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摘要：以玉米品种天紫23号、黄天脆1号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号幼苗为材料，研究干旱胁迫（停止浇水）、干旱胁迫时间（1、2、3、4、5 d）、干旱胁迫5 d后恢复7 d正常灌溉3个处理下叶片中脯氨酸含量、丙二醛含量的变化。结果表明：干旱胁迫下，与常规水分管理对照相比，4个玉米品种幼苗叶片中脯氨酸含量均随着胁迫时间的延长而增加；干旱胁迫解除后，恢复7 d正常灌溉，4个玉米品种幼苗叶片脯氨酸含量均降低，但还是略高于对照。干旱胁迫下，与对照相比，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均随着胁迫时间的延长而增加；干旱胁迫解除后，恢复7 d正常灌溉，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均降低，但还是略高于对照。
关键词：玉米；干旱胁迫；脯氨酸；丙二醛；耐旱玉米；育种依据
中图分类号：S513.01；Q945.78 文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）01-0058-03
收稿日期：2013-12-14
基金项目：国家自然科学基金 （编号：31300370）；云南省应用基础研究计划（编号：2011FZ186）；云南省应用基础研究计划青年项目（编号：2012FD049）；云南省重点建设学科；楚雄师范学院重点建设学科基金 （编号：05YJJSXK03）；云南省高校科技创新团队支持计划 （编号：IRTSTYN）；楚雄师范学院科学研究基金（编号：10YJYB02）；楚雄师范学院大学生创新创业训练计划 （编号：2013cxcy04）。
作者简介：谢美华（1981—），女，云南楚雄人，硕士，实验师，主要从事植物病理学与微生物研究。E-mail：xiemeihua@cxtc.edu.cn。
通信作者：杨海艳，博士，高级实验师，主要从事植物病理学与微生物研究。E-mail：haiyanyang@cxtc.edu.cn。干旱与水资源短缺已成为制约世界农业及社会发展的主要因素。在我国，灌溉用水占水资源用量的80%左右，农业灌溉水有效利用率只有30%～40%，远低于发达国家[1]。干旱影响作物的光合作用、呼吸作用、营养运输等各种生理过程[2-3]。自然条件下，当植物受到干旱胁迫时，其遗传特性难以得到正常发挥，植物能够自动调节体内代谢以适应恶劣环境从而减少或避免系统受到伤害[4-8]。渗透调节是植物抵御干旱胁迫及淹水胁迫的一种方式。水分胁迫下，植物体内积累各种有机物、无机物，提高细胞液浓度，降低其渗透势，保持一定的压力势，使植物保持体内水分，以适应水分胁迫。植物渗透调节主要通过脯氨酸、甜菜碱等亲和性溶质的积累来实现。此外，钙离子、水分通道的变化能够调节离子、水分进出细胞，也是渗透调节的重要方面[9-10]。正常情况下，植物叶片中游离脯氨酸含量较少。干旱胁迫下，脯氨酸含量可成倍增加。当植物遭受渗透胁迫时，植物体内的脯氨酸大量积累，因此植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物体内的水分状况，可作为植物缺水的参考指标[11-13]。丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的主要产物之一，植物在逆境下遭受伤害与活性氧诱发的质膜过氧化物作用密切相关。质膜相对透性、MDA含量反映脂膜过氧化受破坏的程度。玉米是云南省主栽的粮食作物之一，近几年来，云南省旱灾频繁，玉米种植期间时常遭遇严重干旱，导致玉米品质、产量大幅降低。当前，选择抗旱作物是解决干旱地区粮食减产的有效措施，也是当前干旱研究的热点。本研究探讨了干旱胁迫及干旱胁迫解除后不同玉米品种叶片中脯氨酸、丙二醛含量的变化规律，旨在为选育耐旱玉米品种提供依据。
1材料与方法
1.1材料
天紫23号、白甜糥1号、黄甜脆1号、早鲜黄甜脆1号均购自楚雄彝族自治州种子公司。
1.2方法
1.2.1播种取营养富集的腐土与表层土，粉碎混匀后装入直径为30 cm，高25 cm的塑料盆中，每盆装入2 kg土壤。种子于30 ℃下浸泡24 h后播种，直至叶片长至10 cm左右。
1.2.2试验设计试验设干旱胁迫（停止浇水）、干旱胁迫时间（1、2、3、4、5 d）、干旱胁迫5 d后恢复7 d 正常灌溉3个处理。每处理重复3次，每次重复取3株植株。取样当天设置相应的对照进行常规水分管理。 选用玉米第3张叶片进行测定，每日08：30—09：00取样。采用酸性茚三酮法测定脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸法[11]测定MDA含量。
