提高玉米耐旱、抗旱性能的研究现状

提高玉米耐旱､抗旱性能的研究现状

摘要:作为中国主要的粮食作物之一,玉米产量受干旱影响极其严重,提高玉米的耐旱､抗旱性能势在必行｡在介绍干旱胁迫在不同时期对玉米产量影响的基础上,综述了目前在玉米耐旱､抗旱性能提高方面的研究现状,并进行了展望｡

关键词:玉米;耐旱性;抗旱性

Research Status on Drought Performance Improvement of Maize

Abstract: As one of major food crops in China, maize production is extremely affected by drought. Improve the drought resistance and tolerance of maize is imperative. The effect of drought stress on maize yield at different growth periods was introdused. And the research progress on drought performance improvement of maize was summarized.

Key words: maize; drought tolerance; drought resistance

干旱与水资源短缺已成为世界农业和社会发展的制约因素,我国是世界上主要的干旱国家之一,干旱､半干旱土地面积约占国土总面积的47%,其中干旱､半干旱耕地面积占全国耕地总面积的51%｡玉米是我国第二大粮食作物,干旱是限制我国玉米生产发展和产量提高的第一要素,干旱对玉米产量影响达20%~50%[1]｡干旱条件下的水分胁迫会引起玉米一系列的生理生化反应,研究玉米的抗旱机制,选育抗旱性强的新品种,不仅可以保证高产稳产,而且对于节省有限的水资源有十分重要的意义｡本文介绍了干旱胁迫对玉米萌芽出苗､幼苗根系､开花灌浆期的影响及目前的研究进展｡

1 干旱对玉米生长的影响

1.1 干旱对玉米种子萌芽出苗的影响

萌芽出苗是种子植物整个生命期的第一阶段,虽然玉米从萌发到出苗这一阶段需水量较少(仅占总需水量的3.1%~6.1%),但这一时期对水分却最为敏感[2]｡水分胁迫延缓了种子细胞膜的修复速率､代谢失调加剧､膜质过氧化､膜透性增高,影响了种子核酸的修复,降低了淀粉酶活性,使得种子萌发初期时间推迟,萌发率下降,种苗生长不良[3]｡黄艳胜等[4]将MnSO4粉末､CuSO4粉末､ZnSO4粉末､NiSO4粉末､(NH4)6Mo7O24·4H2O粉末分别为0.10､0.05､0.10､0.20､0.20 g,一定量的EDTA(防止沉淀生成),用去离子水300~400 mL混合均匀,制成浸泡液,用此浸泡液浸种12 h,能促进种子萌发,提高幼苗的呼吸速率及根活力,增强了种子及幼苗的抗逆能力｡研究在水分胁迫下玉米萌芽出苗期种子活力及其他指标抗旱性机制,通过营养液浸种处理,是改良抗旱品种简单而有效的方法｡

1.2 干旱对玉米根系的影响

根系是玉米吸收水分和矿质元素的主要器官,玉米的根系与抗旱性密切相关[5]｡玉米根系在土壤中的分布,在很大程度上决定了植株对土壤中水分､养分的吸收和对不良环境的抵抗能力[6-8]｡通过对玉米种子的处理,可以提高玉米幼苗根系的生长速率和密度,从而提高玉米幼苗的抗旱性｡王春虎等[9]通过用不同浓度的赤钙合剂溶液浸种处理后,观察､记录玉米的发芽率､发芽势､根系生长状况､幼苗各时期的生长变化情况并进行对比研究,确定最佳浸种条件为:2%的CaCl2和100 μg/mL赤霉素混合作为浸种液,供试材料为农大108､郑单958､豫玉22号､新单22号,各取70粒种子置于浸种液均为40 mL的不同杯子中,浸泡24 h后在24.5 ℃下催芽27 h,播种后发现玉米幼苗的根系量增加,抗旱能力增强,增产近10%｡浸种处理成本低,操作方法简单,适用于大面积推广｡

1.3 干旱对玉米开花､灌浆期的影响

产量性状在很大程度上取决于穗部性状,然而光合作用是物质生产与产量形成的生理基础,光合作用效率是玉米生产力的决定性因素,90%~95%的生物产量是通过叶绿体在光的作用下由光合作用制造的｡同时玉米在开花期遭受干旱表现为吐丝期延迟,抽雄与吐丝间隔延长[10],子粒建成受限,干旱胁迫条件下子粒灌浆持续时间大约缩短2~9 d,灌浆速率下降8%~18%[11],子粒重减少,引起玉米产量下降｡提高玉米叶片及开花､灌浆期的抗旱性对于提高玉米产量非常有效｡刘永红等[12]采用池栽模拟试验,研究了不同基因型玉米品种在花期干旱和正常浇水条件下的子粒发育过程及特性,结果表明,最大灌浆速度出现时间提早的品种,可以延长最大灌浆速度的持续时间,增加抗旱性和产量｡刘俊等[13]通过研究,在100 mmol/L NaCl盐胁迫下,玉米中多胺含量对玉米幼苗干重及叶片不同性状结合多胺的影响与叶片喷施1 mmol/L Put､Spd和Spm后叶片生理生化反应进行对比,结果表明,叶片喷施外源多胺Put､Spd和Spm可明显降低盐胁迫对玉米叶片的活性氧伤害,提高光合速率和干物质积累｡叶片是光合作用的主要器官,光合作用在玉米的生长发育及产量的形成中起着决定性作用｡在干旱胁迫条件下能保持较高的光合速率,对提高玉米产量非常有利｡2 玉米耐旱､抗旱性能提高的研究现状

2.1 通过基因转化提高抗旱性

玉米耐旱性多为微效多基因控制,遗传改良困难,但利用转基因技术,将抗旱､耐盐基因导入玉米自交系,可以打破物种间生殖隔离,创制玉米抗旱新品种｡贾俊香等[14]通过对不同的转基因植株与对照组相对电导率､相对含水量､蒸腾速率､光合速率､叶片失水速率和叶水势的研究表明,转基因玉米的抗旱性在不同程度上高于非转基因玉米｡石薇等[15]采用花粉管通道法在玉米自交系吉444授粉后20~24 h导入外源基因蛋白激酶,蛋白激酶基因能够响应干旱胁迫诱导,提高玉米耐旱性｡董春林等[16]利用海藻糖的抗逆耐旱特性,采用改进的花粉管通道法,将抗旱､耐盐基因海藻糖合酶基因(TPS)导入玉米自交系郑58中,通过对植株的筛选､DNA提取､PCR检测并与未转化的植株对比,结果表明转基因植株抗旱性增强｡杨政伟等[17]以玉米自交系掖478的茎尖为受体,采用农杆菌介导法将小麦抗旱SAMS基因转入玉米中,转化率为3.53%｡在同一水分胁迫条件T1代转基因玉米叶片相对含水量､叶绿素含量､脯氨酸含量和SOD活性较非转基因植株含量高｡在水分胁迫60 h后,转基因玉米叶片相对含水量､叶绿素含量､脯氨酸含量和SOD活性较非转基因玉米上升8.16%､20.02%､32.21%､22.77%,而电导率､MDA含量分别下降14.38%､29.41%,通过导入SAMS基因后玉米的抗旱性提高｡转基因技术克服了基因表现型人工选择效率低､预见性差､周期长的缺点｡转基因技术的日益成熟,为玉米种质改良提供了新途径,利用转基因技术获得的抗旱玉米植株性状稳定,且