CN114041389A - 一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法 - Google Patents

一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法 Download PDF

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陈奋奇
白明兴
王芳
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Abstract

本发明提供一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法，涉及玉米安全生产保障领域，包括材料收集、配制SL处理液、种子处理、深播胁迫试验、测定项目与测定方法、最佳浓度的应用及结果分析。本发明不仅评价了不同浓度下SL对玉米幼苗深播胁迫的缓解效果，而且采用隶属函数法，科学、客观、综合评价了外源SL缓解玉米幼苗深播胁迫的效果，为提高玉米耐深播性奠定理论基础，为外源SL的快速应用及最佳浓度的筛选提供技术参考，应用前景广阔。

Description

一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法
技术领域
本发明涉及玉米安全生产保障领域，尤其涉及一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法。
背景技术
干旱作为影响农业生产与发展的主要非生物因素之一，全球约有36％的地区为干旱与半干旱地区，且它们的面积也在逐年递增，目前，我国的发展现状是经济和人口的快速增长、农业与生活用水需求日益紧张，使水资源的匮乏越来越严重，这将不利于农业可持续发展，深播的种植方式可以使种子充分利用土层中的有限水分，被认为是一种有效应对干旱的方式，受到了研究者们的广泛关注，因为，深播种植玉米可充分利用土壤深层的水分，同时由于深播的玉米根系较深，其抗旱和抗倒伏能力也增强，为减少干旱胁迫对玉米产量造成的损失，将种子深播作为玉米在苗期避旱、保墒及保苗途径之一，可有效减少干旱胁迫对农业生产的影响，对保障玉米安全生产具有重要意义。
独脚金内酯(SL)广泛存在于植物界中，是一种萜类化合物的新型植物激素，其主要通过植物木质部向植物地上部分运输，SL主要通过D14、F-box与D53等三类受体蛋白介导的信号转导而发挥作用，D14蛋白为α/β折叠水解酶家族的蛋白，F-box蛋白主要参与了植物激素信号传导；D53蛋白是SL信号接收以及应答过程中的关键性蛋白，近年来，关于SL的生物学功能受到了人们的广泛关注，例如，SL可以增强根细胞伸长但抑制根毛和非对称根的增长，调控叶夹角和水稻分蘖角度，此外，其还参与调控生物、非生物逆境胁迫，对干旱胁迫下葡萄叶片喷施外源SL，可有效的降低电解质渗漏率，提高相对含水量和叶绿素含量，并增强根和叶片中的ABA水平。
截止目前，关于外源SL缓解玉米深播胁迫的研究未见报道，更不清楚外源SL缓解玉米深播胁迫的效果及最佳浓度，玉米作为中国第一大粮食作物，在农业生产中，制定安全可靠的干旱预防及抵御措施，对提高玉米抗旱及保障粮食安全具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种快速筛选及应用外源独脚金内酯缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法，本方法能有效提高玉米苗期耐深播性，为玉米生长期制定安全可靠的干旱预防及抵御措施提供参考。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种快速筛选及应用外源独脚金内酯缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法，包括材料收集、配制SL处理液、种子处理、深播胁迫试验、测定项目与测定方法、最佳浓度的应用及结果分析，具体步骤如下；
1)材料收集：一份深播敏感玉米自交系自330；
