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Effects of combined drought and salinity stress on germination and physiological characteristics of maize (Zea mays).

旱-盐复合胁迫对玉米种子萌发和生理特性的影响


分别用15% PEG、100 mmol·L-1 NaCl及其混合溶液模拟干旱(D)、盐(S)及旱-盐复合胁迫(D+S)对玉米种子萌发及幼苗生长的影响.结果表明: 3种胁迫处理均明显抑制了种子萌发、幼芽、幼根的伸长及生物量的积累,且影响程度为D>D+S>S;幼芽及幼根中过氧化氢(H2O2)、超氧阴离子(O-·2)等活性氧含量及丙二醛(MDA)含量明显升高,质膜相对透性增大,脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等生理渗透调节物质含量显著增加,且幼芽中含量高于幼根,积累程度均为D>D+S>S.3种胁迫处理均使幼芽、幼根中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及抗坏血酸过氧化物酶(APX) 等抗氧化酶活性增强;其中,SOD和APX活性表现为复合胁迫介于单一胁迫之间,而POD和CAT活性表现为复合胁迫大于单一胁迫;说明旱盐复合逆境胁迫对玉米种子萌发及幼苗生理特性的影响并不是单一胁迫的简单叠加,与单一干旱胁迫相比,旱盐复合胁迫在一定程度上能够缓解干旱胁迫对玉米种子萌发及幼苗生长的影响.

In this study, 15% PEG, 100 mmol·L-1 NaCl and PEGNaCl mixed solution were employed to respectively simulate the drought (D), salinity (S) and the combined stress (D+S), and effects of these three stresses on the seed germination and the physiological characteristics of seedlings were investigated. The results showed that seed germination, seedling growth and biomass accumulation were significantly inhibited by these three stresses, and the impact of stress ranked as D>D+S>S. The content of reactive oxygen species like H2O2 and O-·2,  as well as malondialdehyde (MDA) and membrane permeability were increased under these stresses, meanwhile, proline (Pro), soluble sugar and soluble proteins contents were significantly improved, which were higher in seedlings than in roots with a rank of D>D+S>S. The activities of antioxidant enzymes such as superoxide dismutase (SOD), peroxide (POD), catalase (CAT) and ascorbate peroxide (APX) were also obviously increased. In addition, SOD and APX induced by PEGNaCl mixed solution were ranked in the middle compared to those induced by their single stress, but POD and CAT were more induced by PEGNaCl mixed solution than their single stress. It was demonstrated that effect of droughtsalinity combined adverse condition on maize seed germination and seedlings physiological characteristics were not simply additive of their single stress, compared with their single stress, droughtsalinity combined adverse condition could reduce the effects of drought stress on maize seeding to a certain extent.


全 文 :旱⁃盐复合胁迫对玉米种子萌发和生理特性的影响
姚海梅  李永生  张同祯  赵  娟  王  婵  王汉宁  方永丰∗
(甘肃农业大学农学院 /甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室 /甘肃省干旱生境作物学重点实验室, 兰州 730070)
摘  要  分别用 15% PEG、100 mmol·L-1 NaCl及其混合溶液模拟干旱(D)、盐(S)及旱⁃盐复
合胁迫(D+S)对玉米种子萌发及幼苗生长的影响.结果表明: 3 种胁迫处理均明显抑制了种
子萌发、幼芽、幼根的伸长及生物量的积累,且影响程度为 D>D+S>S;幼芽及幼根中过氧化氢
(H2O2)、超氧阴离子(O
-·
2 )等活性氧含量及丙二醛(MDA)含量明显升高,质膜相对透性增大,
脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等生理渗透调节物质含量显著增加,且幼芽中含量高于幼根,
积累程度均为 D>D+S>S.3种胁迫处理均使幼芽、幼根中的超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢
酶(CAT)、过氧化物酶(POD)及抗坏血酸过氧化物酶(APX) 等抗氧化酶活性增强;其中,
SOD和 APX活性表现为复合胁迫介于单一胁迫之间,而 POD和 CAT活性表现为复合胁迫大
于单一胁迫;说明旱⁃盐复合逆境胁迫对玉米种子萌发及幼苗生理特性的影响并不是单一胁
迫的简单叠加,与单一干旱胁迫相比,旱⁃盐复合胁迫在一定程度上能够缓解干旱胁迫对玉米
种子萌发及幼苗生长的影响.
