綠豆新種質(zhì)成株期抗旱性鑒定

朱慧珺，張耀文，趙雪英，張澤燕，閆虎斌，高 偉

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，太原 030031)

綠豆是豆科(Leguminosae)蝶形花科(Papilionoideas)菜豆族(Phaseoleae)豇豆屬(Vigna)中的一個(gè)種，屬一年生草本自花授粉植物[1]。綠豆是我國主要食用豆類作物,栽培歷史悠久，主要種植于內(nèi)蒙古、山西、吉林、河南、安徽、陜西、黑龍江等省區(qū)[2]。綠豆不僅經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、營養(yǎng)豐富，而且耐瘠、耐旱、固氮養(yǎng)地、適宜與其他作物間套作[3-5]。隨著人民生活水平的提高，植物蛋白逐漸替代動(dòng)物蛋白，需求量逐年增加，豆類作物的發(fā)展前景非常廣闊[6]。

作物抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)性狀，它由多基因控制并容易受環(huán)境影響。不同的作物品種在土壤干旱情況下具有不同的適應(yīng)能力，抗旱性強(qiáng)的品種在形態(tài)、生理等各個(gè)方面都具有抵抗干旱脅迫的反應(yīng)能力，而品種抗旱性的鑒定為更好地利用品種提供理論依據(jù)[7-10]。作物抗旱鑒定在萌發(fā)期、苗期、成株期通常分別使用模擬干旱脅迫滲透法、反復(fù)干旱法和干旱脅迫法[11-15]。抗旱指數(shù)法是抗旱性評(píng)價(jià)方法中最適宜大規(guī)模成株期抗旱性鑒定方法[16]，它是作物產(chǎn)量最直接的表現(xiàn)，是一種綜合性評(píng)價(jià)方法，最能直接用于實(shí)際生產(chǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于大豆[17]、玉米[18]、小麥[19]等作物。

隨著水資源的不斷減少，干旱成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中最嚴(yán)重的制約因素，其發(fā)生頻率高、波及范圍廣、造成損失大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了其它類型的自然災(zāi)害[16]。我國大多數(shù)綠豆產(chǎn)區(qū)，自然降雨少，無灌溉條件，干旱嚴(yán)重制約著綠豆生產(chǎn)[20]。因此，高產(chǎn)抗旱綠豆種質(zhì)的培育和創(chuàng)新迫在眉睫，這是綠豆產(chǎn)業(yè)積極、健康發(fā)展的必然選擇。本研究對(duì)綠豆新種質(zhì)進(jìn)行成株期抗旱鑒定和評(píng)價(jià)，篩選出抗旱種質(zhì)，為突破綠豆育種材料遺傳性狹窄瓶頸，拓寬綠豆抗旱育種材料的遺傳基礎(chǔ)具有極其深遠(yuǎn)的意義。

1 材料與方法

1.1 參試材料

選取山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所前期鑒定出的抗旱性較強(qiáng)的綠豆材料與高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)材料為親本，通過人工雜交技術(shù)選育而成的苗頭新種質(zhì)30份(表1)為試驗(yàn)材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽法，于山西省農(nóng)科院東陽基地旱棚內(nèi)進(jìn)行。每盆(30 cm×25 cm×25 cm)裝土3.5 kg，盆土由基質(zhì)、壤土2∶3混合而成。隨機(jī)區(qū)組排列，2018年5月28日，每盆灌水2.5 L，播種10～15粒，覆土1.2 kg，三出復(fù)葉時(shí)間苗定苗，每盆留苗5株，3次重復(fù)。旱棚為自動(dòng)調(diào)節(jié)，下雨時(shí)頂上自動(dòng)合閉，其余時(shí)間頂罩打開通風(fēng)透光，同自然條件。由于試驗(yàn)正處夏季炎熱、高溫、少雨，旱棚內(nèi)溫度較高，因此在開花前，每隔7 d，對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行灌水，每次1 L，7月10日僅對(duì)照進(jìn)行灌水，灌水1 L，其余進(jìn)行旱脅迫，為了保證植株正常生長所需水分，對(duì)照分別在7月24日、8月2日繼續(xù)分別灌水1 L，8月12日考種收獲。

