平歐雜種榛優(yōu)良品種的抗旱性比較1)

宋鋒惠 殷傳杰 史彥江 陶秀冬 周麗

(新疆林業(yè)科學院經(jīng)濟林研究所，烏魯木齊，830063) (新疆維吾爾自治區(qū)林業(yè)廳) (新疆林業(yè)科學院經(jīng)濟林研究所)

責任編輯:潘 華。

榛子為樺木科(Corylaceae)榛屬(Corylus)植物，是世界“四大堅果”樹種之一。1993年以來，新疆林業(yè)科學院陸續(xù)開展了榛子的引種、馴化、選育、栽培等工作，現(xiàn)已形成以伊犁河谷為主的平歐雜種榛(Corylus heterophylla×Corylus avellan)栽植帶，并逐漸成為新疆推廣示范的新型特色林果樹種之一［1-2］。新疆地處亞歐大陸腹地，干燥少雨，為典型的大陸性氣候，尤其南疆地區(qū)，處于極端干旱地區(qū)，環(huán)境惡劣，如何篩選出適合當?shù)卦灾驳碾s種榛品種，已成為亟待解決的關(guān)鍵問題之一。目前，有關(guān)新疆雜種榛抗旱性的研究報道較少，寇云玲［3］研究了新疆雜種榛葉片解剖結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其具有顯著的旱生結(jié)構(gòu)，但未對不同品種的抗旱生理指標做系統(tǒng)研究。植物在干旱脅迫下，各項生理指標發(fā)生變化，以抵御或減輕脅迫對自身的傷害，這些生理指標的變化大小在一定程度上反映了植物的抗旱能力，這在楊樹［4-7］等植物上已有大量研究報道。

本文以在天山北坡-伊犁河谷經(jīng)濟帶種植的優(yōu)良雜種榛品種為試材，研究干旱脅迫下各品種抗旱生理指標的變化規(guī)律，對各品種的抗旱性進行評價，旨在篩選抗旱性強的雜種榛種質(zhì)資源，為開展雜種榛抗旱性遺傳研究、選擇適宜栽植區(qū)域、選育抗旱品種及建立有效的抗旱評價體系提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

供試材料采自新疆林業(yè)科學院安寧渠試驗基地，以新疆良種審定的4 個平歐雜種榛品種:新榛1號(84-254)、新榛2 號(82-11)、新榛3 號(84-310)和新榛4 號(82-15)的1年生盆栽苗為材料，4種供試材料的田間管理基本一致。試驗采用盆栽法，花盆規(guī)格30 cm×40 cm，土壤為混合土壤(V(腐殖土)∶V(河沙)=3 ∶1)。

處理與采樣:干旱脅迫自2013年7月22日開始進行，每個品種取10 盆(每盆1 株)長勢一致的的1年生幼苗，采用控水法自然干旱，分成2 組，脅迫組停止?jié)菜?，對照組(CK)正常澆水。每5 d 采集植株中上部生長均勻的完整葉片(帶葉柄)6～8 片，測定相關(guān)指標，各指標測定重復3 次，持續(xù)時間為1個月。

抗旱指標的測定:相對含水量測定［8］取葉片組織，稱出鮮質(zhì)量Wf;再在蒸餾水中浸泡24 h 后稱其飽和鮮質(zhì)量Wt;放入烘箱內(nèi)105 ℃殺死30 min，然后于80 ℃下烘至恒質(zhì)量，稱出干質(zhì)量Wd。根據(jù)下列公式計算相對含水量(RWC):RWC=［(Wf-Wd)/(Wt-Wd)］×100%。

質(zhì)膜透性測定［9］:取鮮葉0.2 g，放入100 mL 三角瓶中，標記后加入20 mL 去離子水，靜止3 h，間隔0.5 h 搖勻一次，用DDS-307 型電導率儀測定浸提液的初電導率(C1);然后將三角瓶置于電熱板上煮沸，溶液沸騰后再煮7 min，對浸提液定容至20 mL，待浸提液溫度冷卻至室溫時，搖勻，測定終電導率(C2)，相對電導率=(C1/C2)×100%。