关键词  玉米; 复合胁迫; 种子萌发; 生理特性
Effects of combined drought and salinity stress on germination and physiological characteris⁃
tics of maize (Zea mays) . YAO Hai⁃mei, LI Yong⁃sheng, ZHANG Tong⁃zhen, ZHAO Juan,
WANG Chan, WANG Han⁃ning, FANG Yong⁃feng∗ (Gansu Key Laboratory of Crop Improvement
and Germplasm Enhancement / Gansu Key Laboratory of Aridland Crop Science, College of Agronomy,
Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China) .
Abstract: In this study, 15% PEG, 100 mmol·L-1 NaCl and PEG⁃NaCl mixed solution were em⁃
ployed to respectively simulate the drought (D), salinity (S) and the combined stress (D+S), and
effects of these three stresses on the seed germination and the physiological characteristics of seed⁃
lings were investigated. The results showed that seed germination, seedling growth and biomass ac⁃
cumulation were significantly inhibited by these three stresses, and the impact of stress ranked as
D>D+S>S. The content of reactive oxygen species like H2O2 and O
-·
2 , as well as malondialdehyde
(MDA) and membrane permeability were increased under these stresses, meanwhile, proline
(Pro), soluble sugar and soluble proteins contents were significantly improved, which were higher
in seedlings than in roots with a rank of D>D+S>S. The activities of antioxidant enzymes such as su⁃
peroxide dismutase (SOD), peroxide ( POD), catalase ( CAT) and ascorbate peroxide (APX)
were also obviously increased. In addition, SOD and APX induced by PEG⁃NaCl mixed solution
were ranked in the middle compared to those induced by their single stress, but POD and CAT were
more induced by PEG⁃NaCl mixed solution than their single stress. It was demonstrated that effect of
drought⁃salinity combined adverse condition on maize seed germination and seedlings physiological
characteristics were not simply additive of their single stress, compared with their single stress,
drought⁃salinity combined adverse condition could reduce the effects of drought stress on maize see⁃
ding to a certain extent.
Key words: maize; combined stress; seed germination; physiological characteristics.
本文由国家重点基础研究发展计划前期研究专项(2012CB722902)、甘肃省财政厅科研业务费(035041046)和甘肃省干旱生境作物学重点实验
室开放基金(GSCS⁃2012⁃10)资助 This work was supported by the Pilot Study Project of National Basic Research Program of China (2012CB722902),
Gansu Provincial Department of Finance Research Operating Expense (035041046) and Open Fund of Gansu Key Laboratory of Aridland Crop Science
(GSCS⁃2012⁃10) .
2015⁃10⁃30 Received, 2016⁃04⁃26 Accepted.
∗通讯作者 Corresponding author. E⁃mail: fangyf@ gsau.edu.cn
应 用 生 态 学 报  2016年 7月  第 27卷  第 7期                                            http: / / www.cjae.net
Chinese Journal of Applied Ecology, Jul. 2016, 27(7): 2301-2307                  DOI: 10.13287 / j.1001-9332.201607.023
    在全球气候变化背景下,各种非生物胁迫因子
(干旱、盐渍、高温、低温、水涝等)成为影响作物生
产的主要限制因素,导致植株生长缓慢、产量下降甚
至绝收[1] .玉米(Zea mays)是我国重要的粮食及饲
料作物,近年来播种面积持续增加,在 2014 年已超
过 3690×104 hm2,成为第一大粮食作物.但是,我国
干旱、半干旱地区的面积约占国土面积的 52.5%[2],
旱地玉米播种面积占种植面积的三分之二,主要分
布于东北、西北、华北及西南地区,同时,由于近年来
过量施肥造成土壤盐渍化现象加重,使玉米在生长
发育过程中可能会遭受干旱⁃高盐的复合逆境,对玉
米生产造成严重影响.因此研究玉米在复合胁迫下
的生理生化机制,对干旱、半干旱地区玉米生产具有
重要的理论意义及实际价值.
