李永靖

（高州市大坡鎮(zhèn)政府鄉(xiāng)村振興服務(wù)中心，廣東高州 525200）

玉米作為我國(guó)重要的糧食作物與工業(yè)原料，在我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)建設(shè)與糧食安全保障中發(fā)揮著重要作用[1]。玉米生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中需要大量的水分，然而我國(guó)多個(gè)玉米主產(chǎn)區(qū)水資源匱乏，加上落后的灌溉條件、旱災(zāi)等影響，玉米產(chǎn)量不高[2-3]。甜玉米作為兩廣地區(qū)的一種主要農(nóng)作物，其需水量極大，土壤水分條件對(duì)其產(chǎn)量與質(zhì)量的影響顯著[4]。氮元素是作物生長(zhǎng)發(fā)育中的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素，玉米需氮量大，以往研究證明施氮能有效提升玉米的生長(zhǎng)量[5]，然而在干旱條件下施氮能否改善甜玉米的生長(zhǎng)情況，以及其生理響應(yīng)機(jī)制目前仍不明確。本試驗(yàn)以市售的廣東省優(yōu)良甜玉米品種為材料，研究不同土壤水分條件下，通過(guò)施氮與未施氮處理，甜玉米生長(zhǎng)量、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及膜系統(tǒng)保護(hù)酶活性的變化，探究干旱脅迫下施氮對(duì)甜玉米生長(zhǎng)生理的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

甜玉米品種粵甜10號(hào)。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用盆栽的方法在防雨塑料大棚內(nèi)進(jìn)行。供試土壤為紅壤，pH 值5.2，有機(jī)質(zhì)含量為12.3 g·kg-1，有效磷含量為3.2 mg·kg-1，速效鉀含量為24.3 mg·kg-1，土壤最大持水量為16.8%。

將甜玉米播于裝有紅壤的塑料盆內(nèi)，待玉米生長(zhǎng)到4葉期時(shí)開始試驗(yàn)。共設(shè)置3個(gè)土壤水分和2個(gè)施氮處理：土壤水分處理包括W1（田間持水量80%，正常水分條件）、W2（田間持水量65%，輕度干旱脅迫）、W3（田間持水量50%，重度干旱脅迫）；施氮處理為N1（CK，未施氮）、N2（0.3‰尿素）。其中，土壤水分控制采用稱重法，施氮采用施基肥方式，即裝盆時(shí)加入0.3‰尿素（1 kg 土壤混0.3 g 尿素），使用尿素的氮含量為46%。本試驗(yàn)共6 個(gè)處理，每處理5 次重復(fù)。待干旱脅迫與施氮處理試驗(yàn)結(jié)束后，采用隨機(jī)取樣的方式，進(jìn)行生長(zhǎng)生理指標(biāo)測(cè)定。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)

1.3.1 生長(zhǎng)指標(biāo)

將各處理植株地上部分經(jīng)流水沖洗干凈后，放入105 ℃烘箱內(nèi)殺青30 min，然后在80 ℃條件下烘干至恒重，最后在電子天平上稱量植株干物質(zhì)重。

1.3.2 生理指標(biāo)

過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）活性采用王相敏等的方法進(jìn)行測(cè)定[6]。其中SOD 活性測(cè)定方法略有修改，具體方法為：從低溫冰箱中取出貯存的各處理新鮮葉片中，取每處理約0.25 g 樣于預(yù)冷的研缽中，加入5 mL 預(yù)冷的提取介質(zhì)[內(nèi)含1%聚乙烯吡咯烷酮的磷酸緩沖液（50 mmol·L-1，pH=7.8）]，在冰浴下研磨成勻漿后移入離心管，于4 ℃、10 000 r·min-1下離心15 min，上清液即為SOD 粗酶液。SOD 的反應(yīng)體系：1.5 mL 磷酸緩沖液（0.05 mol·L-1，pH=7.8）+0.3 mL 甲硫氨酸（13 mmol·L-1）+0.3 mL氮藍(lán)四唑（75 μmol·L-1）+0.3 mL EDTA-Na2（10μmol·L-1）+0.3mL核黃素（2.0μmol·L-1）+0.1 mL 粗提取液+0.5 mL 水。對(duì)照管不加酶液，1.5 mL磷酸緩沖液（0.05 mol·L-1，pH=7.8），其他與上述反應(yīng)體系相同。樣品與對(duì)照管均為3 次重復(fù)，將試管置于光照培養(yǎng)箱內(nèi)反應(yīng)20～30 min（要求各試管光照情況一致，反應(yīng)溫度控制在25～35 ℃，根據(jù)酶的活性高低適當(dāng)調(diào)整酶的濃度和反應(yīng)時(shí)間）。用U-2900 分光光度計(jì)在560 nm波長(zhǎng)下測(cè)定OD值。

