低溫脅迫對不同基因型玉米幼苗的影響

張海嬌 鄒原東 李志強 韓振芹

摘要 以不同基因型玉米品種鄭單958、京科968、先玉335、農大108、京農科728和正大615為試驗材料，在玉米苗期進行低溫脅迫，分別在0、2、4 d采集玉米植株樣品進行測定，通過比較玉米幼苗株高、株重、丙二醛含量、脯氨酸含量以及可溶性糖含量的變化，研究低溫對不同基因型玉米幼苗的影響。結果表明，在常溫（25 ℃）和低溫脅迫（5 ℃）的培養條件下，京科968和京農科728的株高均高于先玉335、鄭單958、正大615和農大108，其中京科968的株高顯著高于其他基因型玉米幼苗。5 ℃低溫脅迫條件下，京科968和京農科728的株重顯著高于先玉335、鄭單958、正大615和農大108。低溫脅迫（5 ℃）0、2和4 d條件下，京科968和京農科728種子的丙二醛（MDA）含量和脯氨酸均低于其他基因型玉米幼苗，可溶性糖含量在不同基因型玉米幼苗間呈相反趨勢，在低溫脅迫4 d后優勢更明顯。在低溫脅迫下，京科968、京農科728表現出較強的耐冷性，該研究為解決目前玉米生產中遇到的低溫冷害問題提供理論參考依據。

關鍵詞 玉米幼苗;低溫脅迫;耐冷性

中圖分類號 S 513? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）20-0048-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.20.013

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Effects of Low Temperature Stress on Seedlings of Different Genotypes Maize

ZHANG Hai-jiao， ZOU Yuan-dong ，LI Zhi-qiang et al

（Beijing Vocational College of Agriculture， Beijing 102442）

Abstract Six widely planted maize varieties in China， including Jingke 968 （JK968）， Jingnongke 728 （JNK728） ， Xianyu 335 （XY335） ， Zhengdan 958 （ZD958） ， Zhengda 615 （ZD615） and Nongda 108 （ND108） were used as materials. Low temperature stress was used in maize seedling stage. Plant samples were collected at 0 ， 2 and 4 d for determination. Experiment was conducted to study the effects of low temperature stress on the plant height， plant weight， proline content， malondialdehyde （MDA）， soluble sugar content of maize seedlings. Under normal temperature （25 ℃） and low temperature stress （5 ℃）， the plant height of JK968 and JNK728 were higher than those of XY335， ZD958， ZD619 and ND108. And JK 968 and JNK728 were significantly higher than those of other genotypes of maize seedlings. Plant weights of JK968 and JNK728 were significantly higher than those of XY335， ZD958， ZD615 and ND108 under 5 ℃. MDA and proline contents of JK968 and JNK728 seeds were lower than those of other genotypes of maize seedlings under low temperature stress for 0， 2 and 4 d. Soluble sugar content showed the opposite trend among different genotypes of maize seedlings， and the advantage was more obvious after 4 d of low temperature stress. JK968 and JNK728 showed the best cold tolerance under low temperature stress. The research results provided theoretical basis for solving the cold injury problems encountered in maize production.

Key words Maize seedlings;Low temperature stress;Cold resistance

基金項目? 北京農業職業學院院級項目（XY-NF-18-01）。

作者簡介 張海嬌（1988—），女，黑龍江雙鴨山人，講師，碩士，從事作物種質資源創新與利用研究。

收稿日期 2021-03-11

玉米（Zea mays L.）是世界上種植最廣泛的作物之一，同時在糧食、飼料和工業等方面也發揮著重要作用，其生長情況與環境因子息息相關[1] 。玉米是典型的低溫敏感型作物[2]，近些年來，玉米生產中的低溫冷害等極端天氣頻發，尤其是在北方春玉米播種區，玉米出苗期間遭遇低溫冷害經常導致玉米出現萌發緩慢、整齊度差、幼苗長勢弱等現象，甚至造成死亡，這已成為限制玉米產量和品質的主要環境因子之一[3-4]。長期以來，前人對低溫脅迫對玉米幼苗的影響進行了大量的研究，許勇等[5]研究發現，低溫處理8 d后對西瓜幼苗的丙二醛含量進行測定，結果表明對低溫較敏感的西瓜幼苗其丙二醛含量上升幅度明顯高于抗冷西瓜幼苗，對低溫較敏感的西瓜幼苗丙二醛含量約是抗冷西瓜幼苗的2倍。但是目前MDA含量的變化與低溫脅迫時間的相關性也存在不同說法[6]。植物在低溫脅迫等逆境條件下，脯氨酸含量往往有明顯積累，研究表明低溫可以明顯地增加玉米體內的脯氨酸含量[7]。在低溫脅迫條件下，脯氨酸可以作為植物體內的滲透調節物質起到維持細胞結構、防止細胞脫水以及調節細胞氧化還原反應等作用，從而使植物具有一定的耐冷性[8] ?？扇苄蕴鞘堑蜏孛{迫條件下植物體內呼吸作用的底物之一，可溶性糖含量的積累可以增加細胞持水組織中的非結冰水，降低細胞質的結冰溫度，從而保護細胞質膠體不會遇冷而凝固，因此可溶性糖的含量與植物的抗寒性呈正相關關系[9] 。鑒于此，筆者以近幾年我國玉米生產的主推品種為研究對象，研究低溫脅迫下玉米幼苗的生長特性和生理特性，以期尋求提高玉米抗冷性的高效、經濟與實用的方法，為玉米的生產提供理論參考和指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試基因型玉米分別為鄭單958（ZD958）、京科968（JK968）、先玉335（XY335）、農大108（ND108）、京農科728（JNK728）、正大615（ZD615）。

