冷處理對玉米種子生長的影響

摘 要：為探究低溫處理對玉米種子生長的影響，對低溫5℃和10℃脅迫的玉米雜交種（鄭單958）種子的各項生理生化指標進行了分析。結果表明：與對照常溫相比，脅迫顯著降低胚根長、芽長、胚鮮重，同時，脅迫處理增加了胚芽SOD、CAT、APX的活性，提高了胚芽的相對電導率和MDA的含量。

關鍵詞：玉米；低溫；脅迫

中圖分類號 S513 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2013）11-17-03

黑龍江屬高寒地區，早春播種、育苗常遇到低溫的傷害，對其產量有極大的影響[1]。玉米是典型的低溫敏感型作物，冷害對玉米的生長發育有明顯的傷害，低溫在一定程度上破壞細胞膜從而影響膜系統維持的生理功能。研究指出大部分植物在溫度介于0～15℃時一系列生理功能被破壞，因此研究低溫對玉米傷害意義重大[2]。

本試驗以玉米種子（鄭單958）為試驗材料，對不同低溫脅迫下種子的各項生理生化指標進行了研究，旨在探討各處理下種子生長的抑制情況及細胞膜的傷害程度、抗氧化酶系統在防御活性氧對細胞傷害中的作用和差異，并為進一步研究玉米種子抗低溫的生理機制提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 玉米品種“鄭單 958”，由河南農科院培育。

1.2 試驗設計 挑選大小一致無破損的玉米種子，用1% 次氯酸鈉消毒10min，蒸餾水沖洗干凈，25℃浸種24h，均勻擺放在鋪有3層濾紙的培養皿中（直徑為9cm），每個培養皿均勻擺放20粒種子，再覆蓋一層濾紙，加4mLNaCl鹽處理液（0mmol/L、50mmol/L、100mmol/L、150mmol/L）將其潤濕，以正常生長條件下的玉米種子作對照（溫度28℃，蒸餾水培養），低溫處理為10℃和5℃，設置12個處理組合，每個處理重復6次。培養皿置于人工氣候箱內，光周期為12h/12h，相對濕度為60%。每天更換處理液，并將培養皿內的濾紙用新處理液輕輕沖洗3遍，以保持試驗期內每個培養皿中溶液的水勢基本恒定，重新加入處理液處理3d，恢復生長3d，經過處理的種子分別用于芽期表型指標和胚芽測定各項生理指標分析。

1.3 測定方法

1.3.1 表型指標的測定 分別從每個培養皿中隨機取10粒上述處理的發芽種子，測定胚鮮重、胚根及胚芽長度。

1.3.2 抗氧化酶活性的測定 稱取樣品0.5g左右，放入預冷的研缽中，用10mL預冷的提取緩沖液（K2HP04-KH2P04，pH7.0，1mmol/L EDTA，1% PVP，1mmol/L ASC）研磨勻漿，15 000rpm，4℃離心20min，上清液即為酶粗提液，以下各指標均采用上述酶液。超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）參照Giannopolitis和Ries（1977）方法測定[3]。過氧化氫酶（Catalase，CAT）參照Aebi（1984）方法測定[4]。抗壞血酸過氧化物酶（Ascorbate Peroxidase，APX）參照Dalton等（1987）方法[5]，在290nm比色，測定其單位時間內吸光度的變化。

1.3.3 MDA含量的測定 參照Heath和Packer（1968）方法測定[6]，吸取上述酶提取液2mL，加2mL含0.5%硫代巴比妥酸的20%三氯乙酸溶液，混合液于沸水浴中加熱15min，迅速用冰水冷卻，以4 000rpm離心10min，上清液分別于450、532、600nm波長下測定光密度值。

1.3.4 浸出液電導率的測定 參照Lutts等（1996）方法并改進[7]。取1cm胚芽，用去離子水洗凈，放入試管中，加10mL去離子水，25℃浸泡24h，用DDS-11 C電導儀測定各組浸液電導率A；然后將試管置于煮沸水中20min，再冷卻至初始溫度，測電導率B，相對電導率R=A/B×100%。

