樸櫻姬，姜宏偉，于 洋，劉若岑，楊艷波，武 燕 (大慶師范學(xué)院，黑龍江大慶163712)

聚乙二醇對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗生理生化指標(biāo)的影響

樸櫻姬，姜宏偉，于 洋，劉若岑，楊艷波，武 燕*(大慶師范學(xué)院，黑龍江大慶163712)

[目的]在實(shí)驗(yàn)室條件下，研究聚乙二醇(PEG)對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗生理生化指標(biāo)的緩解效應(yīng)。[方法]在28 ℃條件下盆栽玉米，待玉米長(zhǎng)到三葉期，對(duì)玉米幼苗進(jìn)行8 ℃、3 d的低溫脅迫處理，同時(shí)施用濃度30%PEG噴灑葉片，3 d后測(cè)定玉米幼苗生理生化指標(biāo)的變化。[結(jié)果]受低溫脅迫后玉米幼苗丙二醛、可溶性糖含量及過氧化物酶活性均顯著升高(P<0.05)，葉綠素含量顯著降低(P<0.05)；對(duì)低溫脅迫下的幼苗施用濃度30%PEG后，丙二醛、可溶性糖含量以及過氧化物酶活性較低溫對(duì)照組顯著降低(P<0.05)，葉綠素含量顯著升高(P<0.05)，施用濃度30%PEG后各指標(biāo)均達(dá)到或超過正常對(duì)照組水平。[結(jié)論]濃度30%PEG對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗具有緩解效果。

低溫脅迫；聚乙二醇；玉米幼苗；生理生化指標(biāo)；緩解效果

大慶位于松嫩平原中部，黑龍江省西南部。該地區(qū)農(nóng)業(yè)用地76.2萬hm2，其中玉米種植面積為53萬hm2，占總種植面積的70%。由于大陸性氣候和季風(fēng)性氣候的交替影響，春季溫度升降頻繁且劇烈。低溫是影響玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的一個(gè)重要的非生物脅迫因素[1]。低溫會(huì)影響玉米種子出苗的整齊度，降低成苗率，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)狗N子喪失生活力，出現(xiàn)爛種和粉種的現(xiàn)象[2]。聚乙二醇(PEG)是一種高分子滲透劑，其突出特點(diǎn)是本身作為高分子化合物不能滲入種子活細(xì)胞內(nèi)，但可以參與細(xì)胞內(nèi)許多生理代謝過程。在一定濃度范圍內(nèi)，它能夠促進(jìn)種子萌發(fā)，增強(qiáng)植物幼苗的抗冷性[3]。在實(shí)驗(yàn)室的條件下，筆者研究了濃度30%PEG對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗生理生化指標(biāo)的影響，探討其對(duì)玉米幼苗受低溫脅迫后的緩解作用，為PEG在玉米生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料方法

1.1 供試材料供試材料為大慶種子公司提供的“至誠301”玉米種子；聚乙二醇(PEG)為PEG6000，現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.2 玉米幼苗培養(yǎng)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)培養(yǎng)時(shí)，選取籽粒飽滿、大小均勻且無病蟲害的種子，洗凈種外包衣，用濃度1%的NaClO消毒10 min，然后用蒸餾水沖洗3次，再將種子放于水中，讓其吸脹12 h后播于鋪有沾水脫脂棉的培養(yǎng)皿內(nèi)，28 ℃黑暗條件下培養(yǎng)48～72 h，待胚根長(zhǎng)約1 cm時(shí)開始點(diǎn)穴播種。在光照培養(yǎng)箱28 ℃、光照強(qiáng)度4 000 lx條件下培養(yǎng)至三葉期。

在三葉期后，將所有的試驗(yàn)材料分為3組：①28 ℃繼續(xù)培養(yǎng)3 d的為正常對(duì)照組；②溫度轉(zhuǎn)至8 ℃低溫脅迫處理3 d的為低溫對(duì)照組；③溫度轉(zhuǎn)至8 ℃低溫脅迫的同時(shí)噴施濃度30% PEG處理3 d的為試驗(yàn)組。試驗(yàn)組連續(xù)每天在6：00、14：00、20：00向幼苗施用30% PEG。處理3 d后，取幼苗葉片測(cè)定各項(xiàng)生理生化指標(biāo)。

