干旱脅迫對張雜谷系列雜交谷子生理指標的影響

摘要：通過中度控水試驗，對雜交谷子張雜谷3號、張雜谷5號超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）及脯氨酸含量3項生理指標進行測定，以分析3項指標在干旱脅迫下的變化情況以及張雜谷系列品種的抗旱性。結果表明，張雜谷3號MDA含量在干旱脅迫7、14、21 d時明顯增加，MDA含量分別為17.48、24.64、37.28 μmol/g，分別比對照增加4.3%、48.0%和115.0%，張雜谷5號MDA含量也均比對照有所增加；兩品種SOD活性和脯氨酸含量也明顯高于對照，且張雜谷3號的增幅明顯高于張雜谷5號。由此可知，張雜谷3號的3項生理指標變化均大于張雜谷5號，表現出較強的抗旱性。

關鍵詞：雜交谷子；張雜谷；干旱脅迫；生理指標

中圖分類號：S515；Q945.78 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）18-4322-03

近年來隨著全球氣候的轉暖，水資源的缺乏，農業生態環境的進一步惡化，旱情發生的頻率和強度不斷增強，干旱已經成為世界范圍內限制作物生產的主要逆境因素之一[1]。全國節水農業發展規劃明確提出，建立節水型社會，發展節水型農業是解決我國水資源短缺和利用率低等農業發展面臨問題的主要措施[2]。

張雜谷是張家口市農業科學院利用光溫敏兩系法先后選育出的一系列雜交谷子（粟）品種[3-5]。張雜谷具有高產、優質、節水抗旱、抗病蟲害等優點，在旱地種植平均產量保持在6 000 kg/hm2以上，比常規種增產20%以上[5]，推動了雜交谷子生產，對保證國家糧食安全、促進社會穩定具有重要意義。谷子抗旱性的研究多通過氣孔阻力、蒸騰速率、根冠比等指標來進行鑒定，也有通過測定脯氨酸、丙二醛（MDA）含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性的變化來進行鑒定的[6，7]，確定科學的抗旱性鑒定方法有利于抗旱性品種的培育和推廣。試驗對張雜谷系列雜交谷子生長發育關鍵時期——穗分化期采用中度控水進行抗旱性試驗，通過測定植株SOD、MDA以及脯氨酸這3項生理指標的變化，以分析張雜谷系列品種的抗旱性，為張雜谷系列品種抗旱性育種工作奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

所用材料為雜交谷子品種張雜谷3號、張雜谷5號，種子由張家口市農業科學院提供。

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 干旱脅迫試驗設計 試驗于2011年5～9月在河北北方學院試驗場進行。土壤為沙壤土，耕作層有機質含量為2.71%、速效磷43.22 mg/kg、速效鉀170.92 mg/kg。分別取張雜谷3號、張雜谷5號進行盆栽試驗。試驗設2個處理，分別為中度控水處理（即干旱脅迫處理，水分含量為田間持水量的30%～40%）和對照（澆灌飽和水），每品種分別種植12盆，分2組，其中6盆為對照組，6盆為干旱處理組，3次重復。5月14日播種，6葉期進行間苗，每盆留20株用于取樣，在干旱脅迫之前對照組和處理組均澆灌飽和水，使其生長勢盡量保持一致。谷子拔節后（穗分化始期）進行干旱脅迫處理試驗，對照澆灌飽和水，處理中度控水，從控水開始每隔7 d測定1次SOD活性及MDA、脯氨酸含量，共測定3次，水分處理期間采用土壤水分速測儀和稱重法（XK3100型電子計重臺秤，最小感量1 g）相結合控水，每天下午5：30～6：30將盆置于臺秤上稱重，并換算出土壤含水量，當含水量低于下限時澆水，補水量為達到上限時的需水量，控水時段盆內土壤含水量基本保持在設定范圍內。各處理除水分差異外，其他條件保持一致，控水結束后正常供水。非控水時段的管理均與對照相同。

1.2.2 測定指標及方法 各指標測定參考鄒琦[8]的方法。SOD活性采用NBT（氮藍四唑）光還原法測定；MDA含量采用三氯乙酸比色法測定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮顯色法測定。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對張雜谷系列品種MDA含量的影響

