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50 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期第 50 卷 第 8 期2023 年 8 月Vol.50 No.8Aug.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY1 玉米作物的生理特征玉蜀黍（Zea mays L）为禾本科植物玉蜀黍的种子，也就是我们常说的玉米，是一种重要的食物和工业原料。一年生，植株高大。秆为直立状态，一般不分枝，最高能达到 4 m。叶鞘具横脉，叶舌膜质，大概为2 mm；叶片宽大。雄性小穗孪生，可达到 1 cm。其果实外观多为球形或半圆状，长度可达到 510 mm，秋季进入到花果期。众所周知，作为“外来物种”，其最先产于美洲，后来传播到世界各地，在热温带的广大区域都有种植和分布。玉米具有很好的营养价值，老少皆宜，得到了很多人的喜爱，在化工、医疗等领域也广泛使用1。玉米倾向于有光环境，不喜阴凉，短日照。从生物角度来说，最佳的生长环境为 2230。萌芽状态，最佳环境为 610；拔节期，最佳环境为1527；开花期，最佳环境为 2526。作为喜温植物，玉米在整个生长期对于环境温度都提出了较高的要求，其生物学有效温度只有 10。发芽过程最低要求达到 610，假如温度不超过 10，那 科学与社会干旱胁迫对玉米生物酶活性的影响郑丽萍，刘 海*，田森林，仇 鹏，王艳娟（山西农业大学高粱研究所 山西晋中 032699）摘 要：玉米在全世界热带和温带地区广泛种植。玉米的营养价值较高，是优良的粮食作物，也是食品、医疗卫生、轻工业、化工业等不可或缺的原料之一。以杂交种玉米为实验材料，重点分析了模拟干旱胁迫对杂交种玉米穗位叶和根部超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性的影响。研究表明，随着干旱胁迫程度的增加，杂交种玉米的穗位叶和根部的SOD、POD、CAT活性均呈现逐渐增加的趋势：玉米根部的SOD活性在对照组及各程度干旱胁迫条件下均高于穗位叶的SOD活性；玉米根部的POD活性在对照组及各程度干旱胁迫条件下均高于穗位叶的POD活性；玉米穗位叶的CAT活性在对照组及各程度干旱胁迫条件下均高于根部的CAT活性。关键词：玉米 SOD POD CAT中图分类号：S513 文献标志码：A 文章编号：1006-8945（2023）08-0050-03Effect of Drought Stress on Biological Enzyme Activity in Maize ZHENG Liping，LIU Hai*，TIAN senlin，QIU Peng，WANG Yanjuan（Sorghum Research Institute，Shanxi Agricultural University，Jinzhong 032699，Shanxi Province，China）Abstract：Maize is widely planted in tropical and temperate regions of the world.Maize has high nutritional value and is anexcellent food crop.It is also one of the indispensable raw materials for food，health care，light industry，chemical industry and so on.Hybrid maize was used as experimental material，and the effects of simulated drought stress on the activities of superoxide dismutase（SOD），peroxidase（POD）and catalase（CAT）in the ear leaves and roots of hybrid maize were analyzed.The results show