全 文 ：中国生态农业学报 2009年 1月 第 17卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2009, 17(1): 125−129


* 重庆市动植物良种创新工程项目(8317)资助
陈俊意(1973~), 男, 博士。E-mail: chenjunyi3@126.com
收稿日期: 2007-03-30 接受日期: 2008-03-15
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2009.00125
低磷胁迫对玉米叶片色素和形态的影响*
陈俊意 1 蔡一林 2 徐 莉 1 杨治国 1 甘晓玲 1 潘婷妮 1
(1. 重庆医药高等专科学校 重庆 400030; 2. 西南大学玉米研究所 重庆 400716)
摘 要 通过大田试验, 以 4 个基因型玉米为材料, 研究了低磷胁迫下玉米叶片色素和形态变化及其内部生
理机制。结果表明, 低磷条件下, 玉米叶片叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和叶绿素/红色素均减少, 其中
基因型“7922”和“掖 107”的叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和叶绿素/红色素减少幅度较大, 为高磷条
件下的 0.4～0.8 倍, 且减少幅度高于“178”和“*082”。低磷条件下, 苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性和总黄酮含
量均增加, 其中基因型“7922”和“掖 107”为高磷条件下的 1.5～2.0倍, 增加幅度高于基因型“178”和“*082”。
“7922”和“掖 107”的叶宽和鲜重在两个供磷水平下差异显著, “掖 107”的叶片主叶脉直径和总叶片数差
异显著。低磷土壤条件下玉米叶宽和主叶脉直径变小, 鲜重和总叶片数减少。不同基因型玉米叶片色素和形
态变化差异显著。初步推测, “7922”和“掖 107”不耐低磷, “178”和“*082”较耐低磷。
关键词 低磷胁迫 玉米基因型 色素 苯丙氨酸解氨酶 总黄酮 叶片形态
中图分类号: S513; S147.5 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)01-0125-05
Effect of phosphorus stress on the pigment and morphology of
different maize genotypes
CHEN Jun-Yi1, CAI Yi-Lin2, XU Li1, YANG Zhi-Guo1, GAN Xiao-Ling1, PAN Ting-Ni1
(1.Chongqing Medical and Pharmaceutical College, Chongqing 400030, China;
2. Institute of Maize of Southwest University, Chongqing 400716, China)
Abstract Four maize genotypes were selected to investigate the pigment and morphology of maize genotypes under low and high P
dosage. The results show that the ratios of chlorophyll to carotenoid, purpurin and red pigment for four maize genotypes decrease
under low P dose. Those of “7922” and “Ye107” are 0.4 ~ 0.8 times those under high P dose, with much higher decrease than in
“178” and “*082”. PAL activity and total flavonoid content increase under low P dose. Those in “7922” and “Ye107” under low P
dose are 1.5 ~ 2.0 times of those under high P dose, with much higher variation than in “178” and “*082”. Differences in leaf width
and leaf fresh weight in “7922” and “Ye107” are significant between low and high P doses. The same is case for leaf chief venation
diameter and leaf number in “Ye107”. Leaf width, leaf chief venation diameter, leaf number and leaf fresh weight is decreased under
low P dose. A significant difference is observed in leaf pigments and maize leaf shape among the different genotypes. This implies
that “7922”and “Ye107” are somehow sensitive to low P stress, while “178” and “*082” are tolerant to low P stress.
Key words Low phosphorus stress, Maize genotype, Pigment, PAL, Total flavonoid, Leaf morphology
(Received March 30, 2007; accepted March 15, 2008)
玉米 (Zea mays L.)产量占我国粮食产量的
20%～30%、饲料产量的 30%～50%, 对我国粮食安
全和肉食生产具有十分重要的作用。玉米增产的限
制因素之一是土壤磷素不足 ,由于土壤对磷的强烈
化学固定作用, 玉米植株可吸收利用的土壤有效磷
缺乏。选育高磷效率玉米品种, 提高玉米对土壤难
溶态磷的利用能力是提高玉米产量的有效途径之
一。目前玉米品种选育主要集中在产量和品质性状,
所选品种的磷效率一般较低, 绝大部分品种不耐低
磷土壤。为从常用的玉米基因型中通过挖掘玉米本
身的遗传潜力 , 筛选或培育高磷效率玉米基因型 ,
需对玉米耐低磷特性进行研究。目前玉米耐低磷特
126 中国生态农业学报 2009 第 17卷


