干旱脅迫下不同品種大豆籽粒發育期蛋白質含量積累的研究

呂新云 趙晶云 任小俊 馬俊奎

摘要 [目的]探索干旱脅迫下不同耐旱大豆品種籽粒發育期蛋白質合成與積累的規律。[方法]以耐旱品種晉豆21與敏感品種濉科46為試驗材料，利用集水槽設置干旱脅迫，研究兩者在不同處理后，大豆籽粒蛋白質含量的積累規律并評價了相關農藝性狀。[結果]晉豆21與濉科46的4個農藝性狀（包括株高、主莖節數、有效分枝數和單株莢粒重）的變異系數介于6.08%～46.75%，其中晉豆21的株高變異系數最小，濉科46的有效分枝數變異系數最大，晉豆21的農藝性狀指標受干旱影響較小。濉科46在不同處理下含水量變化不同，但晉豆21則表現出基本一致的變化。與正常情況相比，晉豆21干旱處理后蛋白質含量積累規律基本一致，都表現為先增加后減少至趨于穩定，基本呈凹形曲線分布;濉科46則存在明顯差異，干旱處理條件下，籽粒蛋白質含量峰值比正常澆灌晚20 d。[結論]晉豆21抗旱性強，其蛋白質合成與積累受干旱脅迫制約相對較小，可作為創新選育優良抗旱品種的親本。

關鍵詞 大豆;干旱;籽粒發育期;蛋白質;積累

中圖分類號 S565.1文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）05-0050-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.05.013

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Accumulation of Protein Content of Different Soybean Varieties during Grain Development Period under Drought Stress

L Xin-yun， ZHAO Jing-yun，REN Xiao-junet al

（Institute of the Industrial Crop，Shanxi Agricultural University，Fenyang，Shanxi 032200）

Abstract [Objective]To explore the laws of protein synthesis and accumulation during grain development of different drought tolerance soybean varieties under drought stress.[Method]The drought-tolerant variety Jindou 21 and the sensitive variety Suike 46 were used as test materials，and the water collecting trough was used to set up drought stress，and the accumulation rules of soybean grain protein content after different treatments were studied and related agronomic traits were evaluated.[Result]The coefficient of variation of 4 agronomic traits （including plant height，number of main stem nodes，number of effective branches，and pod weight per plant） of Jindou 21 and Suike 46 was between 6.08% and 46.75%，among which Jindou 21 had the smallest coefficient of variation in plant height，and the effective branch number of Suike 46 had the largest variation coefficient.The agronomic traits of Jindou 21 were less affected by drought.The water content of Suike 46 changed differently under different treatments，but Jindou 21 showed basically the same changes.Compared with the normal condition，the accumulation of protein content of Jindou 21 showed a basically consistent change after drought treatment，which first increased and then decreased to stable，basically showing a concave curve distribution; while Suike 46 had obvious difference，and the peak value of grain protein content under drought treatment was 20 days later than that under normal irrigation.[Conclusion]Jindou 21 has strong drought resistance，and its protein synthesis and accumulation are relatively less restricted by drought stress，so it can be used as a parent for innovative breeding of drought resistant varieties.

Key words Soybean;Drought;Grain development period;Protein;Accumulation

干旱是限制作物生長發育的主要環境因子，對農作物產量的影響相當于其他不利因子的總和，為此，創新、篩選、培育優良的抗旱品種，提高作物自身的耐旱力，已經是旱作農業發展的理性選擇和戰略舉措[1]。大豆作為重要的糧油作物被廣泛種植，是人類食用和動物養殖的主要植物蛋白來源[2]。國內外研究表明，與其他作物相比，大豆根系不發達，生長需水量高，是對水分敏感的作物。干旱脅迫不僅導致大豆生理、生化各項指標發生相應變化，也使植株表型指標產生顯著差異[3]。其中，郭數進等[4]以晉大70（抗旱型）和晉豆26（敏感型）2個品種為材料設置水分梯度，研究發現，干旱脅迫下大豆的光合作用強度受到影響，表現為光合能力下降。趙立琴[5]于2011—2013年采用PEG600營養液澆灌不同時期的大豆植株模擬干旱脅迫，研究結果表明干旱脅迫對大豆干物質積累有較大的影響。喬亞科等[6]以野生、半野生和栽培大豆為供試材料進行研究，結果表明干旱脅迫下大豆的相關農藝性狀受到影響，主要表現在株高、主莖節數、分枝數、單株莢數和百粒重上。楊婷婷等[7]于2018年以150份大豆種質資源為研究對象，進行了抗旱性的田間試驗，結果表明干旱脅迫嚴重影響了大豆的生長發育，其中株高、莖段數、單株莢數、單株生物量、單株粒數和單株種子量等6個指標與干旱系數呈顯著正相關。

