干旱脅迫對不同花生品種生理特征的影響及其抗旱性綜合評價

劉海東,陳慶政,林秀芳,祁俊程,黃世旅，葉萬余,吳春玲

(1.賀州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,廣西 賀州 542800；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院賀州分院,廣西 賀州 542813)

花生作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，近幾年全國花生總播種面積穩(wěn)居油料作物之首,花生單產(chǎn)和總產(chǎn)均穩(wěn)居世界第一[1]?；ㄉN植區(qū)域分布廣泛但大部分集中在干旱、半干旱亞熱帶地區(qū)[2]，每年因干旱導(dǎo)致花生減產(chǎn)20%以上，全球直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)30億美元[3]。近幾年氣候變化異常雨水季節(jié)分布極為不均，干旱依然是制約我國花生產(chǎn)量與品質(zhì)的主要因素之一?；ㄉm然具有耐貧瘠、抗干旱、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)[4]，但要保證增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)需從改良品種特性和改善栽培措施等方面入手?，F(xiàn)代育種技術(shù)從分子生物學(xué)、栽培生理學(xué)等方面對選育品種進(jìn)行鑒定與篩選，使其花生抗旱基因充分表達(dá)保留品種優(yōu)良遺傳特性[5]，其為花生分子育種提供優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源，提升了花生品種的區(qū)域適應(yīng)能力，避免因糧油爭地而導(dǎo)致的花生種植面積的減少，從根本上保證了國家糧油安全。花生抗旱性是指在干旱條件下生存和形成產(chǎn)量的能力，它是一個復(fù)雜的生理生化過程，是多基因控制的數(shù)量性狀[6, 7]。前人已從葉片形態(tài)、氣孔調(diào)節(jié)、滲透調(diào)節(jié)、根系發(fā)育、活性氧清除、多胺代謝、內(nèi)源激素、脅迫誘導(dǎo)蛋白等方面對作物抗旱機(jī)理進(jìn)行了研究[8～10]。一般認(rèn)為根、莖、葉、株型及其生理機(jī)能與抗旱有關(guān)，如根系發(fā)達(dá)、維管束系統(tǒng)發(fā)達(dá)、葉面積相對的減少、蠟質(zhì)層增厚、分枝增多、結(jié)實(shí)性好等是品種抗旱能力強(qiáng)的形態(tài)特征[11]。但前人對花生開花下針期(需水零界期)干旱脅迫下的形態(tài)特征、抗氧化酶活性變化等指標(biāo)與花生抗旱能力強(qiáng)弱間的關(guān)系研究較少。本研究采用棚內(nèi)箱體栽培模式,做到水肥可控。在花生開花下針期進(jìn)行干旱處理，試驗(yàn)分析花生植株形態(tài)特征及葉片生理特性變化。了解所選育品種抗旱能力并對其進(jìn)行抗旱性評價，為今后花生品種區(qū)域適應(yīng)性推廣上提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試品種

供試的8個花生品種分別為梧油1號、賀油9號、賀油10號、賀油11、賀油12、賀油13、賀油14、賀油15(分別記為V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8)。供試品種均為賀州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育并通過審定的直立疏枝珍珠豆型花生。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

1.3 測定內(nèi)容及方法

試驗(yàn)于2020年7月8日在廣西賀州市農(nóng)科院試驗(yàn)農(nóng)場溫室大棚內(nèi)采用塑料箱體栽培方式進(jìn)行，箱體規(guī)格為80 cm*50 cm*60 cm，播種前兩個月取好土樣破碎、翻曬、混勻稱取同樣重量的土壤平鋪在箱體內(nèi)，土壤厚度在55 cm左右，土壤類型為壤土。試驗(yàn)設(shè)置同一供水水平，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，重復(fù)3次共24箱，每箱6穴、每穴3粒、行株距30 cm*15 cm，出苗后間苗保留生長基本一致的兩株，播種時施足底肥后期無追肥。全程采用土壤水分測量儀(TZS-2X，浙江托普)監(jiān)測土壤相對含水量，在花生開花下針期進(jìn)行干旱處理土壤相對含水量控制在40%。于7月15日對所有花生進(jìn)行干旱脅迫為期10 d，處理后立即復(fù)水使其土壤相對含水量控制在80%，一直到11月5日花生收獲?；ㄉ镩g管理參照大田生產(chǎn)。

