不同小豆品種幼苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

張曉紅，周俊，徐洋，鄒長(zhǎng)明

(安徽科技學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

不同小豆品種幼苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)

張曉紅，周俊，徐洋，鄒長(zhǎng)明

(安徽科技學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，安徽 鳳陽 233100)

為了解小豆(Vignaangularis)的抗旱能力及抗旱機(jī)制，于2016年在安徽鳳陽以4個(gè)小豆品種為材料進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，調(diào)查了干旱處理前后不同小豆品種幼苗的植株形態(tài)變化，測(cè)定了植株樣品中的可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、丙二醛含量和過氧化氫酶活性等生理指標(biāo)，比較了不同小豆品種的抗旱指數(shù)。結(jié)果表明，干旱處理后植株株高和鮮質(zhì)量顯著降低7%～26%，生理指標(biāo)則顯著增加12%～95%。通過比較不同品種的抗旱指數(shù)，認(rèn)為綠小豆抗旱能力較強(qiáng)而另3個(gè)品種抗旱能力較弱?？购盗?qiáng)的品種在干旱處理后可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、過氧化氫酶活性增加更多，而抗旱力弱的品種丙二醛含量更高。

小豆(Vignaangularis)；干旱脅迫；抗旱指數(shù)；生理指標(biāo)

小豆(Vignaangularis)是一種糧、飼、藥、肥兼用的環(huán)境友好型作物。小豆種子是高蛋白、低脂肪、中淀粉的食物，既是上佳營(yíng)養(yǎng)保健食品，又是醫(yī)藥和食品工業(yè)的原料。小豆鮮秸稈富含鐵、鋅等礦質(zhì)元素和粗蛋白、粗脂肪，營(yíng)養(yǎng)豐富且粗纖維含量較低，是很好的飼料和肥料[1,2]，因其根瘤較多能固氮，故也可作為荒地培肥的先鋒植物。因此，發(fā)展小豆生產(chǎn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)以及農(nóng)牧業(yè)的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改良等都具有重要意義。

干旱是制約作物分布和作物產(chǎn)量的重要環(huán)境因子。近年來，人們對(duì)北方旱區(qū)的小豆抗旱能力和抗旱機(jī)理進(jìn)行了一些研究，結(jié)果表明不同小豆品種的抗旱能力有很大差異，抗旱機(jī)理也各有不同[3～5]。雖然安徽省是小豆栽培的適宜生態(tài)區(qū)域[6]，但江淮分水嶺地區(qū)的季節(jié)性干旱影響了小豆的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，導(dǎo)致本地區(qū)小豆種植面積小且分布零散，有必要研究小豆在江淮地區(qū)的抗旱能力及抗旱機(jī)理，篩選適宜于該地區(qū)的抗旱良種。為此，筆者于2016年在安徽鳳陽進(jìn)行了盆栽試驗(yàn)，分析了干旱脅迫下小豆幼苗形態(tài)變化和生理指標(biāo)變化，以為小豆品種的篩選提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

采用國(guó)家種質(zhì)資源庫提供的種子，4個(gè)小豆品種分別為綠小豆、白小豆、早熟黑小豆和晚熟黑小豆。每個(gè)品種6盆，裝沙土1kg，每盆均勻播種10粒，置于光照培養(yǎng)箱(20℃)中萌發(fā)，待種子萌發(fā)后定苗4株，將光照培養(yǎng)箱溫度調(diào)為26℃，每天澆適量水，使植物健康生長(zhǎng)。培養(yǎng)20d后取3盆進(jìn)行干旱處理，另3盆正常澆水用作對(duì)照，5d后測(cè)植株形態(tài)和生理指標(biāo)。測(cè)定指標(biāo)有株高、莖粗、地上部和地下部鮮質(zhì)量、可溶性糖含量、游離脯氨酸含量、丙二醛含量、過氧化氫酶活性。

植株樣品生理指標(biāo)測(cè)定方法：可溶性糖經(jīng)沸水提取后采用蒽酮比色法[7]測(cè)定其含量；游離脯氨酸以3%磺基水楊酸提取后采用茚三酮比色法[7]測(cè)定其含量；丙二醛用5%三氯乙酸提取后采用硫代巴比妥酸比色法[7]測(cè)定其含量；過氧化氫酶用磷酸緩沖液提取，采用高錳酸鉀滴定法[7]測(cè)定其活性。

抗旱指數(shù)計(jì)算方法[8]：株高指數(shù)=干旱處理株高/對(duì)照株高；地上部和地下部鮮質(zhì)量指數(shù)、可溶性糖指數(shù)、脯氨酸指數(shù)、過氧化氫酶指數(shù)類似；丙二醛指數(shù)=-干旱處理丙二醛含量/對(duì)照丙二醛含量；總抗旱指數(shù)=各指數(shù)的總和。