隨著世界人口的不斷增長和人們生活水平的不斷提高，優質植物蛋白的需求量也隨之增加。大豆是一種功能性的經濟作物，大豆產業已經成為一項重要的產業[8]。大豆蛋白的相關科學與技術研究具有重要意義。張代軍等[9]以3代高油大豆品種進行試驗，發現大豆蛋白質的形成與脂肪的形成息息相關，在脂肪形成不利的年份，蛋白質形成有所上升;在有利于形成脂肪的年份，大豆蛋白質含量積累呈現凹形曲線分布。張志民等[10]認為，大豆蛋白質含量是一個數量性狀，而且以加性效應為主，并存在母體效應，干旱是大豆籽粒蛋白積累的重要影響因素，并且干旱的強度直接影響蛋白質的含量。目前，關于干旱脅迫對大豆籽粒發育期蛋白質含量積累的影響尚無統一認識。該試驗以耐旱品種晉豆21和敏感品種濉科46為試驗材料，通過凱氏定氮法[11-13]對2個試驗材料籽粒不同發育時期的蛋白質含量進行測定，分析整理得到干旱脅迫下不同耐旱品種大豆籽粒發育時期蛋白質含量的積累規律，對選育適宜半干旱和干旱地區種植的優質抗旱大豆品種具有積極意義，也為干旱脅迫下研究大豆籽粒蛋白質的合成與積累提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 晉豆21由山西省農業科學院經濟作物研究所選育，由集水槽法鑒定抗旱級數為一級，為公認的耐旱品種。濉科46為黃淮海地區大豆品系多點鑒定供試材料，經集水槽法鑒定抗旱級數為五級，屬敏感品種。

1.2 試驗設計 試驗于2019年在山西省農業科學院經濟作物研究所試驗基地進行，將2個品種分別進行水處理和旱處理。同一塊試驗地分區種植，中間設置4.5 m隔離帶，行間50 cm，并放置25 cm PVC集水槽[14]，通過收集大豆生長期間的自然降水設置干旱脅迫。水處理即正常灌溉，在同等土壤條件下，遇旱澆水，確保田間生長不干旱。供試品種單行種植，保證順利出苗，每個處理3次重復。從大豆開花開始掛牌，記為開花后0 d[15]，之后，每隔10 d，取下角果，放入EP管中置于液氮罐內帶回實驗室檢測。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 農藝性狀分析。根據邱麗娟等[16]的規范標準，供試植株結莢成熟后，每個處理隨機選取5株進行室內考種，包含株高、主莖節數、有效分枝數和單株莢粒重等農藝性狀，分析供試材料基本的形態建成情況。

1.3.2 含水量測定。利用樣品鮮重與干重計算樣品絕對含水量，樣品含水量=（鮮重-干重）/鮮重×100%。干重是將樣品置于烘焙箱65 ℃恒溫烘至重量不再變化時的重量。

1.3.3 蛋白質含量測定及數據處理。由凱氏定氮法測定樣品中的蛋白質含量，通過整理分析數據，得到不同處理下晉豆21與濉科46的蛋白質含量。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對成熟期不同品種大豆農藝性狀的影響 表1表明，晉豆21和濉科46在集水槽設置的干旱處理與正常灌溉水處理下的變異系數為6.08%～46.75%，其中晉豆21的株高變異系數最小（旱處理為6.67%、水處理為6.08%），濉科46的有效分枝數變異系數最大（旱處理為40.63%、水處理為46.75%）。干旱條件下大豆的農藝性狀發生了很大的變化，但與濉科46相比，晉豆21在不同處理下株高變化不大，單株莢重受干旱影響甚小，說明晉豆21 的生長能力受干旱脅迫限制小，具有較強的應旱力。

