干旱脅迫對(duì)甜菜生長(zhǎng)的影響及甜菜抗旱育種研究進(jìn)展

陳潤(rùn)儀，賀澤霖，賈也純，倪洪濤

（黑龍江大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境學(xué)院，哈爾濱 150080）

0 引言

我國(guó)是世界上水資源短缺的農(nóng)業(yè)大國(guó)，干旱半干旱區(qū)面積達(dá)到我國(guó)國(guó)土面積的51%左右[1]，農(nóng)業(yè)用水量巨大。隨著全球氣候變暖，水資源日趨短缺，提高作物的水分利用率，減少農(nóng)業(yè)灌溉用水量勢(shì)在必行。培育抗（耐）旱作物品種是提高作物水分的有效利用率，應(yīng)對(duì)干旱的最根本措施。

甜菜是主要的糖料作物。在我國(guó)北方干旱、半干旱地區(qū)廣泛種植[2]。這些區(qū)域年降水量少，降水量季節(jié)間變異大，農(nóng)田土壤貧瘠，灌溉條件差。干旱、高溫等極端天氣發(fā)生頻率和強(qiáng)度的增加，將進(jìn)一步限制甜菜生產(chǎn)。2017/2018 榨季內(nèi)蒙古因春季高溫干旱影響甜菜生長(zhǎng)和產(chǎn)量等原因，原預(yù)期甜菜糖產(chǎn)量能達(dá)到80 多萬(wàn)噸，結(jié)果只達(dá)到65 萬(wàn)噸[3]。培育抗（耐）旱甜菜品種是提高產(chǎn)量最經(jīng)濟(jì)、最環(huán)保的解決辦法。然而，抗旱性一直沒(méi)有成為甜菜育種的研究目標(biāo)。在甜菜抗非生物脅迫的研究方面，更側(cè)重于耐鹽脅迫的研究，而對(duì)甜菜抗干旱的相關(guān)研究比較少。本文綜述了干旱對(duì)甜菜生長(zhǎng)的影響機(jī)制及甜菜抗旱育種技術(shù)的研究進(jìn)展，以期為培育抗干旱甜菜優(yōu)良品種，促進(jìn)我國(guó)甜菜糖業(yè)發(fā)展提供參考。

1 干旱脅迫對(duì)甜菜生長(zhǎng)的影響

1.1 干旱脅迫對(duì)甜菜生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響

甜菜種皮厚、硬，種子萌發(fā)時(shí)需吸收的水分是種球重量的120%～160%，遠(yuǎn)高于一般作物，苗期抗旱能力較弱[1]。王俊強(qiáng)[4]比較NaCl 處理的鹽脅迫和PEG 處理的水分脅迫對(duì)甜菜種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)影響，結(jié)果表明，兩種非生物脅迫下，甜菜發(fā)芽勢(shì)弱，發(fā)根量少且根短，幼苗生長(zhǎng)受阻，苗弱，成活率低。與鹽脅迫相比甜菜對(duì)干旱更為敏感。韓凱虹等[5]研究表明，水分脅迫影響甜菜葉片分化。其中，對(duì)甜菜葉叢生長(zhǎng)期及塊根膨大期的葉片數(shù)影響最大，糖分積累期次之，苗期最小；任何生育期受到水分的脅迫，都會(huì)明顯抑制甜菜株高、葉面積及根粗等生長(zhǎng)性狀，導(dǎo)致干旱脅迫的甜菜產(chǎn)量較正常供水的產(chǎn)量降低7.44%～85.08%，并且水分脅迫后復(fù)水不能實(shí)現(xiàn)等量補(bǔ)償。苗期、葉叢生長(zhǎng)期和塊根膨大期受到水分脅迫，甜菜塊根增長(zhǎng)受到嚴(yán)重限制，且水分脅迫越早對(duì)塊根影響越大；葉叢快速生長(zhǎng)期和塊根、糖分增長(zhǎng)期是甜菜水分敏感期，該時(shí)期干旱強(qiáng)度過(guò)大時(shí)，體內(nèi)水分平衡破壞，葉片萎蔫，光合作用受阻礙，導(dǎo)致甜菜生長(zhǎng)延緩，影響物質(zhì)及能量運(yùn)輸轉(zhuǎn)移，從而嚴(yán)重影響甜菜的產(chǎn)量和含糖率；而糖分積累期水分脅迫對(duì)塊根影響不大[5-6]。水分脅迫有利于提高甜菜的含糖率，且生長(zhǎng)期內(nèi)，水分脅迫時(shí)間越早，收獲時(shí)塊根含糖率越高[5]。

