16份懷地黃種質資源抗旱性評價

田夢平 謝小龍 杜權 馬夢雨 吳廷娟 馮衛生

摘要：探究懷地黃不同種質資源的抗旱性，為栽培區域提供抗旱品種和培育高抗旱性地黃新品種提供依據。以16份懷地黃主要種質資源為材料，采用盆栽控水法進行干旱脅迫，試驗包括正常供水（CK）和6 d不澆水2個處理。測定參試懷地黃種質資源的5個抗旱生理指標，采用主成分分析、隸屬函數法、相關分析以及聚類分析對其抗旱性進行綜合評價。結果表明，在干旱脅迫下，16份懷地黃種質資源葉片的SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量、Pro含量、相對電導率與對照組相比均有不同程度的提高，5個生理指標的增幅范圍分別為4.82%～119.78%、13.58%～102.94%、1.12%～75.81%、2.90%～78.88%、3.45%～123.68%。16份懷地黃種質資源中，抗旱性由強到弱依次為北京1號>獅子頭>金線釣魚>懷豐>9302>噸王>83撫育>沁懷1號>郭里茂>85-5>新科>紅薯王>金九>北京3號>金狀元>三塊。相關分析表明，抗旱指數與SOD活性相對變化率呈顯著正相關;與可溶性蛋白含量相對變化率呈極顯著正相關。聚類分析表明，16份懷地黃種質資源被劃分4個類群，其中類群Ⅰ中的北京1號和獅子頭2份種質資源為強抗旱資源;類群Ⅱ中的金線釣魚為較抗旱資源;類群Ⅲ中的三塊為弱抗旱資源;類群Ⅳ為中等抗旱資源，數量最多，占總數75.00%。綜上，供試的16份懷地黃種質資源在抗旱性上有顯著差異，可為地黃抗旱品種的培育提供親本材料。

關鍵詞：懷地黃;種質資源;抗旱性;生理指標;隸屬函數;主成分分析;相關分析

中圖分類號：S567.23+9.01 ??文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2021）21-0153-06

收稿日期：2021-05-10

基金項目：國家重點研發計劃（編號：2017YFC1702800）;中央引導地方科技發展專項（編號：171100310500）。

作者簡介：田夢平（1995—），女，河南商城人，碩士研究生，研究方向為中藥資源。E-mail：tmpmengping@163.com。

通信作者：謝小龍，博士，副教授，主要從事中藥資源與栽培研究。E-mail：xiaolongxie@126.com。

地黃源于玄參科植物地黃（Rehmannia glutinosa Libosch.）的新鮮或干燥塊根，以栽培品入藥，以舊稱“懷慶府”的河南省焦作地區（溫縣、沁陽、武陟、博愛、孟縣、修武等地）為道地產區，其所產地黃習稱為“懷地黃”[1-3]。在地黃栽培過程中，水分調控至關重要，懷地黃產區農民總結出素有“三澆三不澆”的經驗，以合理地對地黃生產田的水分進行調控[4]。地黃根系少，吸水能力差，過分的干燥、潮濕的氣候和不良的排水環境，都不利于地黃的生長發育，容易引起病害，關鍵時期水分供應不足，會嚴重影響地黃的產量和品質[5]。因此，明確地黃在干旱脅迫下的生理變化情況，篩選抗旱性強的地黃種質資源，對提高地黃產量和質量有重要意義。

旱害是指土壤水分缺乏或大氣濕度相對過低對植物的傷害，干旱會導致葉片和嫩莖萎蔫，氣孔開度減小[6]。此外，逆境脅迫還會導致一系列代謝危害，如活性氧大量積累、膜功能紊亂、抑制蛋白合成、脂類含量降低等[7]。當植物遭受脅迫時，植物體內會產生可溶性糖、脯氨酸（Pro）、甜菜堿等物質來調節滲透壓，植物抗氧化酶系統如過氧化物酶（POD）、過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化物可以解除胞內活性氧毒害，進而維持植物在逆境脅迫條件下的正常生長需要[8-10]。目前，關于干旱脅迫下地黃生理變化的研究鮮有報道。因此，本研究以16份懷地黃主要種質資源為材料，對干旱脅迫下地黃苗期葉片的生理指標進行分析，采用隸屬函數法對各種質資源的抗旱性進行評價，為篩選高抗旱性地黃品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究所用16份懷地黃種質資源均來自溫縣地黃種質資源圃，具體名稱見表1。

