不同花生品种抗旱性评价

郝 西 张 俊 丁 红 张佳蕾 臧秀旺 刘 兵 崔亚男董文召汤丰收*刘 娟*

(1.河南省农业科学院经济作物研究所,河南 郑州 450002;2.山东省花生研究所,山东 青岛 266100;3.山东省农业科学院生物技术研究中心,山东 济南 250100)

干旱是主要的非生物胁迫之一,显著影响农作物的生长发育与产量[1]。花生是世界食用植物油与植物蛋白的重要来源,种植区域主要分布在半干旱和亚热带地区,每年由干旱造成的花生经济损失超过5亿美元[2]。中国花生的总产量居世界第一,调查发现中国70%的花生产区受到干旱胁迫的影响,干旱造成的花生产量损失每年平均在20%以上[3]。因此,开展花生抗旱品种(系)鉴定与筛选,一方面有利于加快高产抗旱品种的推广,另一方面可为花生抗旱育种提供优异亲本。

近年来,随着我国花生种植面积逐年扩大,花生抗旱种质资源鉴定与抗旱生理研究愈发得到重视。为准确鉴定花生品种的抗旱性,不同学者研究了植株和根系形态指标[4-7]、生理生化指标[8-10]、干旱诱导基因表达水平[11-14]、产量抗旱系数[11-14]、隶属函数法[15-16]等抗旱性鉴定方法。本研究取6个不同类型花生品种(系),采用隶属函数值对品种的抗旱性进行综合评价,为我国花生抗旱品种的筛选与推广利用、抗旱机理的研究提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试花生品种(系)6份,分别为豫花9326、豫花15、湘花2008、远杂9847、花育34、ST001。

1.2 试验处理

选饱满无病斑的花生种子,播种于直径15 cm装有蛭石的塑料花盆中,培养条件设为:12 h光照28℃,12 h黑暗22℃,相对湿度60%左右,光强为500 μmol/(m2.s)。培养至3叶期,取出根系,冲洗掉基质,1/2 MS溶液预培养3 d,分别置于蒸馏水(对照)、20% PEG-6000中处理24 h(28 ℃/20 ℃)后,取倒三叶测定脱落酸、可溶性糖、类黄酮、一氧化氮等生理指标,同时测定叶片水分损失率。

1.3 指标测定

1.3.1 叶片失水率

于干旱胁迫前摘取完全展开的倒3叶10片,立即称取鲜质量M1,并摊放于室内,让其自然失水。每隔1 h称其质量1次,至质量基本不再变化时,记录质量M2,最后将样品烘干,此时质量为M3。叶片失水率由下面公式计算:

叶片失水率=(M1-M2)/(M1-M3)×100%

1.3.2 叶片生理指标测定

叶绿素含量参考Arnon(1949)方法[17],取花生倒三叶0.1 g剪碎,加入10 mL 80%无水乙醇,黑暗处放置48 h后,用UV-2450分光光度计分别在645和663 nm 波长测定OD值。叶片脱落酸、可溶性糖、类黄酮、花青素、一氧化氮含量,采用苏州科铭生物技术有限公司微量试剂盒进行测定。

1.4 各指标相对值的分析

各指标相对值=干旱胁迫下的指标值/非胁迫下的指标值

1.5 抗旱性综合评价

应用隶属函数法对不同品种抗旱性进行综合评价。利用公式X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)计算不同品种每个性状的具体隶属函数值,式中X为参试品种某一性状的测定值,Xmax和Xmin分别为所有品种中该性状测定的最大值和最小值,然后把每个品种各抗旱性状隶属函数值累加求平均值,根据平均隶属函数值大小确定其抗旱性强弱,平均值越大,抗旱性越强,反之则抗旱性越弱。

2 结果与分析

2.1 不同花生品种叶片失水率比较

叶片失水率反映叶片持水能力的高低,一般植物的抗旱性与离体叶片失水状况成负相关。表1可知,6个品种的平均叶片失水率为94.57%,其中豫花9326最小,为91.6%;湘花2008、豫花15较大,分别为97.20%、97.19%。叶片失水率排序为豫花9326＜ST001＜花育34＜远杂9847＜豫花15＜湘花2008,其中豫花9326 与远杂9847、豫花9326与豫花15、豫花9326与湘花2008、ST001与豫花15、ST001与湘花2008、花育34与湘花2008之间的差异均达到极显著水平。

