干旱胁迫对玉米生长的影响

干旱胁迫对玉米生长的影响李明湛江师范学院生命科学与技术学院，广东湛江524048摘要：植物的生命活动十分复杂，水分、温度、光照、土壤等外界环境会影响植物的生长与发育。本实验通过干旱与正常生长的不同处理设计对照实验，再通过测量植物的生长速度、脯氨酸的含量以及测定植物的形态指标（鲜重、干重、根冠比）来研究干旱对植物生长的影响。关键词：玉米、干旱胁迫、正常生长EffectsofdroughtonmaizegrowthLiming(Zhanjiangnormaluniversityoflifescience&technologyschool,ZhanjiangGuangdong524048)Abstract:Plantlifeactivityisverycomplex,moisturecontent,temperature,light,soilandotherexternalenvironmentwillaffectplantgrowthanddevelopment.Thisexperimentbydroughtandnormalgrowthofdifferentprocessingdesign,againthroughthemeasurementofplantgrowthrateandthecontentofprolineanddeterminationofplantmorphologicalindex(freshanddryweightofroot,thestudyofdrought)ofplantsgrow.Keywords:drought,maize玉米喜温，种子发芽的最适温度为25～30℃，适宜的土壤pH为5～8，以6.5～7.0最适。在我国东北地区，干旱和低温是制约玉米幼苗生长的两个重要因素，为此本实验研究了干旱对玉米生长的影响。（一）实验准备与幼苗培养1、实验材料与器材材料：市场买回来的60颗活种子，本地区土壤、自来水器材：6个花盆，尺子、记录本2、播种每个花盆中分散播种6~8粒玉米种子，当玉米苗出现第3片叶子时开始间苗，每盆保留3株长势良好且一致的玉米苗，玉米苗在花盆中如图1分布，有利于玉米苗生长。图1图一3.干旱处理及生长速度的测量A.当玉米苗出现第5片叶子时开始干旱处理，连续处理3周；B.每天测量植株叶片生长长度。4.生长量的测定4.1植株鲜重的测定将不同处理的玉米苗小心连同根系取出，洗净，用吸水纸吸干水分后天平称取鲜重，比较不同处理植株鲜重的差别。第一株第二株第三株4.2植株干重的测定将称取鲜重的玉米苗置于110℃烘箱中杀青15min后，80℃烘干至恒重后用天平称干重，并计算植株含水量。植株含水量(%)=植株鲜重－植株干重植株鲜重×100%4.3根冠比的测量根冠比=植株根系干重植株地上部分干重(二)数据记录处理2.1玉米叶片生长速度在不同处理中分别选取新长出的叶片，每天测量其长度，记录，求出单位时间内（1d）叶片长度变化值，作随时间变化的动态图。数据如下表：分别为5、6片叶子时间（月.日）对照（平均值）干旱（平均值）5月2日26.9426.955月3日31.4827.845月4日35.1728.545月5日38.8833.135月6日43.1135.29时间（月.日）对照（平均值）干旱（平均值）5月7日33.1423.665月8日39.5924.225月9日40.924.375月10日43.3324.68表一5、6片叶子平均生长长度玉米种子在正常与干旱条件下生长曲线图010203040502009年5月2日2009年5月4日2009年5月6日测量时间第5片叶子长度（CM）对照（平均值）干旱（平均值）玉米在正常与干旱条件下生长情况曲线图010203040502009年5月7日2009年5月9日测量时间第6片叶子长度（CM）对照（平均值）干旱（平均值）图二第五片叶子正常与干旱条件下生长曲线图三第六片叶子正常与干旱条件下生长曲线从两片叶子的生长速度比较中看出，干旱处理的生长较慢。由水的生理作用知道：水是细胞质的主要组成物质，是代谢过程中的反应物质，参与物质运输与维持细胞的形态、维持内环境的稳定。缺水造成植物生长缓慢，主要原因是影响了其内部的生命活动，造成机体器官的萎缩或者死亡。从中我们可以得到启示，在玉米种植中，当干旱出现时应该及时灌溉，否则会影响到其的生长与发育，造成收成的减产2.2玉米生长量（表二）鲜重（g）干重（g）植株对照123.375.55干旱49.302.53地上部分对照100.494.1干旱30.371.96地下部分对照35.701.45干旱11.900.87植株含水量（对照）(%)=植株鲜重－植株干重植株鲜重×100%=（123.37—5.55）/123.37×100%=95.5%植株含水量（干旱）(%)=植株鲜重－植株干重植株鲜重×100%=（49.30—2.53）/49.30×100%=39.5%根冠比（对照）=植株根系干重植株地上部分干重×100%=1.45/4.1×100%=35.37%根冠比（干旱）=植株根系干重植株地上部分干重×100%=0.87/1.96×100%=44.39%（三）玉米的不同指标测定3.1、叶绿素的测定根据叶绿素不溶于水，但溶于有机溶剂的性质，采用丙酮有机溶剂来提取。