1.3 生理生化指標(biāo)的測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定過氧化物酶(POD)活性；采用硫代巴比妥酸法測(cè)定丙二醛(MDA)含量；采用分光光度計(jì)法測(cè)定葉綠素含量[4]；采用分光光度計(jì)法測(cè)定可溶性糖含量。每個(gè)處理重復(fù)3次。

1.4 數(shù)據(jù)處理所得數(shù)據(jù)用SPSS17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件和Excel軟件進(jìn)行LSD檢驗(yàn)、差異顯著性分析及圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 濃度30%PEG對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗葉綠素含量的影響葉綠素是反映植物生長(zhǎng)狀況的一個(gè)指標(biāo)。其含量高，外觀表現(xiàn)為葉色濃綠。葉綠素含量的高低通常表示植物所處逆境脅迫的強(qiáng)弱[5]。由圖1可知，低溫對(duì)照組玉米葉片葉綠素含量比正常對(duì)照組下降15.52%(P<0.01)，在低溫脅迫同時(shí)施用濃度30%PEG(試驗(yàn)組)后，綠素含量比低溫對(duì)照組增加27.21%，統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明二者之間差異顯著(P<0.01)，且試驗(yàn)組葉綠素含量高于正常對(duì)照組(P<0.05)。施用濃度30%PEG后葉綠素含量升高，表明低溫脅迫程度有所下降，葉綠素合成大于分解，同時(shí)積累更多光合產(chǎn)物，可以為玉米幼苗生長(zhǎng)提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)。濃度30%PEG能夠有效地緩解低溫脅迫帶來的影響。

2.2 濃度30%PEG對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗MDA含量的影響MDA是植物衰老或逆境時(shí)由于膜脂過氧化作用產(chǎn)生的嚴(yán)重?fù)p傷生物膜的一種物質(zhì)，往往能夠作為膜脂過氧化的指標(biāo)。其含量表示細(xì)胞膜發(fā)生過氧化作用的大小以及植物所處逆境的強(qiáng)弱[6]。由圖2可知，在玉米受低溫脅迫后葉片MDA含量比正常對(duì)照組增加了92.4%(P<0.01)。在低溫脅迫的同時(shí)，施用濃度30%PEG后葉片MDA含量與低溫對(duì)照組相比下降了37.93%(P<0.01)。施用濃度30%PEG后玉米葉片中MDA含量基本恢復(fù)到正常對(duì)照水平(P>0.05)。低溫脅迫后細(xì)胞自由基代謝平衡遭到破壞，造成膜脂過氧化加速，過氧化產(chǎn)物MDA含量顯著增加(P<0.05)，施用30%PEG后MDA含量顯著降低(P<0.01)，說明施用30%PEG能夠使膜脂過氧化程度顯著降低(P<0.05)。

2.3 濃度30%PEG對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗POD活性的影響POD是作物內(nèi)在重要的保護(hù)酶之一，通過清除自由基，在作物抗逆代謝中起保護(hù)作用。低溫脅迫后POD活性較正常對(duì)照組升高了15.08%(P<0.05)。在低溫脅迫的同時(shí)，施用濃度30%PEG后POD活性較低溫對(duì)照組降低了6.0%(P<0.05)。施用濃度30%PEG后玉米葉片的POD活性略高于正常對(duì)照組(P>0.05)。POD作為一種具有較強(qiáng)活性的保護(hù)酶，通過清除線粒體和胞漿中產(chǎn)生的低濃度過氧化氫發(fā)揮作用。施用濃度30%PEG后POD活性顯著降低(P<0.05)，說明施用濃度30%PEG能使玉米的生活環(huán)境有所改善，其細(xì)胞內(nèi)的過氧化氫含量相對(duì)降低，導(dǎo)致POD活性下降。

