生育期干旱-復水對夏玉米生化指標的影響

趙 龍，蔡煥杰，曹玉鑫

（1.西北農(nóng)林科技大學水利與建筑工程學院，陜西楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學中國旱區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究院，陜西楊凌712100；3.西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌712100）

0 引言

全球變暖加劇了目前干旱發(fā)生的頻率和程度，糧食生產(chǎn)已經(jīng)受到了嚴重威脅[1]。已有研究表明，水分脅迫會抑制作物的生長，降低作物產(chǎn)量[2]。玉米是需水量大、對水分脅迫敏感的糧食作物，然而干旱導致玉米每年減產(chǎn)20%～30%[3,4]。中國西北部地處內(nèi)陸，氣候干燥，有大面積的干旱和半干旱地區(qū)[5]。玉米是我國西北地區(qū)的主要糧食作物之一，該地區(qū)玉米產(chǎn)量也一直受限于水資源匱乏問題[4,6,7]。因此，培育高抗性玉米品種是應對干旱脅迫最有效，也是最重要的途徑[8]。所以了解玉米對干旱脅迫的生理響應機制是抗旱育種的重要前提[9-11]。

干旱脅迫對作物的生成會產(chǎn)生一定的危害，然而干旱后恢復至正常水平灌溉后會使植物產(chǎn)生補償甚至超補償效應，并且大量研究證明，適度的干旱脅迫后復水作物所產(chǎn)生的補償效應可以使作物的產(chǎn)量或品質(zhì)得以提高[12]。干旱脅迫打破了植物體內(nèi)活性氧產(chǎn)生和清除之間的平衡[13]，為了清除因外界脅迫大量累積的活性氧，植物體內(nèi)的抗氧化酶活性增加，抗氧化物質(zhì)合成增多[14]，從而減輕脅迫對細胞膜造成的傷害，起到對植物的保護作用[15]。這種保護可以有效減小細胞的氧化損傷，使得恢復正常灌溉水平后植物能夠迅速得以恢復[16]。

已有對作物干旱-復水這一過程的研究主要集中于不同灌溉水平對作物產(chǎn)量和水分利用效率的影響，本研究對夏玉米苗期和拔節(jié)期進行不同灌水水平和不同脅迫時長的干旱-復水處理，通過5 個生化指標[丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)、還原型谷胱甘肽(GSH)]的變化響應進行研究分析，探究夏玉米保護酶系統(tǒng)對干旱-復水處理的響應機制，從而找出對夏玉米產(chǎn)量較有利的干旱脅迫方案，以期對夏玉米的高效節(jié)水灌溉提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗對象為夏玉米，所用品種“吉祥1號”是當?shù)剞r(nóng)民普遍使用的品種，該品種根系發(fā)達，葉片多且上舉。本次試驗玉米生長期為2019年6月16日至2019年9月22日，共計98 d。桶栽種植玉米用土的土壤類型為中壤土，沙和黏粒含量占比大致相同，具有一定可塑性，土壤偏弱堿性。田間持水量為24%(重量含水率)，土壤干容重為1.33 g/cm3。按200 kg/hm2的施氮量、100 kg/hm2的施磷量，換算出每桶施基肥尿素2.37 g，磷酸二銨4.75 g[17]，于2019年8月4日追肥尿素3 g。試驗用桶栽的方式種植玉米，采用30 cm×30 cm×40 cm(0.036 m3)的試驗方桶。

1.2 試驗區(qū)概況

試驗地點地處東經(jīng)108°04'，北緯34°18'，海拔521 m 的西北農(nóng)林科技大學中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，所有試驗方桶均放置于遮雨棚下。

1.3 指標測定

丙二醛含量用硫代巴比妥酸反應比色法測定；NBT 光化學還原法測定超氧化物歧化酶活性；愈創(chuàng)木酚法測定過氧化物酶活性；紫外分光光度法測定過氧化氫酶活性和還原性谷胱甘肽含量。