游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)測定—采用茚三酮顯色法［8］;丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度測定—采用硫代巴比妥酸法［10］;超氧化物歧化酶(SOD)活性測定—采用氮藍四唑(NBT)法［10］。

數(shù)據(jù)處理:用SPSS19.0 軟件進行方差分析及Duncan 新復極差法多重比較，抗旱性評價應用模糊數(shù)學中的隸屬函數(shù)值法［11］，以相對含水量、相對電導率、游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)、丙二醛質(zhì)量摩爾濃度和超氧化物歧化酶活性等指標進行綜合評價。

隸屬函數(shù)值計算公式:R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。如果負相關(guān)，則用反隸屬函數(shù)值計算公式:R(Xi)=1-(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)。式中，Xi為指標測定值，Xmin、Xmax為所有參試材料某一指標的最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對葉片相對含水量的影響

葉片變化是植物對干旱脅迫的綜合反應，可作為評價植物抗旱性的直接證據(jù)。本試驗過程中發(fā)現(xiàn)，腔迫1～10 d 各品種葉片差異不是很大;隨著脅迫時間的延長，新榛3 號葉片葉緣開始發(fā)黃，新榛2號和新榛4 號葉緣稍有發(fā)黃，但程度較新榛3 號輕，新榛1 號葉子沒有顯著變化。由此可知，新榛1 號比其余品種具有更強的干旱適應性。

相對含水量是反映植物水分狀況的參數(shù)，可作為抗旱性鑒定的指標［12］。由表1可知，對照組(CK)4 個品種間葉片相對含水量，隨時間延長變化幅度不大。脅迫組4 個品種的葉片相對含水量均隨脅迫時間增加呈降低趨勢，新榛1 號的相對含水量在30 d 的干旱脅迫下，始終保持最大;其余3 個品種在脅迫1～15 d，相對含水量較為接近，在89.68%～54%;在脅迫15～30 d，新榛3 號的相對含水量最大，新榛4 號次之，新榛2 號最小。4 個品種在脅迫1～30 d 時的相對含水量的下降幅度也不盡相同，新榛1 號、新榛2 號、新榛3 號和新榛4 號的下降幅度分別為69.21%、80.42%、75.14%和78.07%，說明新榛1 號有較高的含水量且失水速率較慢，新榛2 號的含水量較低且失水速率較快，新榛3 號和新榛4 號的含水量和失水速率居中。

表1 干旱脅迫后不同品種相對含水量的變化

方差分析發(fā)現(xiàn)，4 個品種間和脅迫前后的相對含水量變化均達極顯著水平(P＜0.01)，對4 個品種相對含水量進行多重比較(見表2)發(fā)現(xiàn)，新榛1 號極顯著高于其余3 個品種;新榛3 號顯著高于新榛2 號，與新榛4 號差異不顯著;新榛2 號和新榛4 號差異不顯著。說明抗旱性強的品種相對含水量也較高，流失速度較慢，反之，抗旱性弱的品種，相對含水量較低，流失也較快。

表2 干旱脅迫下雜種榛各生理指標的多重比較

2.2 干旱脅迫對葉片相對電導率的影響

植物在脫水時，常因傷害細胞膜結(jié)構(gòu)而引起細胞膜透性增大，細胞內(nèi)含物不同程度外滲，使外滲液電導值增大;膜透性變化愈大，電導值愈大，表示受傷越重，抗性越弱。因此，質(zhì)膜透性常被作為衡量植物受傷害程度的指標之一［13］。從表3可以看出，4個品種的相對電導率(REC)隨脅迫時間的延長均呈上升趨勢，1～5 d 時，相對電導率緩慢增加;5～25 d 時，相對電導率急速上升，新榛3 號和新榛4 號較大，分別是對照(CK)的2.59 倍和2.28 倍，新榛1 號和新榛2 號分別是對照的2.06 倍和1.89 倍;25～30 d 時，增加相對平緩，趨于穩(wěn)定，表明細胞組織受到不可逆?zhèn)ΑｋS時間的增加相對電導率的變化呈“S”型曲線。在1 至30 d 時，新榛1 號的相對電導率最小，上升了29.03%;新榛3 號和新榛4 號相對電導率相對較大，分別上升了32.88%和40%;新榛2 號相對電導率居中，上升了32.16%。

