?甘藍(lán)型油菜親本和雜交種苗期漬害脅迫與產(chǎn)量因子的相關(guān)性分析

?郭一鳴 王同華 劉新紅 惠榮奎 周興 李莓

摘 要：在南方稻油輪作耕作制度下，由于土壤黏重，低洼地帶土壤極易發(fā)生漬害，常導(dǎo)致根系缺氧，嚴(yán)重影響油菜產(chǎn)量。以30份湖南省主推甘藍(lán)型油菜品種的親本和雜交種為材料，進(jìn)行苗期漬水處理，研究了不同材料在苗期受不同時(shí)長漬害脅迫時(shí)的生理變化，以及不同時(shí)長漬害脅迫對油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量因子等的影響。結(jié)果表明：苗期漬水處理12 d，對油菜單株產(chǎn)量、株高、有效角果數(shù)、角果長、每角果粒數(shù)和生物量均有顯著或極顯著影響;而漬水處理7 d，除了單株生物量外，其他因子均未有顯著差異。雜交材料的耐漬能力與母本的相關(guān)性更高，為后期耐漬油菜品種的選育提供了一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：甘藍(lán)型油菜;漬害;酶活性;產(chǎn)量因子;相關(guān)分析

中圖分類號：S565.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-060X（2020）07-0009-04

Abstract： Rice （Oryza sativa L.） and rapeseed （Brassica napus L.） generally are grown in rotation in Southern China where soil is heavy clay type， and easily gets waterlogging in low-lying areas， leading to oxygen deficiency in roots， even the yield loss of rapeseed. This study focused on waterlogging treatments of 30 major hybrid varieties of Brassica napus L. in Hunan Province and their parents at seedling stage，?evaluating the variations of physiological responses and yield-related factors caused by different durations of waterlogging stress at seedling stage. The results indicated that significant or extremely significant differences were found in the yield per plant， plant height， effective?silique number， silique length， seed number per pod and biomass after 12-day waterlogging stress at seedling stage， while no significant differences?were identified for these factors after 7-day treatment except biomass. Meanwhile， waterlogging tolerance level of hybrid materials correlated more closely with mother line， providing a theoretical basis for breeding of waterlogging-tolerant lines of B. napus in future.

Key words： Brassica napus; waterlogging? stress; enzyme activity; yield factors; correlation analysis

漬害對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的威脅是世界性的問題。受全球氣候變化的影響，強(qiáng)降水及連續(xù)降水事件的頻次和強(qiáng)度顯著增加，極易引發(fā)作物根系缺氧，進(jìn)而影響產(chǎn)量，造成損失[1]。油菜是我國種植面積最大的油料作物，主要種植于長江流域，該地區(qū)春秋季多雨，土壤黏重，且普遍采用稻茬免耕、稻油輪作的耕作制度，極易發(fā)生漬害。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國油菜常年發(fā)生漬害的面積有60萬～130萬hm2，可造成17.0%～42.4%甚至更多的產(chǎn)量損失[2]。

漬害發(fā)生后，根系缺氧引發(fā)次生代謝物積累，影響根系生長。隨著漬害時(shí)間的延長，根系活力減弱并逐步發(fā)黑死亡，同時(shí)嚴(yán)重影響植株地上部分生長，使干物質(zhì)積累受阻[3-4]。但脅迫條件下作物可通過改變自身的生理生化特性和根形態(tài)等途徑對環(huán)境做出反應(yīng)，且這些特性表現(xiàn)出較大的基因型差異[5]。油菜耐漬基因型材料的篩選和相關(guān)機(jī)理的研究已有不少報(bào)道。王瓊等[6]通過持續(xù)漬水對油菜根系形態(tài)、氧自由基代謝等的研究進(jìn)一步明確了漬水影響油菜生長的生理生化機(jī)制。許晶等[7]和Zou等[8]研究發(fā)現(xiàn)，耐漬材料可通過增加可溶性糖及脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)有機(jī)物的含量和及時(shí)啟動抗氧化酶系統(tǒng)，且脫落酸（ABA）等相關(guān)基因在滲透調(diào)節(jié)中可能起重要作用。在篩選方法上，通常選擇在油菜萌發(fā)期或苗期進(jìn)行漬水脅迫處理，以成苗率作為篩選指標(biāo)，具備快速、統(tǒng)一等優(yōu)勢[9-11]，已有的篩選評價(jià)指標(biāo)還包括葉綠素含量、光合效率、株高、地上部干重及產(chǎn)量等[12-13]。有研究表明，外源脫落酸（ABA）和油菜素內(nèi)酯（BR）可延緩葉綠素含量的降低，提高葉片光合能力，通過促進(jìn)漬水脅迫下幼苗光合作用，提高抗氧化酶活性和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來增強(qiáng)植株耐漬能力[14]。同時(shí)，在不同類型油菜耐漬能力評價(jià)上，許晶等[7]發(fā)現(xiàn)白菜型油菜強(qiáng)于甘藍(lán)型油菜，常規(guī)材料強(qiáng)于雜交品種，但種子萌發(fā)期或苗期短暫處理后，漬水脅迫影響存在滯后性，后期油菜的生長反彈期長，不同處理時(shí)長對產(chǎn)量的影響與親本及雜交材料之間耐漬能力的相關(guān)性值得進(jìn)一步探討。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料包括30份湖南省主推油菜品種的親本和雜交種（其中保持系和恢復(fù)系各7份，雜交品種15份，對照1份，見表1）。耐漬品種大地199為對照材料，由選育單位中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所提供，雜交品種純度均達(dá)到90%以上。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在湖南省作物研究所溫室進(jìn)行，采用生態(tài)有機(jī)土（湖南百威生物科技股份有限公司生產(chǎn)）進(jìn)行育苗盆栽（盆高7.5 cm）。于2018年10月中旬播種，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，4個(gè)重復(fù)。播種后2周左右（3～4葉期）開始進(jìn)行漬水處理，淹水以沒過土壤表面2～3 mm為標(biāo)準(zhǔn)（見圖1），分別進(jìn)行為期7、10和12 d的漬水處理，對照處理為每2 d補(bǔ)充1次水分。處理期間進(jìn)行葉綠素含量、酶活性等生理指標(biāo)檢測，并將7和12 d處理后的幼苗移栽，收獲后進(jìn)行產(chǎn)量及相關(guān)因子的測定。