1.3数据处理
采用SPSS Statistics 16.0软件进行生物学统计分析。
2结果与分析
2.1叶片脯氨酸含量的变化
由图1至图4可知，干旱胁迫下，与对照相比，4个玉米品种幼苗叶片中脯氨酸含量均随着干旱胁迫时间的增加而增加。天紫23号干旱胁迫5 d脯氨酸含量平均增加率为28%，黄甜脆1号为30%，白甜糯1号为28%，早鲜黄甜脆1号为27%。干旱胁迫解除后，恢复7 d正常灌溉，4个玉米品种幼苗叶片脯氨酸含量均降低，但还是略高于对照。方差分析表明，4个玉米品种幼苗中，恢复程度最差的是黄甜脆1号，与天紫23号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。
2.2叶片MDA含量变化
由图5至图8可知，干旱胁迫下，与对照相比，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均随着胁迫时间的增加而增加。干旱胁迫解除后，恢复7 d正常灌溉，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均降低，但还是略高于对照。方差分析结果表明，4个玉米品种幼苗中，恢复程度最差的是白甜糯1号，与天紫23号、黄甜脆1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。
3结论与讨论
3.1干旱胁迫对叶片脯氨酸含量的影响
渗透调节是植物适应干旱胁迫的重要机制，脯氨酸是水溶性很大的氨基酸小分子渗透调节物质，其含量的变化是植物受到逆境胁迫的信号之一，在植物的渗透调节中起着重要的作用[14-15]。当植物遭受渗透胁迫，造成生理性缺水时，植物体内的脯氨酸大量积累，因此植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物体内的水分状况，可作为植物缺水的生理指标。本试验表明，4个玉米品种幼苗受到干旱胁迫后，叶片中的脯氨酸含量均随着胁迫时间的增加而增加，这与前人研究结果[16-17]一致。干旱胁迫解除恢复正常灌溉7 d后，4个玉米品种幼苗叶片脯氨酸含量均下降，但没完全恢复到正常灌溉水平。4个玉米品种幼苗中，恢复程度最差的是黄甜脆1号，与天紫23号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。推测恢复能力强弱与玉米受到伤害程度有关，受到的伤害越严重，恢复程度越低。 3.2干旱胁迫对叶片MDA含量的影响
植物器官在逆境条件下或衰老时，往往发生膜脂过氧化作用。干旱胁迫下，细胞中生物活性氧自由基积累导致膜脂过氧化，植物细胞质膜相对透性增加，体内氧化物质增加，导致细胞膜发生过氧化[16]。植物细胞膜过氧化产物丙二醛含量高低与细胞膜的伤害程度一定程度上呈正相关关系[18]。本研究表明，干旱胁迫下，与对照相比，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均随着胁迫时间的增加而增加，这与前人研究结果[16，19]一致。解除干旱胁迫恢复正常灌溉后，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均降低，但还是略高于对照。推测玉米幼苗在干旱胁迫下，细胞膜受到伤害，导致MDA含量在短期内增加，当解除干旱胁迫恢复正常灌溉7 d后，MDA含量逐渐恢复接近正常水平，但由于干旱胁迫时各个玉米品种所受伤害程度不一样，恢复的程度也不一样，受到的伤害越严重，恢复的程度越低。方差分析表明，4个玉米品种幼苗中，黄甜脆1号叶片脯氨酸含量与天紫23号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。白甜糯1号叶片MDA含量与天紫23号、黄甜脆1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。要评价某一类植物是否耐旱，需要综合多项生理指标、遗传因素、外界环境甚至从分子生物学方面进行综合分析，下一步还要综合其他因素全面分析这4个玉米品种的耐旱性。
参考文献：
[1]张仁和，马国胜，柴海，等. 干旱胁迫对玉米苗期叶绿素荧光参数的影响[J]. 干旱地区农业研究，2010，28（6）：170-176.
[2]关锦毅，郝再彬，张达，等. 叶绿素提取与检测及生物学功效的研究进展[J]. 东北农业大学学报，2009，40（12）：130-134.
[3]闽勇，罗兴录，张兴思，等. 不同供水条件下玉米耐旱生理特性比较[J]. 中国农学通报，2007，23（9）：323-326.
[4]任庆成，杨铁钊，刘培玉，等. 植物抗旱性研究进展[J]. 中国农学通报，2009，25（15）：76-79.
[5]李磊，贾志清，朱雅娟，等. 我国干旱区植物抗旱机理研究进展[J]. 中国沙漠，2010，30（5）：1053-1059.
