灌漿期干旱脅迫對(duì)燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響

張俊峰，段 娜，劉兵兵，劉龍龍，趙文千

（1.山西大學(xué)黃土高原研究所，山西太原030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，山西太原030031；3.山西省森林公園管理中心，山西太原030012）

燕麥（Avena nuda L.），屬于禾本科燕麥屬，是一種在全世界高寒地區(qū)廣泛種植的糧草兼用型作物，其籽粒較其他谷類(lèi)作物含有更豐富的蛋白質(zhì)[1-2]、脂肪[3-6]、維生素[7]、礦物質(zhì)[8]和膳食纖維[9]等，而且燕麥籽粒中的可溶性膳食纖維（主要成分是β-葡聚糖）明顯高于其他谷物[9]。

β-葡聚糖主要存在于燕麥籽粒的胚乳和糊粉層細(xì)胞壁中，以混合的（1，3），（1，4）β糖苷鍵鏈形成的D型葡萄糖聚合物。β-葡聚糖有水溶性和非水溶性之分，水溶性占大多數(shù)，其溶解性受其結(jié)構(gòu)中（1，3）-β-糖苷鍵的含量和聚合度的影響，水溶性β-葡聚糖中（1，3）糖苷鍵與（1，4）糖苷鍵含量之比為1∶（2.5～2.6），而非水溶性β-葡聚糖中相應(yīng)糖苷鍵含量之比為1∶4.2。水溶性β-葡聚糖中約90%由（1，3）-β-糖苷鍵隨機(jī)連接起來(lái)的纖維三糖和纖維四糖構(gòu)成[10-11]。許多臨床研究表明，燕麥β-葡聚糖的攝入可以降低人體血清膽固醇、葡萄糖攝入和胰島素反應(yīng)[12-15]。

目前，對(duì)影響燕麥β-葡聚糖含量因素的研究主要有2個(gè)方面，一是基因型，即不同基因型的燕麥β-葡聚糖含量不同[16]，參與燕麥β-葡聚糖的合成基因家族主要有CalF[17]、CslH[18]和CslJ[19]基因；二是環(huán)境因素[20]。環(huán)境因素又可分為人為影響和自然環(huán)境的作用。其中，人為影響方面，如適當(dāng)?shù)匮舆t燕麥播種時(shí)間可以增加其β-葡聚糖的含量[21]；自然因素主要是降水和溫度[22-23]。研究表明，在高溫的年份，燕麥β-葡聚糖含量高，而降水少（水分脅迫）的年份，燕麥β-葡聚糖含量也較高[21，24-25]。目前對(duì)環(huán)境因素的研究均為定性研究，沒(méi)有對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行定量分析。有研究表明，灌漿期是燕麥β-葡聚糖積累的主要時(shí)期（超過(guò)80%）[26]。

基于此，本研究在灌漿期對(duì)燕麥植株進(jìn)行了不同程度的遮雨處理，使燕麥植株處于不同的干旱脅迫下，并通過(guò)檢測(cè)燕麥植株旗葉葉片含水量來(lái)量化干旱脅迫程度，從而定量分析灌漿期的干旱脅迫對(duì)燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響，以期為探討環(huán)境因素（干旱脅迫）對(duì)燕麥品質(zhì)的影響提供新的研究思路，也為燕麥種植的大田管理策略提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試燕麥品種分別為壩莜1號(hào)、品燕2號(hào)和白燕3號(hào)，均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)賈舉慶老師提供；供試遮雨材料為透明遮雨篷布，由河南農(nóng)利得溫室資材有限公司出品。

1.2 試驗(yàn)方法

于2017年5月25日在山西五寨縣（38.93°N，111.82°E）進(jìn)行大田試驗(yàn)。燕麥籽粒種植于長(zhǎng)100cm、寬50 cm、高100 cm的塑料箱內(nèi)[27]，塑料箱置于土下100 cm，保持塑料箱上緣與地表面水平，確保塑料箱免受陽(yáng)光雨水侵蝕。塑料箱內(nèi)土壤為大田0～25 cm表層土，在整個(gè)生育期內(nèi)不添加任何肥料。

燕麥種植采用穴播形式，播種深度為2～3 cm，行距為20 cm，孔距為5 cm，每孔種植5～6粒種子，每個(gè)塑料箱種植2排。在燕麥植株拔節(jié)期進(jìn)行間苗，確保每穴保留1～2個(gè)燕麥幼苗，所有燕麥植株的生育期基本相同。仔細(xì)觀(guān)察燕麥植株的生長(zhǎng)情況，在燕麥植株進(jìn)入灌漿期（2017年7月17日）時(shí)，對(duì)燕麥植株進(jìn)行不同程度的遮雨處理，直至灌漿期結(jié)束（2017年8月4日）。