式（1）中，SOD 活性為每克樣品含酶單位數(shù)，U·g-1；OD0為光照對(duì)照管的光吸收值；ODS為樣品管的光吸收值；VT為樣液總體積，mL；V1為測(cè)定時(shí)樣品用量，mL；FW為樣品鮮重，g。

脯氨酸含量采用磺基水楊酸法測(cè)定，可溶性糖含量采用硫酸蒽酮法檢測(cè)[7-8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、方差分析。其中，3 個(gè)干旱脅迫處理間的差異性檢驗(yàn)采用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，2 個(gè)施氮處理間差異性檢驗(yàn)采用t-test（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長(zhǎng)量變化

干物重是反映植株遭受脅迫傷害最客觀、直接的指標(biāo)。由圖1 可知，在不同干旱脅迫處理下，甜玉米單株干物重隨著脅迫程度加劇而顯著減小。其中，與田間持水量為80%的正常土壤水分處理（W1）相比，在田間持水量為65% 的輕度干旱脅迫處理（W2）下，單株干物重降低了36.5%，而在田間持水量為50%的重度干旱脅迫處理（W3）下，單株干物重降低了77.6%。從施氮處理結(jié)果來(lái)看，與未施氮處理相比，正常土壤水分處理（W1）的單株干物重在施氮后并未明顯增加，但在輕度和重度干旱脅迫處理（W2、W3）下施氮明顯增加了單株干物重；且從3 個(gè)土壤水分處理在施氮后單株干物重的差異性分析來(lái)看，W2 與W1 處理間單株干物重?zé)o顯著差異。結(jié)果表明，本試驗(yàn)的供氮量水平（以0.3‰的尿素為基肥）能有效改善甜玉米在遭受輕度干旱脅迫時(shí)的生長(zhǎng)情況。

圖1 干旱脅迫下施氮對(duì)玉米植株單株干物重的影響

2.2 滲調(diào)物質(zhì)變化

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量的變化與植株受到的逆境脅迫傷害程度密切相關(guān)。通過(guò)檢測(cè)甜玉米葉片中脯氨酸和可溶性糖含量發(fā)現(xiàn)，與正常土壤水分處理（W1）相比，干旱脅迫處理（W2、W3）下脯氨酸與可溶性糖含量均顯著下降，且隨著干旱脅迫程度加劇，葉片中二者含量的下降幅度越大（見圖2）。進(jìn)行施氮處理后，在正常土壤水分條件下，施氮前后脯氨酸含量無(wú)明顯變化，但在干旱脅迫處理下施氮后脯氨酸含量明顯增加，且施氮后輕度干度脅迫處理下葉片脯氨酸含量與正常土壤水分處理無(wú)顯著差異。

圖2 干旱脅迫下施氮對(duì)玉米葉片中滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的影響

從可溶性糖含量變化來(lái)看，受干旱脅迫影響，葉片中可溶性糖含量下降，且脅迫程度越重可溶性糖含量越低。施氮后，3 個(gè)土壤水分處理葉片中可溶性糖含量均顯著增加。這說(shuō)明與脅迫程度無(wú)關(guān)，施氮均能有效提升甜玉米葉片中可溶性糖含量，從而反映了甜玉米對(duì)氮素的高需求量。但從甜玉米對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)角度來(lái)看，可溶性糖含量的變化不能作為甜玉米遭受干旱脅迫傷害的可靠生理指標(biāo)。