表3 干旱脅迫后不同品種相對電導率的變化

經(jīng)方差分析可知，4 個品種間和脅迫前后的相對電導率差異性均達極顯著水平(P＜0.01)，多重比較發(fā)現(xiàn)(見表2)，新榛1 號和新榛2 號差異不顯著，但均極顯著小于新榛3 號和新榛4 號，且新榛3 號和新榛4 號之間差異不顯著。

2.3 干旱脅迫對葉片游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)的影響

游離脯氨酸是最有效的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，當植物受到逆境脅迫時，體內(nèi)脯氨酸開始積累，使植物能通過自身調(diào)節(jié)逐漸適應干旱環(huán)境。脯氨酸作為植物抗旱性鑒定的重要指標，其質(zhì)量分數(shù)與抗旱性呈正相關(guān)［14］。由表4可見，4 個品種的游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)隨著脅迫時間的增加均呈“先上升后下降”的趨勢，在脅迫第1～25 d，游離脯氨酸呈上升趨勢，4 個品種的增加幅度不同，新榛1 號、新榛2 號、新榛3 號和新榛4 號的增幅分別為124.82%、157.65%、196.63%和169.69%;在脅迫25 d 后，游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)開始下降，說明植株受到干旱脅迫程度達到飽和，可能是由于植物體內(nèi)酶受到傷害而失去了活性，阻礙了其合成過程，滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)不再產(chǎn)生，進而游離脯氨酸逐漸降低。

表4 干旱脅迫后不同品種游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)的變化

經(jīng)方差分析可知，新疆平歐雜種榛各品種間的游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)差異性達顯著水平(P＜0.05)，脅迫前后游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)差異性達極顯著水平(P＜0.01)。對4 個品種游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)進行多重比較發(fā)現(xiàn)(見表2)，新榛1 號極顯著高于新榛2號、新榛3 號和新榛4 號，其余3 個品種間游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)差異不顯著。

2.4 干旱脅迫對葉片丙二醛(MDA)質(zhì)量摩爾濃度的影響

植物在逆境下發(fā)生膜脂過氧化作用，最終產(chǎn)物為丙二醛，其質(zhì)量摩爾濃度高低與植物受傷害程度呈正相關(guān)。丙二醛積累量較小，則植物受傷害程度小［15］，抗旱性較強。由圖4可知，4 個品種隨脅迫時間的延長，丙二醛含量的變化不盡相同，新榛2號、新榛3 號和新榛4 號呈“先升高后降低”的趨勢，各自達到峰值時的脅迫時間不同，新榛3 號在脅迫20 d 時丙二醛質(zhì)量摩爾濃度達到最大值，為9.57 μmol/g;新榛2 號和新榛4 號在脅迫25 d 時丙二醛質(zhì)量摩爾濃度達到最大值，分別為9.99 和8.4 μmol/g;新榛1 號的丙二醛質(zhì)量摩爾濃度持續(xù)升高，在脅迫30 d 時達到峰值，為9.32 μmol/g。丙二醛質(zhì)量摩爾濃度較早的達到峰值，說明受害程度較重，膜脂過氧化程度劇烈，組織細胞受害較大，抗逆性能力相對較弱。整體來說，4 個品種丙二醛質(zhì)量摩爾濃度較脅迫第1 d 時均呈增加趨勢，新榛1 號、新榛2 號、新榛3 號和新榛4 號在1～30 d 時的增幅分別為152.52%、242.38%、223.4%和339.79%。

