苗期玉米根葉對干旱脅迫的生理響應(yīng)J

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1、苗期玉米根葉對干旱脅迫的生理響應(yīng)齊健1,2,3，宋鳳斌1*，劉勝群1,21.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林長春130012；2.中國科學(xué)院研究生院，北京1000393.吉林省農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室，吉林長春130022摘要：采用人工控制水分的方法，研究了干旱脅迫下苗期玉米（ZeamaysL.）根系和葉片的生理指標(biāo)，用以明確苗期玉米根系和葉片對干旱的生理響應(yīng)。研究結(jié)果表明，苗期中度干旱脅迫處理條件下，玉米根系和葉片均表現(xiàn)出對干旱脅迫的生理響應(yīng)，并各具特點。與對照相比，干旱脅迫使玉米根系和地上部的生物量降低，葉片中的葉綠素含量顯著降低、葉片光合面積減小，根冠比增大。干旱脅迫使玉米根系比表面

2、積增大，根系氧化活力和還原活力增強。干旱脅迫導(dǎo)致玉米葉片的光合功能降低，初始熒光升高，初始光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）的原初光能轉(zhuǎn)換效率、PSⅡ潛在活性、潛在光合作用活力均受到抑制。干旱脅迫下玉米葉片和根系脂質(zhì)過氧化作用增強，根系和葉片中的游離脯氨酸含量升高。關(guān)鍵詞：玉米；苗期；干旱脅迫；根系；葉片；生理響應(yīng)中圖分類號：Q945.78文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1672-2175（2006）06-1264-05玉米不僅需水較多，而且對水分脅迫比較敏感。從玉米生產(chǎn)來看，世界上很多地方干旱是限制玉米產(chǎn)量的最主要因素[1]。干旱已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要限制因素，嚴(yán)重影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。因此，作物對干旱的生理

3、響應(yīng)規(guī)律和適應(yīng)性的研究一直是熱點課題。但由于根系生長于地下，取樣和研究的技術(shù)手段都存在一定困難，所以多數(shù)研究都是圍繞植株體的地上部進行的[2-3]，對干玉米（ZeamaysL.）根系和地上部葉片生理性狀對干旱脅迫的響應(yīng)的研究還相對較少。但根系和地上部是一個統(tǒng)一的有機整體，根系是作物生命活動的重要器官，與作物生長發(fā)育及產(chǎn)量形成密切相關(guān)[4-6]。根系和地上部所處的環(huán)境不同，根系是土壤水分的直接吸收利用者，當(dāng)土壤干旱時，根系首先感應(yīng)并迅速發(fā)出信號，使整個植株對干旱脅迫做出反應(yīng)，同時根系形態(tài)結(jié)構(gòu)，化學(xué)成分的數(shù)量和生物質(zhì)量也發(fā)生相應(yīng)變化，并影響地上部“光系統(tǒng)”的建成和產(chǎn)量?；诖?，本研究系統(tǒng)探討了玉

4、米幼苗根系和地上部葉片在干旱脅迫下的生理過程的變化出發(fā)，著重測定了玉米苗期根系和葉片的幾個重要的生理生化指標(biāo)，并對玉米耐旱能力進行了分析，以期揭示玉米根葉對干旱脅迫的生理響應(yīng)，結(jié)果可為研究玉米的耐旱生理機制以及耐旱性鑒定指標(biāo)體系提供理論支撐和科學(xué)數(shù)據(jù)，培育高產(chǎn)耐旱品種的玉米品種，從玉米耐旱生理機制上尋找耐旱節(jié)水的突破口，對提高耐旱高產(chǎn)玉米新品種選擇效率和水分利用率具有重要意義。1材料與方法1.1材料及設(shè)計采用玉米品種掖單13號（簡稱YD-13）和丹玉13號（簡稱DY-13）為試驗材料。試驗于玻璃溫室進行。選取子粒飽滿，大小均勻的種子，經(jīng)催芽處理后，將材料播于高20cm，直徑為15cm的花盆中

5、。供試土壤為黑土，土壤肥力中等，盆中施入種肥，施肥量按700kg/hm2計算。，待幼苗長至第一片葉展開后，進行疏苗，選取長勢相近的幼苗，每盆留苗3株。待幼苗長至四葉一心時采用控水的方法[7]進行中度干旱脅迫（土壤水分含量為田間最大持水量的45%～50%）處理，處理期間用稱重法控制土壤水分。以正常供水株為對照（CK）。在干旱脅迫處理的第7天進行取樣進行各項生理指標(biāo)的測定。1.2測定項目及方法（1）葉綠素含量：采用Arnon（1949）方法[8]。（2）葉面積采用LI-3000A型便攜式葉面積儀測定。（3）葉綠素?zé)晒鈪?shù)：采用OS30P型植物脅迫測量儀測定玉米第四葉片（完全伸展葉）的葉綠素?zé)晒鈪?/p>

6、數(shù)，用動力學(xué)模式（KineticMode）測定暗適應(yīng)20min后的葉片的熒光誘導(dǎo)動力學(xué)參數(shù)：暗適應(yīng)后的初始熒光F0，是光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ）反應(yīng)中心處于完全開放時的熒光產(chǎn)量、最大熒光產(chǎn)量Fm，是PSⅡ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時的熒光產(chǎn)量和Fv/Fm是PSⅡ最大光化學(xué)量子產(chǎn)量，代表PSⅡ的潛在活性[9]。計算可變熒光Fv（Fv=Fm-F0），F(xiàn)v/F0（代表光系統(tǒng)Ⅱ的原初光能轉(zhuǎn)化效率，它表示天線色素吸收光能向PSⅡ轉(zhuǎn)化的潛力，能夠反映光能吸收轉(zhuǎn)化機構(gòu)的完整性）。（4）根系比表面積：采用甲烯藍吸附法。根系比表面積=根系總吸收面積（m2）/根體積（cm3）[10]。（5）根系和地上部的生物量和根冠比測定：

7、采用烘干稱重法；根冠比為根系生物量（g）/地上部生物量（g）。（6）根系氧化力：采用α-萘胺氧化法[10]。（7）根系還原力：采用氯化三苯基四氮唑（TTC）改良法[11]。（8）丙二醛（MDA）含量：采用比色法測定[8]。（9）脯氨酸含量：采用茚三酮比色法[8]。以上各項測定均6次重復(fù)，并對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。2結(jié)果與分析2.1葉面積、葉綠素含量和葉綠素?zé)晒鈪?shù)對干旱脅迫的生理響應(yīng)圖1干旱脅迫對綠葉面積的影