MDA是細胞膜脂過氧化的最終產物，其含量高低反映了膜脂過氧化水平和植物的衰老程度。由圖1可知，在處理7～14 d時，澆灌飽和水的對照組MDA含量變化不大，而中度控水的處理組MDA含量迅速積累。張雜谷3號MDA含量在處理7、14、21 d時明顯增加，MDA含量分別為17.48、24.64、37.28 μmol/g，比對照增加了4.3%、48.0%和115.0%。張雜谷5號在處理21 d時MDA含量為23.65 μmol/g，比對照增加了56.0%。由此可見，隨著控水時間的延長，2種張雜谷系列品種MDA含量均有所積累，其中張雜谷3號積累較多。

2.2 干旱脅迫對張雜谷系列品種脯氨酸含量的影響

在逆境條件下，植物體內脯氨酸含量增加，在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗旱性強的品種往往積累較多的脯氨酸[9，10]。由圖2可知，中度控水處理脯氨酸含量明顯高于澆灌飽和水的對照組，說明在干旱脅迫下脯氨酸含量迅速積累。在處理7、14、21 d時，張雜谷3號的脯氨酸含量分別達到122.35、575.94、725.11 μg/g，比對照增加了1.2%、287.4%、341.3%。張雜谷5號脯氨酸含量增加也很明顯，在處理7、14、21 d時分別比對照增加了17.6%、269.2%、242.6%。由此可見，隨著控水時間的延長，2種張雜谷系列品種脯氨酸含量迅速積累，且張雜谷3號積累量大于張雜谷5號。

2.3 干旱脅迫對張雜谷系列品種SOD活性的影響

SOD在清除生物體內氧自由基上擔負著重要的功能，研究表明植株的抗旱能力在一定程度上由SOD含量反映出來，SOD活性越高說明其清除氧自由基的能力越強，抗旱性越好；SOD活性降低標志著植物體內清除氧自由基的能力趨于衰弱，葉片趨于衰老[11，12]。由圖3可知，對照組由于澆灌飽和水，SOD活性變化不大，在處理14～21 d時遠低于中度控水的處理組SOD活性，說明在干旱脅迫下SOD活性迅速提高。中度控水21 d時，張雜谷3號和張雜谷5號的SOD活性分別為530.65、430.23 U/g，比其相應對照分別增加了92.1%、72.0%。由此可見，隨著控水時間的延長，2種張雜谷系列品種SOD活性迅速升高，其中張雜谷3號升高速度快，增幅大。

3 小結與討論

干旱脅迫對作物的影響是一個復雜的問題，近年來不同的學者從不同的角度相繼進行了深入的探討，積累了寶貴的資料。張歲岐等[13]研究表明，隨干旱程度加劇，小麥單株葉面積及株高明顯降低。孫彩霞等[14]在研究玉米根系生態型及生理活性與抗旱性關系時，發現干旱脅迫下根體積、根的干物質量和根冠比在苗期和拔節期均有明顯的下降，且這幾個指標變化的規律性強，在基因型間有顯著差異，可以作為抗旱性鑒定指標。但谷子全生育期抗旱鑒定鮮有報道，抗旱鑒定缺乏相應指標。

干旱脅迫嚴重影響作物體內生理生化物質的含量。干旱脅迫下作物為了維持一定的膨壓，葉片開始積累脯氨酸，脯氨酸隨著脅迫的加重呈增加趨勢。MDA含量隨著干旱脅迫的加重而增加，說明干旱脅迫導致葉片膜脂過氧化加劇，加速了葉片衰老進程。SOD可以清除生物體內氧自由基，從而避免細胞膜傷害。在中度控水條件下，干旱初期相關酶活性增加以抵御干旱，隨著干旱脅迫的加重酶功能受到抑制，作物進而表現為干旱傷害[15]。由此可見，MDA、脯氨酸含量及SOD活性均可作為谷子抗旱鑒定的生理指標。本試驗結果表明，在干旱脅迫下張雜谷3號和張雜谷5號3項生理指標均隨控水時間的延長呈現增加趨勢，且張雜谷3號明顯高于張雜谷5號。表明張雜谷3號在受到干旱脅迫時生物體內的一些酶系發生變化抵御外界不良環境的能力較張雜谷5號強，表現出了較強的抗旱能力，與觀察到的植物學性狀一致。

本試驗進行的是盆栽試驗，因此無法測定干旱脅迫對產量的影響，將在以后試驗中進一步研究。試驗選擇張雜谷穗分化始期開始控水，研究一段時期內干旱脅迫對張雜谷生理指標的影響。但是，生產中干旱的出現并不是人為控制的，尤其是近幾年隨著環境的不斷破壞，農業生產經常受到干旱的影響。因此，進一步探索干旱脅迫對張雜谷影響的關鍵時期以及培育優良的抗旱品種成為研究的重點。

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