1.2 干旱脅迫對(duì)甜菜生理特性的影響

作物除了由于土壤缺水引起水分脅迫以外，干旱及高溫生長(zhǎng)環(huán)境也會(huì)引起植物水分脅迫，不同的植物品種對(duì)水分脅迫現(xiàn)象的敏感性不同，影響機(jī)制也不同[7]。

1.2.1干旱脅迫對(duì)甜菜光合及葉綠素?zé)晒馓匦缘挠绊?/p>

植物的光合作用對(duì)干旱脅迫反應(yīng)特別敏感。多數(shù)情況下，干旱脅迫程度越高，作物光合速率越低。這是由于水分脅迫使植物光合作用時(shí)氣孔導(dǎo)度（Gs）下降，CO2進(jìn)入植物葉片時(shí)受阻，光合效率下降[7]。生育期內(nèi)發(fā)生干旱脅迫，甜菜葉片的光合生理所受影響最大。韓凱虹等[8]研究表明，水分脅迫使甜菜糖分積累期日蒸騰量（DTC）降低70.16%～74.81%，日光合量（DPC）降低63.48%～69.96%。水分脅迫導(dǎo)致甜菜凈光合速率（Pn）與蒸騰速率（Tr）的非可逆性降低及Pn 低效期的延長(zhǎng)；水分脅迫還可增強(qiáng)呼吸作用及氧化磷酸化解偶聯(lián)；隨著水分脅迫增強(qiáng)，甜菜葉肉細(xì)胞光合系統(tǒng)PSⅡ中部分光合反應(yīng)中心的永久性失活，或者產(chǎn)生了對(duì)缺水環(huán)境的適生性變異，是水分脅迫導(dǎo)致甜菜Pn 降低的基本機(jī)制。水分脅迫后復(fù)水一定程度上能夠促使Tr 與Pn 恢復(fù)，但不能達(dá)到未受脅迫狀態(tài)水平[8]。李國(guó)龍等[9]研究也表明：水分脅迫下兩個(gè)品種葉片Pn、Tr和Gs均呈下降趨勢(shì)；并從對(duì)葉片應(yīng)答干旱脅迫的差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析，進(jìn)一步明確了甜菜的抗旱分子機(jī)理。干旱脅迫條件下抗旱甜菜品種‘HI0466’葉片中細(xì)胞色素b6/f 復(fù)合體以及PSⅡ穩(wěn)定/裝配因子均表達(dá)上調(diào)。鑒定的16 個(gè)水分脅迫響應(yīng)蛋白中Rubisco、細(xì)胞色素b6/f 復(fù)合物、PSⅡ穩(wěn)定/裝配因子和葉綠素a/b 結(jié)合蛋白與光合作用相關(guān)，這4 個(gè)蛋白均存在于葉綠體內(nèi)，并且在水分脅迫下均呈現(xiàn)表達(dá)上調(diào)[10]。王克哲等[11]研究干旱脅迫對(duì)甜菜塊根膨大期葉片光合光響應(yīng)特性的影響結(jié)果表明，在田間持水量40%～45%的干旱脅迫時(shí)，甜菜塊根膨大期葉片最大Pn、暗呼吸速率、光飽和點(diǎn)降低，光補(bǔ)償點(diǎn)和表觀量子效率因品種而異，光能利用區(qū)間變窄，光能利用能力減弱；干旱條件下耐旱型品種‘H1352’光合能力下降幅度低于旱敏感型‘81GM26’。