2 結(jié)果與分析

2.1干旱脅迫下不同小豆品種的植株形態(tài)變化

干旱對(duì)小豆的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)有顯著影響，可使植株形態(tài)發(fā)生不同程度的變化。結(jié)果顯示，干旱脅迫可使小豆株高、莖粗顯著降低8%～20%；地上部、地下部和整株鮮質(zhì)量顯著降低7%～26%；干旱脅迫下不同品種的根冠比有增加的趨勢(shì)，其中綠小豆增加顯著(表1)。

表1 不同小豆品種在干旱脅迫下的植株形態(tài)變化

注：數(shù)據(jù)后不同字母表示同一植物處理與對(duì)照間差異達(dá)顯著水平(P<0.05)。表2、表3同。

2.2干旱脅迫下不同小豆品種的生理指標(biāo)變化

當(dāng)植物處于逆境，如干旱、漬水、高溫、低溫、鹽堿以及病蟲害等，體內(nèi)的生理活性物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一些變化，以適應(yīng)或抵抗不利的環(huán)境，同時(shí)逆境也會(huì)破壞部分細(xì)胞組織而釋放出一些化學(xué)物質(zhì)或產(chǎn)生某些次生代謝物質(zhì)。結(jié)果表明，干旱脅迫下，供試小豆的可溶性糖含量比對(duì)照顯著增加了12%～25%，游離脯氨酸含量顯著增加了33%～91%，丙二醛含量顯著增加了33%～95%，過氧化氫酶活性顯著增加21%～87%(表2)。

表2 不同小豆品種在干旱脅迫下的生理指標(biāo)變化

2.3不同小豆品種的抗旱指數(shù)比較

根據(jù)表1和表2的數(shù)據(jù)，計(jì)算各品種的抗旱指數(shù)，得表3。

表3 不同小豆品種抗旱指數(shù)

表3顯示，供試小豆品種的抗旱指數(shù)從高到低的排序是綠小豆、白小豆、早熟黑小豆、晚熟黑小豆，其中綠小豆為第一等級(jí)，白小豆和早熟黑小豆為第二等級(jí)，晚熟黑小豆為第三等級(jí)。第一等級(jí)抗旱能力較強(qiáng)，第二等級(jí)抗旱能力中等，第三等級(jí)抗旱能力較弱，等級(jí)內(nèi)品種間差異不顯著。這個(gè)結(jié)果與田間觀察調(diào)查結(jié)果一致。

3 討論與結(jié)論

在干旱條件下，小豆植株在生長(zhǎng)變慢的同時(shí)，體內(nèi)多種生理活性物質(zhì)也發(fā)生顯著的變化，其變化程度與植物的抗旱能力密切相關(guān)[9,10]。在干旱環(huán)境下植物會(huì)主動(dòng)積累一些可溶性糖和脯氨酸以調(diào)節(jié)滲透壓，防止水分丟失，維持體內(nèi)水分平衡，同時(shí)，這些物質(zhì)還可以在復(fù)水后為植物重新恢復(fù)生長(zhǎng)提供能量[9,10]，因而抗旱力強(qiáng)的品種如綠小豆在干旱處理后可溶性糖和游離脯氨酸含量比其他品種積累得更多。本研究中，干旱處理后植株的脯氨酸含量變化比可溶性糖含量變化更大，說明脯氨酸是小豆更重要的抗旱生理指標(biāo)。

丙二醛是膜脂過氧化的次生代謝產(chǎn)物。干旱條件下，植物細(xì)胞內(nèi)的膜脂發(fā)生過氧化作用而導(dǎo)致丙二醛不同程度的積累，因而丙二醛含量是膜脂過氧化程度的重要指標(biāo)[10]。本研究中，晚熟黑小豆在干旱處理后丙二醛含量增加更多，這是其抗旱能力較弱的重要表現(xiàn)。

為降低膜脂過氧化作用，植物需要大量過氧化氫酶以分解過氧化氫，防止其破壞生物膜，因而過氧化氫酶活性也是表征植物抗旱能力強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[9]。本研究中，綠小豆在干旱處理后過氧化氫酶活性增強(qiáng)更多，說明其抗旱能力更強(qiáng)。

總抗旱指數(shù)是植物抗旱能力的綜合量化指標(biāo)，根據(jù)該指數(shù)認(rèn)為抗旱能力最強(qiáng)的綠小豆，值得推廣。

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2017-05-02

農(nóng)業(yè)部生物有機(jī)肥創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(BOFC2015KB01)；國(guó)家農(nóng)作物種質(zhì)資源共享服務(wù)平臺(tái)(NICGR2017-19)，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0300901)。

張曉紅(1965-)，女，實(shí)驗(yàn)師，主要從事生物技術(shù)教學(xué)與研究。通信作者：鄒長(zhǎng)明，cmzou@163.com。

[引著格式]張曉紅，周俊，徐洋，等.不同小豆品種幼苗對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)J.長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ，2017，14(18)：5～7.

S521;Q945.78

A

1673-1409(2017)18-0005-03

[編輯] 余文斌