2.4 濃度30%PEG對(duì)低溫脅迫下玉米幼苗中可溶性糖含量的影響可溶性糖是預(yù)防蛋白質(zhì)低溫凝固的保護(hù)物質(zhì)。作為滲透保護(hù)物質(zhì)，它可提高細(xì)胞液的濃度，增加細(xì)胞持水組織中的非結(jié)冰水，從而降低細(xì)胞質(zhì)的冰點(diǎn)，還可緩沖細(xì)胞質(zhì)過度脫水，保護(hù)細(xì)胞質(zhì)膠體不會(huì)遇冷凝固。它的含量與植物的抗寒性之間呈正相關(guān)[7-8]。由圖4可知，玉米受低溫脅迫后葉片可溶性糖含量較正常對(duì)照組增加了10.69%(P<0.01)，在低溫脅迫的同時(shí)施用濃度30%PEG后可溶性糖含量較低溫對(duì)照組下降了8.15%(P<0.01)，且下降后水平略高于正常對(duì)照組(P<0.01)。這說明施用濃度30%PEG可明顯降低玉米葉片中可溶性糖的含量。隨著可溶性糖含量的減少，植物細(xì)胞的滲透性降低，有利于水分代謝，從而緩解逆境對(duì)植物的傷害。

3 結(jié)論與討論

低溫是限制玉米生長(zhǎng)和發(fā)育的重要環(huán)境因素。Back等[9]研究表明，短期的低溫鍛煉會(huì)使植物體內(nèi)POD酶活性升高，有利于植株在經(jīng)受更低溫度或更長(zhǎng)時(shí)間的低溫脅迫時(shí)維持較高的抗寒力。劉宇等[10]研究表明，不同濃度的PEG浸種處理能夠提高膜莢黃芪幼苗子葉中POD、過氧化氫酶、超氧化物歧化酶的活性，降低MDA積累水平。這說明PEG浸種處理可以緩解低溫吸脹對(duì)種子的傷害，提高幼苗抗冷害的能力。PEG能夠提高喜溫作物的抗凍性，主要在于PEG能夠提高細(xì)胞膜保護(hù)酶系的活性，降低膜脂過氧化程度，從而啟動(dòng)作物的抗冷機(jī)制，提高作物對(duì)溫度的耐性[11-12]。研降低膜脂過氧化程度，從而啟動(dòng)作物的抗冷機(jī)制，提高作物對(duì)溫度的耐性[11-12]。研究表明，濃度30%PEG能夠降低低溫脅迫后MDA、可溶性糖含量及POD活性，提高低溫脅迫下葉綠素的含量。這說明施用濃度30%PEG能夠提高玉米幼苗的抗冷性，與對(duì)苜蓿[13]、小麥[14]的研究結(jié)果一致。

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The Effects of Polyethylene Glycol on Physiological and Biochemical Characteristics of Corn Seedlings under Low Temperature Stress

PIAO Ying-ji, JIANG Hong-wei, YU Yang, WU Yan*et al

(Daqing Normal University, Daqing, Heilongjiang 163712)

[Objective] To investigate the mitigative effect of polyethylene glycol (PEG) on physiological and biochemical characteristics of corn seedlings under low temperature stress in lab. [Method] Firstly, the corns were potted at 28 ℃. At three-leaf stage, the corn seedlings were stressed by 8 ℃ low temperature for three days. At the same time, the leaf was sprayed by PEG (30%). After three days, the physiological and biochemical characteristics of corn seedlings were determined. [Result] When core seedlings were stressed by low temperature, the contents of malondialdehyde (MDA) and soluble sugar increased significantly (P<0.05), and the peroxidase (POD) activity also increased (P<0.05), but the content of chlorophyll decreased dramatically (P<0.05). After the above stressed corn seedlings were sprayed by PEG (30%), MDA content, soluble sugar content and POD activity decreased (P<0.05), and the chlorophyll content increased (P<0.05) comparing with low temperature control. All levels using PEG (30%) can reach or exceed the low temperature control. [Conclusion] PEG (30%) has mitigative effect on corn seedlings under low temperature stress.

Low temperature stress; Polyethylene glycol; Corn seedling; Physiological and biochemical characteristics; Mitigative effect

黑龍江省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410235180)。

樸櫻姬(1992 -)，女，黑龍江雙鴨山人，本科生，專業(yè)：生物技術(shù)。*通訊作者，講師，碩士，從事植物生理生態(tài)方面的研究。

2015-03-31

S 513

A

0517-6611(2015)14-005-02