全 文 ：第 l2卷 第 l期
2 0 0 4年 1月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
、’Ol l2 ＼( l
Jan，， 2004
玉米抗旱性鉴定指标的研究
宋凤斌 徐世 昌
(中国科学院长春地理研究所 长春 130021)(中国农业科学院植物保护研 究所 北京 100081)
摘 要 研 究指 出抗旱系数及脯氨酸含量 、叶水势 、丙二醛含量 、相对 电导率 、蒸腾速 率、叶面积和叶 形态变化等指
标均可作为玉米抗 旱性鉴之指 标的 良好 参数，并 以抗旱 系数 为主要参 数计算 了各 生理 生 化指 标的相 关 系数
． 用 以
衡量这 些指标在 玉米抗旱性鉴 定及 综合评价的重要性。
关键词 玉米 抗旱性 鉴定 抗旱 系数 脯 氧酸含量 相 对电导率
Study on the drought·resistant identification indexes in maize．SONG Feng—Bin(Changchun Institute of Geography． hI_
nese Academy Of Sciences，Changchun l 3002 1)，XU Shi—Chang(The Institute Of Plant Protection，Chinese Academv of
Agricultural Sciences，Beijing 100081)，CJEA，2004．I2(I)：127～129
Abstract The drought resistant coefficient，proline content，leaf water potential，MDA content，relative conductivity，
evaporate ratio，leaf areas and the change of leaf morphology can al be used as wel parameters for drought—resistant iden
tification indexes in maize．At the same time．the correlation coefficients between drought—resistant coefficient and physio—
logical and biochemical indexes are calculated m as f()evaluate the importance for those indexes in drought—resistant identi—
fication and to analysis comprehensively．
Key words Maize，Drought—resistant identification，I)rought—resislant coefficiem，Proline content，Relative conductivity
作物对于旱环境的抗性因其种类或品种不同而有很大遗传差异，可通过栽培、生物和化学保护等手段提
高其抗旱性 。而如何有效评价这种遗传差异性及采用何手段提高作物抗旱能力，乃是今后抗旱生理及
技术研究亟待解决的重要问题。目前对玉米抗旱性鉴定指标的研究尚未定论具体指标，这增加了玉米抗旱
育种的难度和周期。为此系统研究了玉米抗旱性鉴定指标，为玉米抗旱育种及其抗旱措施的制定提供理论
依据。
l 试验材料与方法
试验区内采用单株盆栽大垄双行配置方式 ，盆钵直径 34cm×高 30cm，每盆装大 田土 0．016m ，施优质
农肥 500g／盆 ，种肥磷酸二铵 4g／盆 ，大喇叭口期 1次性追施尿素 6g／盆。供试抗旱性 玉米杂交品种(或 自交
系)为“丹玉 13”、“Mo17”、“E， ”、“豫玉 3”、“3148”、“黄早 4”、“豫玉 5”、“京 7”和“优 8”，种植密度为 5．1万
株／hm ，水分胁迫期间夜间及阴雨天将盆栽玉米移至防雨棚 内，晴朗白天移至露地维持植株 自然生长状 态：
干旱胁迫处理参照盛宏达’ 方法和标准采用控制水分方式，玉米开花期将水分胁迫强度调至轻度干旱和中
度干旱水平 ，水分胁迫 7d后恢复正常供水，直至成熟 。以正常供水处理为对照(CK)。取样或活体测定部位
雌穗小花分化期为玉米植株上数第 1片全展叶，开花期和灌浆期为穗位叶，每处理观测 6株：用常规方法测
定玉米叶面积 ，用 日产 DIK～PC40型水势仪测定叶片相对含水量与叶水势 ，按谭常等 方法测定相对 电导率
及丙二醛与脯氨酸含量，用美国产 LI一6200型便携式光合 仪活体测定气孔阻力 、蒸腾速率 、光合势和净光合
