药用型红花苗期抗旱性评价△

王沛琦，胡尊红，杨谨，李学芬，胡学礼*，刘旭云*

1.云南省农业科学院 经济作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南鸿翔中药科技有限公司，云南 昆明 650033

红花CarthamustinctoriusL.为菊科红花属1年生草本植物[1]，别名刺红花、菊红花、草红花，花瓣及红花籽油皆可入药。其栽培历史悠久，全球均有分布，在我国主要分布于新疆、云南、河南、山东、四川等地[2]。

红花在我国主要种植于干旱及半干旱山区。降雨量稀少和季节性干旱是限制红花产量及品质的最重要因素。近几年，国内红花研究主要集中在资源多样性分析[3-5]、组织培养[6-7]、色素提取[8-9]、遗传多样性分析[10-11]、药用物质提取及测试分析[12]、临床医学作用[13-14]等方面，对其抗旱性的研究报道较少。本研究以羟基红花黄色素A质量分数>2.0%、山柰素质量分数>0.085%的10个药用型红花为材料，采用盆栽控水法研究不同干旱处理下红花的生理生化指标变化，为培育高产耐旱的药用型红花品种和红花的抗旱栽培提供依据。

1 材料

供试材料10份，由云南省农业科学院经济作物研究所特色作物研究中心提供，供试材料信息见表1。

表1 红花供试材料信息

Li-6400型便携式光合测定仪(北京力高泰科技有限公司)。过氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)测定试剂盒均购于南京建成生物工程研究所；水为纯净水。

2 方法

试验于2017年9月在云南省农业科学院经济作物研究所大棚内进行。供试材料种植在高23 cm、直径35 cm的圆形塑料盆内，每盆装混合基质[营养土-酸性红土(1∶1)]8 kg。当苗期植株长至4片真叶时进行干旱处理，每天8：00和18：00采用称质量法补水控水并记录，维持土层的平均土壤相对含水量75%(对照)、60%(轻度干旱)、45%(中度干旱)、30%(重度干旱)4个梯度。采用完全随机区组设计，4个处理，每个处理重复3次。处理后每重复选取3株，在第十天选择从下往上的第二叶位叶片，测定光合参数及各相关生理生化指标。

在红花幼苗期，对不同处理植株的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、胞间二氧化碳浓度(Ci)、SOD活性、POD活性、MDA 含量指标进行测量。SOD、POD活性及MDA含量按照试剂盒提供的操作步骤进行测定。光合指标使用便携式光合测定仪测定，测定时间为9：00—11：00，设定光强为1200 μmol·m-2·s-1，温度为25 ℃，大气二氧化碳浓度为400 μmol·mol-1，取红花植株的倒数第二叶位叶进行测定，每株均3次读数，求其平均值。

实验数据采用Excel 2010进行整理、SPSS 22.0软件进行方差分析、主成分分析等相关统计分析。

参照侯建华等[15]模糊数学隶属函数法，计算各种质相关指标的隶属函数值。

指标与抗旱性呈正相关：U(Xj)=(Xj-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(1)

指标与抗旱性呈负相关：U(Xj)=1-(Xj-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(2)

式中，X代表种质，j代表用于隶属函数分析的第j项指标；Xj代表某红花种质第j项指标的相对值，Xjmin为全部红花种质第j项指标的最小值，Xjmax为全部红花种质第j项指标的最大值。最后，求出各红花种质隶属函数值的平均值。

3 结果

3.1 干旱胁迫对红花植株形态的影响

在轻度干旱胁迫下，红花地上部分植株形态变化不明显，部分红花品种(系)根系较对照增长0.8～1.7 cm；在中度干旱胁迫下，红花地上部分植株形态变化同样不明显，其根系长度与对照差异不大；在重度干旱胁迫下，刚开始红花地上部分植株形态变化不明显，在干旱处理6 d后部分红花品种(系)的叶子基部出现少量发黄及萎蔫，根系长度较对照稍短(图1)。

注：A.对照；B.轻度干旱；C.中度干旱；D.重度干旱(第二天)；E.重度干旱(第六天)。图1 干旱胁迫试验照片

3.2 干旱胁迫对红花光合指标的影响

10个红花品种(系)无论在正常条件还是在干旱胁迫下，其Pn差异均有统计学意义(P<0.05)。随着干旱胁迫程度的加剧，10个红花品种(系)的Pn与对照相比都有较大幅度的下降。其中，BXY1728、BXY2110、BXY2057、BXY750、BXY1466下降较快，特别是在中度及重度干旱胁迫时；BXY1465、BXY512、BXY1466下降较平缓(图2)。