遮雨材料為透明的遮雨篷布，遮雨棚上的雨水引出到試驗(yàn)區(qū)域外，確保遮雨棚下的植株完全沒(méi)有雨水吸收。遮雨棚距離地面150 cm，使遮雨棚不影響燕麥植株的正常生長(zhǎng)。遮雨處理分為3種情況：對(duì)照不進(jìn)行遮雨，燕麥植株完全暴露在環(huán)境中，下雨時(shí)能接收所有雨水；半遮雨處理是同一塑料箱中只有一排的植株在降雨時(shí)可以接收雨水，另一排植株通過(guò)塑料箱內(nèi)土壤水分?jǐn)U散吸收水分，即半遮雨處理接收的雨水量是正常降雨量的1/2；全遮雨處理燕麥植株完全沒(méi)有接收降雨。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 燕麥植株含水量測(cè)定 旗葉葉片是植物發(fā)育后期最重要的功能葉片，對(duì)植株籽粒的發(fā)育起主要作用[28]。本試驗(yàn)選取燕麥植株旗葉葉片的含水量來(lái)量化干旱脅迫程度。葉片含水量測(cè)定方法具體操作為：在開(kāi)始光照6 h后，采取植株旗葉葉片并稱(chēng)質(zhì)量，是為鮮質(zhì)量；隨后置于4℃下蒸餾水中過(guò)夜并再次稱(chēng)質(zhì)量，是為飽和質(zhì)量；然后在80℃下干燥至恒質(zhì)量，是為干質(zhì)量。計(jì)算旗葉葉片含水量。

1.3.2 燕麥籽粒β-葡聚糖含量測(cè)定 燕麥成熟后收獲籽粒，采用鄧萬(wàn)和[30]的纖維素酶改進(jìn)法測(cè)定燕麥籽粒的β-葡聚糖含量（包括水溶性β-葡聚糖和總的β-葡聚糖），并對(duì)該方法進(jìn)行一定的改進(jìn)，具體如下：（1）樣品處理。稱(chēng)取8～12 mg的燕麥粉于2 mL離心管，用20μL 50%酒精潤(rùn)濕，然后添加500μLNaOH（1 mol/L）或蒸餾水。將“在20℃放置16 h”更改為“于搖床（40℃，200 r/min）16 h”（使β-葡聚糖溶解更充分）。調(diào)節(jié)pH值后，將體積調(diào)節(jié)至1 mL。（2）GOPOD溶液選用Megazyme的D-葡萄糖（GOPOD格式）試劑盒。（3）葡萄糖轉(zhuǎn)化和顯色：纖維素酶溶液、樣品溶液、乙酸鈉緩沖溶液，琥珀酸鈉緩沖溶液和葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積均變?yōu)?/10，例如，將0.4 mL更改為40μL。其余步驟同參考文獻(xiàn)[30]所述。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS26.0軟件和Excel對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同遮雨處理下燕麥植株旗葉葉片含水量比較

隨著遮雨處理的持續(xù)，燕麥植株旗葉的含水量發(fā)生了相應(yīng)的變化。由圖1可知，在遮雨處理開(kāi)始時(shí)（7月17日），壩莜1號(hào)燕麥3個(gè)處理間的旗葉葉片含水量沒(méi)有差異；隨著遮雨處理的持續(xù)進(jìn)行，直至7月26日各處理間旗葉葉片含水量差異顯著，表明處理達(dá)到試驗(yàn)效果；在8月4日灌漿期結(jié)束時(shí)，不遮雨、半遮雨和全遮雨處理旗葉葉片含水量分別為75.56%、54.80%和39.07%。品燕2號(hào)燕麥植株直到7月29日各處理間才表現(xiàn)出顯著差異，8月4日差異更加明顯，灌漿結(jié)束時(shí)不遮雨、半遮雨和全遮雨處理旗葉葉片含水量分別為84.09%、52.17%和29.23%。白燕3號(hào)7月26日各處理間旗葉葉片含水量表現(xiàn)出顯著差異，隨著處理的持續(xù)進(jìn)行，差異更加顯著，在灌漿期結(jié)束時(shí)不遮雨、半遮雨和全遮雨處理葉片含水量分別為86.37%、52.74%和26.04%。

2.2 燕麥籽粒β-葡聚糖含量分析

測(cè)定了燕麥籽粒的總的β-葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量，結(jié)果如圖2所示。