[6]廖伟彪，肖洪浪，张美玲，等. 4种藤本月季抗旱性综合评价[J]. 中国沙漠，2010，30（3）：546-551.
[7]廖声熙，杨玲，郑益兴，等. 印楝4个种源抗旱能力的比较[J]. 福建林学院学报，2005，25（3）：279-283.
[8]陈亚鹏，陈亚宁，李卫红，等. 干旱胁迫下的胡杨脯氨酸累积特点分析[J]. 干旱区地理，2003，26（4）：420-424.
[9]何玉惠，蒋志荣，王继和.两种驼绒藜属植物的抗旱生理研究[J]. 甘肃农业大学学报，2005，40（2）：212-215.
[10]Gzik A. Acculmlation of praline and pattern of a-amino acids in sugar beet plants in response to osmotic，water and salt stress[J]. Environ Bot，2005，36：29-38.
[11]张志良，瞿伟菁，李小方. 植物生理学实验指导[M]. 4版.北京：高等教育出版社，2009.
[12]武永军，项燕，曹让，等. 干旱胁迫下蚕豆叶片抗氧化酶活性的变化[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（5）：188-190，195.
[13]却志群. 烤烟叶片叶绿素提取及其稳定性研究[J]. 河南农业科学，2012，41（7）：47-49，53.
[14]高 蕾，刘丽君，董守坤，等. 干旱胁迫对大豆幼苗叶片生理生化特性的影响[J]. 东北农业大学学报，2009，40（8）：1-4.
[15]丁玉梅，马龙海，周晓罡，等. 干旱胁迫下马铃薯叶片脯氨酸、丙二醛含量变化及与耐旱性的相关性分析[J]. 西南农业学报，2013，26（1）：106-110.
[16]邹力骏，郑炳松，任君霞，等. 干旱胁迫对芒生理生化指标的影响[J]. 浙江林业科技，2012，32（3）：31-34.
[17]蘇俊，姚延梼. 干旱胁迫对毛白杨幼苗的生理影响[J]. 天津农业科学，2011，17（3）：18-20.
[18]阎秀峰，李晶，祖元刚. 干旱胁迫对红松幼苗保护酶活性及脂质过氧化作用的影响[J]. 生态学报，1999，19（6）：850-854.
[19]李继新，丁福章，袁有波. 不同强度干旱胁迫对烤烟叶片质膜透性和丙二醛含量的影响[J]. 贵州农业科学，2008，36（4）：34-35.邵继锋，车景，董晓英，等. 不同基因型玉米耐铝特性比较[J]. 江苏农业科学，2015，43（1）：61-64.
关键词：玉米；干旱胁迫；脯氨酸；丙二醛；耐旱玉米；育种依据
中图分类号：S513.01；Q945.78 文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）01-0058-03
收稿日期：2013-12-14
基金项目：国家自然科学基金 （编号：31300370）；云南省应用基础研究计划（编号：2011FZ186）；云南省应用基础研究计划青年项目（编号：2012FD049）；云南省重点建设学科；楚雄师范学院重点建设学科基金 （编号：05YJJSXK03）；云南省高校科技创新团队支持计划 （编号：IRTSTYN）；楚雄师范学院科学研究基金（编号：10YJYB02）；楚雄师范学院大学生创新创业训练计划 （编号：2013cxcy04）。
作者简介：谢美华（1981—），女，云南楚雄人，硕士，实验师，主要从事植物病理学与微生物研究。E-mail：xiemeihua@cxtc.edu.cn。
通信作者：杨海艳，博士，高级实验师，主要从事植物病理学与微生物研究。E-mail：haiyanyang@cxtc.edu.cn。干旱与水资源短缺已成为制约世界农业及社会发展的主要因素。在我国，灌溉用水占水资源用量的80%左右，农业灌溉水有效利用率只有30%～40%，远低于发达国家[1]。干旱影响作物的光合作用、呼吸作用、营养运输等各种生理过程[2-3]。自然条件下，当植物受到干旱胁迫时，其遗传特性难以得到正常发挥，植物能够自动调节体内代谢以适应恶劣环境从而减少或避免系统受到伤害[4-8]。渗透调节是植物抵御干旱胁迫及淹水胁迫的一种方式。水分胁迫下，植物体内积累各种有机物、无机物，提高细胞液浓度，降低其渗透势，保持一定的压力势，使植物保持体内水分，以适应水分胁迫。植物渗透调节主要通过脯氨酸、甜菜碱等亲和性溶质的积累来实现。此外，钙离子、水分通道的变化能够调节离子、水分进出细胞，也是渗透调节的重要方面[9-10]。正常情况下，植物叶片中游离脯氨酸含量较少。干旱胁迫下，脯氨酸含量可成倍增加。当植物遭受渗透胁迫时，植物体内的脯氨酸大量积累，因此植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物体内的水分状况，可作为植物缺水的参考指标[11-13]。丙二醛（MDA）是膜脂过氧化的主要产物之一，植物在逆境下遭受伤害与活性氧诱发的质膜过氧化物作用密切相关。质膜相对透性、MDA含量反映脂膜过氧化受破坏的程度。玉米是云南省主栽的粮食作物之一，近几年来，云南省旱灾频繁，玉米种植期间时常遭遇严重干旱，导致玉米品质、产量大幅降低。当前，选择抗旱作物是解决干旱地区粮食减产的有效措施，也是当前干旱研究的热点。本研究探讨了干旱胁迫及干旱胁迫解除后不同玉米品种叶片中脯氨酸、丙二醛含量的变化规律，旨在为选育耐旱玉米品种提供依据。