that with the increase of drought stress，the activities of SOD，POD and CAT in the ear leaves and roots of hybrid maize are gradually increased.The SOD activity of maize roots is higher than that of ear leaves in the control group and under various drought stress conditions.The POD activity of maize roots is higher than that of ear leaves in the control group and under various drought stress conditions.The CAT activity of maize ear leaves of is higher than that of roots in the control group and under various drought stress conditions.Key words：maize；SOD；POD；CAT*通讯作者收稿日期：2023-08-04 51 2023 年 8 月么发芽速度会明显受到抑制。在 1621 环境下，发芽活跃，最理想的温度为 2835。温度过高的情况下，如超过 40，那么就无法继续发芽。苗期所能接受的最低温环境一般为 32。在开花期和灌浆期所能耐受的温度分别为 2526 和 2024。值得一提的是，玉米品种不同，在温度适应上也存在差异。早熟品种需要积温达到 2 0002 200，中熟和晚熟系列分别需要达到 2 3002 600和2 5002 800（3 000）2。纵观全球，大型玉米产区其气候都有较为相似的特征，7月份平均温度为2127，无霜期较长，以 120180 d较为适宜。作为典型的短日照植物，需要在 810 h情况下才能开花结果。另外，光谱成分对于其生长发育具有显著的影响。现有研究资料表明，白天短波光对玉米具有积极作用，而早晚时分的长波光对于玉米生长更有利。作为C4植物，其体现出了良好的光合能力，饱和点较高。数据表明，其相应的光合强度为3580 mg CO2（dm2 h 叶）。因为植株高、叶片面积大，所以对水分要求也比较高。在生长发育过程中，最适宜的水量一般为 410640 mm，假如缺乏水分供给，那么产量和质量将会明显下降。通常认为，夏季降水少于 150 mm的气候不适宜种植。当然，降水过于富足会让光照条件变差、病虫害更为常见，对玉米生长也不利。总体来说，虽然玉米需要较多水分，不过其蒸腾系数为 240370，相比大麦（280400）、燕麦（340500）等都更低一些。玉米根系较为发达，可以充分吸收水分和营养成分。假如外部温度较高、水分少，那么叶片会自动卷曲，从而让蒸腾区域变小，能避免水分被过多消耗。在土壤方面，适应能力较强，有机质较多的黑钙土、栗钙土等都适合种植。在苗期，可以生长于含NaCl 0.21%土壤中，超过这一指标就无法存活。玉米植株包含 16 种元素，大部分都是通过土壤吸收的方式来获取的，比较依赖N、P、K等几种元素，Fe、Mn等元素需求量较少。抽雄前 10 d到抽华后接近 1 个月是物质积累最快、生长势头最好的时期。作物处在干旱胁迫的环境下时，自由基代谢机制将会产生明显的失衡问题，不断出现的活性氧会让植株的生理功能受到影响。抗氧化保护系统会被充分激活，从而不断消耗内部的活性氧含量，这是植物的一种自我克服环境的努力。超氧化物歧化酶（SOD）作为一种催化超氧阴离子自由基（O2-）歧化为H2O2和O2的酶，分布非常普遍，从细菌到真菌、从昆虫到哺乳动物都有其分布的踪迹。SOD的关键作用是催化相应的自由基，而这些自由基是生物体内代谢过程所产生的。不过随着自由基的增加，可能引发氧化作用，从而造成膜裂变，致使细胞受到严重损伤。SOD作为生物体内最常见、最关键的自由基清除剂，对于机体的稳定代谢具有不可替代的意义3。过氧化物酶（POD）属于过氧化物酶体的标志酶，在很多反应中都扮演着催化的角色。