性的研究主要集中在耐低磷玉米种质资源的筛选办
法[1−3], 低磷胁迫下玉米根系构型[4,5]、分泌物[6−9]、可
塑性[10−12]和适应性[13]、玉米植株生理生化的变化[14]
及低磷胁迫对玉米叶片光合速率的影响[15]等, 忽视
低磷胁迫对玉米叶片色素和形态的影响。
本试验选取常用的 4 个不同玉米基因型, 研究
低磷胁迫下玉米叶片色素及形态变化, 找出耐低磷胁
迫的玉米基因型叶片的色素和形态特征, 为筛选高磷
效率玉米品种提供可简单易识的外观标记, 改进高磷
效率玉米品种选育的效率和准确性, 为提高玉米磷吸
收利用效率, 培育高磷效率玉米品种提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 试验材料
供试的 4 个玉米基因型为 : 改良 Reid 群的
“7922”, 其他类群的“*082”、“178”和“掖 107”,
由西南大学玉米研究所提供。
1.2 试验方法
试验地位于重庆市北碚歇马镇, 土壤为砂壤土,
pH 6.6, 有机质 8.14 g·kg−1, 全磷 0.24 g·kg−1, 全
钾 11.74 g· kg−1, 碱解氮 15.3 mg·kg−1, 速效磷
2.2 mg·kg−1, 速效钾 20.0 mg·kg−1。
田间试验采取随机区组设计, 3次重复。3月 20
日播种, 每个基因型每个磷水平 2行, 行距 1 m, 窝
距 0.33 m, 每行种 10窝。播种前选取均匀饱满的种
子, 种子用种衣剂包裹, 每窝播种 5 粒, 出苗后留 2
株, 小区周围种 2 行保护行, 施氮肥 140 kg·hm−2
作底肥。试验设高磷水平和低磷水平两个处理, 高
磷水平施 12.5%的过磷酸钙 112 kg·hm−2 作底肥,
低磷水平的土壤不施磷肥。出苗后 14 d 开始测定各
项指标, 测定 3次取平均值。每 7 d取样 1次, 共取 5
次。剪刀取植株中间叶片, 取样后迅速将叶片置入冰
盒, 放入−20 ℃冰柜保存待测。
叶绿素 (Chlorophyll)和类胡萝卜素 (Arotenoid)
含量参照文献[16]测定。紫色素(Purpurin)参照文献
[17]测定, 略有改动: 取玉米叶片鲜重 3 g, 剪碎, 加
1 mol·L−1 HCl 5 mL研磨, 加入试管, 80 ℃加热 30
min提取, 1 000 rpm离心 15 min, 取上清液 1 mL稀
释 50倍, 510 nm比色, 以吸光度表示紫色素含量高
低, 0.1 吸光度表示 0.1 个紫色素含量单位, 用 U 表
示。红色素(Red pigment)参照文献[18]测定, 略有改
动: 取玉米叶片鲜重 3 g, 剪碎, 加 0.1%HCl-95%乙
醇 5 mL研磨, 加入试管, 25 ℃下提取 4 h, 1 000 rpm
离心 15 min, 取上清液 1 mL 稀释 100倍, 490 nm 比
色, 以吸光度表示红色素含量, 0.1吸光度表示 0.1个
红色素含量单位, 用U表示。苯丙氨酸解氨酶 (PAL)
和总黄酮 (Total flavonoids) 参照文献[18]测定。
玉米叶片长度、宽度、主叶脉直径和鲜重均以
出苗后第 42 d的第 4片完全展开叶为材料进行测定,
每小区随机抽取 3 株取平均值, 叶片宽度和主叶脉
直径均指 1/2 叶长处的宽度和主叶脉直径, 游标卡
尺测定, 叶片数于出苗后第 42 d测定。
试验数据用DPS 7.05和 EXCEL2003统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同供磷条件下玉米叶片色素变化
由图 1 可知, 不同基因型玉米苗期生长过程中,
两种供磷条件下叶片叶绿素 /类胡萝卜素比值均较
稳定, 缓慢上升。高磷条件下(图 1a)4种玉米基因型
间叶片叶绿素/类胡萝卜素差异不明显; 低磷土壤条
件下(图 1b)“7922”和“掖 107”叶片的叶绿素/类
胡萝卜素均明显低于“178”和“*082”。方差分析
表明, 高磷土壤条件下, 叶片叶绿素/类胡萝卜素在
不同基因型间差异不显著(F=1.25), 不同时期间差
异显著(F=57.76); 低磷土壤条件下不同基因型(F=
26.11)和不同时期间(F=33.39)差异均显著。