2)配制SL处理液：独脚金内酯(rac-GR24，C17H14O5)原粉用丙酮稀释溶解，配成10mM母液，然后稀释成：SL0.05(0.05mmol.L-1)，SL0.1(0.1mmol.L-1)，SL0.5(0.5mmol.L-1)，SL0.8(0.8mmol.L-1)，SL1.0(1.0mmol.L-1)，SL1.5(1.5mmol.L-1)和CK(0mmol.L-1，即双蒸水)；
3)种子处理：从步骤1)中精选饱满、均匀一致、无破损的种子，先用体积百分比为0.5％的NaClO溶液消毒10min，然后用双蒸水冲洗种子3次，再用灭菌滤纸吸干附着水，得到深播敏感玉米自交系消毒种子并将所得的种子在蒸馏水中浸种12h；
4)深播胁迫试验：将种子播种在填有灭菌蛭石与蒸馏水按照5g：1mL比例统一配土后的PVC管(直径17cm，高50cm)中，管底用尼龙网封底，种子上覆土15cm为深播胁迫，每管10粒，每个处理三次重复；在昼/夜(25±1)/(20±1)℃的气候培养箱中培养，每隔2d每管定量浇50mL或对应处理溶液；待CK溶液浸种的种子长至三叶一心期时，用双蒸水快速冲洗掉幼苗根部蛭石，并用灭菌滤纸吸干附着水，进行指标测定；
5)测定项目与方法：
5-1)幼苗形态指标测定：分别测定步骤4)中各试验处理下的玉米幼苗的中胚轴长＝从种子到胚芽鞘节之间的距离，胚芽鞘长＝从胚芽鞘节到胚芽鞘顶端的距离，苗长＝中胚轴和胚芽鞘接合点以上部分的长度，根长＝最长根的长度，苗鲜重＝中胚轴和胚芽鞘接合点以上部分的重量，根鲜重＝整个幼苗根部的重量，中胚轴鲜重＝从种子到胚芽鞘节之间的重量，胚芽鞘鲜重＝从胚芽鞘节到胚芽鞘顶端的重量；
5-2)施加外源SL后玉米耐深播性综合评价：采用隶属函数法对15cm播深下施加不同浓度的外源SL处理的玉米耐深播性进行综合评价，隶属函数计算公式如下：
Uij＝(Xij-Xijmin)/(Xijmax-Xijmin)
分别累计各性状在相应处理下的隶属函数值，并求其算数平均数进行比较，其值越大则表示外源SL缓解深播胁迫的效果越好；
6)最佳浓度的应用：通过高效液相色谱法测定玉米胚轴中玉米素、生长素，赤霉素的相对含量，内源性油菜素甾醇和独脚金内酯的相对含量通过HPLC串联质谱测定；
7)结果分析：先根据各处理下的测定值，采用Microsoft Excel 2019软件进行处理并绘图，并采用SPSS19.0软件对各测定值进行Duncan多重比较方差分析，揭示了外源SL缓解玉米深播胁迫的形态响应，根据相关性分析，评价SL缓解深播胁迫主要通过玉米的那些部位发挥重要的作用，再采用隶属函数法，科学、客观、综合评价不同浓度外源SL对玉米深播胁迫的综合性效果。
与现有技术相比，本发明的有益效果是:
本发明以1份深播敏感玉米自交系为试材，添加7种不同浓度外源SL后，研究了深播胁迫对玉米幼苗8个形态指标的影响；在此基础上，采用隶属函数法客观、综合评价了不同外源SL缓解深播胁迫的效果,本发明提供的方法操作简便易行，重复性好，结果客观可靠，不仅综合评价了不同浓度外源SL的缓解效果，并能直观比较不同外源SL浓度缓解玉米苗期效果的优劣，为苗期提高玉米耐深播性奠定理论基础，为玉米快速筛选SL浓度和高效应用SL提供技术参考，具有很高的应用价值。
附图说明
图1为采用不同浓度的SL处理深播胁迫下的玉米自交系自330表型变化折线图；
图2为最佳浓度SL处理下玉米中胚轴中内源激素ZT，GA3，IAA，BR与SL的变化情况；
附图注解：CK：正常播深，CKSL：正常播深下添加外源SL，DS：深播胁迫，DSSL：深播胁迫下添加外源SL，不同小写字母代表5％水平的显著性。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明下述实施例中所用方法，如无特殊说明，均为常规方法；所用器材、试剂均为试剂公司购买的常规器材、试剂。
一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法，按以下步骤进行：
1)材料收集：一份深播敏感玉米自交系自330；
