全 文 ：植物生理学报 Plant Physiology Journal 2011, 47 (5): 459~462 459
收稿 2010-10-21　　修定 2011-03-17
资助 黑龙江省教育厅科研项目(11521196)。
* 通讯作者(E-mail: gaoshr107@126.com; Tel: 0459-6819181)。
盐胁迫对玉米耐盐系与盐敏感系苗期几个生理生化指标的影响
付艳1,2, 高树仁1,*, 杨克军1 , 殷奎德1
1黑龙江八一农垦大学, 黑龙江大庆163319; 2黑龙江农垦科技职业学院, 哈尔滨150431
摘要: 对玉米耐盐系和盐敏感系在不同浓度盐胁迫下生理变化研究的结果表明, 与盐敏感系相比, 玉米耐盐系叶绿素含量
高, 脯氨酸、MDA含量及组织外渗液的相对电导率低, 且变化幅度小。随盐浓度的增加, 玉米耐盐系和盐敏感系的SOD、
POD活性均先增加后降低, 但玉米耐盐系峰值出现较晚。耐盐系的CAT活性明显大于盐敏感系; 地上部分Na/K值小于盐敏
感系, 且增加的幅度小, 而地下部分正相反。
关键词: 玉米; 耐盐系; 盐敏感系; 生理生化指标
Effects of Salt Stress on Several Physiological and Biochemical Indicators in
Seedling of Salt-Tolerant Line and Salt-Sensitive Line of Maize (Zea mays L.)
FU Yan1,2, GAO Shu-Ren1,*, YANG Ke-Jun1, YIN Kui-De1
1Heilongjiang Bayi Agricultural University, Daqing, Heilongjiang 163319, China; 2Heilongjiang Nongken Vocational College,
Harbin 150431, China
Abstract: The physiological and biochemical changes of salt-tolerant line and salt-sensitive line of maize under
the different concentrations of salt stress were determined. The results indicated that there were more chloro-
phyll content, less praline and MDA contents, and lower relative conductivity of organization of external seep-
age of salt-tolerant line with a small change, compared with salt-sensitive line. With the increase of salt concen-
tration, the activities of SOD and POD of maize increased firstly, and then decreased, and peak value of salt-
tolerant line appeared later. The CAT activity of salt-tolerant line was higher than that of salt-sensitive line. The
Na/K value in seedling of salt-tolerant line was lower than that of salt-sensitive line, and the increasing range
was small. And the Na/K value of underground part was opposite.
Key words: maize (Zea mays L.); salt-tolerant line; salt-sensitive line; physiological and biochemical indicator
