劉亞莉 劉源霞 蘭進(jìn)好

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東青島 266109）

玉米是禾本目禾本科植物，廣泛分布于干旱、半干旱地區(qū)，是我國溫帶干旱地區(qū)最重要的糧食作物之一。干旱是影響玉米生產(chǎn)的主要非生物脅迫因素，能夠?qū)е缕洚a(chǎn)量降低，品質(zhì)變差，嚴(yán)重影響其生態(tài)功能[1-2]。因此，通過研究干旱對玉米的影響，選育抗旱雜交種，對增強(qiáng)玉米抗旱性，提高產(chǎn)量有重大意義。

Cu與Zn是植物維持正常生命活動所必需的微量元素，參與植物生長發(fā)育過程中的多種代謝反應(yīng)。研究表明，絕大多數(shù)植物對Cu、Zn具有敏感性，植物體內(nèi)缺乏Cu、Zn將直接影響花器官發(fā)育，抑制植物生長[3]；銅、鋅吸收量過多，會對植物產(chǎn)生毒害作用，造成植株生長緩慢或停止生長，甚至死亡[4]；但在某些情況下適當(dāng)提高Cu、Zn含量，可以促進(jìn)植物的生殖生長和營養(yǎng)生長[5]。近年來，關(guān)于Cu2+、Zn2+引發(fā)處理能調(diào)節(jié)植物多種生理代謝過程來促進(jìn)植物生長發(fā)育的研究取得了一定的進(jìn)展。但是，Cu2+、Zn2+引發(fā)處理能否緩解干旱對玉米雜交種萌發(fā)過程的傷害，目前尚未見報道。

本試驗在濃度為18%的PEG-6000模擬干旱脅迫環(huán)境條件下，研究不同配比、不同濃度的銅鋅復(fù)合溶液引發(fā)處理對玉米雜交種的發(fā)芽力指標(biāo)和生理指標(biāo)的影響，以期為銅鋅復(fù)合溶液作為抗干旱引發(fā)劑在玉米生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑本試驗于2019年開展并完成，所采用的5個玉米雜交種（登海315、德玉四號、登海1302、登海506、農(nóng)星207）均由登海種業(yè)提供。試驗所用的CuSO4·5H2O（提供Cu2+）從天津市璃金特化學(xué)品有限公司購買，ZnSO4·7H2O（提供Zn2+）從天津市鼎盛鑫化工有限公司購買，PEG-6000（模擬干旱脅迫環(huán)境）從江蘇省海安市石油化工處購買。

1.2 試驗方法種子處理。選擇種皮潔凈、籽粒完整、大小一致的5種玉米雜交種，用30%的次氯酸鈉進(jìn)行消毒處理30s，再用蒸餾水清洗2～3次，晾干水分后備用。在25℃適溫下，分別用（0mg CuSO4·5H2O+0mg ZnSO4·7H2O）/L（去離子水）、（0.4mg CuSO4·5H2O+50mg ZnSO4·7H2O）/L、（0.8mg CuSO4·5H2O+150mg ZnSO4·7H2O）/L、（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·7H2O）/L、（1.6mg CuSO4·5H2O+350mg ZnSO4·7H2O）/L、（2.0mg CuSO4·5H2O+450mg ZnSO4·7H2O）/L配比的CuSO4和ZnSO4復(fù)合溶液浸泡8～10h。取出，室內(nèi)自然晾干至含水量為20%～25%。

發(fā)芽試驗。將陰干處理后達(dá)標(biāo)的種子，置于底部放有3層濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，各品種每個處理設(shè)3次重復(fù)，每個重復(fù)50粒，以去離子水處理的種子為對照，在25℃光照培養(yǎng)箱內(nèi)進(jìn)行紙床發(fā)芽試驗。發(fā)芽期間定期檢查、補(bǔ)充濃度為18%的PEG-6000溶液至濾紙飽和（用18%的PEG-6000改變種子滲透勢，造成種子吸水困難，模擬干旱環(huán)境）。每隔24h觀察記載種子的發(fā)芽情況，第4天記錄發(fā)芽勢，第7天記錄發(fā)芽率。

