低磷胁迫对4个玉米自交系幼苗生长及生理生化特性的影响.pdf

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山东农业科学2014，46(5)：82—84ShandongAgriculturalSciences低磷胁迫对4个玉米自交系幼苗生长及生理生化特性的影响徐立华，徐相波，王玉红，丁一，周柱华，刘月辉(1．山东省农业科学院玉米研究所，山东济南250100；2．山东省农业科学院生物技术研究中心，山东济南250100；3．济南大学医学与生命科学学院，山东济南250022)摘要：选取常规玉米育种中应用的4个自交系，研究它们苗期对低磷的耐受性及低磷胁迫下幼苗鲜重、干重、株高及其生理生化特性变化。结果表明：齐319低磷胁迫耐受性较差，鲁原476次之，鲁原43、99038较耐低磷胁迫；低磷胁迫可增加玉米自交系的根长和根体积，耐受性较差的增加较多；可增加自交系中脯氨酸和丙二醛的含量，使过氧化氢酶和磷酸酯酶活性升高、硝酸还原酶活性降低。生物活性分子含量及酶活性变化与自交系的低磷耐受程度呈一定的相关性。关键词：玉米自交系；低磷胁迫；生理生化特性中图分类号：s513．01文献标识号：A文章编号：1001—4942(2014)05—0082—03EfectsofLowPhosphorusStressonSeedlingGrowth，PhysiologicalandBiochemicalCharacteristicsofFourMaizeInbredLinesXuLihua，XuXiangbo，WangYuhong。DingYi，ZhouZhuhua，LiuYuehui，(1．MaizeResearchInstitute，ShandongAcademyofAgriculturalSciences，Jinan250100，China；2．Bio—TechResearchCenter，ShandongAcademyofAgriculturalSciences，Jinan250100，China；3．CollegeofMedicineandLifeSciences，UniversityofJinan，n凸凡250022，China)AbstractFourinbredlinesappliedinconventionalmaizebreedingwereselectedtoanalyzethetoler—ance，flreshweight，dryweight，plantheightandphysiologicalandbiochemicalcharacteristicsofseedlingsun-derlowphosphorusstress．TheresultsshowedthatQi319hadtheworsttolerancetolowphosphorusfollowedbyLuyuan476，whileLuyuan43and99038hadbettertolerance．Lowphosphorusstresscouldincreasetherootlengthandvolumeofmaizeinbredlines，andthosewhichhadworsetoleranceincreasedmore．Lowphos-phorusstressalsocouldincreasetheprolineandMDAcontents，improvetheCATandphosphoesteraseactivi—ties，butdecreasethenitratereductaseactivity．Thevariationofbioactivemoleculecontentandenzymeactivi—tyinmaizeinbredlineswerefoundtoberelatedtolowphosphorusstressinacertainextent．KeywordsMaizeinbredline；Lowphosphorusstress；Physiologicalandbiochemicalcharacteristics玉米是世界三大粮食作物之一，也是我国主磷是农业生产中普遍存在的限制因素，我国有2／3要的粮饲作物和重要的能源作物。山东是我国玉的耕地缺磷，面积约7千万公顷。