注：不同小写字母表示P<0.05；下同。图2 干旱胁迫对不同红花品种(系)幼苗Pn的影响

干旱胁迫下，10个红花品种(系)的Tr，不同程度上低于对照，意味着干旱对不同红花品种(系)的Tr抑制程度不同。随着干旱胁迫程度的加剧，10种红花品种(系)叶片的Tr都有较大幅度的下降，但不同处理间下降的趋势不同，差异有统计学意义(P<0.05)。与对照相比轻度干旱与中度干旱时Tr下降幅度较大，重度干旱胁迫时5个材料下降缓慢，其余5个材料较中度干旱胁迫时略有上升(图3)。

图3 干旱胁迫对不同红花品种(系)幼苗Tr的影响

干旱胁迫下，10 个红花品种(系)的Gs均低于对照，且各品种(系)间差异有统计学意义(P<0.05)。随干旱胁迫程度的加重，10种红花品种(系)叶片的Gs都有较大幅度的下降，在重度干旱下BXY1465、BXY512、BXY426的下降幅度较小，BXY750、BXY1728、BXY2110与对照相比下降幅度最大，分别为93.24%、93.19%、91.44%，说明干旱条件下，不同品种(系)的红花植株叶片调节气孔开度程度不同(图4)。

图4 干旱胁迫对不同红花品种(系)幼苗Gs的影响

随着干旱胁迫程度的加重，10种红花品种(系)叶片的胞间Ci在轻度干旱胁迫时与对照相比呈下降趋势，BXY426的降幅最低，BXY512次之，BXY2110与BXY750的降幅最大，说明在轻度干旱时，BXY426的叶肉细胞中含有充足的二氧化碳，能够维持较高的光合速率。当在中度及重度干旱胁迫时与轻度干旱相比呈缓慢升高趋势，且与对照相比变化不大(图5)。

图5 干旱胁迫对不同红花品种(系)幼苗Ci的影响

3.3 干旱胁迫对红花生理指标的影响

MDA含量是植物膜脂质过氧化程度的一个指标，其高低可以直接反映植物遭受逆境伤害程度的大小。干旱胁迫对10个红花品种(系)MDA含量的影响见图6。由图6可知，随着干旱胁迫程度的加重，10个红花品种(系)与对照相比MDA含量逐渐增大，其中BXY1805、BXY1728、BXY750、BXY2110、BXY1859增幅较大，BXY1465增幅最小。

图6 干旱胁迫对不同红花品种(系)MDA含量的影响

植物在逆境条件下保持较高的抗氧化酶活性，能有效地清除活性氧或降低活性氧产生，从而缓解活性氧积累对植物造成伤害，提高抗逆性。SOD和POD的活性大小可以反映植物本身对O2-和 H2O2等活性氧的清除能力。干旱胁迫对红花材料幼苗期叶片抗氧化酶活性的影响见图7～8。从图中可以看出，10个红花材料的SOD、POD 活性在不同干旱胁迫下差异有统计学意义(P<0.05)。随着干旱胁迫程度的加重，10种红花品种(系)叶片的SOD值总体呈现出先升高后下降的趋势。其中，BXY1805及BXY2110在轻度干旱胁迫时SOD值达到最大，在中度干旱时开始下降，其余品系均在重度干旱时SOD值才呈下降趋势。POD总体呈现出先升高后下降的趋势，在轻度干旱时增幅不大。

图7 干旱胁迫对不同红花品种(系)SOD活性的影响

图8 干旱胁迫对不同红花品种(系)POD活性的影响

3.4 红花品种(系)耐旱性综合评价

在中度干旱胁迫时，红花品种(系)的各项指标变化较为明显，能较好地反映其耐干旱的能力。7个测量指标的主成分分析结果见表2。原先的7个指标转换成了2个主成分，这2个主成分的累积贡献率为87.530%，包含了测量指标的绝大部分信息，2个主成分CI1、CI2的贡献率分别为70.570%、16.960%。在第一主成分CI1中，载荷较高且符号为正的是Gs与Tr，在第二主成分CI2中，载荷较高且符号为正的是POD。综合分析后得出Gs、Tr及POD对红花品种(系)的耐旱性评价提供了重要的参考作用，可以作为红花品种(系)抗旱评价的综合指标。

