花生種質(zhì)苗期耐旱性鑒定與綜合評價(jià)

任婧瑤，王 婧，蔣春姬，趙新華，邢麗婷，張 鶴，于海秋

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，沈陽110161）

花生（Arachishypogaea L.）是我國重要的油料作物之一，我國的花生產(chǎn)區(qū)主要分布在干旱、半干旱雨養(yǎng)地區(qū)[1]。每年由于播種期干旱、生長季周期性和季節(jié)性干旱，對花生生產(chǎn)影響較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國每年經(jīng)干旱引起的產(chǎn)量損失可達(dá)30%～50%；同時(shí)，干旱加劇了花生籽粒黃曲霉菌感染的風(fēng)險(xiǎn)，造成品質(zhì)下降[2-4]。遼寧是我國主要的花生種植區(qū)域之一，年均種植面積約33萬hm2，以品質(zhì)優(yōu)良在國際國內(nèi)享有很高聲譽(yù)。在干旱、半干旱的沙質(zhì)土壤上，種植花生的比較效益是其他作物的1.5～2.0倍，但這些地區(qū)大部分“十年九春旱”，花生苗期遭遇干旱脅迫嚴(yán)重影響其產(chǎn)量的穩(wěn)定和品質(zhì)的提升。耐旱品種的應(yīng)用是解決該地區(qū)春季干旱、保障花生生產(chǎn)的有效和主要途徑之一。

許多研究表明，花生不同品種對于干旱脅迫影響的反應(yīng)差異極為顯著，這種差異就是不同基因?qū)Νh(huán)境適應(yīng)差異的總體表現(xiàn)，是開展花生耐旱性篩選、耐旱育種和耐旱生理機(jī)制研究的基礎(chǔ)[5]。王彩等[6]運(yùn)用聚類分析法、耐旱性等級評價(jià)賦分法及標(biāo)準(zhǔn)差賦予權(quán)重法綜合分析了不同花生種質(zhì)苗期抗?jié)B透脅迫能力。此外，相對植株鮮重、離體葉片失水速率和萎蔫指數(shù)也被用于花生耐旱性篩選鑒定中，有效篩選出具有耐旱性差異的品種[7-8]。張智猛等[9]測定了花生苗期和花針期的形態(tài)和生理指標(biāo)，并利用隸屬函數(shù)值對不同花生種質(zhì)的耐旱性進(jìn)行了評價(jià)。龍海濤等[10]利用綜合隸屬函數(shù)法對來自不同產(chǎn)地的8個(gè)花生品種進(jìn)行了苗期耐旱性評價(jià)，為耐旱品種的種植推廣起到了指導(dǎo)作用。對于遼寧花生種植而言，相關(guān)的研究極為迫切。為此，本研究以遼寧地區(qū)選育的農(nóng)花系列、阜花系列花生種質(zhì)，以及遼寧省外選育但在遼寧種植面積較大的花生種質(zhì)為試材，通過4葉期花生離體葉片失水速率、相對植株鮮重、傷害率和萎蔫指數(shù)的測定及其隸屬函數(shù)統(tǒng)計(jì)分析，對試材進(jìn)行了耐旱性綜合評價(jià)，以期為花生耐旱生理機(jī)制研究和耐旱種質(zhì)推廣應(yīng)用進(jìn)一步提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試種質(zhì)共計(jì) 23 份，其中：農(nóng)花（NH）系列種質(zhì) NH5、NH8、NH9、NH11、NH12、NH13、NH14、NH15、NH16、NH18、NH19、NH20、NH21、NH22和NH23由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)花生研究所選育；花育 （HY）系列種質(zhì)HY20和HY22由山東省花生研究所選育；阜花（FH）系列種質(zhì)FH12、FH18、FH23和FH24由遼寧省風(fēng)沙地改良利用研究所選育；TY4（唐油4號）由唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育；BS1016（白沙1016）由廣東省澄?？h白沙農(nóng)場選育。

1.2 方法

選取飽滿均勻花生種子浸泡8h后種植沙土中，于溫度為28℃，光照/黑暗為16h/8h培養(yǎng)室中培養(yǎng)，隔天補(bǔ)充1/2Hoagland營養(yǎng)液，培養(yǎng)至4葉期。隨機(jī)挑選長勢一致的花生植株連根取出，洗凈，吸水紙擦干，將根部浸泡于20%PEG6000（W/V）中24h后取材進(jìn)行試驗(yàn)，以蒸餾水處理為對照。

