全 文 ：文章编号 :100028551 (2003) 012035206
不同玉米自交系的抗旱力与
超弱发光关系的研究
袁佐清1 　张怀渝1 3 　王化新1 　李晚忱2 　陈志渝1
(11 四川农业大学基础部原子能应用研究室 ,四川 雅安　625014 ; 21 四川农业大学玉米研究所 ,四川 雅安　625014)
摘 　要 :本研究利用单光子分析法 ,对不同玉米自交系干种子和萌发种子的超弱发光
值进行了测定 ,比较和分析了干旱胁迫 (PEG处理)和非干旱胁迫 (水处理)下 ,萌发时
期玉米自交系种子的超弱发光规律与抗旱性的关系。结果表明 ,各玉米自交系干种
子的超弱发光与其抗旱性相关不大 ;而在干旱胁迫和非干旱胁迫下 ,不同萌发时间的
玉米自交系种子的超弱发光值存在明显差异。干旱胁迫使萌发种子的超弱发光值低
于正常值 ,而不同基因型的超弱发光曲线在干旱和水处理条件下的拟合程度和发光
衰减的起始时间不同 ,即抗旱自交系的曲线拟合程度高 ,发光衰减的起始时间较迟 ;
非耐旱性自交系两处理曲线偏差较大 ,发光衰减的起始时间较早。我们认为 ,种子在
萌动过程中 ,在干旱胁迫和正常水处理条件下发光曲线的拟合程度和发光衰减的起
始时间可以作为鉴定品种抗旱性强弱的指标。
关键词 :生物超弱发光 ;玉米 ;抗旱性
收稿日期 :2002201228
作者简介 :袁佐清 (1977～) ,重庆长寿人 ,四川农业大学基础部原子能应用研究室 ,生物物理专业硕士研究生 ,从事同位
素示踪及玉米抗旱性研究3 通讯作者
超弱发光是一种低水平的化学发光 ,强度很弱 ,为 10～104 光子/ s·cm2 ,量子产额也极低 ,
约为 10 - 14 ～ 10 - 9 ,光谱范围为从红外经可见到近紫外很宽的谱区 ,波长范围为 180～
800nm[1 ,2 ] 。任何有生命的物质都存在超弱发光现象 ,生物的超弱发光与机体的新陈代谢、药物
和外源侵入生物的解毒作用、细胞分裂和死亡 ,光合作用以及生长调节过程等密切相关[2 ] 。所
以 ,可将生物超弱发光值作为动植物体内物质代谢和能量转化活动的一项灵敏指标[3 ] 。
我国农业生产常遭受干旱危害 ,尽管发展灌溉是解决干旱问题的有效办法 ,但其效果是十
分有限的。因此 ,研究植物的抗旱性及筛选抗旱品种有着重要的理论和实际意义。在鉴定农
作物抗旱性方面已作了大量工作 ,迄今为止 ,已有十余种从形态到生理生化方面的抗旱指标 ,
但这些指标测定繁琐 ,工作量大 ,在实践利用中尚存在许多不足之处[1 ] 。本研究以生物超弱发
光值为指标 ,以聚乙二醇模拟干旱条件 ,探讨几种抗旱性不同玉米自交系干种子的超弱发光和
种子萌发时的超弱发光值变化规律与抗旱力的关系 ,以期找到一种快速、简便鉴定作物抗旱性
的方法 ,为玉米抗旱育种提供依据。
53　核 农 学 报　2003 ,17 (1) :35～40Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1 　材料和方法
111 　材料
根据多年的育种和生产实践 ,从全国及西南地区常用玉米自交系中 ,选择抗旱程度不同的
RO9、山东 3 号 ♂、R18、R15、RO8、478、3237、S37共 8 个自交系作为试验材料。
112 　田间试验
首先通过定量灌水的盆栽试验 ,筛选出抗旱自交系能够发芽出苗的最低土壤含水量为
715 % ,作为试验用砂壤土抗旱自交系的萎蔫系数。然后通过发芽试验 ,选各参试自交系的优
良种子 ,按随机区组设计播种于四周通风、只遮挡降水的塑料大棚下。单行区 ,行距 017m ,穴
距 013m ,每行 12 穴 ,每穴 10 粒种子 ,6 次重复。隔天测定土壤含水量 ,决定灌水量 ,使其中 3
次重复的土壤含水量始终保持在 10 %左右 ,稍高于抗旱品种的萎蔫系数 ;另 3 次重复的土壤
含水量始终保持在砂壤土玉米生长最佳含水量 16 %左右 ,作为非干旱对照。
胁迫和非胁迫产量以群体中单株穗重为计 ,抗旱系数 Dc = 胁迫产量 ( YD ) / 非胁迫产量
( YP) 。
113 　超弱发光测定
11311 　干种子测定 　随机取参试玉米自交系各 30 粒 ,以 10 粒种子 (称重) 作为一个样品测定
单位 ,每个样品 3 次重复 ,美国 Packard 2000 CA 液闪分析仪 ,单光子计数 (SPC) 为全自动电脑
操作 ,自动打印。样品在闪烁计数瓶中测量 ,测试时间为 60s。超弱发光值用 (cpm/ g·60s) 表
示。
11312 　萌发种子测定 　各玉米籽粒经 24h 浸种后 ,放在铺有滤纸的培养皿中 ,用 18 %PEG2
6000 溶液 (相当于水势 - 612 巴)模拟干旱置于无光照的恒温培养箱中使之萌发 ,室温为 19 ±
2 ℃,以蒸馏水为对照。在处理后 2 ,7 ,24 ,31 ,48 ,55 ,72h 分别以 10 粒种子作为一次样品测定种
子萌发时的超弱发光值 ,2 次重复 ,测试环境为恒温 (20 ℃) 、恒湿、避光。
2 　结果与分析
211 　不同玉米自交系间的抗旱系数
减产是干旱胁迫的一个重要特征。以干旱胁迫下的减产程度 (与无干旱条件下的产量相
比)计算抗旱系数 ,以此作为鉴定其抗旱性强弱的关键指标[4 ,5 ] ,是目前用来鉴定作物抗旱性的