玉米是对盐分中度敏感的作物, 耐盐性差, 当
处于盐胁迫下一段时间后, 其正常生理过程就会
受到影响甚至伤害, 主要体现在渗透胁迫和离子
不平衡造成的离子毒害和营养匮乏等, 这使得植
株生长受到抑制, 光合下降、营养亏缺、衰老加
速, 甚至死亡。为了防止盐伤害, 玉米通过一些小
分子物质对盐离子渗透胁迫进行调节, 也会启动
一套保护酶系统来消除盐胁迫下产生的活性氧和
过氧化物自由基, 避免这些物质对细胞质膜和脂
肪酸的氧化作用, 从而保证质膜的完整性。同时,
玉米通过盐离子在细胞内区域化作用, 使体内的
盐浓度保持在较低的水平, 从而改变对有毒害作
用的Na+吸收, 以达到缓解盐害的目的。而玉米对
盐分的敏感程度也与其品种基因型密切相关。但
是, 前人对玉米耐盐机理的研究多为随机选取的
玉米品种, 而对耐盐系和盐敏感系的研究少有报
导。本文在前期玉米种质耐盐性鉴定的基础上(付
艳等2009), 对盐胁迫下玉米高度耐盐自交系黑玉
米和盐敏感自交系黄早四苗期的生理变化进行比
较研究, 以进一步探讨玉米的耐盐机理, 更好地确
定玉米耐盐性评价的生理生化指标, 将对玉米耐
盐性种质改良和耐盐品种选育也具有一定的指导
作用。
材料与方法
选用饱满一致的耐盐自交系黑玉米和盐敏感
自交系黄早四的玉米(Zea mays L.)种子, 用清水冲
洗后放在铺有 2层滤纸的发芽盒中, 室温清水浸种
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6 h, 吸去多余的水置于28 ℃培养箱中发芽, 其间及
时补充清水。萌发后, 选取芽期生长状况良好且
长势较一致的种子播种于装有蛭石的塑料盆内(直
径20 cm, 高22 cm), 各盆装有等量的蛭石, 同时浇
灌适量的1/2Hoagland营养液(每盆营养液用量相
同)。播种后于植物生长室中培养, 生长室的昼夜
温度为(25±2)/(20±2) ℃, 每天光照12 h, 光照强度为
600 µmol·m-2·s-1, 相对湿度60%~80%。待长出第2片
真叶时, 每盆保留5株生长一致的健壮幼苗。幼苗
长至三叶一心期时, 分别用50、100、150、200和
250 mmol·L-1 NaCl的1/2Hoagland溶液处理, 并每天
以此浓度的处理液浇灌, 浇灌量为蛭石持水量的2
倍, 从而将以前的积余盐冲洗掉, 以保持各个处理
液浓度的恒定, 同时以1/2Hoagland营养液浇灌作
为对照。处理7 d后, 测定各项生理生化指标。
选取两自交系各处理玉米幼苗的第3片真叶
的叶中部位, 分别用剪刀剪碎混匀, 用天平定量称
取放入已编号的试管中。分别采用丙酮乙醇混合
液法(张宪政1992)、电导率法(张宪政1992)及磺基
水杨酸法(邹琦1995)进行叶绿素含量、细胞质膜
透性及脯氨酸含量的测定。每个自交系每个盐浓
度处理3次重复。
另用天平称取2.0 g左右叶片于预冷的研钵中,
然后向研钵中倒入适量液氮, 迅速研磨至粉末, 转
入10 mL离心管中, 并加入8 mL预冷的提取介质
[含1%聚乙烯吡咯烷酮的0.5 mol·L-1 (pH 7.8)磷酸
缓冲溶液], 4 ℃, 15 000×g, 离心30 min, 取上清液
定容至10 mL, 即为样品提取液。然后, 采用氮蓝
四唑(NBT)法(邹琦1995)测定超氧化物歧化酶(su-
peroxide dismutase, SOD)的活性, 参照陈建勋和王
晓峰(2002)的方法测定过氧化物酶(peroxidase,
POD)及过氧化氢酶(catalase, CAT)的活性, 采用硫
代巴比妥酸(TBA)显色法(刘祖祺和张石城1994)进
行丙二醛(MDA)含量的测定。每个自交系每个盐
浓度处理3次重复。
分别取两自交系各处理玉米幼苗的地上部分
和地下部分烘干、磨碎、称重、置马伏炉550 ℃灰
化。灰分用浓硝酸溶解, 再用无离子水定容后用原
子吸收光谱仪(日立Z-8000型)测定Na+、K+含量。
试验数据采用Microsoft Office Excel工作表进
行统计分析。
结果与讨论
1 盐胁迫下玉米耐盐系与盐敏感系苗期叶绿素含
量的比较
如图1所示, 两自交系玉米的叶绿素含量均随
NaCl浓度的增加而逐渐降低。耐盐系黑玉米的叶
绿素含量明显高于盐敏感系黄早四的,下降幅度也