目前,国内外学者在玉米响应单一干旱或盐胁
迫方面做了大量工作.研究表明,干旱胁迫使玉米种
子萌发活性受到抑制[3],并造成根系活力下降[4]、
膜脂过氧化程度加剧[5]、光合速率变小[6]、生长发
育减缓[6],严重时造成产量下降[7] .与干旱胁迫类
似,盐胁迫使玉米发芽势、发芽指数、活力指数、苗高
和根长等指标下降[8],膜系统严重受损[9],叶绿素
含量、根系活力、生物量降低[9],生长发育受到抑
制[9-10],产量减少[10] .近年来,国内外学者对复合逆
境方面进行了一些研究,刘瑞侠等[11]研究了干旱⁃
高温复合胁迫对玉米幼苗抗氧化防护系统的影响,
表明干旱⁃高温复合胁迫对玉米幼苗保护酶活性的
影响大于单一胁迫. Javadmanesh 等[12]研究了紫外
(UV⁃B)辐射与高盐、干旱及其复合胁迫对玉米幼苗
生理特性的影响,发现单一盐渍、干旱胁迫处理比
UV⁃B辐射和盐、UV⁃B 辐射和干旱复合处理对玉米
生理特性的影响更显著,表明 UV⁃B 辐射在一定程
度上可以缓解土壤干旱及盐渍对玉米幼苗的伤害效
应.Sun 等[13]基于氢核磁共振( 1H⁃NMR)的代谢组
学技术,研究了单一干旱胁迫、盐胁迫以及干旱⁃盐
复合胁迫下玉米叶片内代谢物的响应特征,发现复
合胁迫下玉米代谢响应机制是一种不同于单一胁迫
的新模式.另外,关于复合胁迫对水稻(Oryza sati⁃
va) [14]、棉花 (Gossypium hirsutum) [15]、芝麻 ( Sesa⁃
mum indicum) [16]等植物生长发育的影响研究表明,
植物对复合胁迫的响应机制较为复杂,与单一胁迫
有所不同.
为了阐明干旱⁃盐复合胁迫对玉米种子萌发及
幼苗生长的影响,以及单一胁迫与复合胁迫之间的
差异,本研究采用 15% PEG、100 mmol·L-1 NaCl以
及二者的混合溶液分别模拟干旱(D)、盐(S)及二
者的复合胁迫(D+S)环境,研究了 3 种胁迫处理对
玉米种子萌发以及生理生化特性的影响,以期为玉
米响应复合胁迫的生理机制及抗逆育种研究提供一
定的理论参考.
1  材料与方法
1􀆰 1  供试材料
供试材料为玉米杂交种郑单 958,由甘肃农业
大学玉米育种课题组提供.
1􀆰 2  种子消毒与试验处理
选取籽粒饱满、大小一致的干净玉米种子,经
0.5%的次氯酸钠消毒 10 min,灭菌蒸馏水冲洗 3 遍
后,用滤纸吸干附着水后,将 50 粒种子均匀播于以
双层滤纸作为发芽床的发芽盒内.向发芽盒中分别
加入 30 mL 15% PEG⁃6000 溶液、100 mmol·L-1
NaCl溶液以及二者的混合溶液分别模拟干旱、盐及
复合胁迫环境,同时以无菌水作为对照,试验设 3 次
重复.将发芽盒置于 25 ℃恒温培养箱中黑暗培养,
从第 3天开始每天统计发芽种子数,7 d后结束发芽
试验,并取样进行各项指标测定.