發(fā)芽試驗結(jié)束后，測量鮮樣的苗高、根長、根數(shù)。測量畢，將鮮樣分解為根和苗兩部分，首先在烘箱中105℃殺青15min，然后在80℃恒溫干燥至恒重，稱量樣品干重后根據(jù)發(fā)芽種子數(shù)折合成單苗干重和單根干重。

對所得試驗數(shù)據(jù)用Excle軟件處理求取平均值，并用SAS軟件進(jìn)行二因素隨機(jī)完全區(qū)組分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對玉米雜交種發(fā)芽力指標(biāo)的影響由表1可知，干旱脅迫下，5個玉米雜交種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率與對照相比均有不同程度的提高，且其發(fā)芽勢和發(fā)芽率均隨銅鋅復(fù)合溶液配比的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比為（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·7H2O）/L時5個雜交種的發(fā)芽勢和發(fā)芽率均達(dá)到最大值。由表2、表3數(shù)據(jù)可知，由于品種、濃度以及品種×濃度互作的P值均小于0.05，所以品種、濃度以及品種×濃度互作均存在顯著性差異。

表1 不同配比的銅鋅復(fù)合溶液對玉米雜交種發(fā)芽力的影響 （%）

表2 不同處理不同雜交種發(fā)芽率方差分析

表3 不同處理不同雜交種發(fā)芽勢方差分析

由于不同雜交種的遺傳背景及自身對干旱的抵抗能力不同，因此在利用銅鋅復(fù)合溶液處理雜交種后，其幼苗表現(xiàn)略有差異。無論用何種配比的銅鋅復(fù)合溶液處理雜交種，登海315、登海1302、登海506 3個雜交種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率都能維持在70%以上。其中，當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比為（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·7H2O）/L時登海315的發(fā)芽勢最高，為93%；而登海506的發(fā)芽率最高，為100%。在銅鋅復(fù)合溶液的配比相同時，與其他雜交種相比德玉四號的發(fā)芽勢低，但發(fā)芽率相差不大。用不同配比的銅鋅復(fù)合溶液處理德玉四號和農(nóng)星207時，二者的發(fā)芽勢和發(fā)芽率與對照相比提高了20%～40%。

結(jié)果表明，與對照相比，5種不同配比的銅鋅復(fù)合溶液引發(fā)處理玉米雜交種后，其各項發(fā)芽力指標(biāo)均有提高，且在一定的范圍內(nèi)，隨著銅鋅復(fù)合溶液配比的增加，發(fā)芽勢、發(fā)芽率也相應(yīng)提高。當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比為（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·

7H2O）/L時，5個雜交種的發(fā)芽勢及發(fā)芽率均達(dá)到了最大值，繼續(xù)增加銅鋅復(fù)合溶液的配比并不能進(jìn)一步提高各玉米雜交種的發(fā)芽勢及發(fā)芽率。說明用銅鋅復(fù)合溶液處理過的玉米雜交種在發(fā)芽勢和發(fā)芽率上有一個最適配比，過高的銅鋅復(fù)合溶液配比會對玉米種子的萌發(fā)產(chǎn)生不利影響。因此，在用銅鋅復(fù)合溶液處理玉米種子時，選用最適合的配比對提高種子活力至關(guān)重要。

2.2 不同處理對玉米雜交種苗高、根長的影響由表4可以看出，干旱脅迫下，5個玉米雜交種的苗高、根長與對照相比均有不同程度的提高，且其苗高和根長均隨銅鋅復(fù)合溶液配比的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比為（1.2mgCuSO4·5H2O+250mgZnSO4·7H2O）/L時5個玉米雜交種的苗高和根長均達(dá)到了最大值。由表5、表6數(shù)據(jù)可知，由于品種、濃度以及品種×濃度互作的P值均小于0.05，所以品種、濃度以及品種×濃度互作均存在顯著性差異。

