花期干旱對(duì)大豆生理及光合特性的影響

劉志強(qiáng) 王建立 趙景云 仇永康

摘要為研究花期干旱對(duì)大豆生理特性的影響，以齊黃34和汾豆79為試材，在大豆花期以正常灌水為對(duì)照，設(shè)置輕度、中度、重度3 個(gè)干旱脅迫，研究干旱脅迫對(duì)大豆葉片滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶活性和光合特性的影響。結(jié)果表明，隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)， SOD、POD、CAT 和 APX 活性呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，在中度脅迫時(shí)達(dá)到最大值，相對(duì)電導(dǎo)率和 MDA 含量呈逐漸升高的趨勢(shì)，含水量、凈光合速率、胞間 CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度隨干旱程度的降低逐漸下降。兩品種間在同一干旱程度下，齊黃34的保護(hù)酶活性和光合速率較高，說(shuō)明齊黃34的抗旱性高于汾豆79。

關(guān)鍵詞大豆;干旱;生理特性;光合特性

中圖分類(lèi)號(hào) S565.1??????? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A???????? DOI：10.12008/j.issn.1009-2196.2022.01.004

Effects of Drought on Physiological and Photosynthetic Characteristics of Soybean at the Flowering Stage

LIU Zhiqiang?? WANG Jianli?? ZHAO Jingyun?? QIU Yongkang

（Zhumadian Academy ofAgricultural Sciences， Zhumadian， Henan 463000， China）

Abstract?? In order to analyze the effects of drought on physiological characteristics of soybean at the flowering stage， two? soybean varieties， Qihuang 34 and Fendou 79， were treated with drought stress at mild， moderate and severe levels to analyze? the effects of drought stress on osmotic regulators， antioxidant enzyme activities and photosynthetic characteristics of soybean? leaves. The results showed that the soybean leaves increased first and then decreased their activities of SOD， pod， cat and APX， reached the maximum under the moderate stress， increased their relative conductivity and MDA content gradually with the? increase of drought stress， and decreased gradually their water content， net photosynthetic rate， intercellular carbon dioxide con- centration， transpiration rate and stomatal conductance with the decrease of drought stress. The soybean variety Qihuang 34 has a? higher protective enzyme activity and a higher photosynthetic rate in the soybean leaves than Fendou 79 when treated with the? drought stress at the same level， indicating that Qihuang 34 is higher in drought resistance than Fendou 79.

Keywords?? soybean; drought; physiological characteristics; photosynthetic characteristics

大豆是一年生草本植物，是世界上最重要的豆類(lèi)。中國(guó)是大豆的原產(chǎn)地，也是最早種植大豆的國(guó)家。大豆是我國(guó)重要的糧食和油料作物，含有豐富的脂肪和蛋白質(zhì)，其綜合利用價(jià)值很高，是人類(lèi)不可缺少的作物之一[1]。

近年來(lái)，隨著全球氣候暖干化趨勢(shì)不斷加重，降水格局也發(fā)生明顯變化，干旱已經(jīng)成為影響作物生長(zhǎng)的主要因素之一[2]。尤其是在我國(guó)北方，水資源不足，干旱更是成為限制大豆產(chǎn)量及品質(zhì)的重要因素[3]。實(shí)踐證明，輕微干旱下，植物通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)含量，保持滲透平衡，對(duì)植株生長(zhǎng)的影響較小，但隨干旱程度的增加，植物的葉片數(shù)、葉面積、基徑及株高顯著下降，同時(shí)植物葉片發(fā)生水分流失，引起水分虧缺，導(dǎo)致葉片的葉綠素發(fā)生降解，含量降低，光合作用的能力迅速減弱[4]。植物在受到干旱脅迫時(shí)，為抵抗脅迫造成的傷害，會(huì)啟動(dòng)自我保護(hù)機(jī)制進(jìn)行抵抗，通過(guò) SOD 、POD 、CAT 等保護(hù)酶活性的升高，清除體內(nèi)產(chǎn)生的超氧基陰離子和過(guò)氧化氫[5]，同時(shí)通過(guò)增加體內(nèi)脯氨酸和丙二醛含量來(lái)提高植物細(xì)胞滲透調(diào)節(jié)能力，降低干旱對(duì)植株的生理傷害[6]。賈斯淳等[7]研究表明，干旱脅迫下大豆葉綠素含量上升，株高、節(jié)數(shù)、莖粗顯著下降。馬玉玲等[8]? 研究表明，隨著干旱脅迫程度的增強(qiáng)，脯氨酸和可溶性糖的含量顯著上升， SOD 、CAT 、APX 活性顯著升高。花期是大豆水分需求的關(guān)鍵時(shí)期，因此本試驗(yàn)選用2 個(gè)品種，探索干旱脅迫對(duì)大豆?jié)B透及膜脂過(guò)氧化作用、抗氧化酶活性及光合特性的影響。為大豆的抗旱栽培及耐旱品種的篩選提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 材料