1.2.2干旱脅迫對(duì)甜菜體內(nèi)活性氧代謝的影響

干旱脅迫下植物體內(nèi)正常代謝紊亂、氧化還原平衡被打破，干旱缺水使得甜菜初級(jí)新陳代謝發(fā)生變化，特別是葉片和根中氨基酸的增加；但葉片和根對(duì)復(fù)水的反應(yīng)不同，可能與地上和地下器官不同的功能和伴隨的不同的應(yīng)激水平有關(guān)[12]。在水分脅迫下，抗旱甜菜葉片抗壞血酸過(guò)氧化物酶（APX）、谷氧還蛋白（GLRX）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物歧化酶（SOD）均表達(dá)上調(diào)，表明抗旱性較強(qiáng)的甜菜能通過(guò)提高自身清除活性氧的能力來(lái)適應(yīng)干旱脅迫并得以存活[10]。彭春雪[13]研究表明，抗旱能力強(qiáng)的甜菜品系（T510）的幼苗干物質(zhì)量、根系長(zhǎng)度和表面積、葉片相對(duì)含水量以及SOD、CAT、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）活性顯著增強(qiáng)，甜菜幼苗丙二醛（MDA）含量下降；還分離出了兩種甜菜品系干旱脅迫響應(yīng)蛋白，其中，與代謝有關(guān)的蛋白占比最大。說(shuō)明在增強(qiáng)甜菜抗旱能力方面參與光合作用、能量代謝及信號(hào)傳導(dǎo)等相關(guān)的蛋白起重要作用。李國(guó)龍等[14]在不同水分處理?xiàng)l件下研究了不同甜菜品種‘HI0466’和‘KWS9454’抗氧化系統(tǒng)生理指標(biāo)對(duì)苗期不同程度水分虧缺的響應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明：持續(xù)水分脅迫下甜菜幼苗葉片SOD、POD、CAT 等保護(hù)酶活性及抗氧化物質(zhì)還原型谷胱甘肽（GSH）、抗壞血酸（AsA）含量基本呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，而類胡蘿卜素（Car）含量逐步降低。MAJOLA等[15]在兩種水分條件下對(duì)干旱敏感甜菜品種‘SY2’和耐旱品種‘SY1’生理分析表明，干旱脅迫條件下的過(guò)度ROS（H2O2）積累增加了脂質(zhì)過(guò)氧化和細(xì)胞死亡水平，提高了SOD、APX、GPX 和脫氫抗壞血酸還原酶（DHAR）的抗氧化酶活性，但CAT活性均下降，尤其是耐旱品種‘SY1’，這被認(rèn)為是一種普遍現(xiàn)象。

2 干旱脅迫下甜菜的滲透調(diào)節(jié)

作物在受到干旱脅迫時(shí)，體內(nèi)會(huì)迅速合成一些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)適應(yīng)干旱脅迫，這是植物忍耐水分虧缺的重要生理機(jī)制。滲透調(diào)節(jié)積累的溶質(zhì)主要有糖、氨基酸和無(wú)機(jī)離子等，其中，脯氨酸分布最廣[6]。楊虎臣[6]選取3種抗旱性不同的甜菜，對(duì)2～3對(duì)真葉幼苗進(jìn)行模擬干旱處理，探究干旱脅迫對(duì)幼苗期甜菜脯氨酸代謝通路的影響，測(cè)定干旱脅迫后，脯氨酸含量與代謝相關(guān)酶活變化的相關(guān)性，結(jié)果隨著脅迫時(shí)間的延長(zhǎng)，不同類型甜菜品種幼葉脯氨酸的積累與P5CR酶、P5CS酶活性呈正相關(guān)關(guān)系；抗旱性強(qiáng)的甜菜品種脯氨酸含量高于同期干旱敏感型品種。

李國(guó)龍等[16]研究了甜菜滲透調(diào)節(jié)系統(tǒng)及部分激素對(duì)水分虧缺的響應(yīng)，結(jié)果表明,持續(xù)水分脅迫下甜菜幼苗葉片可溶性蛋白含量呈現(xiàn)先升高后下降的趨勢(shì)，吲哚-3-乙酸（IAA）含量和水勢(shì)持續(xù)降低，而可溶性糖、游離脯氨酸、甜菜堿等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)及脫落酸（ABA）含量則逐步升高，且抗旱品種升高幅度較大。因此，在脅迫加重時(shí)抗旱品種甜菜葉片可維持較高的可溶性糖、游離脯氨酸、甜菜堿及脫落酸含量，且品種間差異顯著，使得葉片水勢(shì)維持在相對(duì)較低的水平,增強(qiáng)了其保水能力和抗旱性。甜菜堿被認(rèn)為是植物滲透調(diào)節(jié)的主要物質(zhì)，干旱脅迫下，抗旱甜菜葉片甜菜堿醛脫氫酶（BADH）的表達(dá)上調(diào)，從而促進(jìn)甜菜堿的生物合成，增強(qiáng)滲透調(diào)節(jié)能力[16]。甜菜葉片應(yīng)答干旱脅迫的差異蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，水分脅迫下甜菜葉片肌動(dòng)蛋白表達(dá)量下調(diào)，這可能是甜菜通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞骨架相關(guān)蛋白表達(dá)量變化來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞大小，從而調(diào)節(jié)滲透壓，使甜菜適應(yīng)干旱脅迫[10]。