表4 不同配比的銅鋅復(fù)合溶液對玉米雜交種苗高、根長的影響 （cm）

表5 不同處理不同雜交種的苗高方差分析

表6 不同處理不同雜交種的根長方差分析

萌發(fā)期是玉米生長過程的重要階段之一，大田生產(chǎn)中，玉米萌發(fā)期的抗旱性與田間出苗率及幼苗質(zhì)量密切相關(guān)，進(jìn)而直接影響留苗密度及群體整齊度[6]。此階段對外界環(huán)境條件非常敏感，但不同玉米雜交種對外界刺激的敏感性不同。無論用何種配比的銅鋅復(fù)合溶液處理雜交種，德玉四號、登海1302、登海506 3個玉米雜交種比其他雜交種的苗部性狀和根部性狀發(fā)育好。與對照相比，3個雜交種的苗高最大增幅均高于1.0cm，根長的最大增幅均高于2.0cm。其中登海1302的苗部性狀發(fā)育最好，當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比為（1.2mgCuSO4·5H2O+250mgZnSO4·7H2O）/L時，苗高達(dá)到最大值2.60cm；而根部性狀發(fā)育最好的是登海506，當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比為（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·7H2O）/L時，根長達(dá)到最大值8.16cm。當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比相同時，與其他雜交種相比，登海315的苗部性狀和根部性狀的發(fā)育較差，其苗高始終不超過1cm，根長維持在4.0cm左右，2個性狀的最大增幅分別為0.31cm和0.48cm；而農(nóng)星207的苗部性狀和根部性狀雖然發(fā)育較好，但與對照相比，2個性狀的最大增幅較低，分別為0.91cm和1.69cm。

結(jié)果表明，在干旱脅迫下用銅鋅復(fù)合溶液處理玉米雜交種，可以在一定程度上緩解干旱脅迫對玉米雜交種苗部性狀和根部性狀的影響，銅鋅復(fù)合溶液的最適配比為（1.2mgCuSO4·5H2O+250mgZnSO4·7H2O）/L。無論何種配比的銅鋅復(fù)合溶液處理玉米雜交種對雜交種的根數(shù)并無影響，這說明根數(shù)受基因等遺傳性狀的控制效果更大，受環(huán)境控制較小。

2.3 不同處理對種子干物質(zhì)積累量的影響由表7數(shù)據(jù)可知，干旱脅迫下，5個玉米雜交種的干物質(zhì)積累量與對照相比均有不同程度的提高，且其干物質(zhì)積累量均隨銅鋅復(fù)合溶液配比的升高呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比為（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·7H2O）/L時5個雜交種的干物質(zhì)積累量均達(dá)到了最大值，玉米雜交種萌發(fā)后其干物質(zhì)在根部的積累量高于苗部。由表8、表9數(shù)據(jù)可知，由于品種、濃度以及品種×濃度互作的P值均小于0.05，所以品種、濃度以及品種×濃度互作均存在顯著性差異。

表7 不同配比的銅鋅復(fù)合溶液對玉米雜交種干物質(zhì)積累量的影響 （g）

表9 不同處理不同雜交種的單根干重方差分析

在銅鋅復(fù)合溶液的配比相同時，德玉四號的苗部和根部干物質(zhì)積累量最高，分別可達(dá)0.0230g和0.0310g；登海315的苗部干物質(zhì)積累量最少，無論用何種配比的銅鋅復(fù)合溶液處理，該雜交種的苗部干物質(zhì)積累量都低于0.0100g，當(dāng)銅鋅復(fù)合溶液的配比為（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·7H2O）/L時，其苗部干物質(zhì)積累量最大，僅為0.0078g；而根部干物質(zhì)積累量最少的雜交種為農(nóng)星207，最高只有0.0206g。

由表7數(shù)據(jù)可知，德玉四號、登海1302和登海506 3個雜交種無論用何種配比的溶液處理，其苗部干物質(zhì)積累量增幅較對照組都有較大增長，最大增幅均高于0.0100g；登海315和農(nóng)星207的苗部干物質(zhì)積累量的增幅較低，只有0.0006～0.0097g。