1.3.1 花生形態(tài)相關(guān)指標(biāo)測定 于8月25日(開花下針期)和11月5日(收獲期)到棚內(nèi)取樣，每箱取兩株樣品測定植株整體形態(tài)和植株干物重。

植株整體形態(tài)：主莖高、側(cè)枝長、主根長采用直尺測量；總分枝數(shù)、結(jié)果枝數(shù)、總?cè)~片數(shù)、收獲青葉數(shù)采用目測法，在每個時期每個品種測定6株。

植株干物重:每個時期將清洗干凈的花生植株放入鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，然后調(diào)到80℃烘干至恒重，測定花生植株干物重。

1.3.2 相關(guān)酶活的測定 葉片取樣時間同上，花生生長全生育期取樣兩次，第一次在干旱處理后復(fù)水前一天取樣(記為：S1)，第二次在收獲期取樣(記為：S2)。晴朗的早晨8:30到棚內(nèi)每箱取頂部倒三葉10片放入冰盒中帶回實(shí)驗(yàn)室將其放入-80℃冰箱保存。收獲期結(jié)束將低溫保存的葉片進(jìn)行液氮破碎研磨提取上清液測定葉片丙二醛(MDA)含量[12]；測定葉片過氧化氫酶(CAT)活性參照張憲政(1994)編著的《植物生理學(xué)試驗(yàn)技術(shù)》雙氧水法；測定葉片過氧化物酶(POD)活性采用愈創(chuàng)木酚法[13]。

1.3.3 花生產(chǎn)量的測定及數(shù)據(jù)分析 收獲期將每個箱選擇6株樣品，每株進(jìn)行摘果、去雜、稱重用水分測定儀測定含水量。實(shí)收產(chǎn)量(g/穴)=每穴莢果鮮重(g)*[1-含水量(%))]/(1%～10%)其中10%為標(biāo)準(zhǔn)含水量。實(shí)驗(yàn)室考種測定單果仁數(shù)、雙果仁數(shù)、秕果數(shù)、斤果數(shù)、百果重、百仁重，計算出出仁率。試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均采用office2010軟件進(jìn)行分析、制表、繪圖，采用SPSS軟件進(jìn)行多重比較LSD法在5%顯著水平下進(jìn)行方差分析(小寫字母表示)。

1.4 抗旱性生理指標(biāo)綜合評價方法

不同花生品種生理抗旱性綜合評價采用隸屬函數(shù)法，應(yīng)用公式：X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，計算出不同品種每個生理指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值，式中X為參試品種某一生理指標(biāo)的測定值，Xmin和Xmax分別為所有品種中該生理指標(biāo)測定的最小值和最大值，然后把每個品種各抗旱生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值累加得出綜合平均隸屬函數(shù)值，根據(jù)綜合平均隸屬函數(shù)值大小確定其抗旱性強(qiáng)弱，平均值越小，抗旱性越弱，反之則抗旱性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對不同花生品種收獲期形態(tài)特征的影響

表1結(jié)果表明：主莖高、側(cè)枝長、主根長、總分枝數(shù)、結(jié)果枝數(shù)均以V2最高；V5的主莖高、側(cè)枝長、收獲青葉數(shù)最低其與V1、V8比較均未達(dá)到顯著水平；其余各品種間形態(tài)指標(biāo)比較差異不顯著。