1.2 試驗設計

干旱脅迫采用盆栽模擬干旱法， 在河南中醫藥大學藥用植物園進行。塑料盆深8 cm、開口直徑13.5 cm、底部直徑8.5 cm。培養基質為溫縣黃河沙壤土和營養土，按3 ∶2的體積比充分混合均勻，每個盆內施入10 g復合肥。2020年7月15日進行種植，每盆播種2塊大小一致的種栽，每個品種25盆，至地黃苗期時，進行干旱脅迫試驗。干旱脅迫采用盆栽模擬干旱法，試驗設置2個處理，對照組（CK）正常供水，干旱處理組進行不澆水處理，脅迫6 d后，取相同葉位葉片進行生理指標測定。

1.3 生理指標測定方法

SOD活性測定采用氮藍四唑（NBT，nitro-blue tetrazolium） 法[11-12];POD活性測定采用愈創木酚法[11，13];可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍 G-250染色法[11，14];Pro含量測定采用酸性茚三酮顯色法[11，15];相對電導率測定采用浸泡法[11，16]。

1.4 數據處理

采用Excel 2013進行數據整理，運用SPSS 21.0進行主成分分析、隸屬函數分析、相關分析以及聚類分析。為避免參試材料間因基礎性狀不同對結果造成的影響，采用各指標的相對變化率進行評價[17]。

相對變化率=（測定值-對照測定值）/對照測定值×100%。

相對變化率主成分分析：將單項綜合指標的相對變化率進行主成分分析，將原來單個綜合指標轉化成新的綜合指標。

隸屬函數計算[18-19]：將每個品種的各綜合指標分別用下列公式求出相應的隸屬值，公式為U（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin），j=1，2，…，n。式中：Xj表示第j個綜合指標;Xmax表示第j個綜合指標的最大值;Xmin表示第j個綜合指標的最小值。

權重的確定[18，20]：根據綜合指標的綜合特征值求出各綜合指標的權重。Wj=Pj/∑nj=1Pj，j=1，2，…，n。式中：Wj表示第j個綜合指標的重要程度;Pj為各資源第j個綜合指標的特征值。

綜合評價：抗旱指數：D=∑nj=1[U（Xj）×Wj]，j=1，2，…，n。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下懷地黃種質資源葉片生理變化情況

2.1.1 葉片 SOD活性變化

由圖1可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質資源的SOD活性與對照組相比，均有不同程度的增加，且均達到顯著性水平（P<0.05））。其中，北京1號的增幅最大，高達119.78%;金九、金狀元、83撫育、9302、紅薯王的增幅較高，范圍為31.29%～49.23%;其余9份種質資源的增幅均比較小，低于30%;三塊的增幅最小，僅為4.82%。

2.1.2 葉片POD活性變化

由圖2可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質資源的POD活性與對照組相比，均有不同程度的增加，除9302外，均達到顯著水平（P<0.05）。其中，噸王的增幅最大，達102.94%;其次是獅子頭和北京3號，增幅分別為96.14%和62.66%;其余13份種質資源增幅較小，增幅為13.58%～37.94%;其中增幅最小的種質資源是9302。

2.1.3 葉片可溶性蛋白含量變化

由圖3可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質資源的可溶性蛋白含量與對照組相比，均有不同程度的增加，且均達到顯著性水平（P<0.05）。其中，金線釣魚的增幅最大，達75.83%;其次為獅子頭和9302，增幅分別為53.37%和48.22%;北京1號、懷豐、沁懷1號的增幅均在37%左右;其余10份種質資源增幅較小，在30%以內;增幅最小的種質資源是金九，僅為1.12%。