2.2 干旱脅迫對不同品種大豆籽粒發育期含水量的影響 由表2可知，與正常灌溉相比，干旱脅迫嚴重影響了晉豆21與濉科46大豆籽粒發育過程中的含水量變化。其中，濉科46籽粒含水量受干旱影響強度更大。干旱條件下，濉科46的含水量峰值晚于正常條件，出現在開花后30 d，后期含水量下降速率緩慢。晉豆21表現為花后20 d 2個處理下的籽粒含水量均急劇下降，說明在開花后0～20 d期間，晉豆21籽粒體積增長較快，各種生理生化反應消耗了大量水分;而開花后30～50 d籽粒含水量下降速度緩慢;開花后50～60 d旱處理下的籽粒含水量反增，這可能與進入成熟期種子減少失水應對干旱有關;之后籽粒含水量下降，以達到種子儲存標準。

2.3 干旱脅迫對不同品種大豆籽粒發育期蛋白質含量的影響 利用凱氏定氮法對不同處理下開花后0～80 d的晉豆21與開花后0～70 d的濉科46籽粒進行蛋白質含量檢測，得到了2個處理下大豆籽粒不同發育時期的樣品蛋白質含量（表3）。

表3表明，干旱脅迫不同程度地影響了兩者的蛋白質合成與積累。旱處理下晉豆21籽粒蛋白質含量明顯低于正常澆灌，但變化趨勢與正常澆溉基本保持一致，均大致呈凹型曲線分布。在開花后0～30 d，2個處理大豆籽粒蛋白質含量均上升，但旱處理后的大豆籽粒蛋白質含量上升速率較快，在這個時期大豆種子完成形態建成，籽粒體積不斷增大，內部合成與代謝相關的蛋白質。開花后30～60 d，大豆籽粒蛋白質含量均先減少后緩慢增加，這個時期為大豆種子灌漿期，結構蛋白合成減少，大量合成貯藏蛋白。開花后60～80 d，大豆籽粒大量脫水，體積明顯縮小，進入成熟期，大豆籽粒蛋白質含量則緩慢增加趨于穩定。

濉科46在不同處理下大豆籽粒蛋白質含量變化存在明顯差異。水處理條件下，大豆籽粒蛋白質含量在開花后0～20 d迅速增加，后減少，再趨于穩定。干旱條件下，濉科46籽粒蛋白質含量在前期（開花后0～10 d）出現下降，后期緩慢增加，最后趨于穩定;同時，大豆籽粒蛋白質含量在開花后40 d達到峰值，晚于正常澆灌20 d，說明減少水分的供應可能利于蛋白質的合成，而晉豆21并未表現出此現象，反映晉豆21對干旱脅迫敏感度低，干旱處理后其大豆籽粒蛋白質含量變化仍與正常情況相對應。

3 結論

大豆籽粒蛋白質的合成與積累是多個基因共同表達與調控的結果，也受多種因素的影響。正常生長狀態下，大豆籽粒蛋白質含量表現出先增加后趨于穩定的變化趨勢，大致呈凹型曲線分布。不同品種面臨干旱脅迫時，大豆籽粒蛋白質含量發生了不同的變化。敏感品種濉科46在干旱條件下，成熟期大豆農藝性狀指標受到嚴重影響，大豆籽粒含水量與蛋白質含量變化與正常澆灌存在明顯差異，在旱情發生嚴重的情況下，需保證供水充足，以確保產量。耐旱品種晉豆21旱處理后，農藝性狀變化不大，含水量變化基本相對應，籽粒蛋白質積累規律仍與正常情況基本一致，說明其具有較強的抗旱性，種子內部也具備相對完善的抗旱機制，可作為抗旱育種的優質種質資源。大豆抗旱性屬于復雜的生物性狀，受多個基因精細嚴謹調控。晉豆21的強抗旱性已得到認可，但其因種子細小，推廣種植受到制約，應從基因表達水平上進一步研究其抗旱機制，為后期探究、篩選、創制新的優質抗旱品種提供基礎。

安徽農業科學2021年

參考文獻

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