1.4 試驗方法

本試驗研究將桶栽夏玉米的其中2個生長階段進行試驗處理，分別是夏玉米的苗期(M)和拔節(jié)期(B)。設有3個水分處理，其中，對照組(CK)：75%～85%θf(θf表示為田間持水量)；輕度干旱脅迫(W1)：65%～75%θf；中度干旱脅迫(W2)：55%～65%θf；重度干旱脅迫(W3)：45%～55%θf。并設置3 個脅迫時長處理，分別是5 d(T1)、10 d(T2)、15 d(T3)，具體處理方案見表1?？厮椒榉Q重法。共計16 個處理，CK 對照處理組設置5 個重復，苗期處理設置4 個重復，拔節(jié)期處理設置3 個重復，共計種植夏玉米59 桶。由于CK 對照組在整個試驗期間均需取樣，苗期夏玉米的葉片數(shù)量較少，故多設置了試驗重復桶。試驗期間于脅迫期間每5 d 取3 次樣，復水后10 d 內(nèi)再取3 次樣，均在澆水前取樣；其余生育期灌水制度均與CK 對照處理相同。試驗處理期間每天稱一次桶重，稱重后進行澆水，時間為每天下午6∶00。

表1 試驗設計Tab.1 Experimental design

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Origin 進行繪圖，采用SPSS 26.0 對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫-復水對夏玉米丙二醛(MDA)含量的影響

植物在受到外界環(huán)境脅迫時，抵抗脅迫的過程中會生成丙二醛(MDA)，植物細胞膜系統(tǒng)在經(jīng)受脅迫時會有過氧化反應，而MDA 含量的高低可以判斷過氧化的程度，因此它可以反應植物在脅迫條件下?lián)p傷的程度[18]。由圖1 可知，在夏玉米苗期期間，各試驗組在進行脅迫處理期間，隨著脅迫時長的增長，干旱程度由輕度到重度的加劇，MDA 累積量逐漸增多，每組試驗均在脅迫的最后一天均達到峰值。MW1T1、MW2T1和MW3T1 處理在脅迫第5 天MDA 含量分別為CK 對照處理的1.54 倍、1.58 倍、1.66 倍[見圖1(a)]；MW1T2、MW2T2 和MW3T2 處理在脅迫第10 天MDA 含量分別為CK 對照處理的1.67 倍、1.69 倍和1.71 倍[見圖1(b)]；MW1T3、MW2T3 和MW3T3 處理在脅迫第15 天MDA 含量分別為CK 對照處理的2.12 倍、2.20 倍和2.43 倍[見圖1(c)]。在進行復水后，脅迫程度得到緩解，MDA 含量立即降低趨向于CK 對照處理水平，MW1T1、MW2T1和MW3T1處理在復水后第7天出現(xiàn)明顯補償效應，MDA 含量分別為CK 對照處理的0.60 倍、0.71 倍和0.76倍；MW1T2 和MW2T2 處理在復水第2 天出現(xiàn)了補償效應，MDA 含量分別為CK 對照處理的0.73 倍和0.88 倍，MW3T2 處理復水2 d 后出現(xiàn)了補償效應，復水第10 天補償效應最為明顯，MDA含量為CK對照處理的0.68倍；脅迫時長為15 d的處理組復水后未出現(xiàn)明顯補償效應。在水分脅迫處理期間，各試驗組的MDA 含量隨脅迫時長增長均呈遞增趨勢，中度水分脅迫和重度水分脅迫的MDA 含量峰值相近且均高于輕度水分脅迫，說明干旱脅迫程度的不斷加重，夏玉米苗期細胞內(nèi)的活性氧含量也隨之增大，細胞膜過氧化作用加強，MDA 累積量也隨之增多。

圖1 夏玉米苗期丙二醛(MDA)含量于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.1 Changes of MDA content in summer maize seedlings under drought stress and rehydration treatment