3 甜菜抗旱育種現(xiàn)狀及抗旱育種技術(shù)研究進(jìn)展

干旱是中國(guó)、英國(guó)等許多通常不灌溉的地區(qū)甜菜產(chǎn)量損失的主要原因。然而，抗旱性一直沒(méi)有成為甜菜育種的目標(biāo)。一是由于植物的抗旱性是受許多形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)和生理生化特性控制的復(fù)合遺傳性狀，不同形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)和生理特性之間相互聯(lián)系又相互制約。單一的抗旱性鑒定指標(biāo)難以充分反映出植物對(duì)干旱適應(yīng)的綜合能力。至今，甜菜抗旱的生理生化、遺傳及分子機(jī)制還不太清楚，難以找到有效的選擇方法。二是由于作物抗旱性遺傳相當(dāng)復(fù)雜，發(fā)掘抗旱性強(qiáng)的材料難度較大，甜菜遺傳資源狹窄，認(rèn)為甜菜品種間差異可能不大[17-18]。因此，抗（耐）旱甜菜品種的選育，需要根據(jù)其生物學(xué)特性結(jié)合形態(tài)、生理生化指標(biāo)和產(chǎn)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以便實(shí)現(xiàn)抗（耐）旱性鑒定的可靠性和科學(xué)性[19]。甜菜抗旱育種主要途徑有形態(tài)學(xué)鑒定、生理鑒定、傳統(tǒng)的遺傳選育及分子育種等。

3.1 抗旱型甜菜品種的形態(tài)及解剖結(jié)構(gòu)鑒定

在評(píng)價(jià)植物抗旱能力時(shí)，最關(guān)鍵的是植株在干旱條件的表觀特征變化[19]。抗旱型甜菜形態(tài)鑒定是在自然或人為干旱環(huán)境下對(duì)甜菜根、莖、葉的全生育期進(jìn)行綜合評(píng)定。苗期抗旱性的增強(qiáng)有利于甜菜保苗和幼苗的正常生長(zhǎng)，增加甜菜苗期的抗旱性是未來(lái)甜菜育種的重要研究方向?？购敌吞鸩艘话阍诿缙诰哂谐鐾量欤L(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)、百株重重、根系發(fā)育好的特點(diǎn)[19]。李國(guó)龍等[20]研究認(rèn)為葉片長(zhǎng)度、寬度、厚度及地下生物量脅迫指數(shù)、根冠比脅迫指數(shù)5 個(gè)指標(biāo)可作為甜菜苗期抗旱性鑒定的指標(biāo)。用這5 個(gè)指標(biāo)對(duì)30 份甜菜種質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與存活率直接評(píng)價(jià)結(jié)果呈極顯著相關(guān)?？购敌吞鸩朔泵诰哂星o葉繁茂、葉脈多且稠密、葉色淺綠，盛夏炎熱的中午莖葉直立不萎蔫的特點(diǎn)，因此，在育種的早期階段，可利用葉肉汁液含量度和葉片枯萎程度作為甜菜育種早期淘汰的指標(biāo)，葉面積指數(shù)和水分利用率（WUE）也是間接選擇優(yōu)良種質(zhì)的指標(biāo)[19]。MOOSAVI等[21]研究表明，在干旱脅迫下，根和葉柄干重是影響甜菜根產(chǎn)量最重要的性狀，可作為甜菜品種的抗旱篩選標(biāo)準(zhǔn)。在收獲時(shí)再選留根系發(fā)達(dá)、主根入土深的根[19]。WANG 等[22]研究表明，在干旱條件下，耐旱品種的根長(zhǎng)、干重和根系面積均高于干旱敏感品種。

葉片是受干旱影響最顯著的器官，測(cè)定葉柄組織學(xué)特性的變化在植物水分管理中起著重要作用。甜菜葉柄形狀、維管束排列與數(shù)量、維管數(shù)量與大小、厚壁組織的體積密度和分布以及薄壁組織的體積密度等特征是篩選耐旱性強(qiáng)基因型的有效指標(biāo)[23]。劉娜等[24]用石蠟切片對(duì)4 個(gè)不同播期的甜菜紙筒苗葉片進(jìn)行解剖結(jié)構(gòu)觀察，并對(duì)葉片海綿組織、葉片組織結(jié)構(gòu)緊密度等8項(xiàng)抗旱性指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，適當(dāng)提早育苗，延長(zhǎng)育苗期，能夠提高育苗質(zhì)量。

