丁 昊，杨晓宇，李 隆，赵 璐，马秀梅，张 继　(西北师范大学生命科学学院，甘肃兰州 730070)



复合外源物质对玉米幼苗抗寒性的影响

丁 昊，杨晓宇，李 隆，赵 璐，马秀梅，张 继*(西北师范大学生命科学学院，甘肃兰州 730070)

摘要[目的]明确复合外源物质对玉米幼苗抗寒性的影响以及抗寒机理。[方法]以豫玉22号、金穗1203和宇辉早甜粘玉米品种为材料，利用人工模拟低温方法，研究在5 ℃低温和不同时长处理下复合外源物质对玉米幼苗抗寒性的影响。[结果]在5 ℃低温条件下，随着低温胁迫时间的延长，3种玉米品种遭受低温伤害的程度逐渐加剧，尤其在胁迫第5天最明显。在5 ℃低温条件下，玉米幼苗叶片中丙二醛含量、游离脯氨酸含量、相对电导率和可溶性蛋白含量随着胁迫时间的延长呈增加趋势，恢复生长3 d后又开始下降；超氧化物歧化酶活性随着胁迫时间的延长不断降低；可溶性糖含量先上升后下降，在第3天胁迫时达到最大。在5 ℃低温条件下，随着低温胁迫时间的延长，复合外源物质对玉米幼苗叶片中丙二醛含量、游离脯氨酸含量、相对电导率、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量和超氧化物歧化酶活性的影响程度越明显。[结论]复合外源物质能增强玉米幼苗适应低温胁迫的能力。

关键词复合外源物质；玉米幼苗；低温胁迫；抗寒性

Effects of Composite Exogenous Substance on Cold Resistance of Maize Seeding

DING Hao, YANG Xiao-yu, LI Long, ZHANG Ji*et al

(College of Life Sciences, Northwest Normal University, Lanzhou, Gansu 730070)

Abstract[Objective] To research the effects of composite exogenous substance on cold resistance of maize seeding and their mechanism of cold resistance. [Method] Yuyu 22, Jinsui 1203 and Yuhui early sweet sticky were selected as test materials in this study. Effects of composite exogenous substance on cold resistance of maize seeding was studied at 5 ℃ with different time durations. [Result] At low temperature of 5 ℃, as the three kinds of maize suffered from low temperature for long hours, the injury degenerated especially at the 5th day. At low temperature of 5 ℃, the content of MDA and free proline content as well as relative conductivity and soluble protein content increased as time prolonged in maize seedling leaves. These indexes began to decline after the growth recovery for three days. SOD activity decreased as time prolonged at 5 ℃. However, the content of soluble sugar increased at the beginning and decreased subsequently after reaching the peak on the 3th day. At low temperature of 5 ℃, as the cold stress time prolonged, effects of composite exogenous substance on the content of MDA, free proline, soluble sugar, soluble protein became more obvious, as well as the relative conductivity and activity of SOD in maize seedling leaves. [Conclusion] Composite exogenous substance enhances the adaptability of maize seedlings under low temperature stress.

Key wordsComposite exogenous substance; Maize seedlings; Low temperature stress; Cold resistance

玉米在我国的播种面积仅次于小麦和水稻[1]。玉米播种期如遇低温冷害，不仅会影响玉米种子萌发、幼苗生长，还会引起生长迟缓、发育不良、粉种等现象，严重影响玉米产量[2-3]。因此，研究如何提高玉米幼苗的抗寒性对于春玉米抢墒早播、高产、稳产都具有重要的理论和实践意义。