拔節(jié)期的MDA 變化趨勢與苗期相同，均隨著脅迫持續(xù)時間的延長，干旱脅迫程度的加劇，MDA 累積量變大，每組試驗均在脅迫的最后一天均達到峰值。BW1T1 和BW2T1 處理在脅迫末期MDA 含量分別為CK 對照處理的1.98 倍和2.09 倍[見圖2(a)]；BW1T2 和BW2T2 處理在脅迫末期MDA 含量分別為CK 對照處理的2.15 倍和2.34 倍[見圖2(b)]；BW1T3 和BW2T3處理在脅迫末期MDA 含量分別為CK對照處理的2.25倍和2.50倍[見圖2(c)]。在不同的水分脅迫處理下，中度水分脅迫處理相較于輕度脅迫處理，其MDA 積累量更大，細胞膜的過氧化程度更為明顯。在進行了復水處理之后，各試驗組MDA 含量隨著脅迫程度緩解降低，趨向于CK 對照處理水平。BW1T1處理在復水后未出現(xiàn)明顯補償效應，BW2T1 處理在復水后第5天出現(xiàn)了明顯的補償效應，MDA 含量為CK 對照處理的0.73倍；BW1T2 和BW2T2 處理在復水后第7 天時出現(xiàn)補償效應，MDA 含量分別為CK 對照處理的0.70 倍和0.82 倍；BW1T3 處理在復水后第10 天出現(xiàn)了明顯的補償效應，MDA 含量為CK對照處理的0.81 倍，BW2T3 處理在復水后未出現(xiàn)明顯補償效應。

圖2 夏玉米拔節(jié)期丙二醛(MDA)含量于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.2 Changes of MDA content in summer maize at jointing stage under drought stress and rehydration treatment

綜合夏玉米苗期和拔節(jié)期不同灌溉水平下MDA 含量的變化，結果表明作物在受到水分脅迫時，由于累積大量活性氧自由基不能及時被清除，細胞膜的結構受到了損傷，MDA 含量也隨之升高，重度水分脅迫處理的MDA 含量與中度水分脅迫相近，中度水分脅迫處理的MDA 含量高于輕度水分脅迫；隨著脅迫持續(xù)時間越長，各試驗組MDA 含量越高。這與郭效龍等人的研究結論相一致[19,20]。在夏玉米苗期MDA 的最高含量達到11.82 mmol/g，拔節(jié)期MDA 的最高含量達到16.96 mmol/g，所以夏玉米拔節(jié)期的抗旱能力高于苗期的抗旱能力。復水后脅迫緩解，所有處理組的MDA含量均逐漸恢復至CK對照處理。