由表7數(shù)據(jù)可知，登海315、德玉四號和登海1302 3個雜交種無論用何種配比的溶液處理，其根部干物質(zhì)積累量增幅較對照組都有較大增長，最大增幅均高于0.0150g；登海506和農(nóng)星207的根部干物質(zhì)積累量的增幅較低，其中農(nóng)星207無論用何種配比的銅鋅復(fù)合溶液處理，根部干物質(zhì)積累量增幅都沒有超過0.0100g，最高只有0.0086g。

結(jié)果表明：隨著銅鋅復(fù)合溶液配比的增加，玉米雜交種的苗、根干物質(zhì)積累呈同向增減趨勢，即在一定濃度范圍內(nèi)，隨銅鋅復(fù)合溶液配比的增加，根和苗的干物質(zhì)積累量呈上升趨勢，且在銅鋅復(fù)合溶液配比達(dá)到（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·7H2O）/L的時候，效果最明顯，繼續(xù)增加銅鋅復(fù)合溶液的配比，各部分干物質(zhì)的積累量有所下降。表明用銅鋅復(fù)合溶液處理玉米雜交種可以有效提高幼苗和根部干物質(zhì)的積累量，但是超過一定量后，提升效果不顯著，這與銅鋅復(fù)合溶液處理后的玉米雜交種在干旱脅迫下發(fā)芽力指標(biāo)和生長指標(biāo)表現(xiàn)出來的抗性研究結(jié)果一致。

3 結(jié)論與討論

作物對干旱的適應(yīng)能力不僅與作物本身的耐受性有關(guān)，而且與植物本身的遺傳和基因的調(diào)控有關(guān)。因此從植物本身出發(fā)，深入研究植物的抗旱機(jī)理，通過一定的播前處理來提高植物的抗旱耐旱能力，進(jìn)一步提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，已成為國內(nèi)外專家學(xué)者們所特別關(guān)注和研究的熱點問題。本試驗結(jié)果表明，干旱脅迫下，用不同配比的銅鋅復(fù)合溶液對玉米雜交種進(jìn)行引發(fā)處理，可以不同程度地提高玉米雜交種的發(fā)芽勢、發(fā)芽率，促進(jìn)干旱脅迫下幼苗的生長及苗部和根部的干物質(zhì)積累。這與黃河等[7]、韓蕓等[8]的研究結(jié)果基本一致。與前人相比，本試驗創(chuàng)新性地探究了Cu2+、Zn2+引發(fā)處理在緩解干旱對玉米雜交種萌發(fā)脅迫中的作用，為銅鋅復(fù)合溶液作為抗干旱引發(fā)劑在玉米生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

西南干旱地區(qū)是僅次于東北和華北的我國第三大玉米主產(chǎn)區(qū)，高溫少雨是導(dǎo)致西南地區(qū)干旱的重要原因。干旱作為影響植物基因表達(dá)、生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)及分布的重要因素之一，嚴(yán)重地限制了作物在更大范圍內(nèi)的種植。有研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，Cu2+、Zn2+處理種子可以提高種子的膜透性，降低細(xì)胞滲透脅迫，從而促進(jìn)種子萌發(fā)，提高干旱脅迫下種子的發(fā)芽勢、發(fā)芽率，進(jìn)而提高種子的各項生理指標(biāo)[9]。本研究發(fā)現(xiàn)，與對照相比，銅鋅復(fù)合溶液的配比在（1.2mg CuSO4·5H2O+250mg ZnSO4·7H2O）/L時，對玉米雜交種各項發(fā)芽力指標(biāo)及生理指標(biāo)的促進(jìn)作用最顯著，主要體現(xiàn)在發(fā)芽率、發(fā)芽勢、苗高、根長及干物質(zhì)積累量在此配比下均達(dá)到最大值。此研究確定了具有品種普適性的種子引發(fā)銅鋅復(fù)合溶液區(qū)間，為探索提高干旱脅迫下的種子活力提供有益參考，同時對提高我國西南地區(qū)玉米播種質(zhì)量、降低干旱脅迫對幼苗的影響以及提高玉米產(chǎn)量等方面具有重要參考意義。