鹽堿環(huán)境脅迫對吸脹萌發(fā)期玉米種子SOD活性的影響

沈 彥

(桂林市靈川縣定江鎮(zhèn)農業(yè)農村綜合服務中心，廣西 靈川 541213)

1 引言

影響玉米產量的主要環(huán)境因素有干旱、低溫、鹽堿等，隨著人口增加和經濟發(fā)展，鹽堿化、工業(yè)污染、氣候的異常、水資源匱乏日益加重。中國沿海地區(qū)鹽堿化、次生鹽堿化土壤達4000萬hm2以上，玉米是糧飼兼用型的主要農作物，鹽堿環(huán)境脅迫可在玉米的整個生育期中對作物產生傷害，尤其是種子吸脹萌發(fā)更為敏感，直接影響玉米苗期和植株的生長，導致玉米減產[1]。藺吉祥等[2]認為隨著鹽堿脅迫濃度的增大，小麥種子的發(fā)芽率持續(xù)下降；張瑞福等試驗證明NaCl處理種子濃度的增加，種子萌發(fā)受到不同程度的抑制。本文在前人工作的基礎上主要側重研究玉米種子在充分吸脹后的萌動期，在不同逆境下整個抗氧化酶系統(tǒng)的變化規(guī)律，并對不同逆境的效應進行比較，以期為進一步研究在逆境條件下的玉米種子萌發(fā)生理奠定基礎，為培育和篩選玉米萌發(fā)期抗逆品種提供理論依據，為建立配套栽培措施提供指導。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料

供試材料為玉米(Zea Mays)雜交種沈玉17號。

2.2 試驗方法

2.2.1 種子預吸脹處理

取20 g挑選的玉米種子(2次重復)經0.1%NaClO浸泡消毒10 min后，將種子用蒸餾水沖洗干凈，放于鋪有兩層濾紙的培養(yǎng)皿 (Φ12 cm) 中，加入20 mL蒸餾水，28 ℃暗中處理。取吸脹24 h玉米種子進行各種環(huán)境脅迫處理(低溫脅迫處理材料吸脹12 h)，以蒸餾水處理為對照，對照培養(yǎng)溫度為28 ℃。

2.2.2 環(huán)境脅迫處理

取吸脹24 h(低溫處理為吸脹12 h)的種子，分別用鹽、堿處理(處理水平見表1)。處理2、4、6、8、10 h后取樣測定各種指標，并調查10 h后的發(fā)芽情況。同時測定吸脹萌發(fā)期處理對種子SOD活性的影響。

3 吸脹萌發(fā)期環(huán)境脅迫對種子SOD的影響

3.1 吸脹萌發(fā)期Na2CO3處理對種子SOD活性的影響

由圖1可以看出，對照種子在處理期間SOD活性隨時間的延續(xù)略有緩慢升高；0.03M Na2CO3處理誘導初期(0～2 h)的SOD活性升高；0.5M Na2CO3處理誘導初期(0～2 h)的SOD活性升高，短時間穩(wěn)定后(4～6 h)下降。在處理的前半期，高濃度的Na2CO3(0.5M)誘導產生的SOD活性高于低濃度(0.03M)。這意味著在高濃度的Na2CO3誘導產生更多的活性氧，也意味著在高濃度Na2CO3脅迫下種子細胞膜受到更大的傷害。方差分析表明0.5M Na2CO3處理與對照差異達極顯著水平；與0.03M Na2CO3處理差異不顯著；0.03M Na2CO3處理與對照差異不顯著。

圖1 Na2CO3處理下種子SOD活性的變化

3.2 吸脹萌發(fā)期NaCl處理對種子SOD活性的影響

由圖2可以看出，不論是高濃度的NaCl(0.5M)，還是低濃度的NaCl(0.03 M)都誘導處理初期(高濃度0～2 h，低濃度0～4 h)的SOD活性升高，都顯著的高于對照，但NaCl誘導的SOD上升不穩(wěn)定，在中期下降，后期又上升。NaCl處理的濃度越高，處理前期誘導的SOD活性越強。在NaCl處理過程中SOD活性變化出現2個活性高峰，分別出現在早期(4 h)和后期(8 h)。各處理的最低值均出現在6h處。方差分析表明，種子SOD活性在2個NaCl濃度處理間有顯著差異，2個NaCl濃度處理都與對照差異顯著。