速率。抗旱系数 =(干旱胁迫下玉米产量／正常供水下玉米产量 )×100％。
2 结果与分析
2．1 抗旱系数与玉米抗旱性
试验研究结果表 明，抗旱性较强 的玉米杂 交种及其亲 本抗旱 系数较大 ，而抗旱性 较弱 的则较小 (见
表 1)，表明抗旱性较强的玉米杂交种(或 自交系)受旱减产幅度较小 ，产量较稳定 ，亦表明杂交种抗旱性与其
亲本抗旱性密切相关 ，故玉米抗旱育种选育抗旱性较强的 自交系至关重要。
*中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1一SW一19)和“八五～九五”农业部重点项 目共同资助
收稿 日期 ：2002—11_26 改 回 日期 ：2002—12—28
I28 中 国 生 态 农 业 学 报 第 l2卷
表 1 干旱胁 迫对玉米籽粒产量及抗旱 系数的影 响
Tab．1 Grain yield and drought—resistant coeficient in maize under drought stress
2．2 生理生化指标与玉米抗旱性
玉米叶水势高低是表示植株水分含量的重要指标 ，干旱胁迫下抗旱性较弱 的玉米杂交种细胞 内水分明
显减少 ，叶水势降幅较大 ，细胞受害加重 ；而抗旱性较强的玉米杂交种叶水势降幅则相对较小(见表 2)，其叶
水势变化反映杂交种间抗旱性的差异 。研究表明轻度干旱各处理脯氨酸含量均降低 ，不同抗旱性杂交种(系)
表2 干旱胁迫对玉米叶水势的影响 间存在明显差异 ，抗旱性 较弱的“豫玉 3”、
Tab．2 The changes of leaf water potential in maize under drought stres “3148”和 “Mo17”脯 氨酸含量降 幅较小 ，且
杂交种脯氨酸含量明显高于其亲本，即杂交
种脯氨酸含量有明显优势 ，表明亲本脯氨酸
含量的高低可影 响杂交种脯 氨酸含量水平
(见表 3)。以往研究表明干旱胁迫下植株体
内脯氨酸含量增加 ，而本研究结果脯氨酸含
量(均为干物质量，下 同)却降低 ，且轻 度干
旱处理脯氨酸含量略降低 ，而中度干旱处理
脯氨酸含量则大幅增加，“丹玉 l3”和“豫玉 3”正常供水处理脯氨酸含量分别为 310．09gg／g和 459．59t~g／g，
轻度干旱分别为 240．50t~g／g和 396．56t~g／g，分别占正常供水的 77．56％和 86．29％；中度干旱处理脯氨酸含
量分别为9l0．20／~g／g和1401．70／~g／g，分别比正常供水增加l93．53％和204．99％。2杂交种具有相同趋势，
且抗旱性较强的“豫玉 3”脯氨酸累积量大大高 于抗旱性较弱 的“丹玉 l3”，表明干旱 条件下玉 米脯氨酸含
量变化与干旱胁迫强度有关 ，而轻度干旱处理玉米脯氨酸含量降低可能与脯氨酸氧化及 蛋白质合成增强有
表 3 干旱胁迫对玉米脯氨酸含量 的影 响
Tab 3 The changes of proline content in maize under drought stress
杂交品种(系) 脯氨酸含量 ／,ug·g 轻度干旱占
Hybrid or Proline content 正常供水／％
inbred line 正 常供水 轻度干旱 Percentage of light
Normal water Light drought drought in CK
杂交品种(系) 脯氨酸含量 ／p-g·g 轻度干旱占
Hybrid or Proline content 正常供水／％
inbred line 正常供水 轻度干旱 Percentage of light
Normal water Light drought drought in CK
丹 玉 13
MO17
卜J28
豫玉 3
350 37
300．56
283．55
445 54
300，87
240 56
209 51
410 94
85．87
80 04
73 89
92 23
3148
黄 早4
优8 黄早{
优 8
366 78
405 52
276 86
387 58
306 24
230 38
239 70
144 73
83 49
56 81
86．58
37．34
*干物质量 。
关，亦证明脯氨酸含量及其累积量大小与玉米抗旱性强弱密切相关。干旱胁迫对细胞伤害首先导致膜透性
增大和稳定性降低 ，细胞内离子和糖类被动外渗 ，其中膜伤害重要原因之一是膜脂过氧化 。试 验结果(见
表 4)证明干旱胁迫下各玉米品种(系)叶片相对 电导率均增强 ，但杂交种 (系 )间存在明显差异 ，抗旱性较强
的杂交种“豫玉 3”及其亲本“3148”叶片相对 电导率增幅较小 ，而抗旱性较弱的“丹玉 l3”及其亲本“ ”叶片