使用磷肥是目米生产与输出大省⋯。磷是三大矿质营养元素前农业生产上解决土壤磷缺乏的主要措施，然而之一，在植物生长发育中有着重要作用。土壤缺磷肥利用率很低，当季只有15％，包括后效也不收稿日期：2013一l1—01基金项目：山东省自然科学基金项目“磷高效利用玉米杂交种耐低磷机制研究”(ZR2010CM053)；山东省自然科学基金项目“太空诱变玉米核雄性不育突变体的遗传分析和基因定位”(ZR2009DM037)；国家“863”计划项目“玉米DH工程化育种技术与新品种选育研究”(2012AA101203)作者简介：徐立华(1971一)，男，硕士，从事玉米遗传育种研究。E—marl：xlh7124@sina．tom通讯作者，E—mail：chm_liuyh@ujn．edu．cn 第5期徐立华，等：低磷胁迫对4个玉米自交系幼苗生长及生理生化特性的影响83超过25％]，相当多的磷素与土壤中的钙离子、接近于1。说明低磷胁迫对齐319的幼苗生长影铁离子和铝离子等结合形成难溶的磷酸盐，使土响最大，对鲁原43和99038的影响较小，即后两壤成为潜在磷库。因此，我国大多数土壤的磷缺者较耐低磷胁迫。乏属于作物可用有效磷的缺乏。鉴于此，筛选出表1低磷胁迫下不同玉米自交系耐低磷的玉米自交系并由其组配出耐低磷的品幼苗鲜重、干重和株高种，对于提高土壤潜在磷的利用率、节约资源、保护环境具有重要意义。1材料与方法1．1供试材料供试4个玉米自交系为：鲁原43、鲁原476、注：比值为低磷／对照处理的数据，即相对生长量，下表同。99038和齐319。1．2试验处理Lynch‘9和Bowman-1。。等认为，低磷胁迫下植试验于2013年在山东省农业科学院玉米研物会通过改变根系的分布来增大吸收面积，根系究所进行。取耕作层熟土，拍碎筛除杂物，与筛洗面积的增大表现为根长增加，侧根增多。由表2后的河沙以“土：沙2：1”的比例混匀制成种植可以看出，4个自交系的根长相对值齐319最大，基质。设低磷和对照两个处理，对照每千克种植鲁原476次之，然后依次是鲁原43和99038。根基质施磷酸二铵304mg和尿素80mg，低磷处理体积的比值也基本遵循这个规律。说明齐319对每千克种植基质施尿素204mg，之后分别装入直低磷胁迫较敏感，鲁原476次之，而鲁原43和径30cm、深30cm的花盆(盆底部做好防渗)，播99038较耐受低磷胁迫。种。每处理3个重复(盆)，每重复播20粒。将表2低磷胁迫下不同玉米自交系幼苗根长和根体积花盆置于试验田中，每隔1天进行浇水。出苗后10天取样测定。1．3指标测定1．3．1生长量指标测定每个重复各取1O株，去离子水洗净，吸水纸吸净表面水分，测定并计算单株平均鲜重、株高、根长和根体积[3】，之后放入电热恒温干燥箱中8OcI二烘干，称重并计算单株2．2低磷胁迫对玉米自交系幼苗生理生化指标平均干重。的影响1．3．2生理生化指标测定丙二醛含量参考郑2．2．1对脯氨酸和丙二醛含量的影响表3数炳松‘4的方法、脯氨酸含量参考邹琦的方法、据表明，与对照相比，低磷胁迫下各玉米自交系丙硝酸还原酶活性参考张志良_6的方法、过氧化氢二醛和脯氨酸含量均有不同程度的增加。其中仍酶活性参考李忠光等[的方法、酸性磷酸酯酶活以齐319增幅最大，鲁原476次之，鲁原43和99038增幅较小。这与低磷胁迫对自交系生长量性参考李德华等的方法测定。的影响结果基本一致。1．4数据处理数据处理分析采用Excel2003软件。表3低磷胁追下不同玉米自交系幼苗的丙二醛和脯氨酸含量2结果与分析2．1低磷胁迫对不同玉米自交系幼苗生长的影响由表l可以看出，低磷胁迫下齐319的相对鲜重、相对干重及相对株高的值较小，鲁原476次之，而鲁原43和99038的鲜重、干重、株高相对值 山东农业科学第46卷2．2．2对酶活性的影响表4结果表明，低磷胁和蛋白质的合成都有重要的影响_】。迫大幅降低了植株中硝酸还原酶活性。其中齐综合分析，本试验供试4个自交系中齐319319的降幅最大，鲁原476次之，鲁原43和99038低磷胁迫耐受性较差，鲁原476次之，鲁原43、降幅最小。低磷处理后，各自交系过氧化氢酶活99038较耐低磷胁迫；同时表明低磷胁迫可增加性较对照呈升高趋势，增幅由大到小依次为齐玉米自交系的根长和根体积，增加自交系中脯氨319、鲁原476、鲁原43、99038。