圖2 NaCl處理下種子SOD活性的變化

4 結果與討論

在吸脹萌發(fā)過程中，種子吸水經歷快-慢-快的三階段，依次是依賴種子襯質勢的急劇吸水過程，吸水停滯階段和露白過程的吸水再度上升階段[4]。種子吸脹作用開始后，首先恢復呼吸作用，這個變化在幾分鐘內就可被檢量到。在萌發(fā)過程中，耗氧量先是驟然增加，然后增加速率變緩，直到胚根長出，呼吸作用再驟然提高[5,6]。種子吸脹萌發(fā)期鹽堿脅迫對于抗氧化酶活性都具有誘導作用，誘導效應隨濃度的升高而增大。鹽(NaCl)和堿(Na2CO3)之間的誘導效應以存在較大的差異。低濃度(0.03 mol/L)的鹽(0.03 mol/L)和低濃度(0.03 mol/L)的堿的效應相近，但是高濃度(0.5 mol/L)Na2CO3處理對SOD的誘導效應遠大于高濃度(0.5 mol/L)的NaCl。這與曲元剛[7]玉米種子Na2CO3脅迫與NaCl脅迫對比研究的結果一致。相同濃度下Na2CO3的離子強度大于一價鹽NaCl，此外，Na2CO3的pH值高于鹽。一般認為Na2CO3對種子的效應除Na+造成的滲透脅迫外，還有pH值變化造成的堿脅迫。

李廣敏等[8]認為隨處理時間的延續(xù)，細胞對滲透脅迫的“防衛(wèi)反應”啟動。一般認為鹽脅迫對植物的傷害包括鹽離子的直接傷害與生理缺水傷害兩個方面，在較高鹽濃度下，生理缺水才可能成為鹽害的主導因素[9]。據此可以認為，鹽堿對種子抗氧化酶活性效應也可分為兩類，一是低濃度時以鹽的離子效應為主；二是高濃度時鹽的離子毒害和生理缺水傷害并重。本試驗結果支持這種觀點。高濃度鹽處理開始時各種酶的活性都高于低濃度，但其后下降快，而且伴隨著較高含量的MDA的產生和外滲溶液相對電導率的增大。在氧化逆境中SOD具有減量調節(jié)，但解釋此活性下降的機制尚不清楚[10]。陳月雁等[11]研究星星草種子吸脹萌發(fā)期抗氧化酶活性的變化時發(fā)現，隨Na2CO3處理濃度的升高，種子吸脹過程中抗氧化酶活性升高的速率較對照變慢，而且酶活性總體上低于對照。

在本試驗中所有濃度的鹽和堿脅迫在處理初期都引起抗氧化酶活性的升高，較長時間的脅迫才導致酶活性的降低，其原因可能是種子經過一定時間的吸脹后，細胞代謝能力增強，能夠對外界刺激做出及時的反應，如果在吸脹期遇到鹽堿脅迫，可能會加劇吸脹傷害，所以不會增強抗氧化酶的活性[12]。因此，如何避免種子吸脹時的堿鹽傷害是生產上需要解決的一個關鍵問題。有研究證明，不同SOD同工酶對于植物抗性作用有不同的貢獻[13]。在本試驗中雖然各種處理都使種子SOD活性產生了變化，但后期試驗對SOD同工酶譜帶的分析表明：處理與對照相比主要譜帶數量沒有改變，所以SOD酶活性變化可能不是通過改變SOD同工酶種類來實現的，而是通過不同同工酶編碼基因的表達調節(jié)達到的[14]。這或許說明，種子SOD同工酶譜帶是一特征性狀，在環(huán)境脅迫下它們有統(tǒng)一的調控機制[15]。然而，這一觀點仍需進行更多的研究來印證。