3.2 甜菜抗旱生理生化鑒定

甜菜生理選（育）種能夠縮短育種年限，加快育種進(jìn)程，比形態(tài)鑒定能提高選育質(zhì)量?？购堤鸩嗽诟珊得{迫生理響應(yīng)中表現(xiàn)出能夠維持正常光合作用、調(diào)整物質(zhì)和能量代謝、增強(qiáng)活性氧清除能力、合成特異蛋白質(zhì)等代謝特性[10]。于超等[25]研究結(jié)果表明：在各生育期,不同基因型甜菜葉片SPAD 值、Pn、Gs、胞間CO2濃度和Tr的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)不同，且差異顯著。苗期，豐產(chǎn)品種的胞間CO2濃度低于高糖品種；葉叢快速生長(zhǎng)期，豐產(chǎn)品種Gs低于高糖品種；塊根及糖分增長(zhǎng)期，豐產(chǎn)品種Pn高于高糖品種；糖分積累期豐產(chǎn)品種葉片SPAD值低于高糖品種，胞間CO2濃度高于高糖品種；而豐產(chǎn)品種葉叢快速生長(zhǎng)期、糖分積累期的Tr均低于高糖品種。

WEDEKING 等[26]采用紅外熱像儀（IRT）對(duì)6 周齡甜菜葉片進(jìn)行溫度無(wú)損檢測(cè)。認(rèn)為只有結(jié)合有創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)的方法，才能準(zhǔn)確區(qū)分干旱脅迫引起的一系列完整的生理變化，這對(duì)于適應(yīng)干旱的表型性早期選擇狀尤其重要。LEUFEN等[27-28]研究結(jié)果表明，使用氣體交換和顏料熒光測(cè)定鑒定發(fā)生干旱脅迫記憶不準(zhǔn)確，而光合作用和葉綠素?zé)晒鈪?shù)能夠清楚地表明甜菜對(duì)脅迫的響應(yīng)及部分恢復(fù)，以葉綠素?zé)晒鉃榛A(chǔ)的遠(yuǎn)紅熒光以及簡(jiǎn)單和復(fù)雜的熒光比值是評(píng)價(jià)甜菜植株在短期、暫時(shí)性水分虧缺下的生理反應(yīng)的合適參數(shù)。

在干旱條件下增強(qiáng)的酶促抗氧化劑，清除ROS（H2O2）可以減少氧化損傷，提高甜菜抗旱性[15]。劉華君等[2]總結(jié)了許多學(xué)者對(duì)于抗旱性鑒定的生理生化指標(biāo)大量研究結(jié)果，較一致認(rèn)為葉片MDA含量、可溶性糖、可溶性蛋白、SOD及POD活性等均可作為抗旱性鑒定評(píng)價(jià)指標(biāo)。李國(guó)龍等[14]主成分分析結(jié)果表明，干旱脅迫條件下SOD、POD活性，MDA、AsA含量均可作為甜菜品種苗期抗旱性鑒定的有效生理指標(biāo)；干旱脅迫條件下游離脯氨酸含量、甜菜堿含量、細(xì)胞水勢(shì)、ABA 含量均可作為甜菜品種苗期抗旱性鑒定的有效生理指標(biāo)[20]。WANG等[22]研究表明，在干旱條件下，耐旱品種的抗氧化酶活性高于敏感品種。

在抵御干旱時(shí)，作物體內(nèi)的脯氨酸、半乳糖等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、SOD、POD等酶促抗氧化劑及LEA蛋白等干旱誘導(dǎo)蛋白因素發(fā)揮了重要作用[29]。有些研究表明，在水分脅迫相同的條件下，累積的脯氨酸越多和速度越快，其抗旱能力越強(qiáng)，并把脯氨酸含量、P5CR 酶活性、P5CS 酶活性作為分析和篩選甜菜抗旱品種的參考指標(biāo)[6]。但也有研究出現(xiàn)了抗旱能力較弱的品種在干旱脅迫下脯氨酸的含量反而較高的情況，認(rèn)為干旱脅迫下脯氨酸的累積量與速度只能反應(yīng)植物對(duì)脅迫條件的不同反應(yīng)，而不能用于鑒別品種間的抗旱能力強(qiáng)弱[30]。脯氨酸含量作為抗旱的生理指標(biāo)一直存在爭(zhēng)議[29]。

