不同谷子品种苗期抗旱性综合评价

熊雪 朱国芬 梁燕 王春芳 张温典

摘 要：谷子是我国北方地区重要的杂粮和旱作植物之一，鉴定并筛选抗旱性较强的谷子品种是谷子抗旱研究工作的重要环节。为了筛选抗旱性较强的谷子品种，以10个谷子品种为研究对象，利用浓度为20%的PEG-6000模拟干旱胁迫，通过测定植物生长速率、生物量、叶绿素、丙二醛含量等指标，利用隶属函数法对不同谷子品种苗期的抗旱性进行综合评价。结果表明，干旱胁迫下，不同谷子品种的生长发育均受到了不同程度的影响，各品种的抗旱性强弱为：山西红谷>15-M328>17-M941>鹿角白>九谷20>黄旗皇>16-1881>三白>九谷19>豫谷18。其中，山西红谷、15-M328和17-M941的抗旱性较强，豫谷18和九谷19的抗旱性较弱。

关键词：谷子;苗期;干旱胁迫;综合评价

中图分类号 S51 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）11-0025-04

Comprehensive Evaluation of Drought Resistance of Different Millet Varieties at Seedling Stage

XIONG Xue   ZHU Guofen   LIANG Yan   WANG Chunfang   ZHANG Wendian

（Hebei Normal University for Nationalities， Chengde 067000， China）

Abstract： Millet is an important grain and dry farming plant in north China. Identification and screening of millet varieties with strong drought resistance is an important link in the study of drought resistance of millet. In this study， the drought resistance of 10 millet varieties at seedling stage was studied by using 20% concentration of PEG-6000. Plant height， biomass， chlorophyll content and MDA content were measured. The drought resistance of 10 millet varieties were identified and evaluated comprehensively， and the varieties with stronger drought resistance were selected. The results showed that the growth and development of different varieties of foxtail millet were affected by drought stress. The order of drought resistance of millet varieties was Shanxi Honggu>15-M328>17-M941>Lujiaobai>Jiugu 20>Huangqihuang>16-1881>Sanbai>Jiugu 19>Yugu 18. Among them， The drought resistance of Honggu， 15-M328 and 17-M941 is strong， while the drought resistance of Yugu 18 and Jiugu 19 is weak.

Key words：Foxtail millet; Drought resistance; Seedling stage; Drought stress

谷子（Setaria italica）是我國北方地区广泛种植的一种粮食作物，其种植区域主要集中在干旱和半干旱地区。谷子在一定时期的环境进化中，形成了一种抗旱耐贫瘠、高水分利用率的特性。根据谷子自身的抗旱能力，改善地区干旱问题，能够为我国农业生产的可持续发展提供帮助[1]。面对日益严重的干旱威胁，鉴定并筛选抗旱性较强的谷子品种是当前谷子抗旱研究工作的重要环节。

关于谷子种质资源的鉴定与筛选方面的研究，近年来，国内外学者针对抗旱品种的选育已取得了巨大突破，鉴定并筛选出了一批耐旱性较强的种质。例如，代小冬等[2]以10个谷子品种（系）作为研究对象，选出了3种抗旱性较强的谷子品种。崔兴国[3]对10个不同品种谷子幼苗抗旱性的研究发现，随着胁迫程度的加重，不同品种各生理指标的变化幅度不同。通过隶属函数分析，得出了不同品种谷子抗旱性能的差异。张金玲等[4]对张家口地区8个谷子主栽品种萌发期各品种的发芽率、发芽势、发芽指数等指标进行了评价，得到了3个抗旱性较强的谷子品种。

谷子虽具有抗旱耐瘠的特性，但不同的生长发育阶段和不同品种表现出的抗旱能力有所不同。通常以一种指标反映不同品种对逆境的耐受能力是片面的，需要综合考虑干旱胁迫下植物的生长状况、光合作用、膜质过氧化程度等指标，作为评估品种抗旱性的重要的参考依据[5-6]。

为此，本研究采用PEG-6000模拟干旱法鉴定10份谷子品种苗期的耐旱性，比较分析所测指标与其抗旱性的关系，通过隶属函数法综合评价筛选出抗旱性较强的谷子品种。

1 材料与方法

1.1 试验材料 本次试验选用的10个谷子品种分别为九谷19、九谷20、豫谷18、鹿角白、黄旗皇、三白、山西红谷、15-M328、16-1881、17-M941，种子由承德市农林科学院提供。

1.2 材料培养与胁迫处理 每个谷子品种选取均匀一致的种子，用5%的次氯酸钠溶液消毒，再用蒸馏水冲洗后播种于湿砂中发芽。7d后，选取生长状态良好且一致的幼苗移栽至装有Hoagland营养液的水培容器中进行水培，每盆移植20株。营养液浓度依次增加（0.1倍、0.5倍、全浓度营养液），直至13d后达到最终浓度，每3～4d更换一次营养液。谷子水培23d后，用20%的PEG-6000溶液对幼苗模拟干旱胁迫，设置试验组和对照组，每个处理3盆重复。试验期间所有植物均放置于光照培养室中，白天/晚上25℃/20℃，10h/14h。