2.3 保護(hù)酶活性變化

超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT） 是公認(rèn)的反映植株遭受生物或非生物脅迫傷害的重要指標(biāo)。從表1可以看出，與正常土壤水分處理相比，受到輕度和重度干旱脅迫時(shí)，甜玉米葉片中SOD、POD 和CAT 3 種膜系統(tǒng)保護(hù)酶活性均顯著降低。進(jìn)行施氮處理后，正常土壤水分處理下3 種酶活性無(wú)明顯變化，說(shuō)明本試驗(yàn)中W1 處理下植株生長(zhǎng)狀況正常，未遭受到任何脅迫傷害，滿足作為對(duì)照處理的要求，本試驗(yàn)處理的設(shè)置是科學(xué)可靠的。而在輕度干旱脅迫W2 處理下，通過(guò)施氮葉片中SOD、CAT、POD 活性均顯著上升，但在重度干旱脅迫W3 處理下，施氮處理的POD、CAT 活性均高于未施氮處理，而施氮與未施氮處理間SOD活性無(wú)明顯變化。從施氮后3 個(gè)土壤水分處理間3 種酶活性變化來(lái)看，POD 和CAT 活性大小為W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3，SOD 活性大小為W2＞W(wǎng)1＞W(wǎng)3，表明SOD 活性變化與植株在干旱脅迫與施氮處理后生長(zhǎng)變化情況的高度相似性。這說(shuō)明，在所檢測(cè)的3 種膜系統(tǒng)保護(hù)酶中，SOD 靈敏性高于POD、CAT。

表1 干旱脅迫下施氮對(duì)玉米葉片中保護(hù)酶活性的影響

3 結(jié)論與討論

干旱作為影響玉米生長(zhǎng)發(fā)育最主要的逆境脅迫，遭受干旱脅迫時(shí)，玉米通過(guò)自身的生長(zhǎng)生理上變化應(yīng)對(duì)干旱[2-3]。本試驗(yàn)結(jié)果證明，干旱能導(dǎo)致供試甜玉米生長(zhǎng)量下降，但在輕度干旱脅迫下，通過(guò)施用0.3‰尿素能顯著改善其生長(zhǎng)情況。但考慮到正常水分條件下，施氮與未施氮處理間生長(zhǎng)并無(wú)差異，說(shuō)明本試驗(yàn)中供氮水平可能偏低。是否在重度干旱脅迫下，通過(guò)增加施氮量（＞0.3‰）能提高甜玉米的生長(zhǎng)量有待進(jìn)一步研究。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)是植物為適應(yīng)逆境脅迫傷害的重要代謝產(chǎn)物，其含量變化是植物對(duì)逆境脅迫作出的響應(yīng)。通常，植物通過(guò)在體內(nèi)增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)能減輕干旱脅迫產(chǎn)生的傷害，但遭受脅迫程度較為嚴(yán)重時(shí)，植物將喪失這種自我調(diào)節(jié)能力[9]。在本研究中，干旱脅迫下甜玉米葉片中脯氨酸與可溶性糖含量均下降，說(shuō)明50%～65%田間持水量均對(duì)甜玉米造成了較為嚴(yán)重的干旱脅迫傷害。相較于可溶性糖，脯氨酸含量變化趨勢(shì)與植株生長(zhǎng)情況變化較為一致，可作為判斷甜玉米受干旱脅迫傷害的早期生理指標(biāo)之一。

在干旱脅迫條件下，植物體內(nèi)活性氧類物質(zhì)（ROS）將大量積累，從而破壞細(xì)胞膜系統(tǒng)，SOD、POD、CAT 等膜系統(tǒng)保護(hù)酶活性將增加，減少細(xì)胞內(nèi)ROS 含量，維持膜穩(wěn)定性。因此，SOD、POD、CAT活性變化被視為鑒定植物早期抗旱性的關(guān)鍵指標(biāo)[9-10]。在供試土壤水分條件下，本試驗(yàn)中甜玉米葉片中3 種膜系統(tǒng)保護(hù)酶活性顯著降低，說(shuō)明膜系統(tǒng)穩(wěn)定性已遭到破壞，在65%田間持水量條件下，通過(guò)施氮均能提高3 種酶活性；但田間持水量?jī)H為50%時(shí)，施氮提升了POD、CAT 活性，而SOD 活性變化不明顯。因此，認(rèn)為以SOD 作為判斷干旱脅迫下甜玉米膜系統(tǒng)遭受損傷的指標(biāo)更為可靠。