1.4 統計分析 采用Excel和SPSS17.0軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 低溫處理對玉米芽期表型指標的影響 低溫處理對玉米芽期表型指標的影響結果見圖1，圖中不同字母表示經dengken式新復極差法比較差異顯著。由圖1可知，在正常種子發芽溫度28℃和低溫10℃、5℃不同溫度下，玉米種子胚根長度、芽長和鮮重均隨低溫脅迫程度的增加呈下降趨勢。與對照相比各處理均顯著抑制胚根的生長，抑制種子的芽長以及鮮重。

圖1 不同處理對玉米胚根長、芽長及胚鮮重的影響

2.2 低溫處理對玉米芽期膜透性的影響 由表1所示，隨著脅迫程度的增加，MDA含量顯著上升，其中以5℃處理最為顯著，是對照值的2倍。電導率是衡量玉米植株體內細胞內容物擴散到細胞外的一項生理指標，由表1可知，5℃時相對電導率最高為44.58%，是對照ck（28℃）的2.2倍，同時也高于10℃的電導率值，且差異顯著。

表1 低溫處理對玉米種子膜透性的影響

[溫度（℃）＼相對電導率（%）＼MDA（μmol/g FW）＼28（ck）＼20.05±0.95a＼2.25±0.22a＼10＼35.25±2.12b＼3.62±0.24b＼5＼44.58±2.94c＼4.56±0.22c＼]

2.3 低溫處理對玉米芽期生理指標的影響 5℃和10℃的低溫處理玉米種子，其芽期生理指標結果見表2。從表2可以看出，低溫處理下玉米種子芽的SOD、CAT、APX等指標均隨處理溫度的降低而呈現增加的趨勢，即低溫5℃和10℃下種子芽酶的活性均顯著高于對照28℃的活性，且5℃和10℃條件下SOD、CAT活性均差異顯著。而5℃和10℃條件下玉米種子的APX活性差異不明顯。

表2 低溫處理對玉米種子芽期生理指標的影響（U/g FW）

[溫度（℃）＼SOD＼APX）＼CAT＼28（ck）＼22.86±1.62a＼57.62±2.73a＼70.45±2.17a＼10＼31.91±2.01b＼68.69±0.77b＼87.14±2.09b＼5＼39.30±2.55c＼68.76±1.15b＼104.70±2.39c＼]

3 結論與討論

本研究以鄭單958為試驗材料，模擬低溫條件下種子生長、胚芽細胞膜透性以及活性氧代謝的變化進行了研究。結果表明，低溫明顯抑制種子生長，與對照相比，各處理均顯著降低胚根長、胚芽長及胚鮮重。低溫處理均導致胚芽細胞膜遭受不同程度的破壞，MDA是膜質過氧化的產物[8]，隨脅迫程度的增加，MDA含量顯著上升。電導率是衡量玉米植株體內細胞內容物擴散到細胞外的一項生理指標，也是衡量細胞組織的幼嫩程度和細胞質膜是否受到傷害的指標[9]，與對照相比，脅迫均不同程度地提高了胚芽的相對電導率，5℃條件下表現更為明顯。

SOD是抵御活性氧自由基介導的氧化損傷的第一道防線，可通過Haber-weiss反應清除植物體內多余的超氧根陰離子（2O2·+2H+→H2O2+O2），是保護酶體系中的關鍵酶[10]。CAT可專一清除H2O2，但CAT定位于線粒體、過氧化物體與乙醛酸循環體中，葉綠體中H2O2的清除是通過Halliwell-Asada途徑進行的，APX和GR在這一途徑中起著重要作用。APX是植物AsA-GSH氧化還原途徑的重要組分之一[11]。因此，CAT、APX、GPX被認為H2O2清除系統中重要的酶類[12]。與對照相比低溫脅迫均不同程度地增加了胚芽SOD、CAT、APX的活性，低溫脅迫對胚芽抗氧化物酶系統的影響較大，可能是由于低溫導致機構受損嚴重，電子傳遞泄露嚴重，產生的大量活性氧不能迅速清除，進一步加劇傷害。使得葉綠體中主要負責清除H2O2的APX活性快速下降，傾向于依靠CAT來清除體內的H2O2。而關于低溫冷害方面研究已經較早，具體的機制學者們正在進一步探索并揭示。

參考文獻

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[7]S.Lutts，J.M.Kinet，J.Bouharmont. Effects of salt stress on growth，mineral nutrition and proline accumulation in relation to osmotic adjustment in rice（Oryza sativa L.）（下轉82頁）

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（責編：徐世紅）