1.2 試驗設計

分別將籽粒飽滿、無病斑的供試玉米種子放在 75%乙醇中浸泡 10 s，繼而用 5%次氯酸鈣溶液消毒10 min，蒸餾水反復沖洗3遍后，將種子置于培養皿中，放于25 ℃恒溫培養箱內催芽。將萌發后的玉米種子播在裝有草炭土的育苗盆中，置于光照培養箱中培養，日溫/夜溫控制在25 ℃/18 ℃，光照強度為400 μmol/（m2·s），光照時間為12 h/d。待玉米幼苗長到3片葉子后，進行低溫處理，日溫/夜溫控制在5 ℃，光照強度白天為300 μmol/（m2·s），晚上為100 μmol/（m2·s），光照時間12 h/d。低溫脅迫后分別在0、2、4 d進行試驗測定。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 株高測定。

隨機測定5株玉米苗期株高，從根部以上到幼苗生長點，求平均值。

1.3.2 重量測定。

利用電子天平測量玉米幼苗鮮重。

1.3.3 丙二醛（MDA）含量測定。

采用硫代巴比妥酸（TBA）法測定丙二醛（MDA）含量[10]。

1.3.4 脯氨酸含量測定。

采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量（Pro）[10]。

1.3.5 可溶性糖含量測定。

采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[9]。

1.4 數據處理與分析方法

采用Excel 2010進行數據計算和繪圖;采用SPSS 25軟件進行數據分析及處理。

2 結果與分析

2.1 低溫脅迫下不同基因型玉米幼苗株高的比較

由表1可知，在25 ℃下，不同基因型玉米品種間株高存在較大差異，京科968的株高顯著高于其他基因型玉米幼苗，其中京科968的株高較京農科728、先玉335、鄭單958和正大615分別高12.02%、12.02%、16.15%、17.48%。低溫處理4 d后，各基因型玉米幼苗株高有所上升，其中京科968和京農科728的株高顯著高于先玉335、鄭單958、農大108和正大615。正大615株高增加較小，且株高顯著低于京科968、京農科728、先玉335玉米幼苗，說明低溫脅迫對正大615株高有顯著影響，在低溫條件下京科968和京農科728表現出更強的耐低溫萌發能力。

2.2 低溫脅迫下不同基因型玉米幼苗株重的比較

由表2可知，在25 ℃下，京科968、京農科728、先玉335、鄭單958的株重差異不顯著，農大108的株重顯著低于其他基因型玉米幼苗。低溫處理4 d后，各玉米品種株重均有所增加，京科968的株重較京農科728、先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別高28.30%、36.00%、44.68%、44.68%和58.14%。由此說明，在低溫條件下京科968較其他基因型玉米幼苗具有更強的耐低溫能力。

2.3 低溫脅迫下不同基因型玉米幼苗MDA含量比較

由圖1可知，隨著低溫脅迫時間的增加，參試基因型玉米幼苗的MDA含量均呈逐漸升高趨勢。其中，京科968和京農科728幼苗的MDA含量均低于其他基因型玉米幼苗。京科968在低溫脅迫4 d后MDA 含量平均較先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別低20.41%、16.43%、27.78%和35.36%，京農科728在低溫脅迫4 d后MDA含量較先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別低13.61%、9.29%、21.60%和29.83%。農大108的MDA含量增加幅度最顯著，增加了0.83 μmol/g，正大615、先玉335、鄭單958次之，京農科728和京科968的MDA含量增加較小，說明農大108的耐冷性較弱，京農科728、京科968的耐冷性較好。