小于黄早四, 说明叶绿素含量与玉米苗期耐盐性密
切相关, 耐盐系的叶绿素含量受盐胁迫影响较小。
图1 NaCl胁迫下不同自交系玉米叶绿素含量的比较
Fig.1 Comparison of chlorophyll content in different
inbred lines of maize under NaCl stress
图2 NaCl胁迫下不同自交系玉米相对电导率的比较
Fig.2 Comparison of relative conductivity of different
inbred lines of maize under NaCl stress
2 盐胁迫下玉米耐盐系与盐敏感系苗期细胞质膜
透性的比较
如图2所示, 盐敏感系黄早四的相对电导率高
于耐盐系黑玉米。黄早四的相对电导率随NaCl浓
度的增加而迅速增大, 当NaCl浓度为100 mmol·L-1
时达到峰值, 之后缓慢降低; 黑玉米相对电导率逐
渐增大, NaCl浓度为200 mmol·L-1时达到峰值, 这
也反映出黑玉米的耐盐性明显好于黄早四。盐胁
迫下, 在细胞外部形态发生变化之前, 细胞膜透性
就发生变化, 最先受到破坏的是细胞膜透性。叶
付艳等: 盐胁迫对玉米耐盐系与盐敏感系苗期几个生理生化指标的影响 461
片渗透到水中的电介质可用电导率来表示, 这是
衡量细胞膜透性的一个标准。电导率高, 破坏程
度大, 反之亦然。这与朱建峰等(1996)对盐胁迫下
小麦细胞膜透性的变化研究结果一致。因此, 可
将盐胁迫下玉米细胞膜透性的变化作为玉米耐盐
性鉴定评价的一项生理指标。
3 盐胁迫下玉米耐盐系与盐敏感系苗期脯氨酸含
量的比较
由图3可知, 玉米的脯氨酸含量均随NaCl浓度
增加而上升, 这与汤华和柳晓磊(2007)报道的玉米
幼苗根系的脯氨酸含量与盐浓度高度正相关的结
果相一致。黄早四的脯氨酸含量变化幅度明显大
于耐盐系黑玉米, 这说明黄早四需要大量积累脯
氨酸来减少盐胁迫对其造成的严重伤害, 而黑玉
米的耐盐性较强, 脯氨酸的积累没有显著增加, 这
与商学芳(2007)的耐盐玉米脯氨酸的增幅和含量
绝对值都高于盐敏感品种的研究结果相反。关于
游离脯氨酸含量及 其变化率与作物耐盐性的关系
问题, 人们的看法还不一致, 可见游离脯氨酸在盐
胁迫下积累的意义是复杂的, 有待进一步研究。
4 盐胁迫下玉米耐盐系与盐敏感系苗期保护性酶
活性及丙二醛含量的比较
在盐胁迫下, 玉米体内活性氧代谢失调, 此时
由SOD、POD、CAT等内源活性氧清除剂构成的
酶保护系统被激活, 以此来缓解盐胁迫对玉米造
成的伤害。由图4可见, 较低浓度NaCl处理条件下,
玉米的SOD、POD活性均逐渐增大, 这与王玉凤
(2008)对盐胁迫下玉米幼苗叶片和根系中SOD、
POD活性的关系研究结果一致; 当NaCl溶液浓度
增大到一定程度时, SOD、POD活性开始下降, 并
且耐盐系黑玉米酶活性峰值出现较晚。这是因为
玉米体内活性氧的产生能力大于清除能力时, 过
量的活性氧就破坏或降低了保护性酶的结构或活
性。黑玉米的CAT活性明显大于黄早四, 在低浓度
NaCl处理下CAT活性略有升高后缓慢降低, 而黄
早四则随盐浓度增加一直下降, 下降幅度大于黑
玉米(图4), 这与王玉凤(2008)对盐胁迫下玉米幼苗
叶片和根系中CAT活性的研究结果不一致。
图3 NaCl胁迫下不同自交系玉米脯氨酸含量的比较
Fig.3 Comparison of proline content of different
inbred lines of maize under NaCl stress
图4 NaCl胁迫下不同自交系玉米保护性酶活性的比较
Fig.4 Comparison of protective enzyme activities of different inbred lines of maize under NaCl stress
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如图4所示, 两自交系体内MDA含量均先增
加后降低。这是由于玉米受到盐胁迫时产生的过
量的活性氧使膜脂发生了过氧化作用, 导致MDA
含量随NaCl浓度的增加而增加; 当盐胁迫达到一