1.1.1? 樣地概況試驗(yàn)于2019 年在河南駐馬店市西平縣玻璃防雨棚內(nèi)進(jìn)行。供試土壤基礎(chǔ)肥力為有機(jī)質(zhì)23.87 g/kg 、全氮1.16 g/kg 、有效磷31.58 mg/kg、速效鉀154.36 mg/kg。

1.1.2? 試材供試大豆品種為汾豆79，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所選育;齊黃34，由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育。氮、磷、鉀分別為尿素（ N 46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5 12%）和氯化鉀（ K2O 60%）。

1.2? 方法

1.2.1? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，結(jié)合多年作物受旱試驗(yàn)和相關(guān)研究[9-11]，以正常灌水為對(duì)照（ CK ），土壤含水量為田間持水量的 70%～80%。設(shè)置3 個(gè)干旱處理，分別為：輕度干旱（ T1），土壤含水量為田間持水量的50%～60%;中度干旱（ T2），土壤含水量為田間持水量的 40%～50%;重度干旱（ T3），土壤含水量為田間持水量的30%～40%。土壤含水量采用 EM-50和稱重法互相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行控水。試驗(yàn)采用盆栽試驗(yàn)，盆高38 cm ，直徑43 cm，在播種前將剔除雜草石子的土壤攪拌均勻，裝入盆中，每盆裝土 14 kg，隨后澆透水，放置3 d 后進(jìn)行播種，每處理播種20盆，待出苗后每盆定苗3 株。并定期補(bǔ)充水分，進(jìn)入開(kāi)花期（ R2期）后開(kāi)始對(duì)大豆植株進(jìn)行干旱處理。試驗(yàn)穩(wěn)定處理15 d 后進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定。

1.2.2? 項(xiàng)目測(cè)定

1.2.2.1? 大豆抗氧化酶活性脅迫處理完成后，在上午8：00—9：00取大豆倒2 和倒3 葉片混勻，放置在低溫保鮮盒中帶回實(shí)驗(yàn)室，擦干表面水分和灰塵，迅速用液氮冷凍儲(chǔ)存在–80℃超低溫冰箱中，待測(cè)。參考高俊鳳[10]的方法分別測(cè)定超氧化物歧化酶 Superoxide dismutase（ SOD ）、過(guò)氧化物酶 Peroxidase（ POD ）、過(guò)氧化氫酶 Catalase（ CAT ）、抗壞血酸過(guò)氧化物酶 Ascorbate peroxidase（ APX ）活性。

1.2.2.2? 大豆?jié)B透及膜脂過(guò)氧化作用相對(duì)電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀測(cè)定，相對(duì)含水量、丙二醛（ MDA ）和脯氨酸（ Pro ）的含量參考李合生的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2.3? 大豆光合參數(shù)用美國(guó)生產(chǎn)的 LI-6400便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)定大豆最上部完全展開(kāi)葉中部的凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、胞間 CO2濃度、蒸騰速率。

1.2.3? 數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用 Excel 2013軟件進(jìn)行初步分析和圖表制作，采用 SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，采用新復(fù)極差多重比較法（ Duncan ）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（p=0.05）。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 花期干旱對(duì)大豆抗氧化酶活性的影響

