鹽脅迫對玉米苗期光合性能和保護酶活性的影響

張 軍，戈 丹，劉 玉，沈杏玉，李 甜

（商洛學院生物醫(yī)藥與食品工程學院，陜西 商洛 726000）

土壤鹽漬化是造成作物減產的重要因素之一。據統(tǒng)計，世界范圍內約有9.5億hm2的鹽堿地。全球每年農業(yè)生產因鹽害造成的損失超過120億美元［1］。隨著人類活動的加劇，鹽漬化正在惡化，開發(fā)和利用鹽漬化土地對提高土地利用效率和穩(wěn)定糧食產量具有重要的意義。選用（育）耐鹽性好的作物是開發(fā)利用鹽堿地的有效措施［2］。玉米是重要的糧食、飼料作物及工業(yè)原料，苗期是整個玉米生長周期的關鍵階段，遭受鹽脅迫后幼苗芽勢弱，胚根少且短，進而影響其后期生長發(fā)育及產量［3，4］。玉米對鹽脅迫極度敏感。劉俊等［5］研究表明，鹽脅迫后玉米幼苗葉片凈光合速率明顯下降，干物質積累明顯下降；王寧等［6］研究表明玉米葉片保護酶活性均隨鹽濃度升高呈先降低后升高趨勢。這為后續(xù)研究提供了較好的借鑒和參考。

玉米是商洛市乃至整個秦巴山區(qū)的主要糧食作物，常年播種面積約16萬hm2［7］。目前有關商洛市主栽玉米品種耐鹽性研究鮮有報道。本試驗以商洛市6份主栽玉米品種為材料，測定不同濃度NaCl處理下相對電導率等指標，應用加權隸屬函數(shù)法綜合評價其耐鹽性，以期篩選出苗期耐鹽性較強的玉米品種，為商洛市玉米種植品種的選用提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料與培養(yǎng)

選用6份商洛市主栽玉米品種為材料，分別為安森7號、秦鑫1708、萬瑞6號、兆玉951、正大658和登海11，種子由商洛市種子管理站提供。以本地較大種植面積的登海11為對照。人工挑選大小一致的玉米種子，用10%的NaClO消毒處理10 min，去離子水沖洗4次后置于含適宜水分的培養(yǎng)皿中，培養(yǎng)至種子露白，挑選長勢一致的露白種子植入鋪有紗布的水培籃中。Hoagland營養(yǎng)液培養(yǎng)至三葉一心期時，將培養(yǎng)液換成用Hoagland營養(yǎng)液配置的NaCl溶液為鹽脅迫溶液。設置4個梯度：0 mmol/L（CK）、50 mmol/L（S1）、100 mmol/L（S2）和150 mmol/L（S3），每個處理3次重復。

1.2 測定指標和方法

7 d后選取生長狀況相對一致的幼苗相同部位葉，用便攜式Li-6400光合儀器于9：00—11：00測定凈光合速率（Pn）、胞間CO2濃度（Ci）、氣孔導度（GS）和蒸騰速率（Tr），設置CO2濃度為380 μmol/mol，光照度為1 000 μmol/（m2·s）。測定結束后取相同葉測定SOD、POD和CAT活性。具體方法參照文獻［8］。每個指標3次重復。

1.3 耐鹽性評價

不同濃度鹽脅迫下各指標測定值與對應品種對照指標測定值的比值為耐鹽系數(shù)。以耐鹽系數(shù)為依據，利用加權隸屬函數(shù)法對參試玉米品種耐鹽性進行綜合評價。

式中，u（Xj）為隸屬函數(shù)值；Xj為第j個指標的耐鹽系數(shù)，Xmin和Xmax為第j個指標耐鹽系數(shù)的最小值和最大值。

參考張軍等［9］設定S1脅迫、S2脅迫和S3脅迫的各權重分別為1/6、1/3、1/2，與相對應的隸屬度相乘，求得的平均數(shù)值為該玉米品種耐鹽性的最終值。最終D值越大，表明該品種的耐鹽性越強，反之耐鹽性越差。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2003進行數(shù)據整理，SPSS 22.0軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對苗期玉米葉片光合性能的影響

2.1.1 對凈光合速率的影響 由表1可知，鹽脅迫后供試品種葉片凈光合速率較對照均不同程度地下降。S1處理下，兆玉951葉片Pn較對照降幅最大，為42.41%，登海11降幅最小，為2.62%。S2處理下，萬瑞6號的Pn較對照降幅最大，為92.04%，登海11降幅最小，為24.01%；S3處理下，安森7號的Pn較對照降幅最大，為98.18%，登海11降幅最小，為48.21%。其余品種介于二者之間。

表1 鹽脅迫對苗期玉米葉片凈光合速率的影響 （單位：μmolCO2/（m2·s））

2.1.2 對氣孔導度的影響 鹽脅迫后供試品種葉片氣孔導度較對照呈下降趨勢（表2）。S1處理下兆玉951葉片Gs較對照降幅最大，為55.56%，登海11Gs降幅最小，為11.12%。S2處理下兆玉951較對照Gs降幅最大，為72.22%，萬瑞6號Gs降幅最小，為6.45%。S3處理下兆玉951Gs降幅最大，為88.89%，萬瑞6號Gs降幅最小，為38.46%。

表2 鹽脅迫對苗期玉米葉片氣孔導度的影響 （單位：molCO2/（m2·s））

2.1.3 對苗期蒸騰速率的影響 由表3可知，鹽脅迫后葉片蒸騰速率較對照均顯著下降。其中，S1處理下秦鑫1708葉片Tr較對照降幅最大，為35.06%，萬瑞6號Tr降幅最小，為5.65%；S2處理下安森7號較對照Tr降幅最大，為58.15%，兆玉951降幅最小，為24.38%；S3處理下秦鑫1708Tr較對照降幅最大，為68.53%，兆玉951最小，為26.37%。此外，除兆玉951外，其余品種葉片蒸騰速率在相鄰處理間均差異顯著。

