干旱胁迫对玉米幼苗ROS和POD 的影响

王庆云 丁 秀

（1.朔州职业技术学院 山西朔州 036000；2.忻州师范学院生物系 山西忻州 034000）

玉米是我国的主要粮食作物之一， 其产量除受品种遗传因素影响外， 还与生态条件和栽培方法密切相关[1]，其中对玉米产量和品质影响的重要因素是干旱胁迫。 干旱胁迫影响玉米的生长和发育，进而影响其产量[2]。 干旱条件下玉米对水分的需求得不到满足， 影响玉米细胞中过氧化物酶和超氧化物歧化酶的活性[3]。 因此，研究干旱胁迫下玉米的抗逆性生理指标， 对干旱地区玉米耐旱种质的筛选及耐旱品种的培育具有重要意义。 植物在长期进化中形成了一些抗氧化系统，如SOD、POD、PPO 等[4]，正常环境下植物体内ROS 的积累与清除处于动态平衡中， 干旱胁迫会破坏这种平衡， 使得ROS 在植物体内大量积累，对其造成伤害。SOD、CAT 等是植物遇到干旱胁迫时重要的抗氧化酶，能减轻ROS 对植物的伤害[5]。 李玉华[6]等的研究表明，玉米幼苗遇到干旱胁迫时的SOD、POD 等抗氧化酶活性升高，其能减轻ROS 对生物大分子及细胞膜的伤害。

我国北方玉米区， 特别是山西大部分玉米种植区处于干旱和半干旱区，易遭受干旱胁迫。 由于研究手段与品种的不同， 玉米的适应性与内在基因和外在因素相互关联， 关于玉米抗旱性的生理指标没有一个高效而精准的方法。 鉴于此，本次试验通过对山西省市场上现有的不同玉米品种的幼苗进行干旱处理，测定其POD 和ROS 的变化，为玉米抗旱性的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

8 个玉米品种均由山西大丰种业有限公司提供，分别是金科玉3308、 金科玉3306、 大丰133、 大丰30、大丰26、大丰14、DF2010、并单16。 试验时间：2021 年7 月。

1.2 主要仪器与试剂

1.2.1 主要仪器 HC-3018R 高速冷冻离心机，HHS8 八孔双列恒温水浴锅，PHS-3C 型pH 计， 海尔冰箱， 恒温培养箱， 多功能酶标仪，AL204 电子天平，721 可见光分光光度计，研钵，玻璃棒，2 mL 离心管，96 孔板，镊子，可调式移液器，制冰机，玻璃比色皿（3 mm）。

1.2.2 试剂 植物活性氧试剂盒组成：标准品（浓度依次为0、30 U/mL、60 U/mL、120 U/mL、240 U/mL、480 U/mL），辣根过氧化物酶（horse radish peroxidase，HRP），磷酸盐缓冲液，TMB 显色液（四甲基联苯胺），2 mol/L H2SO4。

POD 活性检测试剂盒组成：100 mmol/L 磷酸缓冲液，愈创木酚，过氧化氢，磷酸氢二钠，磷酸二氢钾，氯化钾，氯化钠。

1.3 试验方法

1.3.1 玉米干旱处理 在1%的NaClO 溶液中放入玉米种子，浸泡10 min 之后取出，用蒸馏水清洗3 次，要求挑选颗粒饱满、大小相近的种子。 在室温状态吸水12 h 后，在25℃恒温培养箱中培养24 h。

选用圆筒形塑料实验盆，盆上口径10 cm、下口径7.5 cm、高度9.3 cm，底部有排水孔。 在每个盆里放入占盆容积2/3 的已经消毒的黄土和育苗基质，倒入适量去离子水将混合土壤弄湿， 再选择发芽一致的种子种入消毒的混合土壤中。 每盆放5～7 粒种子，然后覆上一层薄薄的土。 在25℃恒温光照培养箱中培养，待其长出3 片叶子时全部盆钵都浇水。 长出3 片叶子后，选取各个品种的部分玉米进行干旱处理（不浇水）， 剩余部分正常浇水作为对照，7 d 后用试剂盒测定POD 和ROS 活性。

