苗期玉米根叶对干旱胁迫的生理响应J.doc

苗期玉米根叶对干旱胁迫的生理响应
齐健1,2,3，宋凤斌1*，刘胜群1,2
1.中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林长春130012；2.中国科学院研究生院，北京100039
3.吉林省农业综合开发办公室，吉林长春130022

摘要：采用人工控制水分的方法，研究了干旱胁迫下苗期玉米（ZeamaysL.）根系和叶片的生理指标，用以明确苗期玉米根系和叶片对干旱的生理响应。研究结果表明，苗期中度干旱胁迫处理条件下，玉米根系和叶片均表现出对干旱胁迫的生理响应，并各具特点。与对照相比，干旱胁迫使玉米根系和地上部的生物量降低，叶片中的叶绿素含量显著降低、叶片光合面积减小，根冠比增大。干旱胁迫使玉米根系比表面积增大，根系氧化活力和还原活力增强。干旱胁迫导致玉米叶片的光合功能降低，初始荧光升高，初始光系统Ⅱ（PSⅡ）的原初光能转换效率、PSⅡ潜在活性、潜在光合作用活力均受到抑制。干旱胁迫下玉米叶片和根系脂质过氧化作用增强，根系和叶片中的游离脯氨酸含量升高。
关键词：玉米；苗期；干旱胁迫；根系；叶片；生理响应
中图分类号：Q945.78文献标识码：A文章编号：1672-2175（2006）06-1264-05玉米不仅需水较多，而且对水分胁迫比较敏感。从玉米生产来看，世界上很多地方干旱是限制玉米产量的最主要因素[1]。干旱已成为农业可持续发展的主要限制因素，严重影响着农业生产的发展。因此，作物对干旱的生理响应规律和适应性的研究一直是热点课题。但由于根系生长于地下，取样和研究的技术手段都存在一定困难，所以多数研究都是围绕植株体的地上部进行的[2-3]，对干玉米（ZeamaysL.）根系和地上部叶片生理性状对干旱胁迫的响应的研究还相对较少。但根系和地上部是一个统一的有机整体，根系是作物生命活动的重要器官，与作物生长发育及产量形成密切相关[4-6]。根系和地上部所处的环境不同，根系是土壤水分的直接吸收利用者，当土壤干旱时，根系首先感应并迅速发出信号，使整个植株对干旱胁迫做出反应，同时根系形态结构，化学成分的数量和生物质量也发生相应变化，并影响地上部“光系统”的建成和产量。基于此，本研究系统探讨了玉米幼苗根系和地上部叶片在干旱胁迫下的生理过程的变化出发，着重测定了玉米苗期根系和叶片的几个重要的生理生化指标，并对玉米耐旱能力进行了分析，以期揭示玉米根叶对干旱胁迫的生理响应，结果可为研究玉米的耐旱生理机制以及耐旱性鉴定指标体系提供理论支撑和科学数据，培育高产耐旱品种的玉米品种，从玉米耐旱生理机制上寻找耐旱节水的突破口，对提高耐旱高产玉米新品种选择效率和水分利用率具有重要意义。
1材料与方法
1.1材料及设计
采用玉米品种掖单13号（简称YD-13）和丹玉13号（简称DY-13）为试验材料。试验于玻璃温室进行。选取子粒饱满，大小均匀的种子，经催芽处理后，将材料播于高20cm，直径为15cm的花盆中。供试土壤为黑土，土壤肥力中等，盆中施入种肥，施肥量按700kg/hm2计算。，待幼苗长至第一片叶展开后，进行疏苗，选取长势相近的幼苗，每盆留苗3株。待幼苗长至四叶一心时采用控水的方法[7]进行中度干旱胁迫（土壤水分含量为田间最大持水量的45%～50%）处理，处理期间用称重法控制土壤水分。以正常供水株为对照（CK）。在干旱胁迫处理的第7天进行取样进行各项生理指标的测定。
1.2测定项目及方法
（1）叶绿素含量：采用Arnon（1949）方法[8]。
（2）叶面积采用LI-3000A型便携式叶面积仪测定。
（3）叶绿素荧光参数：采用OS30P型植物胁迫测量仪测定玉米第四叶片（完全伸展叶）的叶绿素荧光参数，用动力学模式（KineticMode）测定暗适应20min后的叶片的荧光诱导动力学参数：暗适应后的初始荧光F0，是光系统Ⅱ（PSⅡ）反应中心处于完全开放时的荧光产量、最大荧光产量Fm，是PSⅡ反应中心处于完全关闭时的荧光产量和Fv/Fm是PSⅡ最大光化学量子产量，代表PSⅡ的潜在活性[9]。计算可变荧光Fv（Fv=Fm-F0），Fv/F0（代表光系统Ⅱ的原初光能转化效率，它表示天线色素吸收光能向PSⅡ转化的潜力，能够反映光能吸收转化机构的完整性）。
（4）根系比表面积：采用甲烯蓝吸附法。根系比表面积=根系总吸收面积（m2）/根体积（cm3）[10]。
（5）根系和地上部的生物量和根冠比测定：采用烘干称重法；根冠比为根系生物量（g）/地上部生物量（g）。
（6）根系氧化力：采用α-萘胺氧化法[10]。
（7）根系还原力：采用氯化三苯基四氮唑（TTC）改良法[11]。
（8）丙二醛（MDA）含量：采用比色法测定[8]。
（9）脯氨酸含量：采用茚三酮比色法[8]。
以上各项测定均6次重复，并对实验数据进行统计分析。
2结果与分析
2.1叶面积、叶绿素含量和叶