表1 干旱脅迫對不同花生品種收獲期形態(tài)特征的影響

2.2 干旱脅迫對不同花生品種單株干物質(zhì)質(zhì)量的影響

圖1結(jié)果表明：S1時期單株干物質(zhì)質(zhì)量以V7最高，除V3外與其他花生品種單株干物質(zhì)質(zhì)量相比較均達(dá)到顯著水平其中V5與V8相比較干物質(zhì)質(zhì)量減少20.48%，S2時期單株干物質(zhì)質(zhì)量以V8最高且顯著高于其他品種，V1、V5顯著低于其他品種，V2、V3、V7差異不顯著，其中V5與V8相比較干物質(zhì)質(zhì)量減少44.35%，V5與V1相比較干物質(zhì)質(zhì)量減少45.36%差異達(dá)到極顯著水平。綜合兩個時期V8的干物質(zhì)質(zhì)量增幅41.76%最高，V1最少只有5.52%。

圖1 干旱脅迫對不同花生品種單株干物質(zhì)質(zhì)量的影響

2.3 干旱脅迫對不同花生品種葉片丙二醛(MDA)含量的影響

圖2結(jié)果表明：S1時期V4、V5葉片丙二醛含量顯著高于其他花生品種，V7、V8葉片丙二醛含量顯著低于其他花生品種，以V8葉片丙二醛含量最低；S2時期以V5葉片丙二醛含量最高且與其他品種相比較差異均達(dá)到顯著水平，V1、V2、V4、V7、V8品種間比較差異不顯著，V3、V6間比較差異不顯著綜合兩個時期葉片丙二醛含量在復(fù)水后下降明顯。

圖2 干旱脅迫對不同花生品種葉片丙二醛(MDA)含量的影響

2.4 干旱脅迫對不同花生品種葉片過氧化氫酶(CAT)活性的影響

圖3結(jié)果表明：S1、S2兩個時期均以V8葉片過氧化氫酶活性最高且顯著高于其他花生品種，以V5葉片過氧化氫酶活性最低且顯著低于其他花生品種。S1時期葉片過氧化氫酶活性V1、V2、V3、V4、V5依次下降，V7、V8、V9依次上升，V8與V5相比較CAT活性提高54.38%；S2時期V1、V2、V3、V4差異不顯著,V6、V7、V8與其他品種比較差異達(dá)到顯著水平，V8與V5相比較CAT活性提高53.58%。

圖3 干旱脅迫對不同花生品種葉片過氧化氫酶(CAT)活性的影響

2.5 干旱脅迫對不同花生品種葉片過氧化物酶(POD)活性的影響

圖4結(jié)果表明：S1、S2兩個時期葉片過氧化物酶活性均以V8最高且顯著高于其他花生品種。S1時期V3過氧化物酶活性最低與V5比較差異不顯著，其中V8比V3高31.60%，V8比V5高27.42%；S2時期V5的過氧化物酶活性最低與V2比較差異不顯著，其中V8比V5高44.71%。

圖4 干旱脅迫對不同花生品種葉片過氧化物酶(POD)活性的影響

2.6 干旱脅迫對不同花生品種莢果性狀及產(chǎn)量的影響

表2結(jié)果表明：單仁果數(shù)不同花生品種間比較差異不顯著；雙仁果數(shù)以V8最高且顯著高于除V6外其他花生品種，V1、V2、V3、V4、V5、V7品種間比較差異不顯著；秕果數(shù)以V6最高，百果重V8最高，除V4外顯著高于其他處理；百仁重以V7最高但與V8比較差異不顯著；出仁率V2、V3顯著低于其他花生品種，產(chǎn)量V8顯著高于其他花生品種其中與V1品種比較高出45.34%差異達(dá)到極顯著水平。