1.3 指標(biāo)測定與數(shù)據(jù)分析

每天早上10：00左右采用葉綠素測定儀（型號HM-YLS，山東恒美電子科技有限公司）測定葉片的葉綠素。根據(jù)葉綠素SPAD值變化，于脅迫后第7天取樣進(jìn)行過氧化氫酶（CAT）及過氧化物酶（POD）酶活檢測，酶活檢測由武漢普奈斯生物科技有限公司利用試劑盒檢測，每個(gè)樣品4個(gè)重復(fù)。

幼苗干物質(zhì)測定：處理結(jié)束時(shí)，將樣品放入110℃烘箱殺青15 min后，80℃烘干直至恒重，測定重量。

產(chǎn)量及產(chǎn)量因子測定：各處理油菜成熟后，測定株高（PH）、有效分枝數(shù)（BN）、角果長度（SILEN）、每角果粒數(shù)（SDN）、單株產(chǎn)量（PLYD）及單株干重（DW）等相關(guān)指標(biāo)。

相對苗長=（平均處理苗長-平均對照苗長）/平均對照苗長×100%

處理影響系數(shù)=（平均處理結(jié)果/平均對照結(jié)果）×100%

數(shù)據(jù)采用Excel 2010軟件計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、 t檢驗(yàn)等，處理時(shí)間、品系間、產(chǎn)量因子間相關(guān)系數(shù)和方差分析用R 軟件v3.4進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 漬水脅迫下油菜葉片的葉綠素變化

由圖2可知，葉片初始葉綠素SPAD值在35左右，隨著處理時(shí)長的延長，SPAD值逐漸下降，但從處理后第4天開始，漬水處理的SPAD值繼續(xù)下降，而對照卻不再繼續(xù)下降，到第8天時(shí)處理與對照間開始出現(xiàn)顯著差異，到第10天時(shí)出現(xiàn)極顯著差異（圖2）。

2.2 漬水處理對苗期干物質(zhì)積累的影響

不同材料油菜幼苗漬水處理10 d后的相對干物質(zhì)重見表2，母本20B、317B和H20B，父本C4R、0192R和6150R，以及雜交品種317A×320R、317A×0192R、H20A×C44R、20A×C4R、20A×C3R、167A×D18R、20A×157R和20A×H6R的相對干物質(zhì)重都超過了80%。這說明上述親本和雜交品種具有較強(qiáng)的漬水耐受力。

2.3 苗期漬水處理不同時(shí)長對不同材料的影響

如表3所示，2個(gè)處理時(shí)長對幼苗的生長均產(chǎn)生顯著影響，材料本身存在的顯著差異可能來源于發(fā)芽勢和生長勢。苗期漬水7 d的處理，收獲時(shí)對各材料的單株產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)因子（株高、有效分枝數(shù)、角果長、每角果粒數(shù)）均沒有顯著影響;但漬水12 d的處理，有效分枝數(shù)和角果長均較對照顯著下降，單株產(chǎn)量差異達(dá)到極顯著水平。此外，2個(gè)處理時(shí)長的生物量均顯著下降，其中漬水12 d處理的差異達(dá)到極顯著水平。

由表4可知，苗期漬水7 d處理的POD值升高的變化趨勢與有效分枝數(shù)、每角果粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān);而CAT值則與苗期處理結(jié)束時(shí)相對苗長呈極顯著正相關(guān)。

2.4 親本品系與雜交品種在漬水脅迫下的相關(guān)性分析

如表5所示，雜交組合的耐漬水平與母本的相關(guān)性高于父本。其中20 A/B配制的組合（20A×13R和20A×C3R）各產(chǎn)量因子的變化趨勢主要與母本一致，均存在極顯著相關(guān)（圖3），167 A/B與167A×C4R也存在顯著相關(guān)。