花期干旱對(duì)大豆抗氧化酶活性的影響見(jiàn)表1。由表1 可知，花期干旱顯著影響大豆葉片抗氧化酶活性， SOD 活性隨干旱程度的增加呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，表現(xiàn)為 T2>T3>T1>CK，處理間差異均顯著，汾豆79的 T1、T2和 T3處理均顯著高于 CK，分別比 CK 高出62.23%、157.48%和 116.70%，齊黃34 的 T1、T2和 T3處理分別比 CK 高出71.60%、160.72%和93.29%。POD 活性隨干旱程度的增加呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，表現(xiàn)為 T2>T1>T3>CK，T1和 T3處理間差異不顯著，汾豆79的 T1、T2和 T3處理均顯著高于 CK，分別比 CK 高出59.20%、95.90%和44.86%，齊黃 34的 T1、T2和 T3處理分別比 CK 高出64.06%、112.37%和58.23%。CAT 活性表現(xiàn)為 T3>T2>T1> CK ，隨干旱程度的增加呈逐漸增加的趨勢(shì)， T2? 和 T3處理間差異不顯著，汾豆79的 T1、T2和? T3處理均顯著高于 CK，分別比 CK 高出28.97%、82.55%和84.94%，齊黃34的 T1、T2和 T3處理分別比 CK 高出38.92%、107.41%和114.76%。 APX 活性變化趨勢(shì)和 POD 相似，汾豆79的 T1、 T2和 T3處理分別比 CK 高出41.58%、71.79%和 40.11%，齊黃34的 T1、T2和 T3處理分別比 CK 高出49.44%、99.81%和58.27%。在干旱脅迫下，齊黃34的抗氧化酶活性均高于汾豆79。

2.2? 花期干旱對(duì)大豆葉片膜脂過(guò)氧化的影響

由表2 可知，花期干旱顯著影響大豆葉片膜脂過(guò)氧化性有顯著的影響，其中相對(duì)電導(dǎo)率隨干旱程度的加重呈逐漸升高的趨勢(shì)，汾豆79的 T1、 T2和 T3處理均顯著高于 CK，分別比 CK 高出72.13%、125.10%和134.04%，齊黃34的變化趨勢(shì)和汾豆79相似， T1、T2和 T3處理分別比 CK 高出70.23%、95.72%和146.08%。含水量則隨干旱程度的加重呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，處理間差異均顯著，汾豆79的 T1、T2和 T3處理均顯著低于 CK ，分別比 CK 低 17.57%、30.21%和 50.85%，齊黃34的變化趨勢(shì)和汾豆79相似， T1、 T2和 T3處理分別比 CK 低18.15%、31.35%和 42.16%。MDA 含量隨干旱程度的加重呈逐漸增加的變化趨勢(shì)，汾豆79的 T1、T2和 T3處理顯著高于 CK，分別高出44.68%、97.58%和130.69%。齊黃34的 T1處理和 CK 差異不顯著， T2和 T3 處理顯著高于 CK，分別高出91.70%和142.62%。 Pro 含量隨干旱程度的加重呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，汾豆79的 T1和 T3處理間差異不顯著，齊黃34的各處理間差異均顯著。

2.3? 花期干旱對(duì)大豆葉片光合特性的影響

由表3 可知，花期干旱對(duì)大豆光合特性有顯著的影響，凈光合速率、胞間 CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度隨干旱脅迫的加重呈逐漸降低的變化趨勢(shì)，凈光合速率表現(xiàn)為 CK>T1>T2>T3，汾豆 79各處理間差異均顯著， T1、T2和 T3處理分別比 CK 低3.73%、16.58%和19.96%。齊黃34的? T1處理和 CK 沒(méi)有顯著差異， T2和 T3顯著低于 CK，分別低9.59%和12.07%。胞間 CO2濃度2 品種均是 T1處理和 CK 沒(méi)有顯著差異，汾豆79 的 T2和 T3處理分別比 CK 低12.67%和16.10%。齊黃34的 T2和 T3顯著低于 CK，分別低8.98% 和15.49%。蒸騰速率變化趨勢(shì)和胞間 CO2濃度相似，汾豆79的 T2和 T3處理分別比 CK 低19.79%和29.51%。齊黃34的 T2和 T3顯著低于 CK，分別低10.28%和23.36%。氣孔導(dǎo)度變化趨勢(shì)和胞間 CO2濃度相似，汾豆79的 T2和 T3處理分別比 CK 低23.33%和36.67%。齊黃34的 T2和 T3顯著低于 CK，分別低16.96%和27.80%。2品種間在干旱脅迫下，齊黃34的凈光合速率、胞間 CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度均高于汾豆79。