最可靠的综合评价指标之一 ,也是其它抗旱性鉴定指标是否有效的最终判别标准[6 ] 。因此 ,我
们对供试的 8 个材料进行了田间试验 ,在严格控制水分下 ,模拟自然干旱生长条件 ,以单株穗
重计算出相应的抗旱系数 ,其结果列于表 1。
本实验结果表明 (见表 1) ,在干旱条件下各供试玉米材料的产量均比对照明显不同程度
的下降 ,这表明不同基因型的玉米自交系的抗旱程度不同。表中前 3 个自交系的 Dc 值均在
0150 以上 ,中间 2 个的Dc 值比较接近 ,均小于 0150 ,但是大于 0145 ,而后 3 个的Dc 值均在 0145
以下。我们以 015 为界值 ,据此可认为 ,供试玉米自交系 RO9、山农 3 号 ♂、R18 为抗旱性较强
的类型 ,中间两个自交系 R15、RO8 为中抗旱类型 ,后 3 个自交系 478、3237、S37为抗旱性较弱的
63 核　农　学　报 17 卷
类型。
212 　不同玉米自交系干种子的超弱发光值比较
对 8 个抗旱性不同的玉米自交系干种子超弱发光测定结果 (见表 2) 表明 ,不同基因型的
玉米自交系种子超弱发光存在明显差别 ,经方差分析 ,各自交系间差异达极显著水平 ( F =
24165 > F0101 = 4103) ;用LSD 法进行多重比较 ,发现在α= 0101 和 0105 时 ,抗旱性较强的 RO9、
山农 3 号 ♂与抗旱性较弱的 478、S37的超弱发光值并不存在显著差异。由此说明 ,干种子的超
弱发光值与抗旱性强弱无关。
表 1 　不同玉米自交系单株籽粒重( gΠ株)及其抗旱系数( Dc )
Table 1 　The seed yield per plant (gΠplant) of different genotype inbred
lines and their drought coefficients
自交系
inbred lines
单株籽粒重 seed yield (gΠplant)
干旱 water2stressed 正常 well2watered 抗旱系数drought coefficient (Dc)
R09 37. 8 50. 3 0. 75
山农 3 ♂ 62. 6 112. 6 0. 556
R18 54. 1 105. 3 0. 514
R15 50. 2 104. 6 0. 48
R08 51. 2 110. 6 0. 463
478 41. 9 102. 9 0. 408
3237 26. 7 80. 4 0. 33
S37 25. 8 124. 7 0. 207
表 2 　各玉米自交系干种子超弱发光值
Table 2 　The super weak bioluminescence counts of dry seeds of different
maize genotype inbred lines (cpmΠg·60s)
玉米自交系
inbred lines
发光平均值
the average counts of super weak
bioluminescence
差异显著性 least significant difference
0105 0101
RO9 1551 a A
478 1481 ab AB
山农 3 号♂ 1404 abc ABC
S37 1252 bcd ABCD
R18 1225 cd BCD
R15 1143 de CD
RO8 1129 de CD
3237 992 e D
213 　干旱胁迫对玉米种子萌发时的超弱发光影响
植物产生超弱发光的两大来源是生物体内进行的氧化还原代谢过程和 DNA、RNA 分子的
合成反应[2 ] ,因此植物超弱发光的变化与植物体内的生理生化密切相关。在干旱胁迫条件下 ,
植物代谢和呼吸强度减弱 ,种子萌发的生理代谢活性受到抑制。本研究表明各玉米籽粒在蒸
馏水中萌发时的发光值明显高于在 PEG溶液中的发光值 (见表 3) 。
各自交系玉米种子在吸水后 7h 之前 ,无论干旱和水处理发光值都呈急剧上升的趋势 (见
图 1) ,大约 7h 之后 ,除自交系 3237 ,S37 外 ,发光曲线开始下降 ,各自交系超弱发光值随时间的
73　1 期 不同玉米自交系的抗旱力与超弱发光关系的研究
变化曲线各不相同 ,该曲线反映了各玉米自交系种子萌发过程中生理代谢的差异。而干旱和
正常条件下的萌发种子的超弱发光值和曲线差异 ,则反映不同遗传基因型抵御抗旱条件的能
力的差异。从图 1 (1 - 8) 看出 ,抗旱性较强的玉米自交系 RO9、山农 3 号 ♂、R18 在蒸馏水和
PEG溶液中发光强度差异不明显 ,两曲线在整个测定时期都拟合较好 ;而抗旱性较弱的 S37 、
478、3237 在两者中的发光强度存在明显差异 ,两曲线在萌发开始后约 5～6h 就开始偏离 ;抗旱
性居中的 R15、RO8 在两者中的差异小于抗旱性较弱的类型。由此说明抗旱性较强的玉米种
子在干旱条件下萌发时受到的影响较小 ,而抗旱性较弱的玉米种子受到的影响较大 ,这是由它
们的遗传特性所决定的。
表 3 　各基因型玉米自交系在蒸馏水和干旱胁迫中萌发时的超弱发光平均值
Table 3 　The average counts of super weak bioluminescence of different maize genotype inbred
