桶)，每桶中均装过筛示范园农田原状土25 kg，底部装小的鹅卵石，原壮土和鹅卵石之间铺有多层滤纸，且每桶均有1根塑料管由顶部插入底部。

最后定株为2株。

所用土壤的基
本理化性质如下:pH值7.2，有机质含量 1.32%，全氮 0.11%。

播前每盆施专用复合肥36 g。

应用盆栽人工控制水分的方法，其中每个基因型均以适宜的分水平为
对照(ck)，由测量知，扰动土风干含水量为5.6%，其田间最大持水量为26.2%，
采用重量法在苗期(三叶展)进行控水，每天采用称重法(ES-30 KTS型电子天平，
最小感量为1 g)补水控水。

设置正常灌水ck(土壤最大持水量的75% ～80%，下同。

)、轻度胁迫 T 1(65% ～75%)、中度胁迫T 2(55% ～60%)、重度胁迫T
3(45% ～50%)4个处理，3次重复(各处理种5盆，水分处理时分别选长势大体一致的3盆)。

处理间除桶内土壤水分明显差异外，其它管理一致。

1.3 测定项目及方法
用美国LI-COR公司生产的Li-6400 P型光合仪于晴天09:00～11:00在叶片经过
充分的暗适应后测定光合参数和开放的PSII反应中心的激发能捕获效率(Fv/Fm)，次日凌晨3:00测定玉米叶片的最小初始荧光F 0，光反应中心PSⅡ的潜在活性
Fv/Fo，原初光能转换效率(Fv/Fm)等叶绿素荧光参数。

重复3次取平均值。

第2
天上午在实验室中取新鲜叶片对叶绿素含量，渗透调节性物质脯氨酸和可溶性蛋白进行测量。

叶绿素含量采用丙酮比色法，可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝G 250染色法，脯氨酸含量测定采用磺基水杨酸提取茚三酮染色比色法，具体试验
方法参见高俊凤的《植物生理学实验技术》。

每次准确记录各项目测定的试验结果。

2.1 水分胁迫对叶绿素听光参数的影响
最小初始荧光Fo，又称基底荧光或暗荧光。

在植物受到逆境胁迫时，PSⅡ反应中心的破坏或可逆失活则引起Fo的增加，可根据Fo的变化推测反应中心的状况和
可能的光保护机制［6］。

从图1可以看出，水分胁迫使两个品种的Fo都有上升
的趋势，表明PSⅡ反应中心遭到破坏，随着水分胁迫程度的增加，陕单902增加了很多，说明陕单902 PSⅡ反应中心遭到破坏最严重，而先玉335上升很少，说明先玉335具有抵御PSⅡ反应中心遭到破坏的能力。

Fv/Fo表示光反应中心
PSⅡ的潜在活性。

在未进行胁迫时，先玉335有较大的Fv/Fo值，随着水分胁迫程度的增加，参试品种的Fv/Fo值都有所下降，先玉335下降幅度最小，陕单
902下降幅度最大，说明先玉335有较大的光化学潜在活性。

从图3中可以看出，荧光参数Fv/Fm反应PSⅡ原初光能转换效率，是反映光抑制程度的良好指针［7］，先玉335的 Fv/Fm值始终比陕单902高，且陕单902降幅最大。

由此可以说明，先玉335具有较高的光合电子传递活性，其光合器官能把所捕获的光能
较充分并较高效地转化为生物化学能。

Fv/Fm表示原初光能转换效率，从图4中
看出，先玉335的原初电子转换效率比陕单902高出很多。

图4表示开放的
PSⅡ反应中心的激发能捕获效率Fv'/Fm'的活性，随着胁迫程度的加重，Fv'/Fm'
呈总体下降的趋势，陕单902的降幅最大，有较低的捕获效率。

2.2 水分胁迫对光合性状和水分利用效率的影响
叶绿素含量与叶片光合性能大小密切相关。

水分胁迫抑制了叶绿素合成、加速其分解，使叶片叶绿素含量下降［7］。

从表1可以看出，随着水分胁迫梯度的增加，玉米叶片的叶绿素含量呈下降趋势。

先玉335叶绿素含量T 2和T 3期下降很少，而陕单902有上升的趋势，净光合速率Ph，蒸腾速率Tr都出现下降的趋势，水
分利用效率WUE呈先下降后小幅上升的趋势。