近年来，国内外开展了一系列有关外源物质对作物抗寒性影响的研究。结果表明，添加外源性的植物激素或天然提取物可增强作物适应低温、高温、盐、干旱等逆境胁迫的能力[4-6]。黄腐酸、烯效唑和磷酸二氢钾均能提高作物幼苗抗氧化物保护酶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)的活性，降低电解质渗透率，减少膜脂过氧化物丙二醛含量，增加作物体内代谢物质游离脯氨酸含量的作用[7-9]。刺槐豆胶是一种中性储能多糖，可作为增稠剂、凝胶剂和胶黏剂，复配于抗寒液中是很好的成膜物质，又能将营养物质及水分缓释给植物体。抗坏血酸不仅具有防腐作用，而且能够参与逆境胁迫产生的ROS反应，避免植物受到逆境胁迫[5]。松针水提液含有一定比例的酚类物质和松针黄酮，能够起到较强的抗氧化作用，同时还含有花旗松素、胡椒酮、土槿酸、甲基胡椒酚等抑菌成分，能够起到较好的抑菌作用[10-12]。笔者采用由烯效唑、黄腐酸、刺槐豆胶、磷酸二氢钾、抗坏血酸和松针水提液复配而成的抗寒液，选择豫玉22号、金穗1203和宇辉早甜粘3个玉米品种为试验材料，通过分析玉米幼苗叶片电导率、丙二醛含量、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白、抗氧化保护酶超氧化物歧化酶活性等指标研究了复合外源物质对玉米幼苗抗寒性的影响以及抗寒机理，旨在为玉米高产、稳产提供理论依据。

1材料与方法

1.1材料

1.1.1供试作物。供试玉米品种为豫玉22号、金穗1203和宇辉早甜粘，均由甘肃省农业科学院提供。

1.1.2仪器。BL320H型电子天平(日本岛津公司)、UV1000型紫外可见分光光度计(美国Labtech公司)、931M-1029-0型冷冻离心机(美国Beckman公司)、DDS-11A型电导仪(上海沪粤明科学仪器有限公司)、HH-S2型恒温水浴锅(上海普渡生化科技有限公司)、LRH250G型恒温光照培养箱(上海银泽仪器设备有限公司)。

1.2方法

1.2.1播种育苗。试验于2015年4月在西北师范大学进行。采用室内盆栽播种，选取子粒饱满、大小均匀的玉米种子，用0.1%HgCl2消毒10 min，用清水冲洗后栽于规格为白色、高度和盆口上下直径为12.0 cm×21.0 cm×14.5 cm的塑料盆。每盆加土量为1 kg，栽5粒种子，播种深度为5.0 cm。

1.2.2低温胁迫处理。当玉米幼苗长到3叶1心时，给试验组喷施复合外源物质，对照组喷施清水，早晚各喷施1次，叶面布满即可，连续喷施3 d，然后放入LRH250G型恒温光照培养箱进行5 ℃冷胁迫处理，光照强度为1 500 lx，光照周期为12 h。分别在处理前、胁迫3 d、胁迫5 d后和胁迫5 d再恢复生长3 d后(第8天)测定各组叶片相对电导率、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、SOD活性，3次重复。

1.2.3测定方法。当低温胁迫处理后立即测定玉米幼苗各项生理指标。细胞膜相对透性的测定采用电导率法；MDA含量的测定采用硫代巴比妥酸法[13]；脯氨酸含量的测定采用酸性茚三酮法；可溶性蛋白含量的测定采用考马斯亮蓝法[14]；可溶性糖含量的测定采用蒽酮比色[15]；SOD活性的测定采用氮蓝四唑(NBT)光还原方法[16]。

1.3数据处理采用SPSS 16.0软件对数据进行差异显著性分析，采用Microsoft Excel 2003作图。

2结果与分析

2.1低温胁迫下复合外源物质对不同品种玉米幼苗叶片SOD活性的影响SOD广泛存在于需氧代谢细胞中，能清除超氧阴离子，起到保护细胞膜的作用。由图1 可知，随着低温胁迫时间的加长，无论复合外源物处理组还是清水组，SOD活性均显著降低，并且下降幅度逐渐增大。在未遭受低温胁迫时，复合外源物处理组SOD活性的升高程度与清水组差异不显著，但在遭受低温胁迫3、5 d和恢复生长3 d时，复合外源物处理组SOD活性显著高于清水组。由此说明，外源复合物能够增强SOD活性，增强植物适应低温胁迫的能力。

注：柱上不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。Note：Lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图1　低温处理下玉米幼苗SOD活性的变化Fig.1　Changes of SOD activities in maize seedling under low temperature stress

注：柱上不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。Note：Lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图2　低温处理下玉米幼苗MDA含量的变化Fig.2　Changes of MDA content in maize seedling under low temperature stress