2.4 低溫脅迫下不同基因型玉米幼苗脯氨酸含量比較

由圖2可知，隨著低溫脅迫時間的增加，不同基因型玉米幼苗脯氨酸含量呈增加趨勢，且差異顯著，增加幅度依次為農大108>正大615>鄭單958>先玉335>京農科728>京科968。在低溫脅迫2、4 d時，京科968和京農科728的脯氨酸含量均低于其他基因型玉米幼苗，尤其在低溫脅迫4 d時優勢更明顯。其中，京科968的脯氨酸含量較先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別低20.71%、24.74%、27.60%和36.51%，京農科728的脯氨酸含量較先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別低2.92%、7.85%、11.35%和22.25%，說明農大108的耐冷性較差，京農科728、京科968131、先玉335的耐冷性較好。

2.5 低溫脅迫下不同基因型玉米幼苗可溶性糖含量比較

由圖3可知，在低溫脅迫條件下，不同基因型玉米幼苗的可溶性糖含量隨處理天數的增加呈升高趨勢，且差異顯著，京科968、鄭單958的可溶性糖含量增加幅度最明顯，京農科728、先玉335和正大615次之，農大108的可溶性糖含量增加幅度最小。其中，在低溫脅迫4 d后，京科968的可溶性糖含量較先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別高8.26%、10.18%、10.67%和11.66%，京農科728的可溶性糖含量較先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別高3.48%、5.31%、5.78%和6.73%。因此，農大108受低溫影響顯著，而京科968、京農科728、鄭單958的耐冷性較好。

3 結論與討論

溫度是影響玉米種子萌發的重要因素之一[11-12]。低溫脅迫對玉米苗期的植株葉片和根系生長發育影響較大[13]。楊德光等[14]研究認為，低溫脅迫降低幼苗株高、地上部及地下部干鮮重。該研究發現，與25 ℃培養條件相比，6個參試玉米品種在低溫脅迫條件下的株高及株重均受到影響，不同基因型間，京科968和京農科728的株高和株重均高于其他品種，尤其在5 ℃低溫脅迫條件下優勢更為顯著。丙二醛是植物在逆境脅迫條件下產生的一種對自身有害的物質，因此玉米幼苗在逆境條件下，細胞膜結構與功能遭到破壞，代謝功能失去平衡，活性氧在植株體內大量積累，使得細胞脂過氧化作用不斷增強。該研究中，隨著低溫脅迫時間的延長，參試基因型玉米幼苗的丙二醛含量均呈明顯上升趨勢。其中，京科968和京農科728幼苗的丙二醛含量均低于其他基因型玉米幼苗，農大108的MDA含量增加幅度最顯著，正大615、先玉335、鄭單958次之，京農科728和京科968的MDA濃度增加較小，這與對辣椒、夏威夷椰子等的研究結果一致[15-16]。脯氨酸具有調節植物細胞內的滲透平衡，穩定原生質膠體及組織內的代謝過程，防止細胞脫水，并能增加植物對逆境的適應性作用，因此是植物體內最有效的滲透調節物質之一[17]。脯氨酸作為植物體內的一種游離氨基酸對低溫比較敏感，前人對玉米苗期進行低溫處理后，發現脯氨酸含量逐漸增加[18]，這與該試驗所得的結論相同。低溫脅迫后玉米幼苗淀粉含量下降，維持滲透勢的糖類增加，從而增強玉米幼苗的抗凍性[19]。前人研究發現，作為眾多植物的呼吸作用底物，植物體內的可溶性糖含量在低溫脅迫條件下會顯著增加[20-21]。該試驗中，隨著低溫脅迫時間的延長，參試玉米幼苗的可溶性糖含量顯著增加;在低溫脅迫4 d后，京科968的可溶性糖含量較先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別高8.26%、10.18%、10.67%和11.66%，京農科728的可溶性糖含量較先玉335、鄭單958、正大615和農大108分別高3.48%、5.31%、5.78%和6.73%?？傊?，植物在低溫脅迫下的表現是多方面的，因此研究玉米幼苗耐冷性時應該根據多個指標綜合衡量，該試驗人工模擬低溫條件來研究玉米的耐冷性，只能初步判斷外源物質對玉米耐寒性的影響，而且試驗材料準備較少，因此最準確的變化趨勢仍有待進一步研究。

在低溫逆境條件下，對不同基因型玉米幼苗的農藝性狀及生理指標的測定結果表明，低溫脅迫顯著抑制不同基因型玉米幼苗的生長，抑制幼苗株高和株重，促進玉米幼苗MDA、脯氨酸和可溶性糖含量的增加。隨著低溫脅迫時間的延長，不同基因型玉米幼苗各個測定指標的變化量差異顯著?？梢猿醪脚卸ú煌蛐陀衩子酌鐚Φ蜏孛{迫的耐受性存在較大差異，在同等低溫脅迫條件下不同基因型玉米幼苗耐冷性關系為京科968、京農科728耐冷性最優，先玉335、鄭單958、正大615次之，而農大108的耐冷性較弱。

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