说明低磷胁迫对酸和丙二醛的含量，使过氧化氢酶和磷酸酯酶活齐319、鲁原476影响较大，对鲁原43、99038影响性升高、硝酸还原酶活性降低。较小。低磷胁迫各玉米自交系增加了酸性磷酸酯参考文献：酶活性，增加幅度由大到小依次是齐319、鲁原476、99038和鲁原43。上述试验结果与各自交系[1]刘锋，王丽丽，秦磊磊，等．山东省夏玉米产量波动及影响对低磷耐受性的程度基本一致。因素分析[J]．山东农业科学，2013，45(6)：58—60．[2]刘建中，李振声，李继云．利用植物自身潜力提高土壤中磷表4低磷胁迫下不同玉米自交系的酶活性的生物有效性[J]．中国生态农业学报，1994(1)：18—25．[3]w．伯姆著．根系研究法[M]．薛德榕，谭协麟译．北京：科学出版社，1985：167—186．[4]郑炳松．现代植物生理生化研究技术[M]．北京：气象出版社，2006：90—91．[5]邹琦．植物生理学实验指导[M]．北京：中国农业出版社，2000：54—56．．[6]张志良．植物生理学实验指导[M]．北京：高等教育出版社．1990：65—68．[7]李忠光，李江鸿，杜朝昆，等．在单一提取系统中同时测定3结论与讨论五种植物抗氧化酶[J]．云南师范大学学报：自然科学版，2002，22(6)：44—48．林翠兰等_l与陈俊意等纠的研究表明，低[8]李德华，向春雷，姜益泉，等．低磷胁迫下不同水稻品种根磷胁迫能使玉米幼苗的根长、根体积、根表面积增系生理特性的研究[J]．华中农业大学学报，2006，25(6)：626—629．加，低磷胁迫下植物可通过根系适应性反应来提[9]LynchJ，BrownKM．Ethyleneandplantresponsestonutrition—高植物对土壤磷的吸收能力，如根系大小、根系形alstress[J]．Physoil．Plant，1997，100(3)：613—619．态(如主根长、根毛密度根毛长、侧根数量、侧根[1O]BowmanDC，DevittDA，Enge1．keMC，eta1．Rootarchitecture密度等)的改变。本试验中，低磷胁迫下4个不affectsnitrateleachingfrombentgrassturf[J]．CropSci．，同基因型玉米自交系幼苗的鲜重、干重、株高均受1998．38：1633—1639．到不同程度影响，且可增加自交系的根长和根体[11]张瑞敏，王三根，黄爱缨，等．施磷水平对不同基因型玉米生理特性及膜保护酶的比较研究[J]．西南大学学报：自然积，耐受性较差自交系增加较多。科学版，2008，30(6)：60—63．植物细胞内很多代谢都可以产生自由基，这[12]梁秀兰，林英春，年海，等．低磷胁迫对不同基因型玉米主些自由基能够直接或间接启动细胞的膜脂过氧化要生理生化特性的影响[J]．作物学报，2005，31(5)：667—进程，产生有害物质，如丙二醛等。为避免自由基669．对细胞膜的破坏，细胞内有一类是保护酶系统，主[13]樊明寿，徐冰，王艳．缺磷条件下玉米根系酸性磷酸酶活性的变化[J]．中国农业科技导报，2001，3(3)：33—36．要有超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、过氧化物酶等[14]林翠兰，李小林．土壤与植物营养研究新动态：第1卷组成。脯氨酸是植物体内有效的渗透调节物[M]．北京：北京农业大学出版社，1992：94．质¨，可以有效缓解逆境带来的影响。脯氨酸和[15]陈俊意，蔡一林，王国强，等．玉米基因型磷效率的主成分丙二醛含量变化与自交系的耐低磷能力有一定的分析[J]．玉米科学，2008，16(1)：67—70．相关性。本试验结果表明，低磷胁迫下4个不同【16]张可炜，李坤朋，刘存辉，等．来自细胞工程技术的不同低磷耐受性玉米自交系磷营养特性分析[J]．应用与环境生基因型玉米自交系幼苗可增加脯氨酸和丙二醛的物学报，2008，14(2)：158—162．含量，并使过氧化氢酶、磷酸酯酶活性增加，硝酸[17]GahooniaTS，NielsenNE．Roottraitsastoolsforcreating还原酶活性降低。硝酸还原酶是植物代谢中一个phosphorusefficientcropvarieties[J]．PlantandSoil，2004，重要调节酶和限速酶，对植物生长发育、产量形成26o：47—57．