2.2低温胁迫下复合外源物质对不同品种玉米幼苗叶片MDA含量的影响由图2 可知，随着低温胁迫时间的延长，无论复合外源物处理组还是清水组，玉米幼苗叶片中MDA含量均显著上升；在恢复生长3 d后，复合外源物处理组和清水组玉米幼苗叶片中MDA含量均显著下降。在低温胁迫时间相同的条件下，经复合外源物处理过的玉米幼苗中MDA含量均低于清水组，但在低温胁迫0和3 d时，经复合外源物处理过的玉米幼苗中MDA含量较清水组下降程度不显著，而在低温胁迫5 d和恢复生长3 d时，经复合外源物处理过的玉米幼苗中MDA含量显著低于清水组。由此说明，外源复合物能够使MDA含量下降，降低脂质过氧化程度；同时，玉米幼苗遭受低温胁迫的时间越长，叶片中MDA含量下降越明显。

2.3低温胁迫下复合外源物质对不同品种玉米幼苗叶片脯氨酸含量的影响植物细胞内游离脯氨酸含量的积累有利于降低细胞水势，增强植物适应逆境能力。由图3 可知，在低温胁迫时间相同的情况下，经复合外源物处理过的玉米幼苗中游离脯氨酸含量均显著高于清水组，说明外源复合物能提高玉米幼苗叶片中游离脯氨酸含量，增强玉米抵抗低温胁迫的能力。对豫玉22号和金穗1203玉米而言，不论是复合外源物处理组还是清水组，随着低温胁迫时间的延长，玉米幼苗叶片中游离脯氨酸含量均显著增加；但宇辉早甜粘玉米幼苗叶片中游离脯氨酸含量随着低温胁迫时间的加长而先快速上升后缓慢下降。在恢复生长3 d后，玉米幼苗叶片中游离脯氨酸含量均下降。由此说明在一定时间内，低温胁迫时间越长，外源复合物使玉米幼苗中游离脯氨酸含量增加幅度越大，使玉米适应低温胁迫的能力越强。

注：柱上不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。Note：Lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图3　低温处理下玉米幼苗游离脯氨酸含量的变化Fig.3　Changes of proline content in maize seedling under low temperature stress

2.4低温胁迫下复合外源物质对不同品种玉米幼苗叶片相对电导率的影响由图4可知，随着低温胁迫时间的加长，不论是复合外源物质处理组还是清水组，玉米幼苗叶片相对电导率均显著增大；在恢复生长之后相对电导率继续增大。在低温胁迫0 d时，外源复合物处理组相对电导率与清水组差异不显著；在低温胁迫时长相同时，外源复合物处理组玉米幼苗叶片相对电导率均显著低于清水组；在恢复生长后外源复合物处理组玉米幼苗叶片相对电导率均显著低于清水组。由此说明，外源复合物能够降低质膜过氧化水平，减轻低温胁迫对细胞膜造成的伤害；同时随着低温胁迫时间的延长，外源复合物处理组玉米幼苗叶片相对电导率较清水组下降程度明显。

注：柱上不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。Note：Lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图4　低温处理下玉米幼苗相对电导率的变化Fig.4　Changes of electric conductivity in maize seedling under low temperature stress

2.5低温胁迫下复合外源物质对不同品种玉米幼苗叶片可溶性蛋白含量的影响由图5可知，随着低温胁迫时间的延长，无论是外源复合物处理组还是清水组，玉米幼苗叶片中可溶性蛋白含量均呈先上升后下降趋势。在低温胁迫时长相同的情况下，复合外源物质处理组玉米幼苗叶片中可溶性蛋白含量均显著高于清水组，在低温胁迫0 d时，复合外源物质处理组玉米幼苗叶片中可溶性蛋白含量与清水组差异不显著。由此说明，复合外源物质可提高玉米幼苗叶片中可溶性蛋白含量。

注：柱上不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。Note：Lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图5　低温处理下玉米幼苗可溶性蛋白含量的变化Fig.5　Changes of soluble protein content in maize seedling under low temperature stress