表2 干旱脅迫對不同花生品種莢果性狀及產(chǎn)量的影響

2.7 不同花生品種抗旱性生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值

表3結(jié)果表明：不同花生品種同一生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值差異較大，其中V3葉片丙二醛含量隸屬函數(shù)值在兩個時期均為最大值；V8葉片過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性隸屬函數(shù)值在兩個時期均為最大值。兩個時期不同生理指標(biāo)綜合隸屬函數(shù)值基本保持一致，綜合排序得出V8>V6>V7>V3>V5>V4>V2>V1，其中V8與V1相比較高出66.18%。

表3 不同花生品種抗旱性生理指標(biāo)隸屬函數(shù)值

3 討論

花生抗旱能力強(qiáng)弱外在表現(xiàn)主要從植株性狀特征考量。前人對花生抗旱株型研究較為透徹,如植株根系越發(fā)達(dá)抗旱能力越強(qiáng)、葉色深綠葉型側(cè)立耐旱性強(qiáng)、疏枝型花生品種(總分枝數(shù)10條左右)結(jié)果枝數(shù)占80%-90%為宜、植株不宜過高在40～50 cm最為適宜等外在形態(tài)特征既利于植株抗旱又利于后期花生莢果產(chǎn)量的形成[14]。對于花生植株抗旱能力鑒定，大多采用葉片萎蔫指數(shù)、葉片失水率、相對含水率、抗旱系數(shù)等指標(biāo)[15]來衡量。花生品種不同其抗旱機(jī)制也不盡相同，性狀特征不能完全反映花生植株抗旱能力強(qiáng)弱，近年來隨著花生抗旱機(jī)制研究的逐步深入，不僅研究花生植株外在形態(tài)特征而且也深入到花生植株生理特征的變化及其響應(yīng)機(jī)制，如干旱脅迫下植株葉片滲透調(diào)節(jié)響應(yīng)、活性氧清除響應(yīng)等[16]方面研究逐步深入。如今在分子領(lǐng)域研究也有突破如干旱誘導(dǎo)基因表達(dá)、基因定位等技術(shù)突飛猛進(jìn)[17]。前人對花生苗期抗旱機(jī)理研究較為透徹，在花生其它生育期如開花下針期、莢果期受干旱脅迫其植株生理、形態(tài)表現(xiàn)研究不多。本研究在花生開花下針期(需水零界期)對不同品種進(jìn)行干旱脅迫，結(jié)合花生形態(tài)特征、植株干物質(zhì)質(zhì)量、葉片生理酶活性(CAT、POD)及葉片丙二醛含量(MDA)等指標(biāo)，采用隸屬函數(shù)結(jié)合兩個時期綜合評價參試品種的抗旱能力，為所選育的花生品種抗旱特性說明和區(qū)域推廣提供理論支持。筆者研究干旱脅迫對植株莖稈、根系、仔仁等生理特性以及品質(zhì)形成的影響尚不清楚有待進(jìn)一步研究?？衫煤Y選出的抗旱型花生品種作為分子生物學(xué)資源材料研究其抗旱分子機(jī)制，以期進(jìn)一步推動耐旱型花生育種進(jìn)程。

4 結(jié)論

筆者研究結(jié)合花生植株形態(tài)特征、葉片生理酶活性和丙二醛含量等指標(biāo)綜合評價8個參試品種的抗旱能力強(qiáng)弱。綜上所述，賀油15花生品種在干旱處理期株型表現(xiàn)優(yōu)異，葉片過氧化氫酶和過氧化物酶活性最高，丙二醛含量最低；復(fù)水后長勢旺盛收獲期植株干物重和產(chǎn)量均為最高，抗旱性表現(xiàn)最差的為梧油1。由綜合隸屬函數(shù)值得出花生品種抗旱能力賀油15>賀油13>賀油14>賀油10號>賀油12>賀油11>賀油9號>梧油1號。因此賀油15、賀油13、賀油14三個品種抗旱能力強(qiáng)，賀油10號、賀油12、賀油11、賀油9號抗旱能力一般，梧油1號抗旱能力最差。