2.2 干旱脅迫-復水對夏玉米超氧化物歧化酶(SOD)活性的影響

植物抗氧化系統(tǒng)中，超氧化物歧化酶(SOD)作為第1 道防線，它的功能是加速超氧物陰離子自由基進行氧化還原反應，產(chǎn)生過氧化氫以及氧氣[21]。由圖3 可知，在夏玉米苗期，脅迫期間所有試驗組的SOD 活性的變化趨勢均為先增大后減小，脅迫5 d的處理組在脅迫第4天時達到峰值，相較于CK對照處理MW1T1、MW2T1、MW3T1 的SOD 活性分別提高76.87%、49.58%、46.62%[見圖3(a)]；脅迫10 d 的處理組在脅迫第5 天達到峰值，相較于CK 對照MW1T2、MW2T2、MW3T2 的SOD活性處理分別提高13.19%、26.33%、48.45%[見圖3(b)]；脅迫15 d 的處理組在脅迫第7 天達到峰值，相較于CK 對照處理MW1T3、MW2T3、MW3T3 的SOD 活性分別提高25.50%、30.95%、33.96%[見圖3(c)]。各試驗組均在脅迫處理的末期SOD 活性降到最低點，復水處理后，SOD 活性先增大后減小，各試驗組均出現(xiàn)了一定的補償效應，脅迫5 d 的試驗組均于復水第2 天SOD 活性達到峰值，相較于CK 對照處理MW1T1、MW2T1、MW3T1 的SOD 活性分別提高7.38%、14.87%、26.25%[見圖3(a)]；脅迫10 d 的試驗組均于復水第4 天SOD 活性達到峰值，相較于CK 對照MW1T2、MW2T2、MW3T2 的SOD 活性處理分別提高63.06%、41.02%、39.51%[見圖3(b)]；脅迫15 d 的試驗組MW1T3 于復水第3 天達到峰值，MW2T3 于復水第6天達到峰值，MW3T3于復水第8天達到峰值，相較于CK 對照處理MW1T3、MW2T3、MW3T3 的SOD 活性分別提高52.71%、29.70%、19.44%[見圖3(c)]。達到峰值后各試驗處理組SOD 活性呈下降趨勢，最終變化趨勢趨向于CK 對照處理水平。綜合3個不同脅迫時長處理的結果，可以看出脅迫時長為10 d 的處理組在復水后SOD 活性相較于CK 對照處理增大得最多，出現(xiàn)的補償效應最為明顯。

圖3 夏玉米苗期超氧化物歧化酶(SOD)活性于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.3 Changes of SOD activity in summer maize seedlings under drought stress and rehydration treatment

夏玉米拔節(jié)期期間，脅迫5 d 處理組的夏玉米，在脅迫期間SOD 活性均呈現(xiàn)增大的趨勢，BW1T1 在脅迫第5 天SOD 活性達到最高點，BW2T1 于脅迫第3 天達到峰值，相較于CK 對照處理分別提高了5.91%和14.36%；復水后，試驗組SOD 活性均呈下降趨勢[見圖4(a)]。脅迫10 d 處理組的夏玉米，在脅迫期間BW1T2 的SOD 活性呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，于脅迫第5 天達到峰值，相較于CK 對照處理提高了34.87%，BW2T2的SOD 活性始終低于CK 對照處理水平；復水后脅迫程度緩解，復水第2 天SOD 活性降至最低，之后BW1T2 的SOD 活性先增大后減小，在復水第5 天SOD 活性達到最高點，相較于CK對照處理提高了51.98%，出現(xiàn)明顯補償效應，BW2T2的則逐漸增加恢復至CK 水平[見圖4(b)]。脅迫15 d 處理組的夏玉米，在脅迫期間SOD 活性均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，于脅迫第5天達到峰值，BW1T3和BW2T3的SOD活性相較于CK對照處理分別提高了22.92% 和18.57%；復水后BW1T3 變化趨勢與CK 對照處理組相一致，BW2T3 在復水后第2 天SOD 活性相較于CK 對照處理提高了54.67%，之后降低至CK 水平[見圖4(c)]。在夏玉米拔節(jié)期，所有處理均在脅迫第5 天達到峰值，說明在拔節(jié)期脅迫第5天時，作物所遭受的脅迫狀態(tài)相同。復水后，脅迫時長為10 d(T2)處理組補償效應較為明顯，其SOD活性明顯高于脅迫時長為5 d(T1)和15 d(T3)的處理組。

圖4 夏玉米拔節(jié)期超氧化物歧化酶(SOD)活性于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.4 Changes of SOD activity in summer maize at jointing stage under drought stress and rehydration treatment

綜合夏玉米苗期和拔節(jié)期在干旱脅迫-復水過程中SOD 活性的變化響應，相較于CK 對照處理，復水后SOD 活性呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這與莊克章的研究結論相一致[22]。脅迫時長為10 d 的處理組復水后補償效應最明顯，不同脅迫程度的處理組的對比中可以看出中度脅迫處理的SOD 活性復水后高于輕度和重度脅迫處理。