1􀆰 3  测定项目与方法
1􀆰 3􀆰 1萌发指标及生物量  发芽率、发芽势、发芽指
数、活力指数的计算参照彭云玲等[17]的方法,其中
发芽率=第 7天的发芽种子数 /供试种子数×100%,
发芽势=第 4天的发芽种子数 /供试种子数×100%,
发芽指数(G)= ∑G t / Dt;活力指数(VI)= ∑(G t / Dt)
×S=GI×S,其中,G t为 t 日的发芽数,Dt为相应的发
芽日数,S为平均胚芽质量.随机取 10 株测量胚芽、
胚根长度及鲜质量,随后置于 80 ℃烘箱烘干至恒
量,测定组织干质量.
1􀆰 3􀆰 2 MDA 含量与质膜相对透性   组织中的丙二
醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸比色法[18];
相对电导率(REC)测定参照张蜀秋等[18]的方法.
1􀆰 3􀆰 3活性氧(ROS)及渗透调节物质含量测定  
O2
-·含量测定参照田景花等[19]的方法;H2O2含量参
照沙爱华等[20]的方法;脯氨酸含量测定采用 3%黄
基水杨酸法[18];可溶性糖含量测定采用蒽酮比色
法[21];可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝染色
法[21] .
1􀆰 3􀆰 4抗氧化酶活性  超氧化物岐化酶(SOD)活性
测定采用氮蓝四唑光化还原法[18],以抑制 NBT 光
化还原 50%所需酶量为 1 个酶活单位 ( U· g-1
FM);过氧化物酶( POD)活性测定采用愈创木酚
2032 应  用  生  态  学  报                                      27卷
法[18],以每分钟 OD 值变化0.01为 1 个酶活性单位
(U·min-1·g-1 FM);过氧化氢酶(CAT)活性测定
采用紫外分光光度计法[18],以每分钟 OD 值变化
0.01为 1 个酶活性单位(U·min-1·g-1 FM);抗坏
血酸过氧化物酶(APX)活性测定参考张亚宏等[22]
的方法,以 OD290每分钟氧化 1 μmol AsA的酶量为 1
个酶活单位(U∙min-1∙g-1 FM).
1􀆰 4  数据处理
采用 SPSS 16.0统计分析软件对数据进行方差
分析及最小显著差异性检验(Duncan 新复极差法,
α= 0.05),采用 Excel 2013和 Origin 8.5 软件进行数
据处理和绘图.
2  结果与分析
2􀆰 1  种子萌发及生物量
干旱、盐及二者的复合胁迫处理显著抑制了玉
米种子的萌发及生物量的积累.由表 1 可见,3 种胁
迫处理后玉米种子发芽率、发芽势、发芽指数、活力
指数与对照相比均明显下降(P<0.05),其中,干旱
处理下发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数分别下
降了 22.5%、24.3%、15.4%和 56.9%;盐处理下分别
下降了 8.3%、10.1%、4.2%和 42.5%;复合胁迫下分
别下降了 16.3%、18.7%、11.1%和 65.9%.由此可见,
表 1  干旱⁃盐复合胁迫对玉米种子萌发的影响
Table 1  Effects of combined drought and salinity stress on
germination of maize seeds
处理
Treatment
发芽率
Germination
rate (%)
发芽势
Germination
energy (%)
发芽指数
Germination
index
活力指数
Vigor
index
CK 96.3±1.5a 89.3±2.1a 35.05±0.39a 15.24±0.80a
D 74.7±2.1d 67.7±3.1d 29.65±0.53d 6.56±0.34c
S 88.3±2.5b 80.3±2.1b 33.58±0.53b 8.76±0.84b
D+S 80.7±1.5c 72.7±1.2c 31.19±0.46c 5.18±0.19d
CK: 对照 Control; D: 干旱胁迫 Drought stress; S: 盐胁迫 Salinity
stress; D+S: 干旱⁃盐复合胁迫 Drought and salinity stress.同列不同小
写字母表示处理间差异显著(P< 0. 05) Different small letters in the
same column indicated significant difference among treatments at 0. 05
level. 下同 The same below.