表3 鹽脅迫對苗期玉米葉片蒸騰速率的影響 （單位：mmolH2O/（m2·s））

2.1.4 對胞間CO2濃度的影響 由表4可知，鹽脅迫后玉米葉片胞間CO2濃度較對照均不同程度地增加。其中，S1處理下，安森7號葉片Ci增幅最大，為62.83%，秦鑫1708Ci增幅最小，為13.28%；S2處理下秦鑫1708Ci較對照增幅最大，為95.94%，正大658增幅最小，為34.17%；S3處理下安森7號Ci較對照增幅最大，為186.63%，登海11增幅最小，為43.53%。

表4 鹽脅迫對苗期玉米葉片胞間CO2濃度的影響 （單位：μmol CO2/mol）

2.2 鹽脅迫對苗期玉米葉片保護酶活性的影響

2.2.1 對SOD活性的影響 由圖1可知，供試玉米品種苗期葉片SOD活性隨著鹽脅迫強度的增加呈先增后減的變化趨勢。S1處理下，兆玉951葉片SOD活性較對照增幅最大，為14.22%，萬瑞6號增幅最小，為1.56%。S2處理下各品種葉片SOD活性均達到最大值。S3處理下SOD活性較對照均顯著下降，萬瑞6號降幅最大，為75.56%，正大658降幅最小，為13.01%。

圖1 鹽脅迫對苗期玉米葉片SOD活性的影響

2.2.2 對POD活性的影響 隨著鹽脅迫強度的增加，供試玉米品種苗期葉片POD活性呈先增后減的變化趨勢（圖2）。S1處理和S2處理下，均是安森7號葉片POD活性較對照增幅最小，分別為7.21%和24.98%；S1處理下登海11葉片POD活性較對照增幅最大，為84.32%；S2處理下，登海11葉片POD活性較對照增幅最大，為109.66%。S3處理下POD活性較對照均顯著下降，萬瑞6號降幅最大，為70.35%，登海11降幅最小，為11.27%。

圖2 鹽脅迫對苗期玉米葉片POD活性的影響

2.2.3 對CAT活性的影響 由圖3可知，供試玉米品種苗期葉片CAT活性隨著鹽脅迫強度的增加先增后減。S1處理下，正大658葉片CAT活性較對照增幅最大，為31.94%，秦鑫1708增幅最小，為15.08%。S2處理下各品種葉片CAT活性均達到最大值。S3處理下，各品種葉片CAT活性較對照有不同程度下降，兆玉951降幅最大，為55.96%，登海11降幅最小，為7.78%；除登海11外，其他5個品種葉片CAT活性較對照顯著下降。

圖3 鹽脅迫對苗期玉米葉片CAT活性的影響

2.3 苗期耐鹽性綜合評價

對3個鹽脅迫濃度下所測指標應用隸屬函數(shù)法進行分析（表5）。以S1為例，登海11的u（X1）最大，為1.00，說明其在凈光合速率（Pn）指標上其耐鹽性最好，兆玉951的u（X1）最小，為0，說明在Pn指標上其耐鹽性最差。將各指標的u（Xj）值求和，得D值。S1處理下登海11的D值最大，說明其對此鹽脅迫耐受性最好。將S1、S2和S3脅迫下的D值進行加權求和，得出6個品種的綜合耐鹽性為登海11＞正大658＞秦鑫1708＞安森7號＞萬瑞6號＞兆玉951。

表5 參試品種耐鹽性綜合評價

3 討論

光合作用是作物物質積累的重要途徑，光合性能直接影響干物質的積累和產量的組成［10］。本試驗中，鹽脅迫后供試品種苗期玉米葉片的凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率有不同程度降低，這與包明陳等［11］的研究結論相一致。鹽脅迫條件下葉綠體中積累較高濃度的Na+和Cl-［12］，PSⅡ、電子傳遞鏈（ETC）等的效率和CO2同化率（IL）都顯著下降［13］，最終表現(xiàn)為光合能力的下降。此外，本試驗中胞間CO2濃度在鹽脅迫后有所增加。凈光合速率下降導致光合所需的CO2下降，其在植物細胞中積累使細胞內CO2濃度上升。

作物為保護自身免受氧化損傷，形成相應的保護酶系統(tǒng)以保護植物細胞膜和敏感分子免受活性氧的影響［4］。侯楠等［14］研究表明，鹽脅迫后玉米幼苗體內SOD、POD、CAT活性會呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。本試驗也得出類似結論，隨著鹽脅迫的增加，3種保護酶活性有不同程度增加，以控制活性氧的含量。而S3處理下保護酶活性均有較大幅度的下降，可見植物通過增強自身保護酶活性來抵御逆境脅迫是有一定范圍的［15］。

作物的抗逆性是一個綜合性狀，單一性狀很難準確反映作物的抗逆性，需要測定多項指標進行共同評價［16］。隸屬函數(shù)法是一種重要的等級評價方法，經常在作物抗逆性評價中應用［9］。本試驗中，根據D值，登海11苗期耐鹽性最好，其次為正大658，兆玉951苗期耐鹽性最弱。

S2處理和S3處理下的D值和最終加權綜合D值結果基本一致，表明具有一定強度脅迫的逆境可能更有利于品種耐鹽性的篩選，而濃度閾值需要結合供試材料等因素來綜合確定。