一般分布在载体的过氧化物酶体中，通过选择合适的辅基可以催化多样产物，从而消除过氧化氢、酚类等物质成分，具有多样效果。植物体分布着很多过氧化物酶体，具有良好的活性，与植物的呼吸作用、光合作用等都存在密切联系。在植株的生长发育过程中其活性也在改变，如在老化组织中活性高，相反就会较低。不难理解，过氧化物酶可以让内部的一些化合物转变为相应的木质物，从而提升木质化水平。在生长势头不良的水稻根系中发现其活性较高，所以可以结合这种酶的分布水平判断植物的老化情况。另外，在遗传育种中，过氧化物同工酶也发挥着重要作用。过氧化氢酶（CAT）一般分布在红细胞或相应的过氧化体中，其关键功能为催化H2O2发生反应，不会和O2在特定的环境下发生反应，这样可以避免形成有害物-OH。过氧化氢酶作为一类特定的标志酶，在过氧化物酶体酶总量中约占 40%，其主要功能为促进过氧化氢还原成水，即 2H2O2O2+2H2O。CAT作为一类酶类清除，即学者所称的触酶，属于结合酶，能够加快H2O2分解为分子氧、水，可清除内部的过氧化氢，从而对细胞具有保护作用，构成了生物防护机制的重要环节。CAT的作用机制其实是H2O2的歧化过程，在给定条件下才能发生反应。H2O2含量越高，分解反应越活跃。通常而言，每种生物机体都分布着过氧化氢酶。呼吸的生物体内基本都有其存在，动植物的红细胞、叶绿体等属于分布最常见的地方，其酶促活性非常重要，能为生物体带来抗氧化的防御能力。2 实验材料与方法对 2 个优良地方种质“牛川小玉米”“榆社黄粒玉米”进行群体改良，以改良后代组配的玉米杂交组合“J21-186”为材料，用于对该杂交组合苗期的穗位叶和根部组织进行实验。根据规范配置PEG6000 溶液，采用PEG6000 固体薄片与蒸馏水称重混合的方式配置浓度分别为0%、3%、6%、9%的PEG6000 溶液，实验做 4 组重复。配置的溶液采用喷施方式，从拔节期开始喷施到吐丝 郑丽萍等：干旱胁迫对玉米生物酶活性的影响 52 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期期结束，每 14 d喷施一次。SOD、POD和CAT的活性测定均采用NBT(氮蓝四唑）光还原法。3 实验结果3.1 干旱胁迫对玉米超氧化物歧化酶活性的影响干旱胁迫对杂交种玉米苗期穗位叶和根部SOD活性的影响如图 1 所示。结果表明，玉米穗位叶的SOD活性呈现出逐渐增加的趋势，从对照组的 366.35 （mg min）逐 渐 增 加 至 D4 程 度 下 的602.16 （mg min），增幅达 64.36%，玉米穗位叶的SOD活性在D3 和D4 干旱胁迫条件下较对照组分别增加了 26.49%和 40.17%。图 1 干旱胁迫对玉米内部超氧化物歧化酶活性的影响Fig.1 Effect of drought stress on SOD activity in maize玉米根部的SOD活性呈现出逐渐增加的趋势，从对照组的 861.85 （mg min）逐渐增加至D4 程度下的 1 481.43 （mg min），增幅达 71.88%，玉米根部的SOD活性在D3 和D4 干旱胁迫条件下较对照组分别增加了 26.22%和 38.95%。玉米根部的SOD活性在对照组及各程度干旱胁迫条件下均高于穗位叶的SOD活性：对照组高出135.26%，D2 组高出 134.74%，D3 组高出 133.25%，D4 组高出 146.02%。3.2 干旱胁迫对玉米过氧化物酶活性的影响干旱胁迫对杂交种玉米苗期穗位叶和根部POD活性的影响如图 2 所示。结果表明，玉米穗位叶的POD活性呈现出逐渐增加的趋势，从对照组的 253.15 （mg min）逐渐增加至D4 程度下的506.33 （mg min），增幅达 100.01%，玉米穗位叶的POD活性在D3 和D4 干旱胁迫条件下较对照组分别增加了 63.19%和 66.39%。玉米根部的POD活性呈现出逐渐增加的趋势，从对照组的 573.73 （mg min）逐渐增加至D4 程度下的 802.23 （mg min），增幅达 39.83%，玉米根部的POD活性在D3 和D4 干旱胁迫条件下较对照组分别增加了 22.61%和 37.56%。