单一干旱处理对种子萌发的抑制作用明显大于盐处
理(P<0.05),而复合胁迫对玉米种子萌发的影响介
于单一胁迫之间.
    生物量是植物对逆境胁迫的综合体现,植物在
胁迫环境下生长受抑程度可以最直观地反映植物的
受伤害程度.经 3 种胁迫处理后,玉米根长、芽长以
及干、鲜质量均显著降低(P<0.05,表 2),其中,在干
旱胁迫下根长、芽长、芽干质量、根干质量、芽鲜质
量、根鲜质量与对照相比分别减少了 42. 4%、
46.3%、38.1%、34. 9%、61.8%、18.1%;在盐处理下
分别减少了 25.4%、27.3%、22.1%、14.1%、39.9%、
8.8%;在复合胁迫下分别减少了 34. 4%、35. 5%、
29.7%、24.3%、50.9%、13.6%.与盐处理相比,干旱处
理对芽、根的伸长及生物量积累的影响更大,而复合
胁迫并没有加重单一胁迫的影响,影响程度介于两
种单一胁迫之间.
2􀆰 2  H2O2和 O2
-·含量
逆境胁迫能迅速诱导植物体内产生活性氧(re⁃
active oxygen species, ROS),打破植物体内 ROS 的
动态平衡,对脂类、蛋白质以及核酸产生氧化损伤,
进而导致细胞膜系统受到破坏,蛋白质及核酸等生
物大分子变性,酶活性丧失,新陈代谢受阻[23] .由图
1可知,3种胁迫处理下玉米幼芽、幼根中 H2O2含量
及 O2
-·含量与对照相比显著增加(P<0.05),并且幼
芽中 H2O2和 O2
-·含量明显大于幼根.其中,干旱、盐
及复合胁迫处理后幼芽中 H2O2含量分别为对照的
2.14、1.41和 1.70 倍,幼根中 H2O2含量分别为对照
的 2.17、1.48 和 1.74 倍;幼芽中 O2
-·含量分别为对
照的 1.44、1.14 和 1.35 倍,幼根中 O2
-·含量分别为
对照的 1.42、1.20 和 1.32 倍.由此可见,干旱胁迫对
植物体内 ROS积累的影响明显高于盐胁迫,而复合
胁迫并没有加重这一影响,其 H2O2和 O2
-·含量介于
两种单一胁迫处理之间,表明复合胁迫对植物体内
ROS积累的影响不是单一胁迫的简单叠加,在干旱
表 2  干旱⁃盐复合胁迫对玉米幼苗芽、根生长及生物量积累的影响
Table 2  Effects of combined drought and salinity stress on growth of shoots and roots and accumulation of biomass in maize
seedlings
处理
Treatment
根长
Root length
(cm)
芽长
Shoot length
(cm)
干质量 Dry mass (g·10 plants-1)
芽 Shoot 根 Root
鲜质量 Fresh mass (g·10 plants-1)
芽 Shoot 根 Root
CK 12.05±0.34a 7.11±0.29a 0.38±0.02a 0.21±0. 02a 4.35±0.26a 1.54±0.05a
D 6.95±0.29d 3.81±0.33d 0.23±0.01d 0.13±0.01d 1.66±0.06d 1.25±0.02d
S 8.99±0.40b 5.17±0.30b 0.29±0.02b 0.18±0.01b 2.61±0.25b 1.40±0.03b
D+S 7.91±0.31c 4.59±0.22c 0.26±0.01c 0.16±0.01c 2.13±0.13c 1.33±0.03c
30327期                          姚海梅等: 旱⁃盐复合胁迫对玉米种子萌发和生理特性的影响           
图 1  不同胁迫处理对玉米幼苗 H2O2和 O2
-·含量的影响
Fig.1  Effects of combined drought and salinity stress on H2O2
and O2
-· contents in maize seedlings.