1.3.2 ROS 活性检测 按照ROS 试剂盒的方法检测干旱胁迫下不同品种玉米幼苗ROS 含量变化。 用标准物浓度和相应OD 值绘出标准曲线，根据标准曲线计算不同处理组的ROS 含量（图1）。

1.3.3 POD 活性检测 按照试剂盒上的步骤， 配置好需要的试剂， 记录470 nm 下30 s 时的吸光值A1和90 s 后的吸光值A2。 计算ΔA（A2-A1）。

1.4 数据处理

试验中ROS 和POD 活性数据计算按照试剂盒中提供的公式进行。 所有数据均是3 次重复的平均值。 处理组之间的差异性根据单因素方差分析和Duncan 法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对不同品种玉米幼苗ROS 活性的影响

由图2 可知， 各个品种的玉米幼苗经过干旱处理后，ROS 活性都有不同程度的增高。 与对照组相比，金科玉3306、大丰14 和金科玉3308 的ROS 活性分别增加63.51%、54.30%和43.54%，增长极显著；DF2010、 大丰133 的ROS 活性分别增加27.82%和22.17%， 增加显著； 大丰26、 大丰30 和并单16 的ROS 含量变化不显著。

2.2 干旱胁迫对不同品种玉米幼苗POD 活性的影响

由图3 可知，经干旱胁迫处理后，大丰26、大丰30、DF2010、大丰133、金科玉3308、大丰14、并单16的POD 活性与对照相比都有所增加，而金科玉3306的POD 活性降低。 大丰26 的POD 活性增加76.86%， 增加极显著； 大丰30 的POD 活性增加47.83%，增加显著；DF2010、大丰133、金科玉3308、大丰14 和并单16 分别增加11.25%，9.37%，9.15%，4.37%、1.90%；金科玉3306 降低18.45%。

图3 不同品种在干旱处理下玉米幼苗POD 的活性变化

3 讨论与结论

POD、SOD 和MDA 是植物在逆境胁迫下产生的代表性生理活性物质，POD 和SOD 活性及MDA 含量增加，表明逆境胁迫产生过量活性氧（ROS），促进细胞膜脂过氧化作用和不利于细胞结构稳定的生物学效应。 大量的研究表明，植物在逆境条件下会大量产生H2O2和ROS，进而对植物的生长和发育造成很大的伤害。

从本试验ROS 含量变化情况发现，干旱处理后，金科玉3306 幼苗中ROS 含量最高，其次是DF2010；ROS 含量最低的2 个品种是大丰14 和大丰30。由此可知大丰14 和大丰30 这2 个品种较其余品种存在抗旱优势。

POD 是植物抗逆系统中关键的酶， 能够清除过多的自由基。 前期研究发现，过氧化物酶活性的高低与植物抗旱性有着密切的关系。 本研究发现干旱胁迫后，大丰26 的POD 活性最高，其次是并单16，活性最低的是大丰133，而金科玉3306 的POD 活性下降。结合ROS 含量检测结果可以发现金科玉3306 是8 个品种中最敏感的，ROS 含量的增长远远超过了POD 清除自由基的速度， 导致酶活性下降。 大丰30的POD 活性较对照有显著升高，而ROS 含量则与对照相比没有显著变化。 表明大丰30 的抗逆性较强，在自由基含量较低的情况下能激发玉米幼苗抗逆系统，及时清除过多自由基。

综上所述，在干旱胁迫下，大丰30 可以很好地通过调节活性氧的产生和清除之间的平衡， 从而使植物更好地生长，也正好说明了大丰30 的抗逆性比其他品种高。 鉴定逆境条件下植物的生理生化指标还有很多，如抗氧化酶SOD 等的活性、谷胱甘肽的含量等。 因此要想进一步了解本次试验不同品种玉米幼苗的抗旱性， 还有待对其他抗旱指标做更深层次的探索。