1.3 生长指标的测定 胁迫处理72h后，当叶片出现明显萎蔫时，取样测定各个指标。测量各品种处理前和处理后的株高，计算相对生长速率，每个处理10次重复。取谷子的地上部分测鲜重，105℃条件下，杀青30min，在干燥箱中65℃烘干48h至恒重后测定干重，每处理6次重复。

1.4 生理生化指标测定 采用Arnond[7]的丙酮提取法测定植物叶片中的叶绿素（chlorophy，Chl）含量，每个处理3次重复。采用硫代巴比妥酸（TBA）法[8]测定丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量，每个处理3次重复。

1.5 数据处理 运用SPSS 20.0进行独立样本t检验，比较各项指标对照组与处理组之间的差异显著性。

采用模糊数学中的隶属函数法进行抗旱性综合评价，为减少品种之间差异的影响，利用各指标的相对值进行计算，即胁迫处理的测定值/对照值*100。按照下列公式计算所测指标的隶属值：

Fij=（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin） （1）

Fij=1-（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin） （2）

式中：Fij为i品种j性状指标的隶属函数值，Xij为i品种j性状的均值，Xjmin和Xjmax分别为所有品种的j性状均值的最小值和最大值。若j指标与抗旱性呈正相关，用公式（1）;若j指标与抗旱性呈负相关，用公式（2）。各品种所测指标隶属值的平均值为该品种的隶属度。隶属度>0.7，表示抗旱性强，定为Ⅰ级;隶属度在0.7～0.4，表示抗旱性较强，定为Ⅱ级;隶属度在0.3～0.4，表示抗旱性较弱，定为Ⅲ级;隶属度<0.3，表示抗旱性弱，定为Ⅳ级[9]。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对谷子生长速率的影响 干旱胁迫对植物的生长速率有着直接影响，本研究中各谷子品种在胁迫处理下的生长速率均显著下降（P≤0.001）。用生长速率的相对值表示谷子的抗旱性强弱。抗旱性与生长速率呈正相关，生长速率相对值越高，其抗旱性越强。由表1可知，山西红谷的抗旱性最强，16-1881、三白和豫谷18的抗旱性较弱。

2.2 干旱胁迫对谷子地上生物量的影响 如表2所示，与对照相比，各品种的地上鲜重呈下降趋势，均达到了显著水平（P<0.05）。九谷20、16-1881等品种的相对地上鲜重较高，抗旱性较强;豫谷18、九谷19等品种的相对地上鲜重较低，抗旱性较弱。各品种的地上干重在一定程度上也有所减少，但仅豫谷18和九谷19达到了显著差异水平（P<0.05）。山西红谷、17-M941和16-1881等品种的相对地上干重较高，抗旱性较强，豫谷18和九谷19的抗旱性较弱。

2.3 干旱胁迫对谷子叶绿素含量的影响 干旱环境下，植物体内的叶绿素含量变化在一定程度上能够反映谷子的抗旱能力。由表3可知，胁迫处理下，除15-M328外，其余各品种的叶绿素含量均显著降低（P<0.05）。山西红谷、15-M328和17-M941的相对叶绿素含量较高，九谷20和鹿角白的相对叶绿素含量较低。由此得出，山西红谷、15-M328和17-M941的抗旱性相对较强，九谷20和鹿角白的抗旱性较弱。

2.4 干旱胁迫对谷子膜脂过氧化的影响 植物发生膜脂过氧化作用会产生MDA，MDA的含量可以作为植物受损害程度的重要指标。由表4可知，干旱胁迫处理后，各谷子品种的MDA含量均显著增加（P<0.05），由此说明谷子在生长过程中发生了膜脂过氧化作用。其中，九谷20、鹿角白、黄旗皇、15-M328、17-M941和山西红谷的相对MDA含量较低，表现出的抗旱性较强;豫谷18、三白、九谷19等品种的相对MDA含量较高，说明植物受到的膜脂过氧化损伤程度较高，抗旱性较弱。

2.5 谷子品种苗期抗旱性综合评价 本研究以植物生长速率、地上鲜重、地上干重、叶绿素和MDA含量变化的相对值作为抗旱性评价的指标，通过隶属函数法计算隶属度平均值。由表5可知，山西红谷的隶属度大于0.7，属于抗旱性强的品种;15-M328、17-M941、鹿角白、黄旗皇和九谷20的隶属度在0.4～0.7，属于抗旱性较强的品种;豫谷18、三白和九谷19的隶属度小于0.4，属于抗旱性弱的品种。

3 讨论与结论

作物对干旱的响应是一个复杂的过程，鉴定不同品种的抗旱性，需要结合多个指标进行综合评价。在抗旱育种研究中，选择合适的鉴定方法和指标尤为重要[10]。近年来，反复干旱法和高渗溶液模拟干旱法是植物苗期抗旱性的主要鉴定方法。采用高渗溶液模拟干旱胁迫更加简单易行，通过PEG-6000模拟干旱对谷子进行胁迫处理，记录各项指标以评价作物的抗旱能力应用广泛[11-12]。