表5 干旱脅迫后不同品種丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的變化

經(jīng)方差分析可知，新疆雜種榛在品種間和脅迫前后丙二醛質(zhì)量摩爾濃度的變化均達極顯著水平(P＜0.01)。多重比較發(fā)現(xiàn)(見表2)，新榛1 號極顯著高于新榛4 號，顯著高于新榛2 號，與新榛3 號差異不顯著;新榛3 號顯著高于新榛4 號。

2.5 干旱脅迫對葉片超氧化物歧化酶活性的影響

自由基引起的膜傷害學說認為，活性氧引起膜脂過氧化，會影響到細胞的正常代謝，而細胞體內(nèi)的保護性酶會發(fā)生變化，維持活性氧的生成與清除之間的動態(tài)平衡［16］。超氧化物歧化酶(SOD)的主要功能是清除生物體內(nèi)超氧離子基團，防御活性氧或其他過氧化物自由基對細胞膜的傷害，因此，SOD活性的變化情況，在一定程度上可反映植物的抗性強弱。由表6可見，干旱脅迫下，植株體內(nèi)的SOD活性整體呈“先增加后降低”趨勢。脅迫初期，4 個品種的SOD 活性均劇烈上升，在10 d 時達到最大值，新榛1 號、新榛2 號、新榛3 號和新榛4 號分別是第1 d 時的2.11 倍、2.76 倍、2.89 倍和2.68 倍。隨著干旱脅迫時間延長，SOD 活性下降，4 個品種間下降幅度不盡相同，從脅迫10 d 至30 d 時，新榛1 號、新榛2號、新榛3 號和新榛4 號分別下降了4.28 倍、5.8 倍、57.34 倍和3.79 倍，新榛3 號下降幅度最大。

表6 干旱脅迫后不同品種超氧化物歧化酶活性的變化

從4 個品種的SOD 活性變化來看，在干旱脅迫初期，SOD 活性劇烈上升，以抵御或減輕植物所受的傷害;隨著脅迫時間延長，水分虧缺加重，SOD 活性下降，只是各品種下降的速度不盡相同。方差分析(表2)可知，在脅迫前后，4 個品種的SOD 活性的變化極顯著(P＜0.01)，品種間差異不顯著。

2.6 不同雜種榛品種抗旱性的綜合評價

以相對含水量、相對電導率、游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)和丙二醛質(zhì)量摩爾濃度4 個指標為依據(jù)，計算各指標的隸屬函數(shù)值，并求其平均值進行綜合評價(表7)，4 個雜種榛品種抗旱性大小排序為:新榛1 號、新榛2 號、新榛4 號、新榛3 號。

表7 雜種榛抗旱性隸屬度的綜合評價

3 討論與結(jié)論

植物在生長發(fā)育的進程中都會受到溫度、鹽分、水分等環(huán)境因子的脅迫，研究植物對環(huán)境脅迫的忍耐和抵抗能力，篩選抗性樹種及品種，對林業(yè)生產(chǎn)具有重要意義［17］。植物在遭受干旱時，葉片發(fā)生萎蔫、失綠等變化，是植物對干旱脅迫的綜合響應。本研究發(fā)現(xiàn)隨著干旱脅迫時間的延長，新榛3 號、新榛2 號和新榛4 號葉緣均有不同程度的發(fā)黃現(xiàn)象，新榛1 號葉片沒有顯著變化，說明新榛1 號具有較強的抗旱性。

葉片組織的相對含水量可以明確顯示其水分狀況，相對電導率可準確反映其質(zhì)膜受傷害的程度［12-13］，本研究也表明，相對含水量隨干旱脅迫時間的延長而降低，4 個品種間的含水量存在差異性，在1～30 d 時，新榛1 號相對含水量的降幅最小，且相對含水量極顯著高于其余3 個品種，說明新榛1號的保水能力相對較強，可以較好維持植株正常的生理活動。相對電導率隨干旱脅迫時間的延長而增加，新榛1 號的相對電導率極顯著低于新榛3 號和新榛4 號，與新榛2 號差異不顯著，且新榛1 號和新榛2 號的值較為接近，說明新榛1 號和新榛2 號在干旱脅迫下受損傷較小，抗逆境能力相對較強。