lines at germination stage under well water and drought conditions (cpm/ 10 seeds·60s)
自交系 inbred lines
处理时间 treatment time (h)
0 2 7 24 31 48 55 72
RO9
山农 3 号♂
R18
R15
RO8
478
3237
S37
对照 CK 3702 12536 16072 11640 13392 13748 10632 11624
处理 treatments 3702 11548 15628 11084 12936 12180 9932 10868
对照 CK 2864 14012 16188 15732 13688 14120 12276 12320
处理 treatments 2864 14688 17092 16552 12872 12516 10840 12048
对照 CK 2608 9888 11276 10524 10608 13496 11840 12380
处理 treatments 2608 9108 10604 10236 10364 12080 14528 10536
对照 CK 2396 8996 11304 9376 7316 9904 9844 11768
处理 treatments 2396 9032 9840 7592 6544 8892 8360 9960
对照 CK 2457 13792 18732 18756 17896 20728 16468 16872
处理 treatments 2457 13260 17932 17136 13992 15188 13092 17304
对照 CK 3278 17264 28088 18184 37988 12748 11168 20696
处理 treatments 3278 16796 23692 16280 25092 11256 9032 9864
对照 CK 2452 11916 18760 22720 29508 19012 21212 16656
处理 treatments 2452 9556 15028 13444 15424 12184 14168 10832
对照 CK 2906 11580 15728 17008 15904 18864 15732 16084
处理 treatments 2906 10268 12140 12260 10912 13560 11272 14272
4 　讨 　论
超弱发光与植物生理生化活动密切相关 ,植物在代谢活动中 ,任何生成或消耗利用 ATP、
NAD(H2 ) 、NADP(H2 )和 FMN H2 的反应均可导致一部分代谢能以光子形式释放出来[3 ] 。它作
为植物体内物质代谢和能量转化活动的一项灵敏指标有着非常广阔的应用前景 ,在农业上已
广泛用于研究植物抗逆性 (抗旱性[7～9 ] 、抗寒性[9 ,10 ] 、抗盐性[7 ,9 ]和抗病性等)和作物育种研究中
用于鉴定和筛选优良基因等。
在抗逆性研究中 ,汪沛洪 (1990) 等研究认为可直接利用小麦干种子的超弱发光值来鉴定
其抗旱性强弱。本研究测定和比较了几种玉米自交系干种子的超弱发光 ,我们的实验结果表
明不同基因型的超弱发光值存在差别 (见表 2) ,但与抗旱力相关不大。因此 ,能否直接利用种
子的发光值作为抗旱性鉴定的指标有待进一步研究。
本文研究表明 ,种子萌发时 ,遗传基础不同的自交系具有各自的超弱发光特征曲线 ;在干
83 核　农　学　报 17 卷
旱胁迫时 ,各供试自交系玉米种子的超弱发光值比对照都有所降低 (见表 3) ,但从发光曲线的
动态变化来看 ,干旱胁迫约 7h 以前 ,干旱与对照的曲线拟合较好 ,大约 7h 之后 ,各自交系萌动
种子的发光值都开始降低 ,抗旱系数小的 3 个自交系的发光值降低时间早于抗旱系数大的自
交系 ,抗旱系数大的自交系还出现了处理发光值大于对照的现象 ;同时抗旱系数小的自交系在
干旱与对照下超弱发光曲线的偏差也比抗旱系数大的自交系大 (见图 1 - 8) 。据此我们认为
种子在萌动过程中 ,在干旱胁迫和正常水处理条件下发光曲线的拟合程度和发光值起始下降
的时间可以作为鉴定一个品种抗旱性强弱的指标 ;在干旱条件下发光值下降越早 ,可能该品种
抗旱性能力越差 ,在干旱胁迫和正常水处理条件下发光曲线拟合得越好 ,抗旱能力越强。
图 1 (1 - 8) 　各基因型玉米自交系在蒸馏水和干旱胁迫中萌发的超弱发光比较
Fig. 1 (1 - 8) 　Comparison of super weak bioluminescence of different maize genotype inbred
lines at germination stage under well2water and drought conditions
93　1 期 不同玉米自交系的抗旱力与超弱发光关系的研究
参考文献 :
[ 1 ] 　习岗. 植物超弱发光及其在农业上的应用. 物理 ,1994 ,23 (9) :548～552
[ 2 ] 　聂继云. 等. 生物超弱发光及其应用研究概述. 激光生物学报 ,1998 ,7 (2) :124～130
[ 3 ] 　康建 ,等. 生物化学发光分析及其在生物化学中的应用. 生物化学与生物物理进展 ,1984 , (5) :52