表2 红花7个测量指标的主成分分析

抗旱性隶属函数法通过计算各性状的隶属函数值，可以综合多个指标对植物的抗旱性进行评价。本研究对干旱胁迫下测定的7个指标的隶属函数值进行计算，并求出均值，对不同红花品种(系)的抗旱性进行综合评价。结果如表3所示，红花品种(系)的抗旱强弱顺序为BXY512、BXY426、BXY1465、BXY1466、BXY1805、BXY1859、BXY750、BXY2057、BXY1728、BXY2110。

表3 红花供试材料的隶属函数值

4 讨论

4.1 干旱胁迫对红花植株形态的影响

干旱是对农作物影响最大的灾害之一。近些年，随着全球变暖，旱灾在全球范围内频发[16]。农作物对干旱胁迫的形态适应表现为以下几方面：首先，植株的幼叶从老叶夺取水分导致老叶逐渐卷曲死亡，使光合面积减少；其次，干旱会影响植株生物量的分配，随着水分的减少，地上部分生物量逐渐减少，地下部分生物量逐渐增大，以此适应干旱胁迫[17]。本研究中红花资源在干旱胁迫下的表现为幼苗矮小，叶子发黄及萎蔫，随着干旱程度的增加根系长度较对照由长变短，在重度干旱胁迫下根部变软。

4.2 干旱胁迫对红花幼苗光合指标的影响

光合作用是植物生长的基础，是反映植物耐旱强弱的生理特征之一[18]。许多研究表明，Pn降低有气孔限制和非气孔限制两方面的原因[19]。本研究中在干旱胁迫下，红花Pn、Gs、Tr随着干旱程度增加而下降，Ci随着干旱程度增加先下降后上升。在轻度干旱胁迫下红花Pn下降的同时Gs、Tr、Ci明显降低，表明轻度干旱胁迫下气孔限制是红花光合作用降低的主要因素；在中度及重度干旱下，Pn、Gs、Tr下降，但Gi呈上升趋势，与对照相比变化不大，表明在中度和重度干旱胁迫下Pn的降低是非气孔限制起着主要作用，这与韩瑞宏等[20]对紫花苜蓿在干旱胁迫下的光合生理响应的研究结果一致。非气孔限制的具体限制原因还需通过对叶片叶绿体的超微结构进行观察后确定。

4.3 干旱胁迫对红花幼苗生理指标的影响

植株在干旱胁迫下，会导致细胞膜发生过氧化作用，破坏细胞膜，MAD的含量变化可以直观的反映膜脂过氧化损伤的程度，MAD的含量越高，则膜脂过氧化越严重[21]。本研究中，随着干旱胁迫的加剧，MAD含量较对照逐渐增加，在重度干旱胁迫时达到最大值，说明干旱胁迫的程度越严重，红花幼苗叶片膜脂过氧化程度越高，酶保护系统受到破坏越严重。

相关研究表明，SOD及POD的活性与植物的抗逆性有关，植物干旱胁迫在耐受范围时，酶活性升高以此清除活性氧适应干旱胁迫，当干旱胁迫超出耐受范围时，保护酶活性下降，植物受到伤害。本研究结果表明，在干旱胁迫下红花幼苗叶片的SOD、POD活性都发生了明显变化，但变化趋势存在一定差异。在轻度和中度干旱胁迫下SOD活性总体表现出升高的趋势，而POD活性在轻度干旱胁迫下表现出升高趋势，在中度干旱胁迫下总体表现为下降趋势；在重度干旱胁迫下，SOD、POD的活性均降低，不同品系间下降幅度不同，但SOD的活性均高于对照，POD的活性均低于对照，且不同处理间差异有统计学意义，这与干旱胁迫对菊芋的研究结果相类似[22]。

4.4 红花品种(系)抗旱性综合评价

干旱胁迫下，植物的很多方面会受到影响，靠单一指标评价抗旱性较片面，所以采用多个指标综合评价才能正确反映植物的抗旱能力。本研究利用模糊隶属函数法结合主成分分析对10个红花品种的抗旱性进行综合评价，筛选出了2个主成分，其中Gs、Tr及POD在红花的抗旱性评价中起到主要作用。

本研究选用了7 个指标对药用型红花的抗旱性进行了鉴定，筛选出综合抗旱性较强的BXY512、BXY426、BXY1465、BXY1466、BXY1805红花品种(系)，适宜在较干旱地区种植。初步了解了不同药用型红花品系的抗旱能力，为下一步培育具有较强抗旱能力的药用型红花新品种提供了一定的理论依据。但红花对干旱胁迫的响应是十分复杂的，受许多因素的影响。本研究只是从生理生化方面做了初步研究，在今后药用型红花的抗旱性评价中，仍需结合分子生物学等手段对药用型红花的抗旱性及抗旱机制展开进一步深入研究。