作物水分利用效率（WUE）越來(lái)越受到包括甜菜在內(nèi)的主要農(nóng)作物育種者的關(guān)注。ABAZAR等[30]研究結(jié)果表明，不同基因型的水分利用效率和對(duì)水分虧缺的敏感性不同，單位葉面積（LMA）與碳同位素指示呈強(qiáng)烈的負(fù)關(guān)聯(lián)，碳同位素鑒別可作為甜菜育種中提高水分利用效率的有效選擇標(biāo)準(zhǔn)。MAHMOUD等[31]根據(jù)耐逆性指數(shù)（STI），鑒定了3 個(gè)甜菜多胚品種（‘Zwanpoly’、‘Halawa’和‘Heba’）和兩個(gè)單胚品種（‘Xanadu’和‘Marathon’）對(duì)田間持水量的30%、50%和70%的水分脅迫的耐受性?？购涤蓮?qiáng)到弱的品種依次為‘Zwanpoly’、‘Halawa’、‘Heba’和‘Marathon’。水分脅迫水平70%時(shí)，‘Xanadu’品種用于構(gòu)建根產(chǎn)量和糖產(chǎn)量的WUE最高。

3.3 甜菜抗旱遺傳選育

無(wú)疑種植抗旱能力強(qiáng)的甜菜品種能夠提高旱作甜菜的生產(chǎn)率，但專門進(jìn)行甜菜抗旱育種既費(fèi)時(shí)又昂貴。ERIC等[17]研究表明，7個(gè)不同基因型甜菜的產(chǎn)量穩(wěn)定性和對(duì)水分利用率不同，認(rèn)為抗旱甜菜種質(zhì)改良的遺傳資源是存在的，建議應(yīng)將產(chǎn)量目標(biāo)和耐旱指數(shù)（DTI）同時(shí)作為干旱地區(qū)的育種目標(biāo)，從而確保甜菜產(chǎn)量穩(wěn)定性。JOHN 等[33]基于從多環(huán)境甜菜品種試驗(yàn)（METs）收集數(shù)據(jù)，利用干旱脅迫指數(shù)（DSI）進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法可被育種者用來(lái)評(píng)價(jià)當(dāng)前甜菜育種材料的抗旱性和產(chǎn)量穩(wěn)定性。

周建朝等[34]研究表明，從抗旱系數(shù)、脅迫敏感指數(shù)等指標(biāo)看，不同基因型甜菜對(duì)水分脅迫的抗逆能力差異較大，最高可達(dá)4 倍以上，這說(shuō)明對(duì)甜菜進(jìn)行抗旱遺傳改良的可能性比較大。但是，甜菜栽培品種的遺傳多樣性較低，抗旱資源的篩選對(duì)于抗旱型育種至關(guān)重要。RIBEIRO等[35]比較了VMT（干內(nèi)陸山）、CMP（濕地）和OEI（海岸）3種不同環(huán)境下的野生甜菜種（Beta vulgarisspp.maritima）和一個(gè)商用甜菜（Isella，SB）的遺傳差異分析表明，野生甜菜種群等位基因豐富、雜合度高，并表現(xiàn)出適應(yīng)環(huán)境變化生理可塑性。其中，VMT、CMP是最適應(yīng)干旱和鹽堿脅迫的基因型，為甜菜抗旱育種計(jì)劃提供明確的育種材料。SLAMA等[36]研究了水分虧缺脅迫與復(fù)水對(duì)栽培甜菜（B.vulgaris）和兩個(gè)突尼斯種質(zhì)（‘Soliman’和‘Enfidha’）及野生大果甜菜（B.macrocarpa）生長(zhǎng)發(fā)育、光合作用、生理生化參數(shù)的影響。研究認(rèn)為野生大果甜菜（B.macrocarpa）可作為缺水脅迫遺傳改良的基因來(lái)源，用于提高邊際干旱生態(tài)系統(tǒng)的牧草價(jià)值。王宇光等[37]研究證實(shí)甜菜品系‘M14’的咖啡酰輔酶A-O-甲基轉(zhuǎn)移酶基因可以提高植株的抗旱及耐鹽特性。甜菜品系‘M14’對(duì)鹽、寒冷、干旱等非生物脅迫具有極強(qiáng)的耐受性，是研究逆境脅迫豐富的優(yōu)質(zhì)基因資源[38]。

3.4 甜菜抗旱分子育種

選育抗逆新品種已從基于形態(tài)學(xué)及生理學(xué)基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)作物遺傳育種，發(fā)展到基因工程、分子生物學(xué)等手段。植物中有一些基因、轉(zhuǎn)錄因子、蛋白質(zhì)參與鹽和干旱脅迫應(yīng)答[39]。目前可通過(guò)調(diào)節(jié)植物抗性蛋白表達(dá)、選擇耐性基因載體、篩選抗不同無(wú)性系新品種、人工接種叢枝菌根真菌、適宜生境的選擇等均可提高植物抗逆性[40]。