3 討 論

油菜漬害研究以種子萌發(fā)或苗期評價(jià)篩選耐漬能力為主，通常以2個(gè)階段的存活率及葉綠素、地上干重等為評價(jià)指標(biāo)[7，9]，但漬害的影響存在滯后性，不同漬水時(shí)長對植株生長影響程度不同，且油菜后期生長恢復(fù)期長，評價(jià)指標(biāo)存在不確定性。該研究探討了油菜3～4葉期不同漬水處理時(shí)長下生理變化、生長勢與后期產(chǎn)量因子的關(guān)系，并對親本和雜交組合的苗期耐漬能力的相關(guān)性進(jìn)行了分析。

通過對油菜苗期漬水7、10和12 d的處理發(fā)現(xiàn)，不同材料在漬水處理后的耐受能力存在顯著差異。首先，外源ABA和BR可能通過增加葉綠素含量、調(diào)節(jié)滲透性，來增強(qiáng)耐漬能力[14]，但隨著處理時(shí)間延長，葉綠素含量開始下降，到第8天開始出現(xiàn)顯著差異，對應(yīng)的POD和CAT酶活數(shù)值顯著上升，且與每角果粒數(shù)、單株產(chǎn)量等關(guān)鍵性狀存在相關(guān)性。其次，由于漬水脅迫的滯后性及后期生長的反彈能力[15]，苗期漬水處理7 d后在株高、有效分枝數(shù)、角果長、單株產(chǎn)量等產(chǎn)量性狀上并沒有顯著差異，苗期可以漬水長達(dá)12 d，表明油菜耐漬性種質(zhì)資源的挖掘在苗期可以適當(dāng)延長漬水時(shí)間以獲得更大差異。最后，試驗(yàn)結(jié)果表明，雜交品種的耐漬能力與母本的耐受力相關(guān)性更高，為后期耐漬品種的選育提供了一定的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] Ashraf M A. Waterlogging stress in plants： a review[J]. African Journal of Agricultural Research，2012，7（13）：1976-1981.

[2] 王漢中.中國油菜生產(chǎn)抗災(zāi)減災(zāi)技術(shù)手冊[M].北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2009. 14-19.

[3] Burgarella C，Barnaud A，Kane N，et al. Adaptive introgression：an untapped evolutionary mechanism for crop adaptation[J]. Frontiers in Plant Science，2019（1）：10-14.

[4] Li S，Zhu Y，Varshney R K，et al. A systematic dissection of the mechanisms underlying the natural variation of silique number in rapeseed （Brassica napus L.） germplasm[J]. Plant Biotechnol J，2020，18（2）：568-580.

[5] Lee Y H，Kim K S，Jang Y S. Global gene expression responses to waterlogging in leaves of rape seedlings[J]. Plant Cell Report，2014，33：289-299.

[6] 王 瓊，張春雷，李光明，等.漬水脅迫對油菜根系形態(tài)與生理活性的影響[J].中國油料作物學(xué)報(bào)，2012，34（2）：157-162.

[7] 許 晶，曾 柳，徐明月，等.油菜耐漬性種質(zhì)資源篩選與評價(jià)[J]. 中國油料作物學(xué)報(bào)，2014，36（6）：748-752.

[8] Zou X，Liu Z，Lu G，et al. Comparison of transcriptomes undergoing waterlogging at the seedling stage between tolerant and sensitive varieties of Brassica napus L.[J]，Journal of Integrative Agriculture，2015，14 （9）：1723-1734.

[9] 李 云，付三雄，戚存扣.油菜苗期耐淹性快速篩選方法的建立及驗(yàn)證[J].中國油料作物學(xué)報(bào)，2012，34（3）：256-261.

[10] Zou X，Hu C，Zeng L，et al. A comparison of screening methods to identify waterlogging tolerance in the field in Brassica napus L. during plant ontogeny[J]. PloS ONE，2014，9：e89731.

[11] 呂艷艷，金 巖，付三雄，等.不同耐淹油菜品種的耐淹性生理差異[J]. 植物生理學(xué)報(bào)，2013，49（9）：957-967.

[12] 李 真，梅淑芳，劉向蕾，等.作物耐濕澇研究進(jìn)展[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，48（11）：2866-2869.

[13] Yamauchi T，Colmer T D，Pedemen O，et al. Regulation of root traits for internal aeration and tolerance to soil waterlogging-flooding stress[J]. Plant Physiology，2018，176：1118-1130.

[14] 李 玲，李 俊，張春雷，等.外源ABA和BR在提高油菜幼苗耐漬性中的作用[J]. 中國油料作物學(xué)報(bào)，2012，34（5）：489-495.

[15] 劉凱文，蘇榮瑞，潘建成，等.春季濕漬害對油菜產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響與減產(chǎn)效應(yīng)[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（5）：63-66.

（責(zé)任編輯：肖光輝）