图 1 高磷(a)、低磷(b)土壤条件下不同基因型玉米
苗期叶绿素/类胡萝卜素比值的动态变化
Fig. 1 Changes of ratio of chlorophyll to carotenoid of seedlings of
different maize genotypes under high P (a) and low P (b) application
由图 2 可知, 玉米苗期高磷土壤条件下(图 2a)4
种基因型叶片叶绿素/紫色素均急剧上升, 基因型间
无明显差异 ; 低磷土壤条件下 (图 2b)玉米基因型
“178”和“*082”叶片的叶绿素 /紫色素较稳定 ,
“7922”和“掖 107”呈下降趋势, 基因型“178”
和“*082”的叶绿素/紫色素均明显高于“7922”和
第 1期 陈俊意等: 低磷胁迫对玉米叶片色素和形态的影响 127


“掖 107”。方差分析表明, 高磷土壤条件下, 叶片
叶绿素 /紫色素不同基因型间差异不显著 (F=2.11),
不同时期间差异极显著(F=47.33); 低磷土壤条件下,
叶片叶绿素/紫色素在不同基因型(F=225.22)和不同
时期间(F=72.50)差异均极显著。

图 2 高磷(a)、低磷(b)土壤条件下不同基因型玉米
幼苗期叶绿素/紫色素比值的动态变化
Fig. 2 Changes of ratio of chlorophyll to purpurin of seedlings of
different maize genotypes under high P (a) and low P (b)

由图 3可知, 高磷土壤条件下(图 3a)4种玉米基
因型叶片叶绿素/红色素均急剧上升, 14～35 d基因
型间无明显差异, 35～42 d “178”、“*082”和“掖
107”高于“7922”; 低磷土壤条件下(图 3b)基因型
“178”和“*082”的叶绿素/红色素较稳定, 14～28
d缓慢下降, 28 d达最低值, 28～42 d又缓慢上升, 基
因型“7922”和“掖 107”叶片的叶绿素/红色素呈
下降趋势, 其中 21～42 d急剧下降。基因型“178”
和“*082”叶片的叶绿素/红色素均明显高于“7922”
和“掖 107”。方差分析表明, 高磷土壤条件下, 叶
片叶绿素 /红色素在不同基因型间差异不显著
(F=0.86), 不同时期间差异极显著 (F=42.09); 低磷
土壤条件下 ,不同基因型 (F=0.86)和不同时期间
(F=42.09)差异均极显著。
从以上分析可知, 低磷土壤条件下, 玉米叶片
叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和叶绿素/红色
素均减少, 其中基因型“7922”和“掖 107”减少幅
度较大, 为高磷条件下的 0.4～0.8 倍, 且减少幅度
高于相同磷条件下的“178”和“*082”。“178”和
“*082”变化幅度较小。叶片外观颜色观察发现 ,
“7922”和“掖 107”的叶片呈淡绿色或淡紫红色, 而
“178”和“*082”的叶片颜色基本无变化。由此可
初步推测, “7922”和“掖 107”不耐低磷, “178”
和“*082”较耐低磷。