[ 4 ] 　王茅雁 ,等. 饲用玉米抗旱性水分生理指标的研究. 内蒙古农牧学院学报 ,1995 ,16 (4) :72～77
[ 5 ] 　张宝石 ,等. 玉米抗旱基因型鉴定方法和指标的探讨. 玉米科学 ,1996 ,4 (3) :19～21 ,26
[ 6 ] 　侯建华 ,等. 玉米不同生育时期抗旱鉴定指标的研究. 内蒙古农牧学院学报 ,1996 ,17 (4) :19～22
[ 7 ] 　周禾 ,等. 不同类型植物种子在萌发期的超弱发光研究. 生物物理学报 ,1996 ,12 (1) :157～160
[ 8 ] 　杨起简. 大豆、小麦、玉米的超弱发光与干旱条件下种子萌发的关系. 生物化学与生物物理进展 ,1989 ,16 (6) :452～454
[ 9 ] 　杨起简 ,等. 几种作物籽粒萌发时超弱发光与其抗逆性关系. 生物化学与生物物理进展 ,1993 ,20 (4) ,315～317
[10 ] 　杨起简. 玉米籽粒超弱发光及其抗冷性研究. 生物化学与生物物理进展 ,1984 ,2 :37～41
[11 ] 　汪沛洪 ,等. 利用生物超弱发光鉴定抗旱性的小麦品种初探. 生物化学与生物物理进展 ,1990 ,17 (5) :399～400
A PRELIMINARY STUDY ON THE RELATIONSHIP BETWEEN SUPER2WEAK
BIOLUMINESCENCE OF DIFFERENT MAIZE INBRED SEEDS
AND THEIR DROUGHT RESISTANCE
YUAN Zuo2qing1 　ZHANG Huai2yu1 　WANG Hua2xin1 　LI Wan2chen2 　CHEN Zhi2yu1
(11 Istope Research Laborary , Sichuan Agricultural University , Ya′an , Sichuan prov . 　625014 ;
21Maize Research Institute , Sichuan Agricultural University , Ya′an , Sichuan , prov. 　625014)
ABSTRACT :The relationship between super2weak bioluminescence of dry and germinated seeds of
different maize genotype inbred lines was analyzed with single photon count method. The results
showed that the super2weak bioluminescence counts of dry seeds of the different maize inbred lines
were not signif icantly associated with their drought resistance , but during germination stage under
the treatments of well2water and water2stress they were signif icantly different. Bioluminescence
counts of all experienced materials in the water2stressed treatment were lower than in well2water
treatment during germination. Comparison with the drought2sensitive types , two bioluminescence
curve of the drought2resistant types between two treatments were very near , meanwhile the begin2
ning time of bioluminescence count starting to decrease in water2stressed condition and being far
from normal curves was later. Therefore , we suggest that the near scale of super2weak biolumi2
nescence between well2water and water2stressed conditions and the beginning decline time of biolu2
minescence under water stress during germination stage can be used as one of drought2resistance
indexes.
Key words :maize ;super2weak bioluminescence ; drought resistance
04 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2003 ,17 (1) :35～40