2.1.4 葉片Pro含量變化

由圖4可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質資源Pro含量與對照組相比，均有不同程度的增加，除懷豐和三塊2份種質資源外，均達到顯著性水平（P<0.05）。其中，85-5的增幅最大，達78.88%;北京1號、新科、紅薯王的增幅較大，范圍為44.48%～49.62%;噸王、83撫育、獅子頭、郭里茂增幅范圍為27.84%～35.52%;其余8份種質資源增幅均小于20%，增幅最小的種質資源是金線釣魚，為2.90%。

2.1.5 葉片相對電導率變化

由圖5可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質資源的相對電導率與對照組相比，均有不同程度的增加，除北京1號、懷豐、金線釣魚3份種質資源外，均達到顯著性水平（P<0.05）。其中，北京3號增幅最大，達123.68%;其次是金狀元，增幅為109.97%;噸王、85-5、三塊、新科的增幅較大，范圍為61.13%～81.02%;83撫育、9302、獅子頭、紅薯王的增幅范圍為27.03%～44.78%;其余5份種質資源增幅較小，范圍為3.45%～16.76%;增幅最小的種質資源是沁懷1號。

2.2 懷地黃不同種質資源抗旱性綜合評價

2.2.1 生理指標相對變化率主成分分析

供試懷地黃種質資源5個抗旱生理指標相對變化率的主成分分析（表2）表明，前3個主成分的貢獻率分別為29.692%、24.005%、22.530%，累計貢獻率為76.227%。這表明前3個綜合指標可以概括5個原有指標的絕大部分信息，可以用這3個綜合指標對地黃品種的抗旱性進行概括分析。第1主成分（F1）得分系數最大的指標是可溶性蛋白含量，第2主成分（F2）得分系數最大的指標是Pro含量，第3主成分（F3）得分系數最大的指標是POD活性。它們對應的特征向量表達式分別為：F1=0.153×SOD活性+0.148×POD活性+0.661×可溶性蛋白含量-0.173×Pro含量-0.452×相對電導率，F2=0.597×SOD活性+0.043×POD活性-0.087×可溶性蛋白含量+0.683×Pro含量-0.070×相對電導率，F3=-0.002×SOD活性+0.900×POD活性+0.268×可溶性蛋白含量+0.047×Pro含量+0.240×相對電導率。

2.2.2 抗旱綜合指標隸屬函數分析 根據各主成分（F1、F2、F3）的特征值求出各綜合指標的權重分別為0.442、0.309、0.249，根據綜合評價公式求出各懷地黃種質資源抗旱指數D值。16份種質資源抗旱能力強弱排序依次為北京1號>獅子頭>金線釣魚>懷豐>9302>噸王>83撫育>沁懷1號>郭里茂>85-5>新科>紅薯王>金九>北京3號>金狀元>三塊，即北京1號抗旱性最強，三塊抗旱性最弱（表3）。

2.2.3 抗旱指數與各生理指標相對變化率相關性分析

抗旱指數與各生理指標相對變化率相關性分析（表4）表明，抗旱指數與SOD活性相對變化率呈顯著正相關，與可溶性蛋白含量相對變化率呈極顯著正相關，這表明在苗期，地黃主要通過提高SOD活性和可溶性蛋白含量來抵抗干旱脅迫。此外，抗旱指數除與相對電導率相對變化率的相關系數為負值外，其余均為正值，這與植物遭受干旱脅迫時，植物生理指標的變化趨勢相符。

2.2.4 抗旱性聚類分析

基于抗旱指數對供試地黃種質資源作聚類分析，結果（圖6）表明，16份懷地黃種質資源被劃分為4個類群。類群Ⅰ抗旱指數均值為0.686，是強抗旱資源，包括北京1號和獅子頭2份種質資源，占總數12.5%;類群Ⅱ抗旱指數均值為0.518，是較強抗旱資源，包括金線釣魚1份種質資源，占總數6.25%;類群Ⅲ抗旱指數為0.045，是弱抗旱種質資源，包括三塊1份種質資源，占總數6.25%;類群Ⅳ包含種質資源最多，占總數75.00%，抗旱指數均值為0.293，是中等抗旱資源，包括噸王、9302、懷豐、金九、紅薯王、北京3號、金狀元、新科、83撫育、沁懷1號、郭里茂、85-5等12份種質資源。