2.3 干旱脅迫-復水對過氧化物酶(POD)活性的影響

過氧化物酶(POD)是植物體細胞內(nèi)普遍存在的，植物的代謝和抗逆性都與其有著緊密的關系[23]，它的主要作用是還原過氧化氫，將其轉(zhuǎn)變成水分子，通過這個過程來清除過氧化氫。在夏玉米苗期，脅迫時長為5 d 的試驗組MW1T1 和MW2T1 在脅迫期間POD活性不斷增大，并在脅迫第5天達到峰值，分別相對于CK 對照組增加了24.88%和55.28%，MW3T1 的POD 活性先減小后增大，脅迫期間低于CK 對照處理組水平；復水處理后，各試驗組均在復水第4天達到峰值，MW1T1、MW2T1、MW3T1 的POD 活性分別相對于CK 對照組增加了32.97%、16.53%、29.70%，出現(xiàn)了一定補償效應，之后降低至CK 對照處理水平[見圖5(a)]。脅迫時長為10 d 的試驗組MW2T2 和MW3T2 分別在脅迫第5 天和第9 天POD 的活性達到峰值，分別相對于CK 對照組增加了37.66%和94.94%，MW1T2 的試驗組在脅迫期間POD 活性始終低于CK 對照處理水平；復水處理后，各處理的POD 活性不斷增加，MW1T2 和MW2T2 的POD活性復水后始終低于CK 對照處理水平，MW3T2 的POD 活性在復水第7 天后高于CK 對照處理，出現(xiàn)一定補償效應[見圖5(b)]。脅迫時長為15 d 的試驗組POD 活性均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，MW1T3 和MW3T3 在脅迫第5 天的POD 活性達到峰值，分別相對于CK 對照組增加了31.01%和28.22%，MW2T3在脅迫第9 天的POD 活性達到峰值，相對于CK 對照組增加了18.02%；復水后POD 活性有所增加，但均未出現(xiàn)明顯補償效應[見圖5(c)]。

圖5 夏玉米苗期過氧化物酶(POD)活性于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.5 Changes of POD activity in summer maize seedlings under drought stress and rehydration treatment

在夏玉米拔節(jié)期，脅迫5 d的試驗組POD 活性在脅迫期間BW1T1 持續(xù)增大，于脅迫第5 天達到峰值，相較于CK 對照組提升了46.14%，復水后先減小后增大，逐漸增大至CK 對照水平；BW2T1的POD活性在夏玉米拔節(jié)期始終低于CK對照水平[見圖6(a)]。脅迫10 d 的處理組在脅迫期間BW1T2 在脅迫第10天出現(xiàn)峰值，相較于CK 對照組提升了39.44%，BW2T2 脅迫期間POD活性始終低于CK對照水平，復水后兩組處理POD活性均顯著增加，均在復水后第7天POD活性達到峰值，出現(xiàn)補償效應，分別相較于CK對照組提升了55.19%、13.85%，之后降低至CK對照水平[見圖6(b)]。脅迫15 d的處理組在脅迫期間POD 活性均低于CK 對照水平，復水后雖然有所增加，但始終低于對照組水平[見圖6(c)]。

圖6 夏玉米拔節(jié)期過氧化物酶(POD)活性于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.6 Changes of POD activity in summer maize at jointing stage under drought stress and rehydration treatment

綜合對比夏玉米苗期和拔節(jié)期在干旱脅迫-復水過程中POD 活性的變化響應，隨著脅迫時長的增長，POD 活性相較于CK 對照處理增大幅度逐漸降低，說明由于干旱脅迫程度不斷加劇，植物體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)的工作出現(xiàn)了失調(diào)?；謴驼Ｋ焦嗨蟾魈幚淼腜OD 活性均有所增加，這與黃旭光研究朱槿幼苗的POD 活性變化規(guī)律一致[24]。拔節(jié)期的POD 活性明顯高于苗期，說明夏玉米拔節(jié)期清除過氧化氫的能力強于苗期。