2)配制SL处理液：独脚金内酯原粉用丙酮稀释溶解，配成10mM母液，然后稀释成：SL0.05(0.05mmol.L-1)，SL0.1(0.1mmol.L-1)，SL0.5(0.5mmol.L-1)，SL0.8(0.8mmol.L-1)，SL1.0(1.0mmol.L-1)，SL1.5(1.5mmol.L-1)和CK(0mmol.L-1，即双蒸水)；
3)种子处理：从步骤1)中精选饱满、均匀一致、无破损的种子，先用体积百分比为0.5％的NaClO溶液消毒10min，然后用双蒸水冲洗种子3次，再用灭菌滤纸吸干附着水，得到深播敏感玉米自交系消毒种子并将所得的种子在蒸馏水中浸种12h；
4)深播胁迫试验：将种子播种在填有灭菌蛭石与蒸馏水按照5g：1mL比例统一配土后的PVC管中，管底用尼龙网封底，种子上覆土15cm为深播胁迫，每管10粒，每个处理三次重复；在昼/夜(25±1)/(20±1)℃的气候培养箱中培养，每隔2d每管定量浇50mL或对应处理溶液；待CK溶液浸种的种子长至三叶一心期时，用双蒸水快速冲洗掉幼苗根部蛭石，并用灭菌滤纸吸干附着水，进行指标测定；
上述步骤所得实验经测定后结果如下：
①SL处理下的玉米形态变化
总体呈现出先上升后降低的趋势，即BR浓度介于0-0.5mmol.L-1时，与对照相比，玉米中胚轴长、中胚轴与胚芽鞘长之和、苗长、根长、中胚轴鲜重、胚芽鞘鲜重、中胚轴与胚芽鞘鲜重之和、苗鲜重及根鲜重基本均呈现上升趋势，而当SL浓度介于0.5-1.5mmol.L-1时，除胚芽鞘长、胚芽鞘鲜重和根鲜重外，其余指标基本均呈现出下降趋势。
②SL处理下玉米自交系形态指标的相关性分析
对不同浓度SL处理后的深播胁迫下玉米自交系形态指标进行相关性分析，如表1所示，SL浓度介于0mmol.L-1到0.5mmol.L-1时，SL浓度与苗长、中胚轴长及中胚轴与胚芽鞘长之和极显著相关，苗长与中胚轴长及中胚轴与胚芽鞘长之和极显著相关；当SL浓度介于0.8mmol.L-1至1.5mmol.L-1时，SL浓度与这些指标都没有显著相关性；以上分析说明SL缓解深播胁迫主要通过玉米的中胚轴及苗长发挥重要的作用，而与根和胚芽鞘的关系并不是很大。
表1不同浓度SL处理下深播胁迫玉米自交系形态指标的相关性分析
Figure BDA0003352580540000051
③SL处理下玉米自交系耐深播性综合性评价
为确定缓解深播胁迫玉米的适宜SL浓度，本研究通过模糊数学隶属函数对不同浓度SL处理深播胁迫下的玉米自交系自330的中胚轴长、胚芽鞘长、中胚轴与胚芽鞘长之和、苗长、根长、中胚轴鲜重、胚芽鞘鲜重、胚芽鞘鲜重、中胚轴与胚芽鞘鲜重之和、苗鲜重及根鲜重的隶属函数值的总平均值进行综合评价，从而评价不同浓度BR对深播胁迫的缓解效果(表2)，6个SL激素浓度缓解效果依次为：0.5mmol.L-1、0.8mmol.L-1、1.5mmol.L-1、0.1mmol.L-1、1.0mmol.L-1和0.05mmol.L-1，因此，说明当SL浓度为0.5mmol.L-1时，对深播胁迫下的玉米幼苗缓解效果最佳。
表2不同SL处理下玉米自交系耐深播的隶属函数值及其综合性评价
Figure BDA0003352580540000061
④SL处理下玉米自交系耐深播性综合性评价
为进一步了解不同外源物质缓解深播玉米自交系的生理响应，我们测定了最佳浓度SL处理下玉米中胚轴中内源激素ZT，GA3，IAA，BR与SL的变化情况(图2)，本发明发现细胞分裂素在SL处理下，其在玉米自交系自330中胚轴内未发生显著性变化，因此，我们推测在玉米幼苗顶土出苗的过程中，细胞分裂素不是一个主要起调控作用的激素，与深播胁迫相比，深播胁迫下添加外源SL后，自330中胚轴中内源GA3、IAA与SL含量明显增加，而内源激素BR明显降低，且差异显著(P<0.05)，因此，我们推测添加外源SL后，玉米自交系通过增加内源GA3、IAA与SL含量来响应对深播的胁迫，内源BR在添加外源SL后降低是由于BR对玉米深播响应的最佳激素含量比较低，当有外源SL的补偿时，内源产生较少量的BR便能达到抵御深播胁迫的目的。
从上述实例可以看出，此方法不仅评价了7种不同浓度SL对玉米幼苗深播胁迫的缓解效果，而且采用隶属函数法，科学、客观、综合评价了外源SL缓解玉米幼苗深播胁迫的效果，为提高玉米耐深播性奠定理论基础，为外源SL的快速应用及最佳浓度的筛选提供技术参考，应用前景广阔。