1材料与方法
1.1材料
天紫23号、白甜糥1号、黄甜脆1号、早鲜黄甜脆1号均购自楚雄彝族自治州种子公司。
1.2方法
1.2.1播种取营养富集的腐土与表层土，粉碎混匀后装入直径为30 cm，高25 cm的塑料盆中，每盆装入2 kg土壤。种子于30 ℃下浸泡24 h后播种，直至叶片长至10 cm左右。
1.2.2试验设计试验设干旱胁迫（停止浇水）、干旱胁迫时间（1、2、3、4、5 d）、干旱胁迫5 d后恢复7 d 正常灌溉3个处理。每处理重复3次，每次重复取3株植株。取样当天设置相应的对照进行常规水分管理。 选用玉米第3张叶片进行测定，每日08：30—09：00取样。采用酸性茚三酮法测定脯氨酸含量，采用硫代巴比妥酸法[11]测定MDA含量。
1.3数据处理
采用SPSS Statistics 16.0软件进行生物学统计分析。
2结果与分析
2.1叶片脯氨酸含量的变化
由图1至图4可知，干旱胁迫下，与对照相比，4个玉米品种幼苗叶片中脯氨酸含量均随着干旱胁迫时间的增加而增加。天紫23号干旱胁迫5 d脯氨酸含量平均增加率为28%，黄甜脆1号为30%，白甜糯1号为28%，早鲜黄甜脆1号为27%。干旱胁迫解除后，恢复7 d正常灌溉，4个玉米品种幼苗叶片脯氨酸含量均降低，但还是略高于对照。方差分析表明，4个玉米品种幼苗中，恢复程度最差的是黄甜脆1号，与天紫23号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。
2.2叶片MDA含量变化
由图5至图8可知，干旱胁迫下，与对照相比，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均随着胁迫时间的增加而增加。干旱胁迫解除后，恢复7 d正常灌溉，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均降低，但还是略高于对照。方差分析结果表明，4个玉米品种幼苗中，恢复程度最差的是白甜糯1号，与天紫23号、黄甜脆1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。
3结论与讨论
3.1干旱胁迫对叶片脯氨酸含量的影响
渗透调节是植物适应干旱胁迫的重要机制，脯氨酸是水溶性很大的氨基酸小分子渗透调节物质，其含量的变化是植物受到逆境胁迫的信号之一，在植物的渗透调节中起着重要的作用[14-15]。当植物遭受渗透胁迫，造成生理性缺水时，植物体内的脯氨酸大量积累，因此植物体内脯氨酸含量在一定程度上反映了植物体内的水分状况，可作为植物缺水的生理指标。本试验表明，4个玉米品种幼苗受到干旱胁迫后，叶片中的脯氨酸含量均随着胁迫时间的增加而增加，这与前人研究结果[16-17]一致。干旱胁迫解除恢复正常灌溉7 d后，4个玉米品种幼苗叶片脯氨酸含量均下降，但没完全恢复到正常灌溉水平。4个玉米品种幼苗中，恢复程度最差的是黄甜脆1号，与天紫23号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。推测恢复能力强弱与玉米受到伤害程度有关，受到的伤害越严重，恢复程度越低。 3.2干旱胁迫对叶片MDA含量的影响
植物器官在逆境条件下或衰老时，往往发生膜脂过氧化作用。干旱胁迫下，细胞中生物活性氧自由基积累导致膜脂过氧化，植物细胞质膜相对透性增加，体内氧化物质增加，导致细胞膜发生过氧化[16]。植物细胞膜过氧化产物丙二醛含量高低与细胞膜的伤害程度一定程度上呈正相关关系[18]。本研究表明，干旱胁迫下，与对照相比，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均随着胁迫时间的增加而增加，这与前人研究结果[16，19]一致。解除干旱胁迫恢复正常灌溉后，4个玉米品种幼苗叶片中MDA含量均降低，但还是略高于对照。推测玉米幼苗在干旱胁迫下，细胞膜受到伤害，导致MDA含量在短期内增加，当解除干旱胁迫恢复正常灌溉7 d后，MDA含量逐渐恢复接近正常水平，但由于干旱胁迫时各个玉米品种所受伤害程度不一样，恢复的程度也不一样，受到的伤害越严重，恢复的程度越低。方差分析表明，4个玉米品种幼苗中，黄甜脆1号叶片脯氨酸含量与天紫23号、白甜糯1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。白甜糯1号叶片MDA含量与天紫23号、黄甜脆1号、早鲜黄甜脆1号均差异显著。要评价某一类植物是否耐旱，需要综合多项生理指标、遗传因素、外界环境甚至从分子生物学方面进行综合分析，下一步还要综合其他因素全面分析这4个玉米品种的耐旱性。
参考文献：
[1]张仁和，马国胜，柴海，等. 干旱胁迫对玉米苗期叶绿素荧光参数的影响[J]. 干旱地区农业研究，2010，28（6）：170-176.
