盐胁迫下不同盐敏感型玉米抗氧化酶活性的变化
郑世英 商学芳 王丽燕 李妍
（德州学院生物系 山东德州 253023）
摘要：本试验选用玉米耐盐品种登海9号和盐敏感品种掖单22，在四个不同盐浓度下分析了三叶期、大口期、开花期、灌浆期SOD、POD、CAT活性和MDA含量的变化。结果表明，在盐胁迫下，耐盐品种登海9号的抗氧化酶活性高于盐敏感品种掖单22，MDA含量低于掖单22，三种酶的活性均随盐浓度的增加而提高，达到一定限度又降低。大口期是SOD和POD活性最高，MDA含量较低的时期，也是玉米最耐盐的时期，此期SOD,POD活性与盐浓度呈显著相关。开花期是SOD 活性较低，POD活性最低，MDA含量最高的时期，也是玉米最不耐盐的时期。此期SOD 活性与盐浓度的相关不显著。
关键词：玉米；盐胁迫；抗氧化酶活性
玉米属于C4 植物，少量钠的存在对其生长有一定的意义，但是，过量的钠就会产生毒害作用[1]。玉米是盐敏感植物，耐盐能力比较低，其极限盐度是1.7dsm-1(1dsm=0.01ML-1NaCl)，每超过极限盐度１dsm-1，产量降低１２％[2],因此是研究盐胁迫的良好材料。玉米虽然是抗盐能力较差的农作物，但它的生长季节正是降雨量丰富的夏季，尤其是夏玉米，苗期正遇雨季。由于雨水能够压低盐层，冲淡盐分浓度，为保证基本苗和形成一定的产量提供了有利条件，而保苗又是抗盐栽培的重要环节。所以，与其他农作物相比，具有一定抗盐能力的玉米，可以在更严重的盐碱地上生长并形成较高的产量。
植物组织在盐分胁迫下通过各种途径产生活性氧[3]。活性氧对植物功能分子有破坏作用，包括引起膜脂过氧化作用，并产生膜脂过氧化产物丙二醛（MDA）。植物体中的保护酶，能降低或消除活性氧对膜脂的伤害。例如，超氧物歧化酶(SOD)可以消除超氧物阴离子自由基（O- 2）产生H2O2，而H2O2可被过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）分解成H2O。POD可清除线粒体中或胞浆中产生的低浓度H2O2。CAT主要分布在过氧化酶体中，可清除高浓度的H2O2[4，5]。所以，保护酶的活性以及MDA含量，可以作为植物受盐胁迫程度和植物对盐胁迫抵御能力的衡量指标。
关于保护酶和MDA与植物耐盐性在其他植物的苗期或短期胁迫研究的较多[6]，在不同生育期的变化规律尚未见报道。本试验以大田和盐池中选出的耐盐和盐敏感玉米品种为材料，分析了SOD、POD、CAT活性及MDA含量在不同基因型、不同盐浓度和不同生育期的变化,旨在为农业生产和抗盐育种、栽培提供理论依据。
1． 材料与方法
1.1 试验设计和试验材料
试验于2005年在山东德州农科所实验农场的盐池中进行。盐池设计是深1.0米有底水泥混凝土池，每个小区宽3.2米，长10.8米，小区面积34.56 m2。四个盐浓度，分别是0，0.2%，0.4%，0.6%，四个重复。试验采取裂区设计，每个小区划分成六个二级小区，小区内随机排列六个不同的品种，每个二级小区面积5.76 m2，播种3行，行距60cm，株距27 cm，每行12株。试验所用的两个品种是在大田盐碱地种植的25个推广品种中选择的具有不同耐盐能力的品种。品种来源于德州市农业局。盐池的管理同一般大田，土壤有机质含量0.91%，速效氮含量56mg.kg-1,速效钾含量80 mg.kg-1，6月15日播种，在成熟期测定产量，在四个不同的生育期三叶期、大口期、开花期、灌浆期分别取样，液氮速冻后储藏在-30℃的低温冰箱内，收获以后根据产量和耐盐系数选择耐盐品种登海9号和盐敏感品种掖单22，测定叶片内POD,SOD,CAT活性和MDA含量。
1.2 测定项目与方法
1.2.1 SOD的测定按照张志良的方法[7]，计算按照邹琦的方法[8]。
1.2.2 POD的测定按照张志良的方法[7]。以每分钟A变化1.0作为一个酶活力单位。
1.2.3 CAT的测定参照克热木.伊力[9]等方法，
计算方法为：u/mg=E240*3/0.0436*Ew
E240: 240nm处每分钟内吸光度的降低值。
Ew：每0.10ml所用酶液中含样品的鲜重量（mg）.