图 3 高磷(a)、低磷(b)土壤条件下不同基因型玉米
苗期叶绿素/红色素的动态变化
Fig. 3 Changes of ratio of chlorophyll to red pigment of seed-
lings of different maize genotypes under high P(a) and low P (b)

2.2 不同供磷条件下玉米叶片苯丙氨酸解氨酶活
性和总黄酮含量的变化
由图 4 可知, 不同基因型玉米苗期生长过程中,
高磷土壤条件下(图 4a)叶片苯丙氨酚解氨酶(PAL)活
性较稳定。低磷土壤条件下(图 4b), 4种玉米基因型
叶片 PAL 活性均高于高磷土壤条件, 其中基因型
“7922”和“掖 107”在出苗 21 d 后急剧上升, 显
著高于高磷土壤条件下叶片 PAL 活性, “178”和
“*082”叶片 PAL 活性稳定, 缓慢上升, 与高磷土
壤条件下 PAL 活性差异较小。方差分析表明, 高磷
土壤条件下, 叶片 PAL 活性在不同基因型(F=11.96)
和不同时期间(F=265.95)差异均不显著 ; 低磷土壤
条件下, 叶片 PAL活性在不同基因型(F= 10.67)和不
同时期间(F= 25.92)差异均显著。
由图 5 可知, 不同基因型玉米苗期, 高磷土壤
条件下, 叶片总黄酮含量较稳定(图 5a); 低磷土壤
条件下均比高磷土壤条件下高(图 5b), 其中玉米基
因型“7922”和“掖 107”在出苗 14 d后呈现急剧
上升趋势, 显著高于高磷土壤条件下叶片总黄酮含
量, “178”和“*082”叶片总黄酮含量较为稳定, 缓
慢上升, 与高磷土壤条件下差异较小。方差分析表
128 中国生态农业学报 2009 第 17卷



图 4 高磷(a)、低磷(b)土壤条件下不同基因型玉米
苗期苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性的动态变化
Fig. 4 Changes of PAL activity in seedlings of different maize
genotypes under high P(a) and low P (b)

明, 高磷土壤条件下, 叶片总黄酮含量在不同基因
型(F=31.07)和不同时期间(F=29.73)差异均不显著 ;
低磷土壤条件下, 不同基因型(F=10.81)和不同时期
间(F=8.30)差异显著或极显著。
低磷土壤条件下, 玉米基因型苯丙氨酸解氨酶
(PAL)和总黄酮均增加, 其中基因型“7922”和“掖
107”的增加幅度较大, 为高磷条件下的 1.5～2.0倍,
增加幅度高于相同磷条件下“178”和“*082”。基
因型“178”和*082 叶片的 PAL 活性和总黄酮含量
变化幅度较小。这进一步说明, “7922”和“掖 107”
不耐低磷,“178”和“*082”较耐低磷。
2.3 不同供磷条件下玉米叶片形态的变化
由表 1可以看出, 出苗后 42 d, 低磷土壤条件下,
4 个玉米基因型第 4 片叶的长度、宽度、主叶脉直
径和鲜重均减少, 总叶片数减少。两个供磷水平下

图 5 高磷(a)、低磷(b)土壤条件下不同基因型
玉米苗期总黄酮含量的动态变化
Fig. 5 Changes of total flavonoids contents in seedlings of
different maize genotypes under high P(a) and low P (b)