在逆境下，游離脯氨酸、丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)的變化，可用作反映植物抗逆性的參考性生理指標。脯氨酸是一種細胞親和溶質(zhì)，其水溶性很大，在干旱時具有保水的作用。這種物質(zhì)有強的親水性，能穩(wěn)定膠質(zhì)體組織內(nèi)的代謝過程，同時它又可以作為氧化還原過程的活化劑，能消除植物體內(nèi)氨積累所造成的毒害［18］。杏、桃、梅［19］、蘋果［20］等經(jīng)濟樹種在水分脅迫時體內(nèi)都積累大量脯氨酸，而且抗旱力強的樹種(品種)比抗旱性弱的增加幅度大。本研究中，4 個品種的游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)隨干旱脅迫時間的延長均呈“先升高后下降”的趨勢，但各品種的游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)不盡相同，且增幅不同，游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)越大，說明在逆境下產(chǎn)生的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)較多，植物耐旱能力較強，這與在楊樹［7］上的研究結(jié)果較一致。在干旱脅迫1～30 d 時，新榛1 號的游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)最大，且極顯著高于其余3 個品種，表明其適應干旱逆境能力較強。

MDA 是膜脂過氧化的最終產(chǎn)物，毒害組織細胞，使植物的抗逆能力下降，MDA 質(zhì)量摩爾濃度與植物抗逆能力呈負相關(guān)［15］。本研究中，各品種葉片MDA 質(zhì)量摩爾濃度隨干旱脅迫時間的延長均呈“先升高后下降”的趨勢，這與前人在柿［21］、杜仲［22］、李［23］等樹木上的研究結(jié)果基本一致。在干旱脅迫1～30 d 時，新榛4 號MDA 質(zhì)量摩爾濃度始終最低，顯著高于新榛1 號和新榛3 號，與新榛2 號差異不顯著，說明新榛4 號抵御逆境能力較強。

SOD 的主要功能是清除生物體內(nèi)超氧離子基團，防御活性氧或其他過氧化物自由基對細胞膜的傷害，SOD 活性越強，抗逆性能力越強;反之，則越弱［5］。在干旱脅迫初始階段，SOD 活性升高，隨著長時間干旱脅迫，SOD 活性降低，表明SOD 對平歐雜交榛抗旱性有一定的貢獻，這與銀中楊［24］的研究結(jié)果一致。4 個品種的SOD 活性在干旱脅迫10 d時達到峰值，隨之下降，但各品種的降幅不同，新榛3 號在脅迫30 d 時，下降了57.34 倍，表明干旱脅迫時間越長，其清除自由基的能力越弱，植物受損程度相對較高，抗旱能力低于其余3 個品種。

綜上所述，4 個品種對某一具體指標的抗旱性反應不盡相同，由此可知，抗旱性是一種受多種因素影響的復雜的數(shù)量遺傳性狀，用單一指標難以全面準確地反映植物抗旱性的強弱，而隸屬函數(shù)法提供了一條在多指標測定基礎上對雜種榛抗旱性進行綜合評價的途徑，避免了單一指標的片面性。本研究以相對含水量、相對電導率、游離脯氨酸質(zhì)量分數(shù)、MDA 質(zhì)量摩爾濃度和SOD 活性5 個指標為依據(jù)，計算其隸屬函數(shù)值，綜合評價表明4 個平歐雜種榛品種的抗旱性由強到弱依次為:新榛1 號、新榛2號、新榛4 號、新榛3 號。

［1］ 宋鋒惠，崔培毅，史彥江.伊犁河谷雜交榛引種栽培及發(fā)展前景［J］.新疆農(nóng)業(yè)科學，2008，45(S3):69-71.