表1 不同品种叶片失水率比较Table 1 Comparison of water loss rate of leaf among different varieties

2.2 干旱胁迫对不同花生品种叶片叶绿素含量的影响

从表2可知,在正常培养条件下,6个花生品种的叶片叶绿素含量介于2.25～3.50 mg/g,其中豫花9326与远杂9847、豫花9326与花育34、远杂9847与ST001、远杂9847与豫花15、远杂9847与湘花2008、ST001与花育34之间均达到极显著差异。20% PEG-6000模拟干旱胁迫处理24 h后,6个品种均表现为叶绿素含量显著增加,介于3.19～5.26 mg/g,豫花9326与花育34、豫花9326与湘花2008、远杂9847 与ST001、远杂9847与湘花2008等均达到极显著差异。各品种的相对叶绿素含量介于1.28～1.99,其中豫花15、豫花9326 较大,分别为1.99、1.59;远 杂9847、湘花2008较小,分别为1.43、1.28。6个品种的相对叶绿素含量排序为豫花15＞豫花9326＞ST001＞花育34＞远杂9847＞湘花2008,其中豫花9326与豫花15、豫花9326与湘花2008、远杂9847与豫花15等达到显著差异。

表2 干旱处理对不同品种叶片叶绿素含量的影响Table 2 Effects of drought treatment on chlorophyll content in leaves of different varieties

2.3 干旱胁迫对不同花生品种叶片脱落酸含量的影响

对照处理下,6个品种的脱落酸含量在1.91～2.48 μg/g,豫花9326与花育34、豫花9326与豫花15、豫花9326 与湘花2008、ST001 与豫花15、ST001与湘花2008之间的脱落酸含量差异均达到极显著水平(表3)。干旱胁迫处理24 h后,6个品种均表现为脱落酸含量增加,豫花9326与远杂9847、豫花9326与湘花2008、远杂9847与花育34、ST001与花育34、花育34与豫花15等的脱落酸含量均达到极显著差异。各品种的相对脱落酸含量大小不同,其中花育34、豫花15、豫花9326较大,分别达到1.47、1.39、1.32;ST001、远杂9847较小,分别为1.17、1.15。相对脱落酸含量的排序为花育34＞豫花15＞豫花9326＞湘花2008＞ST001＞远杂9847。

表3 干旱处理对不同品种叶片脱落酸含量的影响Table 3 Effect of drought treatment on abscisic acid content in leaves of different varieties

2.4 干旱胁迫对不同花生品种叶片可溶性糖含量的影响

对照处理下,6个品种的可溶性糖含量在4.21～4.86 mg/g,其中豫花9326 与远杂9847、豫花9326与ST001、远杂9847与豫花15、远杂9847与湘花2008、ST001与豫花15、ST001与湘花2008之间的脱落酸含量均达到显著差异(表4)。6个品种在干旱胁迫后均表现为可溶性糖含量增加,但各品种间差异不显著。各品种的相对可溶性糖含量在1.22～1.47,品种间均差异不显著;其中豫花9326、湘花2008 较大,分别达到1.47、1.37;花育34、ST001较小,分别为1.23、1.22。相对可溶性糖含量排序为豫花9326＞湘花2008＞豫花15＞远杂9847＞花育34＞ ST001。

2.5 干旱胁迫对不同花生品种叶片类黄酮含量的影响

表5可知,正常条件下6个品种的类黄酮含量介于87.65～128.10 μg/g,其中豫花9326与远杂9847、豫花9326与湘花2008之间差异达显著水平。20% PEG-6000模拟干旱胁迫处理24 h后,6个品种均表现类黄酮含量增加,其中豫花9326与ST001、豫花9326与花育34、ST001与湘花2008、花育34与湘花2008之间均达极显著差异。品种间的相对类黄酮含量不同,变幅为1.32～2.11,其中豫花9326与湘花2008、ST001与湘花2008、花育34与湘花2008之间的差异达极显著水平。干旱前后的相对类黄酮含量排序为ST001＞花育34＞豫花9326＞豫花15＞远杂9847＞湘花2008。