由叶绿体色素提取液对可见光谱的吸收，利用分光光度计在某一特定波长下测定其吸光度，计算出提取液中各种色素的含量。据Arnon法，80%丙酮提取的叶绿素a、叶绿素b混合液在红光区的最大吸收峰分别为663nm和645nm，又知叶绿素a和叶绿素b在该溶液中的吸光系数在波长663nm下分别为82.04和9.27，在波长645nm下分别为16.75和45.60，由关系式：A663=82.04Ca+9.27Cb(1)A645=16.75Ca+45.60Cb(2)由（1）、（2）得：Ca=12.72A663—2.59A645（3）Cb=22.88A645—4.67A663（4）实验时测得的OD值：663nm正常：1.691干旱：1.756645nm正常：0.678干旱：0.865正常组：Ca=12.72*1.691—2.59*0.678=19.75Cb=22.8*0.678—4.67*1.691=7.62CT=27.37干旱组:Ca=12.72*1.756—2.59*0.865=20.09Cb=22.88*0.865—4.67*1.756=11.59CT=31.68从结果中得：正常组的CT〈干旱组的CT；也就是说干旱组的叶绿素含量比正常生长的还要高。从理论上分析（②缺水应使玉米体内的产生大量的有害物质，导致膜脂过氧化作用，破坏了细胞的结构，造成叶片的叶绿素含量和硝酸还原酶活性显著降低，从而导致生长发育缓慢的。）而我们所做的实验结果却好相反，其中原因是我们在选择材料时不具有代表性（随意性），应该选择不同处理植物的同一部位的叶片做为对照；另外就是我们在使用分光光度计时没有稀释叶绿素提取液就开始测量，导致结果升高，造成了很大的误差3.2植物体内游离的脯氨酸含量的测定实验原理：脯氨酸是植物体内有效地渗透调节剂，几乎所有的逆境，都导致植物体内游离的脯氨酸大量的累积，尤其是干旱胁迫下，脯氨酸积累尤为明显，可比正常含量高几十倍或者百倍。所以脯氨酸是植物抗逆性的一项指标。用磺基水杨酸提取植物体内的游离脯氨酸，在酸性条件下，脯氨酸与茚三酮反应生成稳定的红色化合物，用甲苯萃取之后，此化合物在520nm波长处有最大吸收值。脯氨酸浓度在一定范围内与其吸光度值成正比。实验材料：干旱组的玉米叶片，对照组的玉米叶片脯氨酸的含量测定结果：先绘制标准曲线，得出回归方程为：y=0.0455x--0.0138（R2=0.9967）………....（1）其中y为OD值，x为脯氨酸的浓度测得的OD值结果如下：510nm的OD值干旱组对照组10.2750.06220.2510.054平均值0.2630.058表三将以上数据带入（1）得到：干旱组的脯氨酸的浓度为：6.084ug对照组的脯氨酸的浓度为：1.578ug脯氨酸的含量：干旱组：4.843ug.g-1对照组：1.256ug.g-1结果显示，在干旱胁迫下，脯氨酸的积累比较明显。说明实验中的干旱处理达到了预期的效果。(四)结果分析1.1形态结构与玉米的抗旱性从表二可以看出，对照组植株含水量为95.5%，干旱组植株含水量为39.5%；对照组根冠比为35.37%，干旱组根冠比为44.39%。很明显玉米因干旱胁迫植株水分大幅度减少，而根冠比比对照组要大，因为干旱迫使玉米根向更深的泥土扎进，所以其根系相对来说比较发达。这是对干旱环境的一种适应。另外我们观察到，水分胁迫对玉米的生长影响很大，在干旱条件下，玉米生长缓慢，单株最大叶面积和叶片数相对减少，单株干物质积累量显著减少，而对照组却长得非常喜人。从图二、三中可以看出，对照组玉米叶片的生长速度比干旱组的要快得多，对照组的生长曲线的斜率要比干旱组大，这是因为对照组水分充足，养分供应持续，光合作用速率高，所以有效生长速度高。1.2生理代谢与玉米抗旱性从表三中看出干旱胁迫下，脯氨酸的积累比较明显。这是因为干旱催生ABA，ABA能提高根系的水势、降低渗透势、增加渗透调节能力，而且能够显著地提高脯氨酸含量，ABA浓度能影响叶绿体的超微结构，增加ABA浓度会导致外膜破裂，完全破坏膜结构。干旱条件也影响到作物的光合代谢，如光合与呼吸强度、电子传递速率、光合磷酸化活性等，干旱对光合作用的影响很大程度上是通过气孔的开放来完成的。水份胁迫引起气孔关闭，CO2扩散阻力增大，PSII及光合磷酸化活性下降，RuBP再生受阻，光暗呼吸变等化在轻度水分胁迫条件下，以气孔因素限制为主，在严重水分胁迫时光合作用的抑制可能主要是RuBPC和PEPC活性大大降低的结果。干旱胁迫也直接影响光合机构的结构和活性。最终干旱胁迫导致光合作用减弱和光合速率下降。主要参考资料：植物生理学实验技术（萧浪涛王三根主编）②玉米生长发育及生理特征对水分胁迫的感应关系（贵州大学远红伟等编）