低钾胁迫对不同耐性玉米自交系光合关键酶活性的影响

夏乐

摘要：以耐低钾玉米自交系90-21-3、91-2和不耐低钾玉米自交系D937、N40为试材，研究低钾胁迫对不同耐性玉米自交系光合关键酶活性的影响。试验结果表明：低钾胁迫下，90-21-3和91-2的质膜Ca2+-ATPase活性较低；低钾诱导质膜Mg2+-ATPase、PEPC响应；90-21-3和91-2的Mg2+-ATPase活性、PEPC活性显著高于D937和N40，说明耐低钾玉米自交系能够维持相对良好的代谢状态。

关键词：低钾胁迫；玉米自交系；酶活性

中图分类号：S513 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）03-0007-03

钾是作物的营养三要素之一，在作物的生长发育、新陈代谢以及产量形成过程中具有重要作用。我国玉米栽培面积大，加之玉米生理期需钾量大、钾素不足问题突出，严重限制玉米产量的进一步提高。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为课题组经多年筛选出的典型耐低钾玉米自交系90-21-3，91-2和不耐低钾玉米自交系丹937（D937），N40。

1.2 试验设计

采用水培法培养试材。

1.3 测定项目

叶片质膜Ca2+-ATPase，Mg2+-ATPase活性、PEP羧化酶活性。

1.4 数据统计

采用DPS和Excel 2003软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 不同钾浓度下叶片质膜Ca2+-ATPase 活性

随着低钾胁迫程度的加剧，90-21-3，91-2和D937，N40叶片类囊体膜上Ca2+-ATPase活性变化趋势表现不一致，在0.625 mmol/L钾水平下，不同耐性玉米自交系间呈现极显著差异（P=0.009 2）。如图1所示，90-21-3和91-2的Ca2+-ATPase活性分别比对照下降21.6%和2.6%，而Ca2+-ATPase活性却分别比对照增加67.7%和44.1%，D937和N40的处理间均达到极显著水平（P=0.005 3）；在0 mmol/L钾水平下，90-21-3，91-2和D937，N40的Ca2+-ATPase活性分别比各自对照增加22.9%，30.1%和44.5%，32.0%。

2.2 不同钾浓度下叶片质膜Mg2+-ATPase 活性

如图2所示：在低钾胁迫下，90-21-3，91-2，D937，N40叶片类囊体膜上的Mg2+-ATPase活性总体呈下降趋势，D937和N40较对照下降幅度大于90-21-3和91-2，不同耐性玉米自交系间差异不显著，但不同处理间的差异达到显著水平（P=0.046 2）；在0.625 mmol/L钾水平时，90-21-3和91-2的Mg2+-ATPase活性分别比对照降低17.4%和13.6%，D937和N40的Mg2+-ATPase活性分别比对照降低51.5%和41.3%；在0 mmol/L钾水平时，90-21-3和91-2的Mg2+-ATPase活性分别为对照的27.1%和27.6%，D937和N40的Mg2+-ATPase活性分别为对照的42.5%和28.1%。

2.3 叶片PEPC活性

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）催化PEP的不可逆羧化反应，形成草酰乙酸。在C4植物叶片中，PEPC固定CO2并参与光合C4循环，是光合C4途径的关键酶。各玉米自交系不同钾浓度的叶片PEPC活性总体呈下降趋势，如图3所示。

在0 mmol/L钾水平下，4个玉米自交系都比对照有所下降，D937和N40下降幅度较大，分别为对照的55.4%和55.6%；在1.250 mmol/L钾水平下，90-21-3和91-2较对照下降8.7%和3.4%，而D937和N40较对照上升15.8%和27.8%；在0.625 mmol/L钾水平时，90-21-3和91-2较对照增加28.3%和14.6%，而D937和N40较对照下降41.6%和30.0%，但不同处理间及不同耐性玉米自交系间差异均不显著。

3 结论与讨论

刘建祥研究认为，在低钾条件下，耐低钾玉米品种的Mg2+-ATPase活性高于不耐低钾品种，Ca2+-ATPase活性则相反。试验表明，低钾胁迫下，不同耐性玉米自交系的Ca2+-ATPase活性总体呈增加趋势，而Mg2+-ATPase活性呈降低趋势；耐低钾玉米自交系90-21-3和91-2的两种酶活性变化幅度较小，不耐低钾玉米自交系D937和N40变化幅度较大；耐低钾玉米自交系90-21-3和91-2的Ca2+-ATPase活性显著低于不耐低钾玉米自交系D937和N40，而Mg2+-ATPase活性差异不显著。低钾胁迫下，不耐低钾玉米自交系D937和N40的Ca2+-ATPase增加不显著，而Mg2+-ATPase活性显著降低，势必会导致叶片的某些生理生化过程受影响，最终影响植株干物质积累，而耐低钾玉米自交系90-21-3和91-2的叶片内部生理生化过程基本保持正常，有利于植株正常生长发育。

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）存在于细菌、藻类和高等植物中。低钾胁迫下，不同耐性玉米自交系叶片的PEPC活性总体呈下降趋势。在严重低钾胁迫下，耐低鉀玉米自交系90-21-3和91-2的PEPC活性高于不耐低钾玉米自交系D937和N40，说明低钾胁迫对耐低钾玉米自交系的光合代谢影响较小，能固定相对较多的CO2，进而产生较多的干物质，利于植株生长。耐低钾玉米自交系90-21-3和91-2的Ca2+-ATPase活性显著高于不耐低钾玉米自交系D937和N40，这可能是耐低钾玉米自交系植株对低钾胁迫的一种适应性响应。

低钾胁迫下，不同耐性玉米自交系与光合作用有关的酶类活性存在差异，说明不同个体对低钾逆境的适应程度不同，耐低钾玉米自交系对逆境反应迅速，能快速调节、适应并参与逆境反应，使机体维持相对良好的代谢状态，确保植株可以正常生长。