株高、生物量都可以成为植物抗旱能力的鉴定指标，抗旱能力与植物的株高、生物量、穗长等呈正相关关系[13-14]。本研究對地上生物量的测定发现，干旱胁迫对谷子地上鲜重的影响较大，而对地上干重的影响相对较小。经胁迫处理后，谷子的生长速率明显下降，与对照相比差异极显著水平，由此说明干旱胁迫对谷子的株高和生长有着直接影响。叶绿素是光合作用的重要物质之一，叶绿素含量减少，迫使光合速率下降，抑制植物的生长发育，叶绿素的多少在一定程度上可以反映植物的抗旱能力[15]。严加坤等[10]研究表明，3个谷子品种的叶绿素含量在干旱胁迫后相比处理前均显著降低，随着处理时间的延长，各品种叶绿素含量的降幅不断增大，本研究也得到了相似的结论。MDA含量的变化可以反映植物在干旱条件下遭受破坏的程度[16]。本研究中，各品种在胁迫处理后的MDA含量与对照组的差异极显著，相对MDA含量越低，证明植株受伤害程度越低，抗旱性越强。张文英[17]研究表明，MDA含量可以作为谷子品种抗旱鉴定指标之一，谷子的抗旱性与MDA含量呈负相关，这与本研究结果相一致。

在干旱胁迫下，不同品种的谷子生长发育和生理特性均发生了很大变化，且存在较大的品种差异。谷子的抗旱机制不是单一的，采用隶属函数法对多个指标进行抗旱性综合评价更具科学性和准确性。综合不同谷子品种苗期的各项指标得出，在干旱胁迫下，各谷子品种的抗旱性强弱为：山西红谷>15-M328>17-M941>鹿角白>九谷20>黄旗皇>16-1881>三白>九谷19>豫谷18。

参考文献

[1]张文英，黄建明，尉文彬.我国谷子抗旱性研究进展[J].安徽农业科学，2013，41（04）：1469-1470.

[2]代小冬，徐心志，朱灿灿，等.谷子苗期对不同程度干旱胁迫的响应及抗旱性评价[J].作物杂志，2016（01）：140-143.

[3]崔兴国.不同品种谷子幼苗抗旱生理指标的研究[J].衡水学院学报，2018，20（03）：11-14，26.

[4]张金玲，张艳阳，张叶，等.张家口地区谷子主栽品种萌发期抗旱性评价[J].中国农业科技导报，2017（4）：65-72.

[5]崔纪菡，范佳兴，李顺国，等.谷子抗旱性鉴定研究进展[J].东北农业大学学报，2017，48（1）：89-96.

[6]赵春程，李晓宁，张寅坤，等.4个多年生黑麦草品种对干旱胁迫的生理响应[J].草业科学，2020，37（4）：669-677.

[7]Arnond I. Copper enzymes in isoland chloroplasts.pplyphenoloxidase in beta vulgaris. Plant physiology，1949，24（1）：1.

[8]Song L，Ding W，Zhao M，et al. Nitric oxide protects against oxidative stress under heat stress in the calluses from two ecotypes of reed[J]. Plant Science，2006，171（4）：449.

[9]张文英.谷子种质资源抗旱性评价[D].北京：中国农业科学院，2014.

[10]严加坤，吴晓红，赵旭阳.不同年代谷子品种响应干旱胁迫的生理机制[J].陕西农业科学，2018，64（12）：64-69，95.

[11]白玉.谷子萌发期和苗期抗旱性研究及抗旱鉴定指标的筛选[D].北京：首都师范大学，2009.

[12]高汝勇，时丽冉，崔兴国，等.谷子品种抗旱性评价[J].河南农业科学，2013（12）：28-32.

[13]杨娟，姜阳明，周芳，等.PEG模拟干旱胁迫对不同抗旱性玉米品种苗期形态与生理特性的影响[J].作物杂志，2021，200（09）：82-89.

[14]张智猛，戴良香，丁红，等.中国北方主栽花生品种抗旱性鉴定与评价[J].作物学报，2012，38（03）：495-504.

[15]高昆，石义妃.干旱胁迫对粉葛幼苗生长及生理特性的影响[J].江苏农业科学，2021，49（8）：153-157.

[16]秦岭，杨延兵，陈二影，等.不同生态区主要育成谷子品种苗期抗旱性鉴定[J].山東农业科学，2016，48（06）：28-31.

[17]张文英，智慧，柳斌辉，等.谷子孕穗期一些生理性状与品种抗旱性的关系[J].华北农学报，2011，26（03）：128-133.

基金项目：承德市科技计划项目（编号：202006A170）;河北民族师范学院青年基金项目（编号：QN2019003）。

作者简介：熊雪（1986—），女，河北承德人，博士，讲师，研究方向：植物逆境生理，草地生态管理等。  收稿日期：2021-12-21