為培育甜菜耐旱品種，不僅需要掌握耐旱品種遺傳基礎(chǔ)，還要分析參與干旱脅迫應(yīng)答過(guò)程的基因表達(dá)并對(duì)基因組定位。梁文潔等[41]將洋蔥的蔗糖-果糖基轉(zhuǎn)移酶基因SST與甜菜根部特異性啟動(dòng)子MLL重組，以pBI121為起始載體，構(gòu)建p BI121-MLL-SST，通過(guò)農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)化甜菜品種‘STFD4’，利用PCR反應(yīng)鑒定轉(zhuǎn)化植株，并用RT-PCR技術(shù)檢測(cè)SST基因的表達(dá)。結(jié)果表明，SST基因可明顯提高甜菜的抗旱性，為進(jìn)一步研究該基因在甜菜中的功能奠定了基礎(chǔ)。張皓等采用RT-PCR 技術(shù)從甜菜中克隆了響應(yīng)逆境脅迫的P5CS基因[42]。miRNA在植物脅迫應(yīng)答過(guò)程中發(fā)揮重要作用，其中miR160/164家族基因在植物中參與干旱和鹽脅迫應(yīng)答過(guò)程。孫宗艷[43]研究鹽/干旱脅迫下甜菜不同品種幼苗葉及根中miR160/164及其靶基因的表達(dá)表明，甜菜miR160/164 的靶基因分別為ARF17/18和NAC(21/22)/10，此外，還克隆了抗逆相關(guān)的P5CS基因cDNA 序列。LI等[44]通過(guò)盆栽試驗(yàn)，比較不同耐旱性甜菜品種甜菜堿含量與BADH基因表達(dá)的關(guān)系。結(jié)果表明，在干旱脅迫下，耐旱甜菜品種甜菜堿含量和BADH基因表達(dá)顯著增加。甜菜堿的積累和BADH基因的表達(dá)可能是消除干旱負(fù)效應(yīng)的一種反應(yīng)，在維持水分脅迫下甜菜的光合活性方面可能起著關(guān)鍵作用。李國(guó)龍等[45]利用SqRT-PCR 方法，對(duì)甜菜幼苗根系、葉片cprx1基因的表達(dá)模式進(jìn)行分析，初步證實(shí)cprx1基因是甜菜抗旱與水分高效利用的相關(guān)基因。RAJABI等[46]對(duì)干旱脅迫條件下甜菜（Beta vulgarisL.）根產(chǎn)量和葉片性狀進(jìn)行了QTL 定位。龔攀[32]利用煙草脆裂病毒在甜菜上成功建立了甜菜病毒誘導(dǎo)基因沉默體系（VIGS），并利用VIGS體系沉默抗旱相關(guān)基因Bv P5CS后，發(fā)現(xiàn)甜菜幼苗的耐旱性明顯降低，成功驗(yàn)證了Bv P5CS基因在甜菜耐旱性中發(fā)揮著重要作用，也進(jìn)一步說(shuō)明構(gòu)建的VIGS體系可用于甜菜抗逆基因功能分析。

植物特異性NAC 轉(zhuǎn)錄因子，在響應(yīng)植物干旱脅迫反應(yīng)等過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。徐曉陽(yáng)等[47]研究表明，甜菜NAC家族基因共有52個(gè)成員，系統(tǒng)進(jìn)化分析將52個(gè)成員分為2類，Ⅰ類有38個(gè)成員，Ⅱ類有14個(gè)成員。其中50個(gè)成員在9 條染色體上不均等分布，兩個(gè)目前尚未定位；NAC保守域分析表明，在干旱脅迫下甜菜NAC 家族成員中共有23 個(gè)基因上調(diào)表達(dá)。李國(guó)龍等[48]以干旱處理的強(qiáng)抗旱甜菜品種‘HI0466’為材料,通過(guò)RT-PCR 技術(shù)克隆到一個(gè)甜菜NAC 類轉(zhuǎn)錄因子基因的cDNA 序列，并將其連接到植物表達(dá)載體pCAMBIA2301中，成功構(gòu)建了甜菜BvNAC46基因的植物表達(dá)載體pCAMBIA2301-BvNAC，為進(jìn)一步通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)研究該基因的功能提供參考。ADLER 等[49]利用擬南芥植物轉(zhuǎn)化的耐鹽甜菜（BvNHX1）研究了液泡NHX1基因的調(diào)控機(jī)制，在鹽和水分脅迫下，MYB轉(zhuǎn)錄因子參與BvNHX1基因激活的表達(dá)。劉蕊[50]測(cè)定干旱環(huán)境下萌發(fā)期甜菜MYB基因家族的79個(gè)MYB轉(zhuǎn)錄因子，其中42個(gè)在干旱脅迫下差異表達(dá)，為甜菜抗干旱脅迫育種提供基因資源和理論基礎(chǔ)。