1.3 葉綠素含量的測(cè)定

采用CCM-300葉綠素含量測(cè)量儀測(cè)定葉綠素含量，它使用的熒光激發(fā)波長為460 nm，譜帶半帶寬為15 nm。它同時(shí)測(cè)量2個(gè)不同的激發(fā)波長，分別為730～740 nm，698～708 nm。最后測(cè)得葉綠素相對(duì)含量的值(根據(jù)Gitelson’s公式計(jì)算)。

1.4 農(nóng)藝性狀考察

參考《綠豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》分別考察生育期、株高、分枝、主莖節(jié)位、單株莢數(shù)、單株產(chǎn)量等性狀。

1.5 數(shù)據(jù)整理與分析

生育期、成熟期株高、主莖分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、單株產(chǎn)量、葉綠素含量均采用旱脅迫處理數(shù)據(jù)比對(duì)照數(shù)據(jù)的相對(duì)值進(jìn)行分析。利用Excel、DPS 7.05軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的相關(guān)分析。

抗旱系數(shù)參照“農(nóng)作物品種抗旱性鑒定規(guī)程”[21]的方法進(jìn)行計(jì)算。

抗旱系數(shù)(DC)=脅迫處理子粒產(chǎn)量(kg)/對(duì)照處理子粒產(chǎn)量(kg)；

抗旱指數(shù)參照蘭巨生[22]的方法計(jì)算；

抗旱指數(shù)(DRI)=抗旱系數(shù)×旱地產(chǎn)量/所有品種旱地產(chǎn)量的平均值(kg)；

抗旱性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：根據(jù)作物抗旱性逐級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[23]，對(duì)試驗(yàn)材料進(jìn)行抗旱性分級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 綠豆生長情況

由表2可知，在其他生長環(huán)境均相同的情況下，綠豆的生育期、株高、分枝數(shù)和主莖節(jié)數(shù)、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)均因受干旱脅迫而有所降低，植株的生長受到抑制，葉片葉綠素含量也有一定程度的下降，使得葉片光合作用受到一定的影響，從而導(dǎo)致了單株產(chǎn)量的下降。此外，在8個(gè)性狀中，受干旱脅迫影響最小的是生育期，而與產(chǎn)量性狀相關(guān)的性狀如分枝數(shù)、株高、單株莢數(shù)、單莢粒數(shù)、單株產(chǎn)量等受干旱脅迫影響較大，其中分枝數(shù)受的影響最大，干旱脅迫下降低了77.41%，株高降低了35.78%，單株莢數(shù)降低了35.54%，單莢粒數(shù)減少了35.19%，單株產(chǎn)量降低了32.43%。主莖節(jié)數(shù)和葉綠素含量相對(duì)受影響較小。

表2 綠豆材料在干旱和對(duì)照條件下的性狀比較

2.2 抗旱性鑒定結(jié)果分析

根據(jù)逐級(jí)抗旱性評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(見表3)，30份綠豆新種質(zhì)中，共鑒定出成熟期強(qiáng)抗旱性種質(zhì)1份，較強(qiáng)抗旱性種質(zhì)2份，中等抗旱性種質(zhì)11份，較弱抗旱性種質(zhì)8份，弱抗旱性種質(zhì)9份(見表4)。

表3 綠豆抗旱性逐級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表4 不同綠豆材料抗旱級(jí)別

2.3 綠豆各性狀相對(duì)值與抗旱指數(shù)的相關(guān)分析

對(duì)30個(gè)參試材料的各性狀相對(duì)值與抗旱指數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果(表5)顯示，7個(gè)性狀中，有4個(gè)性狀的相對(duì)值與抗旱指數(shù)之間存在著顯著的相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)關(guān)系由大到小依次為相對(duì)分枝數(shù)、相對(duì)單株莢數(shù)、相對(duì)單莢粒數(shù)、相對(duì)株高。

表5 綠豆各性狀相對(duì)值的相關(guān)性

相對(duì)生育期與抗旱指數(shù)間的相關(guān)系數(shù)為0.27，并沒有達(dá)到顯著的相關(guān)性，說明在干旱脅迫條件下，綠豆生育期與抗旱指數(shù)間的相關(guān)性較小，它只與相對(duì)株高存在著極顯著的正相關(guān)關(guān)系。