離體葉片失水速率參照劉丹丹的方法[8]，取其葉片測定鮮重，靜置2h后自然風(fēng)干稱重再烘干稱重，相對植株鮮重參照劉永惠的方法[11]，分別測定浸泡于蒸餾水對照中24h和20%PEG6000中24h后植株重，使用DDSJ-308F電導(dǎo)率儀測定花生葉片傷害率。

在直徑15cm花盆中播種，每盆中播種2粒，正常水分條件下將花生培養(yǎng)至2葉1心（期間保證所有花生澆水量與生長條件一致），后停止?jié)菜?，期間每隔1d使用相機(jī)拍攝記錄植株形態(tài)，在停止?jié)菜蟮?5天進(jìn)行萎蔫程度等級評定?；ㄉ璩潭确譃?個(gè)等級：0級，花生葉片自然伸展，葉色鮮亮且有光澤，莖稈堅(jiān)挺；1級，葉片開始出現(xiàn)失水反應(yīng)，葉色無光澤，頂1葉、2葉略微下垂；2級，植株繼續(xù)失水，葉片皺縮下垂幅度增大；3級，部分葉片干硬、卷曲；4級，所有葉片均下垂、皺縮，葉片變黃；5級，葉片完全失水干硬，植株死亡；如果萎蔫的程度介于兩級之間，則作為半級處理[12]。

為了避免各種質(zhì)基礎(chǔ)性狀差異所帶來的誤差，采用相對值作為隸屬函數(shù)計(jì)算時(shí)的原始數(shù)據(jù)，即：相對值=該性狀水分脅迫下測定值/該性狀對照條件下測定值。參照張智猛等[13-14]的方法以平均隸屬函數(shù)判定花生耐旱性。公式為：μxj=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)。當(dāng)某性狀與耐旱性負(fù)相關(guān)時(shí)，則反隸屬函數(shù)公式為：μxj=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)。以綜合平均隸屬函數(shù)值作為花生耐旱性強(qiáng)弱的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 模擬干旱處理下花生離體葉片失水速率的變化

花生葉片離體后，自然失水，24h之內(nèi)不同花生葉片呈現(xiàn)不同的失水速率。由如表1可知，葉片離體后失水速率最大的為 NH23和 FH24，其離體葉片 2h自然風(fēng)干速率分別為 18.6mg·g-1·s-1和 17.3mg·g-1·s-1，顯著高于其他種質(zhì)；失水率最小的為NH20，其離體葉片2h自然風(fēng)干失水速率為8.4mg·g-1·s-1。說明在干旱脅迫條件下，NH20的保水率顯著高于其他各種質(zhì)，葉片保水能力更強(qiáng)，而NH23和FH24的葉片保水能力較差。

表 1 不同花生離體葉片失水速率Table 1 Water loss rate of detached leaves in different peanut germplasm /mg·g-1·s-1

2.2 模擬干旱處理下花生相對植株鮮重的變化

干旱脅迫處理后，花生的相對植株鮮重變化不同，其中尤以FH18和NH16變化最為明顯，脅迫后的相對植株鮮重僅為66.83%和71.86%；變化最少的為NH14和NH15，相對植株鮮重在干旱處理之后仍保持在82.77%和80.91%。其他各品種相對植株鮮重差異較小，均保持在75%～80%（表2），說明FH18和NH16植株在受到干旱脅迫后植株的保水性下降幅度較大。

表2 花生相對植株鮮重的變化Table 2 Relative plant fresh weight in different germplasm /%

2.3 模擬干旱處理下花生葉片傷害率的差異

在20%PEG6000模擬干旱條件下，花生葉片細(xì)胞受到傷害，膜脂受到不同程度破壞。由表3可知，在23份花生種質(zhì)中，花生葉片膜脂傷害程度最大的品種為NH16，傷害率為43.45%，顯著高于其他品種；葉片膜脂傷害程度最小的為NH13，傷害率為7.31%，其余花生的傷害率集中在7.72%～23.11%。

2.4 模擬干旱處理下花生葉片萎蔫指數(shù)的差異

由表4可知，在干旱處理后各品種花生呈現(xiàn)出不同程度的萎蔫狀態(tài)，NH5萎蔫等級最低，耐旱形態(tài)最好，莖稈直立，葉片萎蔫程度小，萎蔫指數(shù)為2.83級；BS1016、NH11、FH18和FH24萎蔫等級最大，萎蔫指數(shù)為4.17級，葉片干枯變硬，莖稈彎曲，植株接近死亡。其他品種萎蔫指數(shù)在3.33級至4級之間。圖1中，A2、B2為NH5和NH18，萎蔫程度較小，C2、D2 為 FH18 和 BS1016，萎蔫程度較大，A1、B1、C1、D1 分別為其對照處理。