2.4 干旱脅迫-復水對夏玉米過氧化氫酶(CAT)活性的影響

過氧化氫酶(CAT)以過氧化氫為底物，通過催化一對電子的轉(zhuǎn)移而最終將其分解為水和氧氣[25]，避免了過氧化氫在體內(nèi)的積累，從而可維持體內(nèi)正常的活性氧水平[26]。由圖7 可知，在夏玉米苗期期間，脅迫5 d 的處理組在脅迫期間CAT 活性先增大后減小，在脅迫第4 天達到峰值，MW1T1、MW2T1 和MW3T1 的CAT 活性相較于CK 對照組分別提升了64.49%、104.23%、52.18%，而第5 天減小至最小值；復水后所有試驗組CAT 活性先升高后降低，MW1T1 水平于復水第2 天達到峰值，MW2T1 和MW3T1 于復水第4 天達到峰值，相較于CK 對照組分別提升了11.19%、79.37%、32.53%，最終3 個水分脅迫處理組的CAT活性均降低至CK對照處理水平[見圖7(a)]。脅迫10 d 的3 組不同的水分處理脅迫期間均在脅迫第4 天CAT 活性達到峰值，MW1T2、MW2T2 和MW3T2 的CAT 活性相較于CK 對照組分別提升了31.16%、55.07%、36.73%，而第5 天減小至最小值，在脅迫末期均低于CK 對照處理水平；復水后，MW1T2 和MW2T2 均先增大后減小，MW1T2 的CAT 活性在復水后第2 天達到峰值，MW2T2 的CAT 活性在復水后第4 天達到峰值，分別相較于CK 對照組分別提升了5.23%、32.43%，出現(xiàn)補償效應并最終降低至CK水平，MW3T2復水后呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在復水第7 天出現(xiàn)補償效應[見圖7(b)]。脅迫15 d的處理組，在脅迫期間均于脅迫第4天CAT活性達到峰值，MW1T3、MW2T3 和MW3T3 的CAT 活性相較于CK 對照組分別提升了56.38%、31.84%、26.50%，在脅迫末期CAT 活性和CK 對照處理水平一致，在復水期間3 個試驗組的CAT 活性均先增大后減小，出現(xiàn)補償效應，MW1T3和MW2T3在復水第3 天達到峰值，相較于CK 對照組分別提升了18.58%、27.07%，MW3T3在復水第8天達到峰值，相較于CK 對照組提升了40.28%，之后均降低至CK水平[見圖7(c)]。

圖7 夏玉米苗期過氧化氫酶(CAT)活性于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.7 Changes of CAT activity in summer maize seedlings under drought stress and rehydration treatment

在夏玉米拔節(jié)期期間，脅迫5 d 的處理組，BW1T1 的CAT活性在脅迫期間先增大后減小，在脅迫第3天達到峰值，相較于CK 對照組提升了52.94%，復水后也呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，于復水第5 天達到峰值，相較于CK 對照組提升了53.31%；BW2T2 的CAT 活性在脅迫期間持續(xù)增加至脅迫第5天達到峰值，相較于CK 對照組提升了32.55%，復水后先減小后增加，于復水后第7 天達到峰值，相較于CK 對照組提升了38.13%，2個不同水分水平的處理均出現(xiàn)補償效應且于復水后第10天恢復至CK 水平[見圖8(a)]。脅迫10 d的2個水分處理組CAT 活性均在脅迫期間先升高后降低，脅迫第5 天達到峰值，BW1T2 和BW2T2 相較于CK 對照組分別提升了74.23%、38.54%；復水后各試驗組也均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，并于復水后第2 天達到峰值，CAT 活性相較于CK 對照組分別提升了5.93%、38.07%，出現(xiàn)補償效應，之后CAT 活性開始減小，復水后第7 天降低至CK 水平[見圖8(b)]。脅迫15 d 的2 個處理組在脅迫期間先升高后降低，在脅迫第3天的時候達到峰值，BW1T3 和BW2T3 的CAT 活性相較于CK 對照組分別提升了33.44%、16.15%；復水后CAT 活性持續(xù)增加，BW1T3 和BW2T3 出現(xiàn)明顯補償效應，其CAT 活性分別于復水后第10 天和復水后第6 天達到峰值，相較于CK 對照組分別提升了35.37%、29.96%[見圖8(c)]。