玉米根部的POD活性在对照组及各程度干旱胁迫条件下均高于穗位叶的POD活性：对照组高出126.64%，D2 组高出 70.27%，D3 组高出 87.37%，D4组高出 58.44%。图 2 干旱胁迫对玉米内部过氧化物酶活性的影响Fig.2 Effect of drought stress on POD activity in maize3.3 干旱胁迫对玉米过氧化氢酶活性的影响干旱胁迫对杂交种玉米苗期穗位叶和根部CAT活性的影响如图 3 所示。结果表明，玉米穗位叶的CAT活性呈现出逐渐增加的趋势，从对照组的 767.67 （mg min）逐 渐 增 加 至 D4 程 度 下 的1 097.98 （mg min），增幅达 43.03%，玉米穗位叶的CAT活性在D3 和D4 干旱胁迫条件下较对照组分别增加了 8.53%和 18.14%。图 3 干旱胁迫对玉米内部过氧化氢酶活性的影响Fig.3 Effect of drought stress on CAT activity in maize玉米根部的CAT活性呈现出逐渐增加的趋势，从对照组的 251.24 （mg min）逐渐增加至D4 程度下的 316.65 （mg min），增幅达 26.03%，玉米根部的CAT活性在D3 和D4 干旱胁迫条件下较对照组分别增加了 11.94%和 23.38%。玉米穗位叶的CAT活性在对照组及各程度干旱胁迫条件下均高于根部的CAT活性：对照组高出205.55%，D2 组高出 196.24，D3 组高出 192.59%，D4组高出 246.75%。4 结 论本文以杂交种玉米为研究对象，重点分析了下转第 56 页 56 天 津 科 技第 50 卷 第 8 期设施使气象预警通过更广阔的渠道传播，除电视、广播等方式外，短信、微信、网络新媒体等方式的应用也使得预警网络更加全面。同时，信息平台的多元化也为气象灾害评估工作带来了新的进展，完善了灾害预警防御具体举措。6 结 论农业气象服务始终在防灾减灾中发挥着不可或缺的作用，是保障农业产业经济发展的壁垒。降低气象灾害造成的损失、为农业提供准确及时的多元化信息服务、提前防范自然灾害对农业造成的影响是农业气象服务的核心追求。健全农业气象防灾减灾体制，构建与综合防灾减灾救灾相适应的气象防灾减灾组织责任体系；健全部门间规划对灾害防御和处置的统筹、共建，健全气象监测预报预警组织部署、应急指挥、舆情应对的部门间联动协同机制，健全预警信息发布和社会传播制度。完善农业气象防灾减灾联动参与机制，提高基层人员的农业气象防灾减灾能力。加强灾害防御的气象科普宣传，提高防灾减灾意识，提升防灾避灾和自救互救能力。未来，农业气象服务的发展将更具创新性与突破性，将加入更多高新科技与多领域联动，与多学科融合，将气候条件与作物生长发育和其他要素相结合，针对性影响预报和风险预警业务，使精细化的农业气象服务更具全面性、实用性和前瞻性。参考文献罗卫华.浅析农业气象服务现状和发展核心要点 J .农业灾害研究，2020，10（7）：71-72.刘进红.农业气象灾害预测的重要性及其发展方向 J .农业工程技术，2021，41（5）：94，96.杨昆.基于气象技术的农业气象监测预警及服务平台构建研究 J .电子设计工程，2021，29（21）：94-98.王晶瑜.农业生产中气象信息服务的应用 J .吉林农业，2019（20）：105.李义兰，龙国军，徐婷婷.浅析农业气象灾害对农作物产量的影响 J .种子科技，2019，37（12）：124-125.余文梅，翟昱明，马国涛.基于层次分析法的固原市原州区设施农业气象灾害影响评估 J .现代农业，2020（12）：102-104.123456模拟干旱胁迫下杂交种玉米穗位叶和根部超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性的影响，以期为相关研究提供一定借鉴。参考文献韦仕甜，王杰，阮英慧.干旱胁迫对不同玉米品种苗期123生理指标的影响 J .耕作与栽培，2015（5）：20-21，44.谢美华，罗中泽，李霖，等.干旱胁迫对不同玉米品种幼苗生理特性的影响 J .江苏农业科学，2015（1）：58-60.崔蓉，王天野，王呈玉，等.干旱胁迫对不同玉米品种生长性状及产量的影响 J .华北农学报，2021（S01）：94-100.上接第 52 页