CK: 对照 Control; D: 干旱胁迫 Drought stress; S: 盐胁迫 Salinity
stress; D+S: 干旱⁃盐复合胁迫 Drought and salinity stress.不同小写字
母表示处理间差异显著(P<0.05) Different small letters indicated sig⁃
nificant difference among treatments at 0.05 level. 下同 The same below.
处理的同时进行盐处理反而缓解了干旱导致的活性
氧的积累.
2􀆰 3  MDA含量和细胞质膜相对透性
MDA含量和电解质渗透率可以反映植物在逆
境胁迫下的受伤害程度,MDA 是膜质过氧化的主要
产物,指示着膜脂过氧化程度,膜脂过氧化程度越
高,电解质外渗越严重,导致电导率(REC)升高[24] .
3种胁迫处理使玉米幼芽及幼根中 MDA 含量显著
升高(P<0.05)、细胞质膜相对透性显著增大(P<
0.05),并且幼根中的 MDA 含量和 REC 大于幼芽
(图 2).其中,幼芽中 MDA 含量较对照分别增加了
38.3%、14.9%和 25.2%,幼根中 MDA含量分别增加
了 31.4%、20.9%和 20.9%;幼芽中 REC 较对照分别
上升了 26.8%、10.3%和 17.7%,幼根中 REC 分别上
升了 24.7%、7.6%和 15.7%.以上结果说明单一干旱
处理对膜脂过氧化及质膜透性的影响明显高于盐处
理,而复合胁迫介于单一胁迫之间.
2􀆰 4  渗透调节物质含量
脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白是重要的渗透
调节剂,能降低细胞的渗透势,维持细胞质和液泡间
的渗透平衡,提高植物组织的持水力,保护细胞膜结
构的完整性,逆境下植物体内积累的渗透调节物质
在一定程度上有助于增强植物抗逆性,也是评价植
图 2  干旱⁃盐复合胁迫对玉米幼苗MDA含量和相对电导率
的影响
Fig.2  Effects of combined drought and salinity stress on MDA
contents and relative electrical conductivity in maize seedlings.
物抗逆性的重要生化指标[25] .由图 3 可知,3 种胁迫
处理下,玉米幼芽、幼根中脯氨酸、可溶性糖和可溶
性蛋白含量与对照相比显著升高(P<0.05),且幼根
中脯氨酸含量高于幼芽,而可溶性糖和可溶性蛋白
含量低于幼芽.干旱处理下幼芽中脯氨酸、可溶性糖
和可溶性蛋白含量分别为对照的 4.01、1.69 和 2.86
倍,幼根中分别为对照的 2.21、1.52 和 2.74 倍;盐处
理下幼芽中脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量分
别为对照的3.07、1.12、2.08 倍,幼根中分别为对照
的 1.82、1.13、1.88 倍;复合胁迫下,幼芽中脯氨酸、
可溶性糖和可溶性蛋白含量分别为对照的 3. 61、
1.34、2.44倍,幼根中分别为对照的 2.02、1.28、2.24
倍.以上结果表明单一干旱胁迫下渗透调节物质的
积累量明显高于盐胁迫,复合胁迫下的积累量居于
二者之间,可见复合胁迫下植物的受伤害程度小于
干旱胁迫,在干旱处理的同时进行盐处理反而对干
旱胁迫造成的影响具有一定缓解作用.