Claims (3)

1.一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)材料收集：一份深播敏感玉米自交系自330；
2)配制SL处理液：独脚金内酯(rac-GR24，C17H14O5)原粉用丙酮稀释溶解，配成10mM母液，然后稀释成：SL0.05(0.05mmol·L-1)，SL0.1(0.1mmol·L-1)，SL0.5(0.5mmol·L-1)，SL0.8(0.8mmol·L-1)，SL1.0(1.0mmol·L-1)，SL1.5(1.5mmol·L-1)和CK(0mmol·L-1，即双蒸水)；
3)种子处理：从步骤1)中精选种子并进行消毒、浸泡处理；
4)深播胁迫试验：将种子播种在填有灭菌蛭石与蒸馏水按照5g：1mL比例统一配土后的PVC管(直径17cm，高50cm)中，管底用尼龙网封底，种子上覆土15cm为深播胁迫，每管10粒，每个处理三次重复；在昼/夜(25±1)/(20±1)℃的气候培养箱中培养，每隔2d每管定量浇50mL或对应处理溶液；待CK溶液浸种的种子长至三叶一心期时，用双蒸水快速冲洗掉幼苗根部蛭石，并用灭菌滤纸吸干附着水，进行指标测定；
5)测定项目与方法：施加外源SL后玉米耐深播性综合评价：采用隶属函数法对15cm播深下施加不同浓度的外源SL处理的玉米耐深播性进行综合评价，隶属函数计算公式如下：
Uij＝(Xij-Xijmin)/(Xijmax-Xijmin)
式中，Uij表示第i处理下第j指标的深播隶属值，Xij表示第i处理下第j指标的测定值，Xijmin与Xijmax表示所有处理下第j指标的最小值与最大值，分别累计各性状在相应处理下的隶属函数值，并求其算数平均数进行比较，其值越大则表示外源SL缓解深播胁迫的效果越好；
6)最佳浓度的应用：通过高效液相色谱法(HPLC)测定玉米胚轴中玉米素(ZT)、生长素(IAA)，赤霉素(GA3)的相对含量，内源性油菜素甾醇(BR)和独脚金内酯SL的相对含量通过HPLC串联质谱(HPLC-MS/MS)测定；
7)结果分析：先根据各处理下的测定值，采用Microsoft Excel 2019软件进行处理并绘图，并采用SPSS19.0软件对各测定值进行Duncan多重比较方差分析，揭示了外源SL缓解玉米深播胁迫的形态响应，根据相关性分析，评价SL缓解深播胁迫主要通过玉米的那些部位发挥重要的作用，再采用隶属函数法，科学、客观、综合评价不同浓度外源SL对玉米深播胁迫的综合性效果。
2.根据权利要求1所述的一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法，其特征在于，所述步骤3)中种子的处理方式具体如下：
从步骤1)中精选饱满、均匀一致、无破损的种子，先用体积百分比为0.5％的NaClO溶液消毒10min，然后用双蒸水冲洗种子3次，再用灭菌滤纸吸干附着水，得到深播敏感玉米自交系消毒种子并将所得的种子在蒸馏水中浸种12h。
3.根据权利要求1所述的一种缓解玉米幼苗深播胁迫最佳浓度的方法，其特征在于，步骤5)中的测定项目与方法还包括：
幼苗形态指标测定：分别测定步骤4)中各试验处理下的玉米幼苗的中胚轴长(MES)＝从种子到胚芽鞘节之间的距离，胚芽鞘长(COL)＝从胚芽鞘节到胚芽鞘顶端的距离，苗长(SDL)＝中胚轴和胚芽鞘接合点以上部分的长度，根长(RL)＝最长根的长度，苗鲜重(SDW)＝中胚轴和胚芽鞘接合点以上部分的重量，根鲜重(RW)＝整个幼苗根部的重量，中胚轴鲜重(MESW)＝从种子到胚芽鞘节之间的重量，胚芽鞘鲜重(COLW)＝从胚芽鞘节到胚芽鞘顶端的重量。
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