圖8 夏玉米拔節(jié)期過氧化氫酶(CAT)活性于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.8 Changes of CAT activity in summer maize at jointing stage under drought stress and rehydration treatment

綜合比較夏玉米苗期和拔節(jié)期在干旱脅迫-復水過程中CAT 活性的變化響應，在夏玉米苗期脅迫期間，CAT 活性均于脅迫第4 天達到峰值，這與劉承[27]利用PEG-6000 模擬水分脅迫的研究得出的結論一致；復水后輕度和中度水分脅迫處理均在復水4 天內(nèi)達到峰值，而重度水分脅迫處理均在復水4天后達到峰值，說明隨著脅迫程度增加，復水后CAT 響應時間增長。夏玉米拔節(jié)期的CAT 活性均高于相同脅迫程度的苗期處理，說明作物拔節(jié)期抵抗脅迫危害的能力強于苗期。

2.5 干旱脅迫-復水對夏玉米還原型谷胱甘肽(GSH)含量的影響

植物對于外界環(huán)境脅迫的耐受性與植物體內(nèi)谷胱甘肽含量密切相關，在植物受到干旱脅迫時，植物細胞自身代謝過程中會生成部分過氧化物，還原型谷胱甘肽(GSH)可以非常高效地清除這些過氧化物[28]。GSH可以由植物體細胞內(nèi)的氧化型谷胱甘肽(GSSG)轉(zhuǎn)化而來，GSH 含量增高后植物抗逆能力也隨之變強[29]。在夏玉米苗期，脅迫5 d 的處理組MW1T1 和MW2T1 的GSH 含量呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，在脅迫第5 天達到峰值，分別是CK 對照處理組的1.35 倍、1.23 倍，MW3T1的GSH 含量脅迫期間持續(xù)降低；復水后，各試驗組GSH 含量均在復水第2 天達到峰值，分別是CK 對照處理組的1.31 倍、1.16 倍、1.82 倍，出現(xiàn)明顯補償效應，之后降低至CK 對照處理水平[見圖9(a)]。脅迫10 d 的處理組MW1T2 和MW2T2 的GSH 含量在脅迫第7 天達到峰值，分別是CK 對照處理組的1.22 倍和1.33 倍，MW3T2 的GSH 含量脅迫期間持續(xù)降低；復水后，MW1T2 和MW2T2 分別于復水后第4 天和復水后第2 天GSH 含量達到峰值，分別為對照組的1.69 倍和1.95 倍，出現(xiàn)明顯補償效應，MW3T2 復水后未出現(xiàn)補償效應[見圖9(b)]。脅迫15 d 的處理組MW1T3 的GSH 含量先減少后增加再下降，于脅迫第7 天達到峰值，是CK 對照處理組的1.73 倍，MW2T3 和MW3T3的GSH 含量均先增加再減少，于脅迫第4天達到峰值，分別是CK 對照處理組的1.73 倍和1.96 倍；在復水后3 組不同水分脅迫處理GSH 含量均有所增加，MW1T3 和MW2T3 分別于復水后第8 天和第6 天達到峰值，相較于CK 對照組GSH 含量分別是其1.21 倍和1.26 倍，出現(xiàn)了補償效應，MW3T3 復水后GSH含量逐漸增大，但未出現(xiàn)補償效應[見圖9(c)]。