2􀆰 5  抗氧化酶活性
增强抗氧化防御系统是植物适应逆境的重要机
制,为保护自身免受伤害,植物形成了 SOD、POD、
CAT和 APX 等抗氧化酶系统,SOD 把 O2
-·转化成
H2O2,H2O2又可被 CAT 、POD 和 APX 降解为 H2O
和 O2,从而有效清除植物体内积累的 ROS 和氧自
由基,确保体内活性氧的产生和清除处于动态平衡
状态[26] .由图4可知,3种胁迫处理使参与ROS清
4032 应  用  生  态  学  报                                      27卷
图 3  干旱⁃盐复合胁迫对玉米幼苗脯氨酸、可溶性蛋白和可溶性糖含量的影响
Fig.3  Effects of combined drought and salinity stress on contents of proline, soluble protein and soluble sugar in maize seedlings.
图 4  干旱⁃盐复合胁迫处理对玉米幼苗超氧化物岐化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)和抗坏血酸过氧化物
酶(APX)活性的影响
Fig.4  Effects of combined drought and salinity stress on superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), peroxide (POD) and ascor⁃
bate peroxide (APX) activities in maize seedlings.
除的保护酶活性显著增强(P<0.05),且幼芽 SOD和
CAT活性高于幼根,而 POD 和 APX 活性低于幼根.
3种胁迫处理后幼芽中 SOD 活性分别为对照的
1.45、2.06和 1.84 倍,幼根 SOD 活性分别为对照的
1.56、2.26 和 1.97 倍;幼芽中 POD 活性分别为对照
的 1.32、1.17和 1.71倍,幼根中 POD 活性分别为对
照的 1.27、1.14 和 1.43 倍;幼芽中 CAT 活性分别为
对照的 1.34、1.69 和 2.37 倍,幼根中 CAT 活性分别
为对照的 1.15、1.35和 1.58 倍;幼芽中 APX 活性分
别为对照的 1.95、1.30和 1.70 倍,幼根中 APX 活性
分别为对照的 1.59、1.19 和 1.38 倍.以上结果表明,
单一盐处理后 SOD 和 CAT 活性高于干旱处理,而
POD和 APX活性低于干旱处理,复合胁迫与单一
胁迫相比明显增强了 POD 和 CAT 活性,而 SOD 和
APX活性居于两者之间.由此可见,复合胁迫对 4 种
抗氧化酶活性的影响表现出不同的变化趋势,也说
明了复合胁迫对玉米种子萌发及生理特性的影响机
制相对复杂,不具备单一胁迫的累加效应.
3  讨    论
干旱是限制作物生长发育的主要环境因子,在
干旱、半干旱地区由于土壤水分蒸发量远大于降雨
量,造成土壤溶液浓缩、盐分浓度升高,形成旱、盐双
重胁迫,对植物生长发育造成严重影响[27] .胁迫环
境下植物的外部形态及萌发率是作物受胁迫影响的
直接体现,受影响程度越大,萌发率越低,导致出苗
不齐,影响作物产量.本研究发现,干旱、盐及二者的
复合胁迫均对玉米种子萌发、伸长及生物量积累产
50327期                          姚海梅等: 旱⁃盐复合胁迫对玉米种子萌发和生理特性的影响           
生了明显的抑制作用,影响程度大小为干旱胁迫>
复合胁迫>盐胁迫,说明在干旱胁迫条件下,适量的
盐离子可以使植物消耗较少的能量吸收盐离子产生
膨压,从而降低渗透势,提高根系从外界吸收水分的
能力,改善植株的供水和生长状况,缓解干旱胁迫对
植物生长的抑制作用,Slama 等[28]的研究也证实了
这一点,这可能与盐分在植物干物质的积累中起着
积极的营养作用有关.