表4 干旱处理对不同品种叶片可溶性糖含量的影响Table 4 Effects of drought treatment on soluble sugar content in leaves of different varieties

表5 干旱处理对不同品种叶片类黄酮含量的影响Table 5 Effects of drought treatment on flavonoids content in leaves of different varieties

2.6 干旱胁迫对不同花生品种叶片花青素含量的影响

正常条件下,6个品种的花青素含量介于4.82～6.11 μg/g,其中豫花9326与湘花2008之间差异达到显著水平(表6)。干旱胁迫处理24 h后,6个品种均表现为花青素含量增加,其中豫花9326与远杂9847、豫花9326与豫花15、豫花9326与湘花2008之间的差异均达极显著水平。由表6可知,相对花青素含量介于1.36～1.56,但品种间差异均不显著。干旱前后相对花青素含量排序为远杂9847＞豫花15＞豫花9326＞ST001＞湘花2008＞花育34。

表6 干旱处理对不同品种叶片花青素含量的影响Table 6 Effects of drought treatment on anthocyanin content in leaves of different varieties

2.7 干旱胁迫对不同花生品种叶片一氧化氮含量的影响

正常条件下6个品种的一氧化氮含量差异较小,介于1.65～1.98 μmol/g,其中豫花9326与豫花15之间达极显著差异(表7)。20% PEG-6000模拟干旱胁迫处理24 h后,6个品种均表现为一氧化氮含量增加,其中豫花9326与远杂9847、豫花9326 与ST001、豫 花9326 与 花 育34、豫 花9326与湘花2008、ST001与豫花15之间均达极显著差异。6个品种间的相对一氧化氮含量介于1.22～1.79,其中豫花9326与其他5个品种间的差异均达到极显著水平。相对一氧化氮含量排序为豫花9326＞豫花15＞湘花2008＞远杂9847＞ST001＞花育34。

表7 干旱处理对不同品种叶片一氧化氮含量的影响Table 7 Effects of drought treatment on nitric oxide content in leaves of different varieties

表8 抗旱性相关生理指标的隶属函数值Table 8 Value of membership function of drought resistance related physiological indexes

2.8 不同花生品种抗旱性的综合评价

从表8可知,6个品种的平均隶属函数值介于0.22～0.76,品种间差异较大,豫花9326的失水率、可溶性糖、一氧化氮、类黄酮的隶属函数值均较大,豫花15的叶绿素、花青素含量的函数值较大,而湘花2008的失水率、叶绿素、类黄酮、一氧化氮的函数值均较小。根据综合隶属函数值分析,6个品种的抗旱性强弱排序为豫花9326＞豫花15＞花育34＞ST001＞远杂9847＞湘花2008,即豫花9326、豫花15的抗旱性较强,花育34、ST001、远杂9847的抗旱性一般,湘花2008抗旱性较差。

3 讨论

多项研究表明,采用单一指标评价不同品种间的抗旱性不够准确[18]。利用综合隶属函数法评价品种间的抗旱能力比较科学合理,在多个作物中得到了广泛应用[6,13,15-16]。为评价不同花生品种的抗旱性差异,选用6个花生品种(系),研究了20%聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫对不同花生品种苗期生长发育及生理指标的影响。研究发现,叶片失水率可以一定程度上反映花生品种间的抗旱性,而叶绿素、脱落酸、可溶性糖、类黄酮、花青素、一氧化氮的含量均受干旱诱导而增加,尤其是叶片失水率、脱落酸相对含量、叶绿素相对含量在品种间的差异更大,与抗旱性的关系更密切。6个品种的平均隶属函数值介于0.22～0.76,抗旱性强弱排序为豫花9326＞豫花15＞花育34＞ST001＞远杂9847＞湘花2008,即豫花9326、豫花15的抗旱性较强,花育34、ST001、远杂9847的抗旱性一般,湘花2008抗旱性较差。

本研究针对花生苗期开展了抗旱性鉴定,对于抗旱品种的鉴定与推广应用具有一定的参考价值,但抗旱性评价结果是否与花针期、结荚期等其他生育期的抗旱性一致,还需进一步试验验证。