[2]关锦毅，郝再彬，张达，等. 叶绿素提取与检测及生物学功效的研究进展[J]. 东北农业大学学报，2009，40（12）：130-134.
[3]闽勇，罗兴录，张兴思，等. 不同供水条件下玉米耐旱生理特性比较[J]. 中国农学通报，2007，23（9）：323-326.
[4]任庆成，杨铁钊，刘培玉，等. 植物抗旱性研究进展[J]. 中国农学通报，2009，25（15）：76-79.
[5]李磊，贾志清，朱雅娟，等. 我国干旱区植物抗旱机理研究进展[J]. 中国沙漠，2010，30（5）：1053-1059.
[6]廖伟彪，肖洪浪，张美玲，等. 4种藤本月季抗旱性综合评价[J]. 中国沙漠，2010，30（3）：546-551.
[7]廖声熙，杨玲，郑益兴，等. 印楝4个种源抗旱能力的比较[J]. 福建林学院学报，2005，25（3）：279-283.
[8]陈亚鹏，陈亚宁，李卫红，等. 干旱胁迫下的胡杨脯氨酸累积特点分析[J]. 干旱区地理，2003，26（4）：420-424.
[9]何玉惠，蒋志荣，王继和.两种驼绒藜属植物的抗旱生理研究[J]. 甘肃农业大学学报，2005，40（2）：212-215.
[10]Gzik A. Acculmlation of praline and pattern of a-amino acids in sugar beet plants in response to osmotic，water and salt stress[J]. Environ Bot，2005，36：29-38.
[11]张志良，瞿伟菁，李小方. 植物生理学实验指导[M]. 4版.北京：高等教育出版社，2009.
[12]武永军，项燕，曹让，等. 干旱胁迫下蚕豆叶片抗氧化酶活性的变化[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（5）：188-190，195.
[13]却志群. 烤烟叶片叶绿素提取及其稳定性研究[J]. 河南农业科学，2012，41（7）：47-49，53.
[14]高 蕾，刘丽君，董守坤，等. 干旱胁迫对大豆幼苗叶片生理生化特性的影响[J]. 东北农业大学学报，2009，40（8）：1-4.
[15]丁玉梅，马龙海，周晓罡，等. 干旱胁迫下马铃薯叶片脯氨酸、丙二醛含量变化及与耐旱性的相关性分析[J]. 西南农业学报，2013，26（1）：106-110.
[16]邹力骏，郑炳松，任君霞，等. 干旱胁迫对芒生理生化指标的影响[J]. 浙江林业科技，2012，32（3）：31-34.
[17]蘇俊，姚延梼. 干旱胁迫对毛白杨幼苗的生理影响[J]. 天津农业科学，2011，17（3）：18-20.
[18]阎秀峰，李晶，祖元刚. 干旱胁迫对红松幼苗保护酶活性及脂质过氧化作用的影响[J]. 生态学报，1999，19（6）：850-854.
[19]李继新，丁福章，袁有波. 不同强度干旱胁迫对烤烟叶片质膜透性和丙二醛含量的影响[J]. 贵州农业科学，2008，36（4）：34-35.邵继锋，车景，董晓英，等. 不同基因型玉米耐铝特性比较[J]. 江苏农业科学，2015，43（1）：61-64.