［2］ 宋鋒惠，史彥江，卡得爾.大果雜交榛子引種及優(yōu)良品種的選育［J］.東北林業(yè)大學學報，2007，35(5):87-89.

［3］ 寇云玲，羅青紅，宋鋒惠，等.新疆雜交榛葉片解剖結(jié)構(gòu)研究［J］.果樹學報，2012，29(6):1063-1068.

［4］ 譚雪紅.5 種灌木的生理特性及抗旱性的綜合評價［J］.東北林業(yè)大學學報，2013，41(2):29-34.

［5］ 姜慧芳，任小平.干旱脅迫對花生葉片SOD 活性和蛋白質(zhì)的影響［J］.作物學報，2004，30(2):169-174.

［6］ 聶華堂，陳竹生，計玉.水分脅迫下柑桔的生理變化與抗旱性的關(guān)系［J］.中國農(nóng)業(yè)科學，1991，24(4):14-18.

［7］ 高建社，王軍，周永學，等.5 個楊樹無性系抗旱性研究［J］.西北農(nóng)林科技大學學報:自然科學版，2005，33(2):112-116.

［8］ 鄒琦.植物生理學實驗指導［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000.

［9］ 王飛，李嘉瑞.用電導法配合Logistic 方程確定杏花期的抗寒性［J］.西北農(nóng)業(yè)大學學報，1997，25(5):59-63.

［10］ 趙世杰，史國安，董新純.植物生理學實驗指南［M］.北京:中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社，2002.

［11］ 陶向新.模糊數(shù)學在農(nóng)業(yè)科學中的初步應用［J］.沈陽農(nóng)業(yè)大學學報，1982(2):96-107.

［12］ Levitt A D.Responses of plant to environmental stresses［M］.New York:Academic Press，1990.

［13］ 趙昕，李玉霖.高溫脅迫下冷地型草坪草幾項生理指標的變化特征［J］.草業(yè)學報，2001，10(4):86-88.

［14］ Blum A，Ebercon A.Genotypic responses in sorghum to drought stress Ⅲ.Free proline accumulation and drought resistance［J］.Crop Science，1976，16(3):428-431.

［15］ 白志英，李存東，吳同燕，等.干旱脅迫條件下小麥旗葉酶活性和丙二醛含量的染色體定位［J］.植物遺傳資源學報，2009，10(2):255-261.

［16］ 許凱揚，葉萬輝，段學武，等.PEG 誘導水分脅迫下喜旱蓮子草的生理適應性［J］.浙江大學學報:農(nóng)業(yè)與生命科學版，2004，30(3):271-277.

［17］ 徐秀梅，張新華，王漢杰.四翅濱藜抗旱生理特性研究［J］.南京林業(yè)大學學報:自然科學版，2004，28(5):54-58.

［18］ 胡學華，肖千文，蒲光蘭，等.經(jīng)濟林抗旱研究進展［J］.經(jīng)濟林研究，2004，22(4):82-86.

［19］ 陸受華，褚孟源.水分脅迫后梅杏桃脯氨酸脫落的積累及其與抗旱性的關(guān)系［J］.南京農(nóng)業(yè)大學學報，1989，12(3):29-32.

［20］ 楊洪強，黃天棟.水分脅迫對蘋果新根多胺和脯氨酸含量的影響［J］.園藝學報，1994，21(3):295-296.

［21］ 姚允聰，曲澤州，李樹仁.土壤干旱與柿樹葉片膜脂及膜脂過氧化的關(guān)系［J］.林業(yè)科學，1993，29(6):485-491.

［22］ 文建雷，張?zhí)矗敖?三種杜仲無性系抗旱性比較［J］.西北林學院學報，2000，15(3):12-15.

［23］ 王有年，張海英，卜慶雁，等.水分脅迫對李葉片抗氧化代謝的影響［J］.北京農(nóng)學院學報，2003，18(2):97-100.

［24］ 王晶英，趙雨森，王臻，等.干旱脅迫對銀中楊生理生化特性的影響［J］.水土保持學報，2006，20(1):197-200.