綜上所述，16份種質資源的抗旱性分為強抗旱、較強抗旱、中等抗旱、弱抗旱4個等級，其中類群Ⅰ的北京1號和獅子頭2份強抗旱種質資源和類群Ⅱ的金線釣魚1份較抗旱種質資源可為抗旱地黃品種的培育提供優質素材。

3 討論與結論

在植物生長史中，幼苗是最關鍵的階段之一。在植物不同生育期中，幼苗期一般對外界環境忍耐力最小，抗性最弱[21-23]。因此，本研究選擇在幼苗期對懷地黃種質資源的抗旱性進行評價。

SOD和POD是植物體內重要的抗氧化酶系統，干旱脅迫下，SOD和POD活性會增強，能有效清除細胞內活性氧自由基，提高植物抗氧化能力[24-25]。本研究表明，干旱脅迫下，16份懷地黃種質資源的SOD和POD活性均有不同程度的增加，其中SOD活性增幅最大的種質資源是北京1號，增幅最小的是三塊，POD活性增幅最大的種質資源是噸王，增幅最小的是9302。脯氨酸是一種重要的滲透調節物質，植物受到脅迫時，脯氨酸會大量積累，來減緩脅迫造成的植物細胞生理代謝不平衡，進而降低干旱帶來的傷害[26-28]。本研究表明，干旱脅迫下，16份懷地黃種質資源的脯氨酸含量均有不同程度的增加，其中85-5的增幅最大，金線釣魚的增幅最小。干旱時，植物體內蛋白減少，這可能與蛋白質合成酶活性降低有關[29]，此外，干旱脅迫還可以誘導一些蛋白質產生和積累，這類蛋白可以保護生物大分子，維持特定細胞結構，改變細胞膜水分通透性，有利于滲透調節[18]。本研究表明，干旱脅迫下，16份懷地黃種質資源的可溶性蛋白含量均有不同程度的增加，這表明，在一定程度上，地黃可以通過增加逆境蛋白含量來提高其抗旱性。當植物細胞膜選擇透性遭受逆境破壞時，細胞內電解質外滲，外滲越多，相對電導率越高。本研究表明，干旱脅迫下，16份懷地黃種質資源的相對電導率有不同程度的增加，增幅最大的是北京3號，增幅最小的是沁懷1號，在一定程度上，相對電導率增幅越大，抗性越弱。

植物的抗旱性是由多個生理指標作用的結果，很難由某一個單獨指標來界定[30-31]。因此，可以利用隸屬函數法對多個生理指標進行綜合評價，可靠性高。本試驗使用隸屬函數法對16份懷地黃種質資源的抗旱性進行綜合評價，抗旱性由強到弱依次為北京1號>獅子頭>金線釣魚>懷豐>9302>噸王>83撫育>沁懷1號>郭里茂>85-5>新科>紅薯王>金九>北京3號>金狀元>三塊。

抗旱指數與各生理指標相對變化率相關分析表明，抗旱指數與SOD活性呈顯著正相關，與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關，這表明SOD活性和可溶性蛋白含量可能是評價地黃抗旱性的關鍵指標。

聚類分析表明，16份懷地黃種質資源共分為4個類群，其中，類群Ⅰ的北京1號和獅子頭為強抗旱種質資源，類群Ⅱ的金線釣魚為較抗旱種質資源。抗旱等級排序和抗旱指數D值大小排序結果一致。

植物在不同生育期受到干旱脅迫后，其抗旱性是否表現的一致，會因植物種類的不同而變化。苗昊翠等研究了2個花生品種不同生育期的抗旱性，結果表明花育25號在4個不同生育期的抗旱性均高于花育33號[32];李顯航等研究了7個煙草品種不同生育期的抗旱性，研究表明不同品種在不同生育期抗旱性不同[33];張龍龍等研究發現，6個小麥品種在不同生育時期抗旱性不同[34]。本研究主要是對懷地黃種質資源苗期抗旱性進行比較。 因此，懷地黃種質資源不同生育時期的抗旱性是否一致，不同生育期受到干旱脅迫后對產量和品質的影響程度如何，均需進一步研究。

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