從圖2可以看出，壩莜1號(hào)燕麥籽?？偟摩?葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量均表現(xiàn)為不遮雨處理最高，半遮雨處理次之，全遮雨處理最低；品燕2號(hào)燕麥籽粒總的β-葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量在半遮雨處理下最高，不遮雨情況下最低；白燕3號(hào)燕麥籽?？偟摩?葡聚糖含量在不遮雨處理下最高，水溶性β-葡聚糖含量在不遮雨處理下最低，并且半遮雨處理與全遮雨處理下的燕麥籽粒β-葡聚糖含量差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

3.1 燕麥植株旗葉葉片含水量的變化

從灌漿期燕麥植株在3個(gè)不同遮雨處理下旗葉葉片含水量的變化動(dòng)態(tài)檢測(cè)結(jié)果可以看出，在灌漿期結(jié)束時(shí)各處理間旗葉葉片含水量差異顯著，并且可由此來(lái)量化燕麥植株的干旱脅迫程度，即對(duì)照（不遮雨）旗葉葉片含水量大于75%，中度干旱（半遮雨）在45%和75%之間，重度干旱（全遮雨）小于45%。從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，半遮雨處理較對(duì)照組旗葉葉片含水量分別減少了27.46%（壩莜1號(hào)）、37.86%（品燕2號(hào)）、38.93%（白燕3號(hào)），全遮雨處理分別減少了48.29%（壩莜1號(hào)）、65.23%（品燕2號(hào)）、69.85%（白燕3號(hào)），說(shuō)明遮雨處理的效果與燕麥品種有關(guān)，不同燕麥品種對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)有所差異。

3.2 燕麥籽粒β-葡聚糖含量與干旱脅迫的關(guān)系

從燕麥β-葡聚糖含量的測(cè)定結(jié)果可知，隨著干旱脅迫的加劇，壩莜1號(hào)燕麥籽?？偟摩?葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量都在減少；品燕2號(hào)燕麥籽粒總的β-葡聚糖和水溶性β-葡聚糖含量則都是先增加后減少；而白燕3號(hào)燕麥籽粒總的β-葡聚糖含量在減少，水溶性β-葡聚糖含量卻在增加。

壩莜1號(hào)較對(duì)照組而言，中度干旱和重度干旱情況下總的β-葡聚糖含量分別減少了10.98%和26.17%，水溶性β-葡聚糖含量分別減少了21.59%和52.11%。從其旗葉葉片相對(duì)含水量的測(cè)定結(jié)果來(lái)看，不遮雨處理下旗葉葉片含水量一直降低（在整個(gè)灌漿期從7月17日的95.08%一直下降到8月4日的75.56%），且半遮雨和全遮雨處理下旗葉葉片含水量較對(duì)照的減少值最小，因此，壩莜1號(hào)對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)性較強(qiáng)，但是從β-葡聚糖含量的變化來(lái)看，干旱脅迫使得其籽粒β-葡聚糖的積累減少，所以壩莜1號(hào)燕麥更適宜種植在雨水較為充足的地區(qū)。

品燕2號(hào)燕麥植株β-葡聚糖含量在半遮雨處理下最高，較對(duì)照組總的β-葡聚糖含量增加了14.21%，水溶性β-葡聚糖含量增加了10.73%。在重度干旱下β-葡聚糖含量與中度干旱相比有所減少，但仍高于對(duì)照組（總的β-葡聚糖含量較對(duì)照增加了6.56%，水溶性β-葡聚糖含量較對(duì)照增加了5.20%），品燕2號(hào)燕麥植株旗葉葉片含水量直至7月29日才表現(xiàn)出顯著差異，隨后葉片含水量急劇降低，表明該品種對(duì)干旱脅迫敏感性較低，所以短時(shí)間的適度的干旱脅迫可促進(jìn)品燕2號(hào)燕麥籽粒β-葡聚糖含量的積累。

白燕3號(hào)燕麥籽粒水溶性β-葡聚糖含量和總的β-葡聚糖含量變化趨勢(shì)不一致，且半遮雨處理和全遮雨處理下燕麥籽粒β-葡聚糖含量差異不顯著，而灌漿期結(jié)束時(shí)半遮雨和全遮雨處理下旗葉葉片含水量與對(duì)照組相比減少值最大，可以推測(cè)出白燕3號(hào)燕麥植株對(duì)水分脅迫更為敏感，但從β-葡聚糖含量對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)來(lái)看，提高該品種燕麥籽粒β-葡聚糖含量應(yīng)與實(shí)際需要結(jié)合。

綜上所述，灌漿期的干旱脅迫對(duì)燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響因燕麥品種不同而不同，干旱脅迫對(duì)燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響還需要更加深入地研究。