相对电导率则大幅增加。干旱胁迫下玉米杂交种(系)叶片膜脂过氧化产物丙二醛含量变化与其相对电导率
趋势类似，说明玉米抗旱性与细胞膜稳定性密切相关。本研究结果表明干旱胁迫下玉米杂交种 (系)间叶片
气孔调节能力存在较大差异 ，抗旱性较强的杂交种叶片气孔阻力增幅和蒸腾速率降幅均较大 (见表 5)，表明
玉米抗旱性与气孔调节能力有关，即加大气孔阻抗，减少水分蒸腾，维持植株体内水分平衡，进而获得较高叶
水势是抗旱性较强的杂交种有效抗旱途径。玉米抗旱性强弱还表现在于旱胁迫下植株叶面积衰减速度及叶片
第 1期 宋凤斌等 ：玉米抗旱性鉴定指标的研究 l29
表 4 干旱胁迫对玉米叶片相对电导率及丙二醛含量的影响
Tab 4 The change of relative conductivities and MDA content in maize leaf organ under drought
32 84
l7 53
31．73
l6 42
l6．46
l6 43
l5．77
l7 20
l82．62
23 7l
l3l 78
38 92
l0 54
63 8l
42 7l
37 38
52 16
43 l6
54 99
52 97
65 42
45 28
7l 78
52 7l
65 l0
63 03
73 72
69 77
37 62
22 l3
l8 39
l8 99
l2 69
54 09
*干物 质量 。
形态变化 ，中度干旱胁迫下开花期玉米叶面积大幅衰减，植株下部黄叶增多，中午叶片萎蔫，但抗旱性较强的杂
交种“豫玉 3”叶面积衰减幅度较小，黄叶数较少且叶片萎蔫程度较轻，表观受旱状态轻于“丹玉 l3”。作物抗旱
性鉴定的目的是培育干旱条件下亦能高产高效的品种，而干旱胁迫下玉米抗旱系数是鉴定其抗旱性的关键指
标’ 。本研究以玉米抗旱系数为主要参数 ，并计算玉米各生理生化指标与抗旱系数的相关系数 ，结果表明干旱
胁迫下玉米各杂交种(系)抗旱系数与叶片脯氨酸含量 、叶水势变化呈显著正相关，与叶片相对电导率变化呈极
显著正相关，与叶片丙二醛含量、蒸腾速率变化呈显著负相关，与叶片气孔阻力变化呈接近显著正相关，这一结
果证明干旱条件下玉米叶水势、脯氨酸含量、相对电导率、丙二醛含量、蒸腾速率、叶面积及叶形态等指标的高
低与其抗旱性强弱密切相关 ，亦证明玉米抗旱性表现为多种机制 ，为综合评价玉米抗旱性提供了理论依据。
表 5 干旱胁迫对玉米叶片气孔阻力与蒸腾速率 的影响
Tab．5 The change of stoma resistance and evaporate ratio in maize under drought
3 小结与讨论
不同品种形态结构特征、生理生化特性及其生长发育等诸方面形成 的抗旱机制和对干旱逆境的反应不
同，这为抗旱育种选育亲本提供 了巨大基因库 ，因此研究这些反应并寻找其中重要指标无疑是抗旱种质资源
鉴定和筛选抗旱材料的前提。以产量指标与生理生化参数相结合的综合评判方法研究玉米育种筛选抗旱性
鉴定指标结果表明，玉米杂交种(或 自交系)间存在较大抗旱差异性 ，表现在叶片伸展速率及叶形态 、渗透调
节 、气孔调节 、膜稳定性与抗过氧化能力等形态特征和抵御干旱生理生化特征存在多种机制 ，干旱条件下反
映这些机制的脯氨酸含量、叶水势、蒸腾速率、相对电导率、丙二醛含量、叶面积衰减速率及叶片衰老状况有
效参数与抗旱系数间存在较好相关关系，均可作为玉米抗旱性鉴定指标。
参 考 文 献
1 盛宏达 小麦籽粒发育初期土壤水分亏缺对植株各部位光合作用的影响 植物生理学报，1986，12(2)：109～115
2 谭 常，杨惠东，余叔文 植物生理学实验手册 上海：上海科学技术出版社．1985 67～85
3 宋凤斌，戴俊英，张 烈等 水分胁迫对玉米花粉活力和花丝受精能力的影响 作物学报，1998，24(3)：368～374
4 罗淑平 玉米抗 旱性及鉴定指标 的相关分析 干旱地区农业研究 ，1990，8(3)：72～78
5 Levitt J．Responses of plants to environmental stresses Water，Radiation，Salt and Other Stresses New York：Academic Pres，1980 325
6 Tuener N C．．et al Drought resistance and adaptation tO water deficits in crop plants Stres Physiology in Crop Plants New York：John
W iley and Sons，1979．343～372
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