0.0436：240nm处1umol过氧化氢的吸光度。
3：反应混合液的总体积
1.2.4 MDA的测定按照张志良的方法[7]。
2 结果与分析
2.1 抗氧化酶活性及MDA含量与盐浓度的关系
2.1.1 SOD 活性与盐浓度的关系
由图1可见SOD的活性随着盐分含量的增加而提高，盐浓度超过一定限度以后，酶活性又开始降低，两个品种的变化趋势是一致的，在大口期，耐盐品种登海9号在盐浓度达0.6% 时SOD的活性仍在升高，灌浆期盐敏感品种掖单22在盐浓度较低时其SOD活性就开始下降。耐盐品种登海9号的SOD活性大于盐敏感品种掖单22。两个品种虽然SOD活性大小不同，但不同生育期的变化趋势都是基本相同的，大口期最高，灌浆期最低 。
图1 SOD活性随盐浓度的变化
Fig 1 Effect of SOD activity on diffirent salting concentration
用麦夸特法拟合耐盐品种登海9号和盐敏感品种掖单22 SOD活性与盐浓度的相关，三叶期、开花期、灌浆期都不显著，只有大口期达显著水平，分别是：登海9号R2=0.9719,拟合方程Y=363.3351+2929.0076X;掖单22 R2=0.8060, 拟合方程Y=445.7608+1579.2124X(Y代表酶活性，X 代表盐浓度)。
SOD活性受盐分的诱导，耐盐品种随盐浓度的增加，SOD活性升高的幅度较大，所能耐受的盐浓度也较高。大口期SOD在玉米细胞内起主要抗氧化作用，灌浆期作用不突出。
2.1.2 POD活性与盐浓度的关系
由图2可见，POD的活性随着盐分含量的增加而提高，三叶期和灌浆期在盐浓度较低时酶活性就开始下降，开花期和大口期在盐浓度较高时酶活性仍然在升高，但耐盐品种登海9号的POD活性明显高于盐敏感品种掖单22。两个品种虽然POD活性大小不同，但各不同盐分浓度下各生育期的变化趋势是完全相同的,都是三叶期最低，大口期最高，开花期又降低，灌浆期略有升高。
图2 POD活性随盐浓度的变化
Fig 2 Effect of POD activity on diffirent salting concentration
用麦夸特法拟合耐盐品种登海9号和盐敏感品种掖单22 POD 活性与盐浓度的相关，三叶期、灌浆期都不显著，大口期和开花期达显著水平。大口期登海9号R2=0.9508,拟合方程Y=323.3351+2729.0074X;掖单22 R2=0.8060, 拟合方程Y=445.7608+1579.2124X.开花期登海9号R2=0.9278,拟合方程Y=161.8907+218.3990X;掖单22 R2=0.9166, 拟合方程Y=89.2107+256.9147X.
POD活性受盐分的诱导，大口期和开花期POD在玉米细胞内起主要抗氧化作用。这两个时期耐盐品种随盐浓度的增加，POD活性升高的幅度较大，所能耐受的盐浓度也较高。灌浆期POD作用不突出。
2.1.3 CAT活性与盐浓度的关系
由图3可见，CAT的活性随着盐分含量的增加而明显提高,大口期和灌浆期当盐浓度达到一定限度后又开始降低。在这两个时期耐盐品种登海9号的CAT活性明显高于盐敏感品种掖单22。三叶期在高盐浓度下，耐盐品种登海9号的CAT活性继续升高，而盐敏感品种掖单22的CAT活性急剧下降。开花期两个品种CAT活性差异不明显，都随盐浓度的增加而升高。两个品种在不同生育期CAT活性的变化都比较复杂，没有明显的规律性。
图3 CAT活性随盐浓度的变化
Fig 3 Effect of CAT activity on diffirent salting concentration
用麦夸特法拟合耐盐品种登海9号和盐敏感品种掖单22 CAT活性与盐浓度的相关，大口期和灌浆期都不显著，开花期达显著水平，三叶期耐盐品种显著，盐敏感品种不显著。开花期登海9号R2=0.9441,拟合方程Y=0.019775+0.9344481X;掖单22 R2=0.9440, 拟合方程Y=0.056686+0.957570X.