表3 不同花生種質(zhì)干旱脅迫下傷害率Table 3 Damage rate in different germplasm under drought stress /%

表4 不同花生種質(zhì)的萎蔫指數(shù)Table 4 Withered indexes of peanuts in different germplasm under drought stress

2.5 花生種質(zhì)耐旱性的綜合評價(jià)

通常情況下，單一的抗逆參數(shù)不能反映植物的綜合抗逆性。因此，本研究綜合考慮各生理生化指標(biāo)和形態(tài)指標(biāo)，分析結(jié)果如表5。經(jīng)干旱脅迫處理24h后，23份種質(zhì)中，NH5的平均隸屬函數(shù)值最高為0.884，其次為HY22（0.833）；而平均隸屬函數(shù)最低的為NH16和FH18，分別是0.288和0.304，其余各種質(zhì)隸屬函數(shù)值在0.352～0.756。結(jié)果表明，NH5的綜合耐旱性最好，NH16的耐旱性最差。

表5 干旱脅迫下花生隸屬函數(shù)值及耐旱性綜合評價(jià)Table 5 Comprehensive evaluation of membership function and drought resistance of peanut under drought stress

3 討論與結(jié)論

花生是重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物，能提供豐富的油脂和蛋白質(zhì)[15]，是植物蛋白的主要來源之一。因其耐旱耐瘠薄的優(yōu)良特性，常被種植于干旱、半干旱地區(qū)，而隨著干旱程度日益加劇，花生的品質(zhì)提高和產(chǎn)量穩(wěn)定受到了極大限制。受地表徑流、地貌條件、年降水量、土地利用等綜合因素影響，干旱成為遼寧地區(qū)最主要的自然災(zāi)害之一[16]，同時(shí)也成為北方地區(qū)花生生產(chǎn)的限制因素。為應(yīng)對干旱脅迫，生產(chǎn)實(shí)踐中通過加強(qiáng)田間管理、地膜覆蓋、調(diào)節(jié)播期等取得了一定效果，但隨之而來的是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上人力、物力的加倍消耗。因此，篩選耐旱品種成為了應(yīng)對干旱的首選措施。

花生的耐旱性是多基因控制的數(shù)量性狀，無法通過單一的指標(biāo)對其耐旱性進(jìn)行排序[17]，為了減少不同品種間遺傳背景差異造成的誤差，使評價(jià)更具有代表性，往往使用多種相關(guān)抗性指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)及分析[18-19]。綜合隸屬函數(shù)作為一種用于表征模糊集合的數(shù)學(xué)方法，可以綜合地評定作物間以及品種間的耐旱性差異[20-21]，因此在前人的研究中，多采用隸屬函數(shù)法來綜合評價(jià)植株的耐旱能力，王蘭芬等[22]通過考察不同種質(zhì)單株產(chǎn)量、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單株生物量、株高等指標(biāo)，鑒定綠豆種質(zhì)資源的耐旱性，陳艷萍等[7，13]分別對不同的花生種質(zhì)進(jìn)行了耐旱性鑒定，并利用篩選出的品種進(jìn)一步調(diào)查分析其抗逆機(jī)制。

本研究以離體葉片失水速率、相對植株鮮重、傷害率及植株萎蔫指數(shù)為評價(jià)指標(biāo)，利用綜合隸屬函數(shù)法，對遼寧地區(qū)23份花生種質(zhì)的耐旱性進(jìn)行綜合評價(jià)，篩選出2份耐旱性較強(qiáng)與2份旱脅迫敏感的花生種質(zhì)，其中2個(gè)耐旱差異品種NH5與NH16與本課題組2017年大田條件下種植時(shí)的結(jié)果相一致，表明實(shí)驗(yàn)室模擬干旱脅迫鑒定在一定程度上可以反映品種間耐旱性差異，并且在進(jìn)行大批量種質(zhì)資源的耐旱性篩選鑒定時(shí)具有方便、快捷、可重復(fù)性高等優(yōu)點(diǎn)。本研究中鑒定出來的耐旱性材料，耐旱性中等及旱敏感材料，可以為花生耐旱性品種的選育和種質(zhì)改良提供參考，并對大田花生品種應(yīng)用提供指導(dǎo)。同時(shí)，隨著花生野生二倍體和四倍體全基因組測序工作的陸續(xù)完成，本研究鑒定出的不同耐旱性種質(zhì)為下一步探討干旱脅迫的生理生化響應(yīng)機(jī)制奠定基礎(chǔ)[2 3-2 5]。