第 4 片叶的长度无显著差异, 其中“7922”和“掖
107”的叶片宽度差异显著, “掖 107”的主叶脉直
径差异显著, “7922”和“掖 107”的鲜重差异显著。
3 讨论
玉米叶片的颜色由叶片中色素种类和色素含量
决定, 谢瑞芝等[19]认为采用叶绿素与类胡萝卜素的
比值来衡量玉米叶片颜色较单独采用叶绿素或者类
胡萝卜素的绝对值更为合理。低磷土壤条件下, 玉
米基因型“7922”和“掖 107”叶片色素除了叶绿
素和类胡萝卜素外, 还含有紫色素和红色素, 玉米
叶片的颜色可能由叶绿素与类胡萝卜素、紫色素和
红色素的比值共同决定。高磷土壤条件下, 4个玉米
基因型叶片叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和
叶绿素/红色素差异不明显; 低磷土壤上,“7922”和
表 1 不同供磷条件下不同玉米基因型的叶长、叶宽、主叶脉直径、叶片数和叶鲜重
Tab. 1 The length, width, chief venation diameter, fresh weight of fourth leaf and leaf number of different maize genotypes under
different P applications
叶片长度
Leaf length (cm)
叶片宽度
Leaf width (mm)
主叶脉直径
Chief venation diameter (mm)
叶片数
Leaf numbers
单叶鲜重
Fresh weight per leaf (g) 基因型
Genotype
HP LP HP LP HP LP HP LP HP LP
178 21.3±0.0 21.0±0.1 22.56±0.01 22.31±0.01 7.58±0.01 7.56±0.01 5.8 5.3 12.7±0.0 11.9±0.1
*082 19.4±0.1 19.1±0.1 28.35±0.02 28.27±0.01 6.86±0.01 6.86±0.01 6.1 5.7 11.4±0.1 10.7±0.1
7922 22.5±0.0 22.4±0.0 27.85±0.01 26.83±0.01 8.27±0.01 8.22±0.01 6.3 5.9 10.7±0.1 8.9±0.1
掖 107
Ye107
17.1±0.1 16.9±0.0 19.35±0.01 18.36±0.01 7.31±0.02 6.99±0.01 5.5 4.1 9.7±0.1 7.8±0.2
HP为高磷处理 High phosphorus; LP为低磷处理 Low phosphorus.
第 1期 陈俊意等: 低磷胁迫对玉米叶片色素和形态的影响 129


“掖 107”的叶绿素/类胡萝卜素降低, 叶绿素/紫色
素和叶绿素/红色素显著降低, 出苗后第 42 d, 叶片
颜色呈淡绿色或淡紫红色, 因此“7922”和“掖 107”
叶片颜色的改变可能是由叶片紫色素和红色素含量
增加即叶绿素 /紫色素和叶绿素 /红色素减少引起 ,
也有可能是叶绿素/类胡萝卜素、叶绿素/紫色素和叶
绿素/红色素三者共同影响的结果。
苯丙氨酸解氨酶(PAL)是类黄酮合成的控制酶,
催化苯丙氨酸转化为肉桂酸 , 产生许多次生物质 ,
如木质素、酚类、香豆素、黄酮和花色素苷等。梁
艳丽等[20]研究发现, 甘蓝型油菜开花后种皮 PAL 和
黄酮含量在 14～48 d先升后降。宗学凤等[21]研究紫
色小麦籽粒颜色后发现, 小麦籽粒色素与总黄酮含
量呈极显著正相关。Beggs[22]等发现诱导的光敏色素
能增加 PAL 的活性, 以及相关的一些产物如黄酮的
含量的变化。本试验发现, 低磷条件下玉米叶片的
PAL 活性和总黄酮含量增加, 同时紫色素和红色素
也增加, 其中基因型“7922”和“*082”的 PAL 活
性和总黄酮含量是高磷土壤条件的 1.5～2倍, 紫色素
和红色素是高磷土壤条件的 2～3 倍, 说明玉米叶片
的 PAL和总黄酮可能与紫色素和红色素的合成有关。
低磷土壤条件下, 玉米叶片不仅颜色发生变化,
形态也发生变化,叶片宽度变窄, 叶片主叶脉直径变
小, 鲜重和总叶片数减少, 但叶片长度几乎无变化。
研究发现低磷土壤条件下“掖 107” 和“7922”
的叶片色素增加, 而“*082”的色素变化不大, 说明
玉米色素变化存在基因型差异, 同时发现形态变化
也有基因型差异, 即玉米忍耐低磷胁迫的能力存在
基因型差异, 这为挖掘现有玉米遗传资源, 选育高
磷效率玉米提供了理论根据。同时表明, 玉米叶片
颜色和外观可作为忍耐低磷能力强弱的外观标记。
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