说明一定程度的干旱对光合作用的影响并不显著。

T 3期的参试品种的Chl、Ph、Tr大幅下降，说明这时光合作用机构已受到严重破坏。

先玉335的 Chl、Ph、Tr、WUE较同一处理时期的陕单8806和陕单902有更高的值，说明新品种具有较强的维护光合机构的能力。

2.3 水分胁迫对渗透调节物质的影响
玉米在受到干旱胁迫的条件下，植物体内游离的脯氨酸含量会大幅的增加，从图5中可以看出，参试品种的脯氨酸含量随胁迫程度的增加都有增加的趋势，这与大量的研究结果是一致的［8］，并且在T 3期先玉335脯氨酸的含量是其对照的
2.82倍，陕单902的脯氨酸的含量是其对照的
3.55倍，这种大幅度的上升，可
能是由于植物体处于极度缺水的状态，植物体内以产生更多的脯氨酸更牢固的把水分束缚住，以有效的减少水分流失。

先玉335的叶片游离脯氨酸的含量始终比同
时期陕单902高出很多。

由图6可知，可溶性蛋白总体含量下降，先玉335的可溶性蛋白含量比同期处理的陕单902高，这对维持细胞内较高的渗透压是有益的。

说明渗透调节机制在不同的抗旱品种之间有差异。

研究结果表明，随着水分胁迫增强，受胁迫玉米叶片的主要的叶绿素荧光参数Fo，
Fv/Fo，Fv/Fm，Fv'/Fm'发生明显的变化，变化幅度因品种的抗逆性能不同而表
现不一。

进一步分析上述参数可以得出，干旱胁迫使Fv/Fo，Fv/Fm，Fv'/Fm'降低，而Fo增加。

通过降底幅度大小的比较，得出了在受到干旱胁迫时先玉335具有较好的抵御PSⅡ破坏的能力。

在T 2，T 3期光合参数变化不显著，说明这两个时期光合作用的下降主要是由气孔因素既PSⅡ受到破坏引起的。

在干旱胁迫下，几乎所有植物都积累Pro，耐旱性强的品种累积速率相对较小且急剧增加出现的时间相对较迟。

植物体中积累Pro与受胁迫程度一致，即受胁迫程
度越重，Pro量越高［9］。

研究结果表明，Pro的测定结果与叶绿素荧光参数
Fv/Fm、Fv'/Fm'的变化趋势一致。

因此，新近推广的玉米品种先玉335具有良好的性状表现能力。

可溶性蛋白的含量呈现出下降趋势，先玉335变化不明显，这
有利于体内的渗透调节。

本试验初步探讨了在新旧品种演替过程中，不同梯度水分胁迫的在玉米苗期对生理特性的影响。

试验证明，新推广的玉米品种先玉335在所测验的项目中表现良好，至于此品种在其他时期是否具有良好的抗旱性状，还有待于做全育期抗旱性状的比较研究工作。

【相关文献】
［1］李运朝，王元东，崔彦宏，等.玉米抗旱性鉴定研究进展［J］.玉米科学，2004，12(1):63 －68.
［2］李得孝，崔黎艳，陈耀锋.渗透胁迫对玉米幼苗叶片叶绿素含量及POD活性的［J］.干旱地区农业研究，2007，25(1):140－144.
［3］Krause G H，Weis E Chlorophyll fluorescence as a tool in plant
physiology.photosynthesis［J］.RES，1984(5):139 －157.
［4］Papagegiou G.ChlorophylI fluorescence an intrintic probe of photosynthesis in Gorindjee(eds)，Bioenergetics of photosynthesis［R］.New York:Academic Press，
1975:319 －371.
［5］高俊风.植物生理研究技术［M］.西安:世界图书出版社，2000:142－146.
［6］赵丽英，邓西平，山仑.不同水分处理下冬小麦旗叶叶绿素荧光参数的变化研究［J］.中国生
态农业学报，2007，15(1):63－67.
［7］Lichtenthaler H K，Application of chlorophyII fluorescence in research stress physiology.hydrobiology and remote sensing［J］.Kluwer Academic Punleshers Dordrecht，1991(2):532 －581.
［8］杨晓光，于沪宁.夏玉米水分胁迫与反冲机制及其应用［J］.生态农业研究，1999，7(3):27
－31.
［9］薛吉全，任建宏，马国胜，等.玉米不同生育期水分胁迫条件下脯氨酸变化与抗旱性的关系［J］.西安联合大学学报:自然科学版，2000，3(2):21 －26.
［10］潘根生，吴伯干，沈生荣，等.水分胁迫过程中茶树新梢内源激素水平的增长及其耐旱性的
关系［J］.中国农业科学，1995，29:9 －15.。