2.6低温胁迫下复合外源物质对不同品种玉米幼苗叶片可溶性糖含量的影响在低温胁迫下，植物细胞内碳水化合物水解增强，产生的可溶性糖增加从而增加了细胞的渗透压，在抵御逆境胁迫方面具有重要作用。由图6 可知，随着低温胁迫时间的延长，无论是外源复合物处理组还是清水组，玉米幼苗叶片中可溶性糖含量均呈先上升后下降趋势；在低温胁迫3 d时，3种玉米幼苗叶片中可溶性糖含量的积累均达到最大值，并且外源复合物处理组玉米幼苗中可溶性糖的积累量均显著高于清水组，说明外源复合物有助于玉米幼苗叶片中可溶性糖的积累。3种玉米未受低温胁迫时，复合外源物质处理组与清水组的可溶性糖含量差异不显著；在低温胁迫5 d时，经复合外源物质处理的豫玉22号和金穗1203玉米幼苗叶片中可溶性糖含量与清水组差异不显著，但经复合外源物质处理的宇辉早甜粘玉米幼苗叶片中可溶性糖含量显著高于清水组；在恢复生长后，经复合外源物质处理的3种玉米幼苗叶片中可溶性糖含量均显著高于清水组。由此说明，复合外源物质对不同品种玉米可溶性糖含量的影响不同。

注：柱上不同字母表示不同处理间在0.05水平差异显著。Note：Lowercases indicated significant differences at 0.05 level.图6　低温处理下玉米幼苗可溶性糖含量的变化Fig.6　Changes of soluble glucose content in maize seedling under low temperature stress

3结论与讨论

该研究表明，复合外源物质能通过增强玉米幼苗叶片抗氧化酶SOD活性，降低MDA含量和相对电导率，提高细胞内渗透剂可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、游离脯氨酸含量，增强玉米幼苗适应低温胁迫的能力。

SOD是活性氧清除系统中第1个发挥作用的抗氧化酶，能够清除植物体内活性氧和自由基，防止活性氧对植物造成伤害。MDA是植物膜脂过氧化产物，通常将它作为脂质过氧化指标，表示细胞膜脂过氧化程度和植物对逆境条件反应的强弱。武辉等[17]研究表明，低温胁迫会造成玉米幼苗叶片中抗氧化物酶活性降低，同时使植物膜脂过氧化的产物MDA大量积累。张富平等[18]认为，外源物质水杨酸能够增加玉米幼苗SOD活性，降低MDA的积累，增强玉米幼苗适应低温胁迫的能力。该研究表明，在低温胁迫下，随着低温胁迫时间的延长，SOD活性下降，MDA含量增加；复合外源物质能够增加玉米幼苗叶片中SOD活性，降低MDA的积累。

细胞质膜是半透性膜，低温胁迫使质膜通透性变大，电解质渗透率增大，使玉米植株体内细胞内溶物扩散到细胞外。电导率不仅是衡量细胞组织幼嫩程度的指标，也是判断细胞质膜是否受到伤害的指标[19]。该研究表明，随着低温胁迫时间的延长，玉米幼苗叶片相对电导率不断增大；同时，外源复合物能够降低质膜过氧化水平，减轻低温胁迫对细胞膜造成的伤害，这与吴海燕等[20]的研究结果基本一致。

脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖均为植物体内重要的渗透调节剂。脯氨酸能维持细胞水势，促进蛋白质的水合作用，并能维持细胞结构、物质运输和渗透调节等[21]；可溶性蛋白可束缚更多的水分，减少原生质内结冰而伤害致死的机会[22-23]；可溶性糖可提高细胞液的渗透浓度，降低冰点，增加细胞持水力，同时还有冰冻保护剂的作用，从而提高植物的抗寒性。该研究表明，低温胁迫导致可溶性蛋白含量和游离脯氨酸含量的增加，这与大多数研究结果[24-26]一致。

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中图分类号S 482.8

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)06-129-05

收稿日期2016-02-01

作者简介丁昊(1988- )，男，甘肃安定人，硕士研究生，研究方向：植物资源开发与利用。*通讯作者，研究员，博士，从事植物资源开发与利用研究。

基金项目国家科技支撑计划项目(2012BAD20B06)；国家自然基金项目(31200255)。