逆境胁迫能破坏植物细胞中 ROS 产生与清除
之间的平衡,使 ROS 积累,导致植物细胞膜遭受氧
化胁迫,引起膜脂过氧化、蛋白质变性、核酸链断裂
等多种有害反应.植物为适应逆境,主动积累细胞溶
质,提高脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白等渗透调节
物质含量增加,清除过多的活性氧自由基,减轻细胞
膜的伤害程度,但由于其调节能力有限,因而积累了
过剩的氧自由基,从而引起膜脂过氧化及质膜相对
透性的增大,产生了大量的 MDA[29] .本研究结果发
现,15% PEG 溶液使玉米幼芽、幼根中 H2O2、O2
-·、
MDA、REC、脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量显
著增加,在加入 100 mmol·L-1 NaCl 溶液后玉米幼
芽、幼根中相应指标含量降低,说明加入适量盐分可
通过清除 ROS 的积累,减轻膜脂过氧化程度,维持
了细胞膜的完整性;并且由于蛋白质降解速度大于
合成的速度,引起可溶性蛋白含量的降低,保证了充
足的酶合成,同时可溶性糖及脯氨酸含量降低.由此
表明,盐胁迫在一定程度上缓解了干旱胁迫对玉米
造成的伤害,这与陈成升等[30]的研究结果类似,但
并不完全一致,他们的研究结果得出,在干旱胁迫的
基础上,一定量盐分的加入能够增加可溶性糖及脯
氨酸含量,这可能是由于所设置的试验条件与所研
究的植物材料不同而导致的.
植物在进化过程中形成了完善的抗氧化防御体
系,通过调节 SOD、POD、CAT及 APX等抗氧化酶活
性的变化,避免植物细胞遭受胁迫伤害.本研究发
现,3种胁迫对抗氧化酶活性的影响并不一致,其中
干旱胁迫对 POD、APX 活性的影响大于盐胁迫,对
SOD、CAT 活性的影响小于盐胁迫,复合胁迫对
POD、CAT活性的影响最大,对 SOD、APX 活性的影
响小于干旱胁迫,说明单一盐胁迫对干旱胁迫下
POD、SOD、CAT 及 APX 酶活性的影响不尽一致,这
与 Ahmed等[31]研究干旱⁃盐复合胁迫下大麦的抗氧
化酶活性结果类似.单一干旱、盐对抗氧化酶活性影
响不一致,使得复合胁迫下抗氧化酶活性变化趋势
不同,这可能是由于单一胁迫间的互作效应及冲突
性所引起的.由此可见,植物对复合逆境的响应模式
不同于单因子逆境,取决于单一胁迫在环境中的影
响.Mittler[32]的研究结果也表明,植物对复合胁迫的
响应机制是独特的,不能依据单一胁迫进行简单推
理.本研究结果发现,15% PEG 和 100 mmol·L-1
NaCl及其复合胁迫均显著抑制了种子的萌发、伸长
及生物量的积累,且干旱胁迫影响最大.干旱、盐单
一及复合胁迫均显著增加了 H2O2及 O2
-·含量,提高
了 MDA含量、增大了细胞质膜透性,使渗透调节物
质脯氨酸、可溶性糖及可溶性蛋白含量明显升高,而
复合胁迫的增加幅度介于单一胁迫之间.另外,3 种
胁迫处理显著增强了 SOD、POD、CAT及 APX活性,
其中 SOD和 APX活性表现为复合胁迫介于单一胁
迫之间,而 POD 和 CAT 活性表现为复合胁迫大于
单一胁迫,进一步说明了复合胁迫逆境响应机制的
复杂性.
总之,植物受到多因子逆境时,在对单因子胁迫
做出响应的同时,有可能还需要调节和补偿多因子
胁迫的冲突.与单一胁迫相比,复合胁迫作为一种新
的胁迫状态,植物对其响应模式可能存在特异性,而
且对这种胁迫状态需要做出新的适应或防御反
应[33] .由于干旱⁃盐复合胁迫更能代表旱作农业区作
物的生长环境,因此,本研究通过对玉米抗旱耐盐生
理特性的分析,为干旱、半干旱地区玉米新品种的选
育提供新的方向,为植物耐复合胁迫的生理生化机
制提供理论参考.
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作者简介  姚海梅,女,1989 年生,硕士研究生.主要从事玉
米抗逆生理及分子生物学研究.E⁃mail: yhm@ st.gsau.edu.cn
责任编辑  张凤丽
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