3? 討論與結(jié)論

植物在受到干旱脅迫時(shí)，會(huì)引起體內(nèi)一系列的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)植物造成傷害，其中最主要的就是引發(fā)植物細(xì)胞膜的過(guò)氧化作用，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)滲透增大，使細(xì)胞膜透性增強(qiáng)，相對(duì)電導(dǎo)率是反映膜透性的重要指標(biāo)[12]。葉片含水量也可以在一定程度上反映植物受到干旱損傷的程度。植物葉片相對(duì)含水量越高，下降的速率越慢，則表示植物抗旱性能越強(qiáng)[13]。丙二醛是作物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化作用的產(chǎn)物，它的存在會(huì)給植物細(xì)胞膜帶來(lái)嚴(yán)重的損害，是反映膜脂過(guò)氧化程度的重要指標(biāo)[14]。本研究表明，隨著干旱程度的加重，相對(duì)電導(dǎo)率呈逐漸增加的趨勢(shì)，含水量呈逐漸升高的變化趨勢(shì)，說(shuō)明干旱對(duì)大豆造成的傷害隨干旱程度遞增。在干旱脅迫下，齊黃34 的電導(dǎo)率低于汾豆79，在輕度脅迫和中度脅迫下，齊黃34的葉片含水量低于汾豆79，在重度脅迫下高于79，這可能和大豆品種特性有關(guān)。隨著干旱程度的增加，丙二醛含量逐漸增加，重度干旱時(shí)達(dá)到最大。齊黃34在輕度干旱脅迫下差異和對(duì)照不顯著，說(shuō)明在輕度干旱下丙二醛產(chǎn)生較少，總體說(shuō)明，齊黃34受到干旱影響程度較輕。

植物在遭受脅迫后，為抵抗脅迫，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。脯氨酸是主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)之一，通過(guò)調(diào)節(jié)植物體內(nèi)的滲透平衡，減少體內(nèi)因逆境脅迫對(duì)植物帶來(lái)的損傷，穩(wěn)定細(xì)胞結(jié)構(gòu)及清除體內(nèi)產(chǎn)生的自由基[15]。因此，植物體內(nèi)脯氨酸積累量反映植物對(duì)干旱的抵抗能力[16]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著干旱程度的增加，大豆葉片脯氨酸含量呈先升高后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明植物對(duì)干旱的耐受能力具有一定的范圍，在重度脅迫下，超過(guò)了植物體對(duì)干旱的抵抗范圍，導(dǎo)致脯氨酸含量降低。

干旱脅迫引起植物產(chǎn)生大量的自由基，破壞植物體內(nèi)正常的代謝平衡，此時(shí)本身會(huì)調(diào)動(dòng)體內(nèi)的整個(gè)防御系統(tǒng)來(lái)抵抗逆境脅迫帶來(lái)的氧化傷害[17]， SOD、POD、CAT 和 APX 協(xié)調(diào)起來(lái)抵御逆境帶來(lái)的傷害[18]。研究表明，干旱引起保護(hù)酶活性的升高來(lái)減少干旱帶來(lái)的損傷。本研究結(jié)果表明， SOD、POD、CAT 和 APX 活性隨干旱程度的增加呈先升高后降低的變化趨勢(shì)，說(shuō)明在植物可承受的干旱范圍內(nèi)，保護(hù)酶活性升高，保護(hù)植株不受傷害，但是當(dāng)脅迫程度進(jìn)一步增加，超過(guò)植物的承受范圍，則保護(hù)酶活性受到抑制。齊黃34的抗氧化酶活性均高于汾豆79。

光合作用是作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要能量轉(zhuǎn)化代謝系統(tǒng)，是影響作物產(chǎn)量的主要因素[19]。本研究中，干旱脅迫限制了氣孔開(kāi)度，減少水分損失，降低胞間 CO2濃度和蒸騰速率，從而限制光合作用，表明此時(shí)干旱脅迫破壞了光合系統(tǒng)，抑制了光能的吸收，并降低了光合作用和碳同化作用，隨著干旱程度的增加，光合參數(shù)呈逐漸降低的趨勢(shì)，在輕度干旱脅迫下，影響較小，差異不顯著，可能是根系干物質(zhì)積累的關(guān)鍵，干旱脅迫會(huì)促進(jìn)光合產(chǎn)物對(duì)根系的運(yùn)輸，而中度和重度干旱脅迫均會(huì)降低光合能力。齊黃34的光合參數(shù)在各干旱處理下均高于汾豆79。

花期干旱對(duì)大豆生理特性具有顯著的影響，干旱脅迫下，相對(duì)電導(dǎo)率和 MDA 含量增加、含水量和 Pro 含量降低，保護(hù)酶活性在輕度干旱和中度干旱下上升，在重度干旱下下降，凈光合速率、胞間 CO2濃度、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度隨干旱程度的降低逐漸下降。說(shuō)明輕度干旱對(duì)大豆生理的影響較小，重度干旱造成的傷害較大，綜合比較，齊黃34的保護(hù)酶活性和光合速率較高，說(shuō)明，齊黃34的抗旱性高于汾豆79。

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（責(zé)任編輯龍婭麗）