干旱誘導(dǎo)蛋白是逆境誘導(dǎo)蛋白的一種，是指植物在受到干旱脅迫時(shí)新合成或合成增多的一類蛋白。WANG 等[22]在生理學(xué)研究基礎(chǔ)上，對(duì)敏感和耐旱甜菜品種的蛋白質(zhì)組學(xué)分析表明，兩個(gè)甜菜品種分別有23種和27種干旱誘導(dǎo)蛋白，并根據(jù)其功能將這些蛋白質(zhì)分為9類。干旱誘導(dǎo)蛋白的差異表達(dá)與植物的種類、干旱脅迫強(qiáng)度、時(shí)間及發(fā)育階段等有關(guān)[51]。SCHNEIDER等[52]通過(guò)對(duì)甜菜葉片蛋白組學(xué)分析揭示甜菜干旱誘導(dǎo)蛋白與干旱脅迫強(qiáng)度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)在嚴(yán)重脅迫之前，3個(gè)關(guān)鍵的蛋白靶點(diǎn)與水分調(diào)控相關(guān),與特異性NAC轉(zhuǎn)錄子相比，甜菜干旱誘導(dǎo)蛋白對(duì)水分脅迫的響應(yīng)有些延遲，并表明這種延遲機(jī)制是轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)的。

4 提高甜菜抗旱性研究展望

目前，國(guó)外在作物抗旱生理學(xué)、遺傳學(xué)研究基礎(chǔ)上，大力發(fā)展分子生物學(xué)及蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)方面的研究。近幾年，我國(guó)關(guān)于干旱脅迫對(duì)水稻、小麥、玉米等主要農(nóng)作物的研究也較為豐富。相比之下，生物工程育種技術(shù)和分子育種技術(shù)在甜菜上研究與利用的整體水平與現(xiàn)狀較落后[53]。特別是蛋白質(zhì)組學(xué)、生物信息學(xué)方面的研究特別少，建議：

（1）進(jìn)一步深入研究甜菜抗旱、耐鹽分子機(jī)制：作物抗旱性的機(jī)制十分復(fù)雜，且不同作物的抗旱性存在很大差異[31]。在植物應(yīng)對(duì)非生物脅迫時(shí)，異三聚體G 蛋白（Heterotrimeric GTP-binding proteins）、脯氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等起到了重要作用，是植物代謝過(guò)程中重要的調(diào)控因子，其轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制也一直受到許多科研工作者的高度重視[54-55]。甜菜品種有多種干旱響應(yīng)蛋白[22]，而目前有關(guān)干旱響應(yīng)蛋白在甜菜抗非生物脅迫中的研究還屬于空白。今后，要結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)進(jìn)一步深入研究從而探明甜菜抗旱、耐鹽的分子機(jī)制。

（2）加強(qiáng)甜菜抗旱型基因資源的發(fā)掘與利用：與其它植物相比，優(yōu)良的甜菜種質(zhì)資源狹窄，甜菜抗干旱脅迫研究仍處于初步階段。今后要利用現(xiàn)代基因工程技術(shù)克隆和構(gòu)建與抗鹽堿、干旱等逆境有關(guān)的外源基因，將更多優(yōu)良外源抗逆基因?qū)胩鸩酥?，將傳統(tǒng)的田間選育與分子生物技術(shù)選育結(jié)合起來(lái)，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)多抗的優(yōu)良甜菜品種（系）。

（3）加強(qiáng)大田試驗(yàn)及多年、多點(diǎn)、多逆境脅迫研究：目前，植物適應(yīng)逆境脅迫的研究，很多是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬單一的脅迫條件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，許多學(xué)者也只對(duì)單一逆境條件下進(jìn)行單基因誘導(dǎo)蛋白基因研究，而單基因轉(zhuǎn)移的耐性是有限的[40]。在自然條件下，干旱脅迫和鹽脅迫常常是共存的，影響是持續(xù)的。因此，在今后的研究中應(yīng)模擬真實(shí)的實(shí)驗(yàn)條件，綜合探討外源基因和內(nèi)源基因的關(guān)系，在調(diào)控基因表達(dá)時(shí)間和表達(dá)量等方面進(jìn)行深入研究。