定程度时, 膜脂过氧化程度达到高峰, MDA含量也
达到峰值, 此后MDA含量逐渐降低。与盐敏感系
黄早四相比, 耐盐系黑玉米MDA含量峰值出现较
晚, 且变化幅度较小。由此可见, MDA含量的变化
情况在一定程度上也可作为鉴定玉米幼苗耐盐性
的一项指标。
5 盐胁迫下玉米耐盐系与盐敏感系苗期Na/K比值
的比较
盐胁迫对玉米的主要伤害是盐离子在细胞内
大量积累, 导致离子毒害和离子不平衡, 特别是
Na+。Na+于细胞K+的吸收呈现明显竞争性抑制
(Schroeder等1994), 因此Na/K比值是检验玉米耐盐
性的重要指标之一。两自交系玉米地上部分Na/K
值均先升高后降低, 在200 mmol·L-1 NaCl时达到峰
值, 但黄早四增加的幅度明显高于黑玉米, 这说明
耐盐系黑玉米对Na+的拮抗作用较强(图5)。当
NaCl浓度大于200 mmol·L-1时, Na/K比值逐渐降低
且变化的幅度差异不大, 这说明当盐胁迫伤害达
到一定程度时, 两自交系地上部分均通过降低Na+
吸收和增强K+吸收来缓解害。
玉米地下部分Na/K比值均随NaCl浓度的增加
而增加, 0~100 mmol·L-1 NaCl时耐盐系黑玉米的
Na/K比值只是略高于盐敏感系黄早四; 当NaCl浓
度大于100 mmol·L-1时, 黑玉米的Na/K比值及变化
幅度均明显高于黄早四的(图5), 这说明耐盐系黑
玉米通过调整Na+、K+的选择性吸收来减轻盐的
伤害。
盐胁迫下, 两自交系玉米地下部分Na/K比值
均明显高于地上部分, 这与王宝山和赵可夫(1997)
的研究结果较为一致。另外通过进一步比较玉米
耐盐系与盐敏感系的K+、Na+在地上部分和根部
分布的差异, 说明玉米抗盐机制的表现就是将Na+
转运至根部 , 从而减轻盐离子对地上部分的伤
害。因此, 玉米地上部分和地下部分的Na/K比值
可以作为玉米耐盐性评价的间接指标。但由于玉
米耐盐机理十分复杂, 不能仅用以上某一项生理
生化指标作为玉米耐盐性的鉴定评价标准, 而应
考虑玉米盐胁迫条件下各指标的综合表现。
图5 NaCl胁迫下不同自交系玉米Na/K比值的比较
Fig.5 Comparison of c(Na)/c(K) of different inbred lines of maize under NaCl stress
参考文献
陈建勋, 王晓峰(2002). 植物生理学实验指导. 广东: 华南理工大学
出版社, 120~121
费伟, 陈火英, 曹忠, 刘杨(2005). 盐胁迫对番茄幼苗生理特性的影
响. 上海交通大学学报(农业科学版), 23 (1): 5~9
付艳, 高树仁, 王振华(2009). 玉米种质苗期耐盐性的评价. 玉米科
学, 17 (1): 36~39
刘祖祺, 张石城(1994). 植物抗性生理学. 北京: 中国农业出版社,
371~372
商学芳(2007). 不同基因型玉米对盐胁迫的敏感性及耐盐机理研究
[博士论文]. 泰安: 山东农业大学
汤华, 柳晓磊(2007). 盐胁迫下玉米苗期农艺性状和脯氨酸含量变
化的研究. 中国农学通报, 23 (3): 244~249
王宝山, 赵可夫(1997). NaCl胁迫对玉米根质膜H+分泌和氧化还原
系统的影响. 植物学报, 39 (4): 341~346
王玉凤(2008). 玉米苗期对NaCl胁迫的响应与耐盐性调控机理的
研究[博士论文]. 沈阳: 沈阳农业大学
张宪政(1992). 作物生理研究法. 北京: 农业出版社, 148~150,
197~200
朱建峰, 田增荣, 余玲, 徐旗(1996). 小麦耐盐性基因型差异研究. 甘
肃农业科技, 8: 7~8
邹琦(1995). 植物生理生化实验指导. 北京: 中国农业出版社,
96~99
Schroeder JI, Ward JM, Gassmann W (1994). Perspectives on the
physiology and structure of inward- rectifying K+ channels in
higher plants: biophysical implications for K+ uptake. Annu Rev
Biophys Biomol Struct, 23: 441~471