CAT活性受盐分的诱导，开花期所能耐受的盐浓度最高，但两个品种之间差别不明显，盐敏感品种掖单22还略高于耐盐品种登海9号，说明CAT在玉米细胞内的抗氧化作用不突出。
2.1.4 MDA含量与盐浓度的关系
由图4可见MDA含量的变化在两个品种的各个生育期都是随着盐分含量的增加而提高，盐敏感品种掖单22在盐胁迫下MDA含量都高于耐盐品种登海9号。两个品种在各盐分浓度下不同生育期MDA含量的变化趋势是相同的，三叶期最低，大口期升高，开花期达到最高，灌浆期又降低。
用麦夸特法拟合耐盐品种登海9号和盐敏感品种掖单22 MDA含量与盐浓度的相关，各生育期都显著，决定系数都大于0.9。
说明玉米三叶期受盐分伤害最轻，开花期最重。
图4 MDA含量随盐浓度的变化
Fig 4 Effect of MDA content on diffirent salting concentration
3 结论与讨论
3.1 盐胁迫对玉米产量的影响
盐胁迫下，活性氧能引起植物体内大分子物质如脂类、蛋白质、及DNA的损伤[10]，介导了膜脂的过氧化作用[11，12，13]，影响了植物的生长发育，产量降低，盐浓度与产量显著相关。盐敏感性不同的品种，受影响的程度不同，耐盐系数差异显著。
3.2盐胁迫对抗氧化酶活性和MDA含量的影响
盐分胁迫下玉米体内的三种酶活性被诱导，随着盐分浓度的升高，其酶活性也提高，当盐浓度达到一定限度后，细胞膜受到伤害，酶的活性受到抑制，酶活力降低。这与前人的研究结果一致[5]。盐胁迫下，耐盐品种三种酶的活性都高于盐敏感品种，即酶活性与耐盐性呈正相关。这与前人的研究结果一致[14，15]。MDA的含量变化说明随盐浓度的增加，玉米细胞膜脂受伤害的程度增加，盐敏感品种的受伤害程度大于耐盐品种。
3.3 不同生育期抗氧化酶活性和MDA含量的变化
三种酶的变化和作用在玉米的各个生育时期是不同的。SOD和POD活性的变化比较一致，与MDA含量也比较协调，三叶期较低，大口期最高。CAT活性的变化规律性不强，与MDA含量也不够协调。说明玉米的抗氧化作用主要是依靠SOD和POD。
三叶期三种酶活性都比较低，MDA含量也比较低，SOD和POD活性与产量及盐浓度的相关都不显著，CAT也只有耐盐品种有相关性。所以，玉米三叶期对盐胁迫反映较不敏感，耐盐能力比较强。大口期是SOD和POD活性最高的时期，两个品种的两种酶活性与产量及盐浓度都显著相关，也是MDA含量比较低的时期。所以，大口期细胞膜脂受伤害程度比较轻，也是玉米最耐盐的生育时期。开花期SOD的活性有所降低，POD活性最低，也是MDA含量最高的时期。所以，开花期是玉米对盐胁迫反映最敏感，膜脂受伤害程度最重的时期，也是最不耐盐的时期。这时SOD活性与产量及盐浓度的相关都不显著，而POD和CAT活性与产量及盐浓度显著相关。说明此时起抗氧化作用的主要是POD和CAT。灌浆期SOD和POD活性都比较低，MDA含量也比较低，两个品种的三种酶活性与产量及盐浓度的相关都不显著。说明这一时期对盐胁迫的敏感性，膜脂受伤害程度和耐盐能力低于大口期，但高于开花期。
3.4 三种抗氧化酶的不同作用
SOD在抗氧化酶系统中处于核心地位。这与前人的研究结果一致[14]。叶绿体和线粒体产生的超氧物阴离子自由基（O- 2）在SOD的催化作用下歧化成H2O2，H2O2再经过POD催化形成H2O[16]。所以SOD和POD活性变化比较一致。植物过氧化酶体中产生的H2O2，被CAT分解成H2O[17]。玉米在盐胁迫下，过氧化酶体产生的H2O2的伤害不占主导位置。只有在最不耐盐的开花期，当盐浓度较高时，SOD和POD的活性都受到严重抑制时，CAT的作用才突出出来。
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