【研究背景】干旱胁迫是世界性问题,对农业生产活动造成极大的损失。玉米(Zea mays L.)是我国重要的粮食作物、主要的饲料来源和工业原料,在我国北方甚至全国的农业生产和国民经济中占有重要地位。玉米生长需水量较大,生育期内尤其是关键生育时期出现干旱将严重影响产量。化控技术相比于其他传统农技措施在提高作物抗旱性方面具有更大的潜力。乙烯利作为乙烯的释放剂,能够通过影响作物体内乙烯代谢、其它内源激素以及抗氧化过程等途径提高玉米、小麦等作物的抗旱性。有研究报道,干旱条件下水稻叶片中乙烯响应因子OsWR1能够激活蜡质合成相关基因,增加蜡质含量,从而提高水稻抗旱性。对于陆生植物而言,植物体通过角质层直接与外界接触,因而角质层是植物应对干旱、病虫害等非生物和生物逆境的屏障。玉米叶片表皮的疏水性角质层是保护叶片内部组织免受外界环境胁迫的有效屏障,在减少叶片水分散失具有重要作用。利用外源调节物质提高玉米叶片蜡质积累,对我国玉米抗旱栽培具有重要意义。【材料与方法】本实验品种为郑单958,实验于中国农业大学玻璃温室中进行,自然光照、温度控制在20-28℃,采用花卉土:蛭石=1:1(v/v)的混合土作为基质,将玉米种植于花盆(23cm×26cm×18cm)中,每盆种6粒,待一展叶间苗,留四株。花盆完全随机排列。玉米出苗后5天浇水至饱和,生长至三叶期进行400ppm乙烯利叶面喷施处理,以清水处理为对照。水分处理在乙烯利处理时土壤水分保持在70-80%相对含水量后进行,干旱处理土壤相对含水量保持在20-30%,采用称重法控制水分。当干旱处理7天后开始取样,测定植株生物量、含水量、叶片表皮渗透率、水分散失率、叶片电导率等,利用3115型压力势水势仪测定叶片水势。利用石蜡切片显微测定叶片上表皮角质层厚度、扫描电镜观察角质层表面形态,利用GC-MS分析叶片表面蜡质组成成分及含量,通过荧光定量PCR测定蜡质合成相关基因表达量。【结果与分析】1.乙烯利处理可以明显缓解干旱胁迫下苗期玉米的萎蔫程度。干旱胁迫下,乙烯利处理增加了叶片和根部生物量积累,提高了叶片水势,增加叶片相对含水量,减少了叶片失水,降低了叶片萎蔫程度。2.利用石蜡切片法观察叶片表皮发现,干旱胁迫下乙烯利处理玉米植株与对照植株相比,叶片表皮蜡质层厚度显著增加。电镜扫描结果显示,干旱胁迫下乙烯利处理玉米植株叶片表皮蜡质晶体颗粒覆盖率比对照植株更高。利用GC-MS对蜡质组成成分进行分析,结果表明干旱胁迫下乙烯利处理植株与对照植株相比,叶片表皮蜡质的组成成分中超长链烷烃和脂肪酸的生成量明显增加。证实乙烯利处理影响玉米叶片角质层中表皮蜡质晶体的合成和分布,调节叶片表皮蜡质的组成成分,增强植株抗旱能力。3.研究玉米叶片中蜡质合成相关基因的表达量发现,乙烯利处理下玉米叶片中ZmERE、ZmGL15、ZmFAE1表达量上调,ZmFDH1、ZmGL1表达量下调。其中,乙烯响应元件ZmERE为拟南芥中WIN1/SHN1的同源体,可以诱导蜡质合成。ZmGL15和ZmFAE1分别催化C24超长链脂肪酸延伸和C20、C22脂肪酸合成。ZmFDH1、ZmGL1则与表面蜡质中短链成分合成相关。实验结果说明乙烯利能够调控干旱下玉米叶片蜡质合成相关基因的表达,从而改变蜡质组分。【结论】乙烯利处理可以通过调控玉米苗期叶片表面蜡质合成相关基因,提高叶片表面蜡质含量,增加角质层厚度,同时调节表面蜡质组成成分,改变蜡质晶体在角质层中的分布,增强了角质层的保护作用,实现玉米抗旱性的提高。