圖9 夏玉米苗期還原型谷胱甘肽(GSH)含量于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.9 Changes of GSH content in summer maize seedlings under drought stress and rehydration treatment

在夏玉米拔節(jié)期，脅迫時長為5 d的處理GSH 含量均呈增加趨勢，在脅迫末期達到峰值，BW1T1 和BW2T1 分別為CK對照組的1.22 倍和0.96 倍，復水后逐漸降低，未出現(xiàn)補償效應[見圖10(a)]。脅迫時長為10 d的處理脅迫期間的GSH含量呈先增加后減少的趨勢，BW1T2 的GSH 含量于脅迫第3 天達到峰值，是CK 對照組的1.23 倍，BW2T2 的GSH 含量未超過CK對照組；復水后2組處理GSH含量均逐漸增加，但未出現(xiàn)補償效應[見圖10(b)]。脅迫時長為15 d的處理，GSH 含量先增加后減少，BW1T3 的GSH 含量始終低于CK 對照組，BW2T3 的GSH 含量于脅迫第5 天達到峰值，是CK 對照組的1.06 倍，復水后2組處理均始終低于CK對照水平[見圖10(c)]。

圖10 夏玉米拔節(jié)期還原型谷胱甘肽(GSH)含量于干旱脅迫-復水處理下的變化Fig.10 Changes of GSH content in summer maize at jointing stage under drought stress and rehydration treatment

綜合對比夏玉米苗期和拔節(jié)期在干旱脅迫-復水過程中GSH 含量的變化響應，脅迫處理期間，在脅迫時長為5 d 時，輕度脅迫處理的GSH 含量高于中度和重度脅迫處理，脅迫時長10 d 和15 d 的處理組，中度脅迫的GSH 含量則是最高的，植物體內(nèi)GSH 含量隨干旱脅迫程度加重而減小，這與王娟的研究結論一致[30]。復水后苗期的重度脅迫處理在脅迫10 d 和15 d 的處理組GSH 含量小于CK 對照處理，說明隨著脅迫時長和脅迫程度的增大，作物胞內(nèi)代謝過程也受到了一定程度的破壞。

3 結論

綜合比較夏玉米苗期和拔節(jié)期的MDA、SOD、POD、CAT與GSH 的變化趨勢，SOD、POD、CAT、GSH 在夏玉米的苗期均呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在脅迫第4 天左右達到峰值。在拔節(jié)期，夏玉米的SOD、POD、CAT、GSH 呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，均在脅迫5～10 d 達到峰值。拔節(jié)期的各指標峰值的活性(含量)均高于對應的苗期峰值。由此表明，夏玉米拔節(jié)期各個生化指標的調(diào)節(jié)能力均強于苗期，因此拔節(jié)期抗旱性要優(yōu)于苗期。肖鋼在對夏玉米的研究中也得出了類似結論[17]。夏玉米的MDA 在脅迫期間均隨脅迫時長和脅迫程度的增加不斷積累，在脅迫末期達到峰值，復水后隨著脅迫緩解出現(xiàn)一定補償效應，最終逐漸恢復至CK對照水平。通過MDA含量的變化能初步判斷細胞膜過氧化的程度和夏玉米對逆境條件的反應強弱，也可以驗證玉米抗氧化保護酶系統(tǒng)的響應機制。

通過探究夏玉米生化指標對干旱-復水的響應變化，表明在對夏玉米進行節(jié)水灌溉時，從夏玉米各生化指標變化響應來看，夏玉米苗期的抗旱能力不強，不宜開展持續(xù)時間較久或干旱程度較重的虧水灌溉方案；夏玉米拔節(jié)期的抗旱能力強于苗期，可以采用持續(xù)10 d 灌水量為55%～65%土壤田間持水量的脅迫處理方案進行灌溉，使得夏玉米受到的脅迫傷害在作物自身可調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，繼而復水后出現(xiàn)補償效應，以期對夏玉米的高效節(jié)水灌溉提供理論支持。