相對(duì)株高與抗旱指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.40，達(dá)到了顯著相關(guān)，且與相對(duì)分枝數(shù)和相對(duì)主莖節(jié)數(shù)的相關(guān)性較大，均呈顯著相關(guān)關(guān)系。因此，相對(duì)株高是影響抗旱指數(shù)的重要性狀因素，即在旱脅迫下，株高較矮的品種具有較強(qiáng)的抗旱性，其產(chǎn)量相對(duì)較高。

相對(duì)分枝數(shù)與抗旱指數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.92，達(dá)到極顯著正相關(guān)，且與相對(duì)單株莢數(shù)、相對(duì)株高存在著顯著的正相關(guān)關(guān)系，相互作用較強(qiáng)，說明在干旱脅迫條件下，相對(duì)分枝數(shù)越大，植株抗旱性就越強(qiáng)。因此，相對(duì)分枝數(shù)可作為抗旱種質(zhì)篩選中的一項(xiàng)重要考察指標(biāo)。

相對(duì)單株莢數(shù)和相對(duì)單莢粒數(shù)與抗旱指數(shù)均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.72和0.40，相對(duì)單株莢數(shù)對(duì)抗旱指數(shù)的直接作用較大，說明在干旱脅迫條件下，單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)越多，植株的抗旱性越強(qiáng)，產(chǎn)量越高。

相對(duì)主莖節(jié)數(shù)和相對(duì)葉綠素含量與抗旱指數(shù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.33和0.11，均沒有達(dá)到顯著的相關(guān)關(guān)系，對(duì)抗旱指數(shù)的影響較小。

3 討 論

作物抗旱性鑒定方法有很多，其中，抗旱系數(shù)法是經(jīng)典的抗旱性評(píng)價(jià)方法。但它篩選出的材料不一定具有豐產(chǎn)性，而只反映了干旱脅迫使產(chǎn)量降低的程度?？购抵笖?shù)法既反映了品種的抗旱性又包含了品種的豐產(chǎn)性，不僅體現(xiàn)了不同水分條件下品種的穩(wěn)產(chǎn)性，又表現(xiàn)出在干旱脅迫下材料的產(chǎn)量水平，更適用于生產(chǎn)用品種鑒定和育種實(shí)踐，是一個(gè)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)[24]。

植株在干旱脅迫下，通過降低氣孔導(dǎo)度來維持葉片含水量和減少水分散失，這就增大了CO2進(jìn)入葉片的阻力，影響了光合作用效率，導(dǎo)致有機(jī)物合成減少和產(chǎn)量的下降。綠豆抗旱性鑒定結(jié)果受多種因素的影響，如鑒定時(shí)期、鑒定方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)、氣候條件等。劉晨旦等[25]用15%的PEG-6000溶液模擬干旱脅迫對(duì)58份綠豆品種進(jìn)行芽期抗旱性鑒定，發(fā)現(xiàn)芽期的發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、相對(duì)根長可作為評(píng)價(jià)綠豆芽期抗旱性的指標(biāo)。王蘭芬等[26]采用溫室內(nèi)盆栽控水旱脅迫，對(duì)21份綠豆種質(zhì)資源進(jìn)行成株期抗旱鑒定，研究指出單株總生物量、單株地上部生物量、單株有效莢數(shù)、單株莢重、單株粒數(shù)、根冠比可作為綠豆成株期抗旱性鑒定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，與本研究單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)部分結(jié)果一致。

本研究明確了相對(duì)株高、相對(duì)分枝數(shù)、相對(duì)單株莢數(shù)、相對(duì)單莢粒數(shù)均可作為鑒定評(píng)價(jià)綠豆抗旱性的指標(biāo)。其中相對(duì)分枝數(shù)和相對(duì)單株莢粒與抗旱指數(shù)的相關(guān)性最大，是抗旱性評(píng)價(jià)最為重要的指標(biāo)。由于這些指標(biāo)都可在成熟期田間觀察或室內(nèi)考種批量進(jìn)行所得，比較容易統(tǒng)計(jì)，且操作簡單方便，實(shí)用性強(qiáng)，因此在綠豆成株期抗旱鑒定中具有重要地位。研究還表明，在干旱脅迫下，綠豆的株高顯著降低、主莖分枝數(shù)明顯減少，單株莢數(shù)和單莢粒數(shù)嚴(yán)重下降，最終使單株產(chǎn)量大幅下降；而生育期和葉綠素含量與綠豆材料的抗旱性無太大聯(lián)系。