干旱脅迫對不同花生品種生理特征的影響及其抗旱性綜合評價

劉海東,陳慶政,林秀芳,祁俊程,黃世旅，葉萬余,吳春玲

(1.賀州市農業科學院,廣西 賀州 542800；2.廣西農業科學院賀州分院,廣西 賀州 542813)

花生作為我國重要的經濟作物，近幾年全國花生總播種面積穩居油料作物之首,花生單產和總產均穩居世界第一[1]。花生種植區域分布廣泛但大部分集中在干旱、半干旱亞熱帶地區[2]，每年因干旱導致花生減產20%以上，全球直接經濟損失高達30億美元[3]。近幾年氣候變化異常雨水季節分布極為不均，干旱依然是制約我國花生產量與品質的主要因素之一。花生雖然具有耐貧瘠、抗干旱、適應性強的特點[4]，但要保證增產穩產需從改良品種特性和改善栽培措施等方面入手。現代育種技術從分子生物學、栽培生理學等方面對選育品種進行鑒定與篩選，使其花生抗旱基因充分表達保留品種優良遺傳特性[5]，其為花生分子育種提供優質的種質資源，提升了花生品種的區域適應能力，避免因糧油爭地而導致的花生種植面積的減少，從根本上保證了國家糧油安全。花生抗旱性是指在干旱條件下生存和形成產量的能力，它是一個復雜的生理生化過程，是多基因控制的數量性狀[6, 7]。前人已從葉片形態、氣孔調節、滲透調節、根系發育、活性氧清除、多胺代謝、內源激素、脅迫誘導蛋白等方面對作物抗旱機理進行了研究[8～10]。一般認為根、莖、葉、株型及其生理機能與抗旱有關，如根系發達、維管束系統發達、葉面積相對的減少、蠟質層增厚、分枝增多、結實性好等是品種抗旱能力強的形態特征[11]。但前人對花生開花下針期(需水零界期)干旱脅迫下的形態特征、抗氧化酶活性變化等指標與花生抗旱能力強弱間的關系研究較少。本研究采用棚內箱體栽培模式,做到水肥可控。在花生開花下針期進行干旱處理，試驗分析花生植株形態特征及葉片生理特性變化。了解所選育品種抗旱能力并對其進行抗旱性評價，為今后花生品種區域適應性推廣上提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試品種

供試的8個花生品種分別為梧油1號、賀油9號、賀油10號、賀油11、賀油12、賀油13、賀油14、賀油15(分別記為V1、V2、V3、V4、V5、V6、V7、V8)。供試品種均為賀州市農業科學院選育并通過審定的直立疏枝珍珠豆型花生。

1.2 試驗設計

1.3 測定內容及方法

試驗于2020年7月8日在廣西賀州市農科院試驗農場溫室大棚內采用塑料箱體栽培方式進行，箱體規格為80 cm*50 cm*60 cm，播種前兩個月取好土樣破碎、翻曬、混勻稱取同樣重量的土壤平鋪在箱體內，土壤厚度在55 cm左右，土壤類型為壤土。試驗設置同一供水水平，采用隨機區組試驗，重復3次共24箱，每箱6穴、每穴3粒、行株距30 cm*15 cm，出苗后間苗保留生長基本一致的兩株，播種時施足底肥后期無追肥。全程采用土壤水分測量儀(TZS-2X，浙江托普)監測土壤相對含水量，在花生開花下針期進行干旱處理土壤相對含水量控制在40%。于7月15日對所有花生進行干旱脅迫為期10 d，處理后立即復水使其土壤相對含水量控制在80%，一直到11月5日花生收獲。花生田間管理參照大田生產。

1.3.1 花生形態相關指標測定 于8月25日(開花下針期)和11月5日(收獲期)到棚內取樣，每箱取兩株樣品測定植株整體形態和植株干物重。

植株整體形態：主莖高、側枝長、主根長采用直尺測量；總分枝數、結果枝數、總葉片數、收獲青葉數采用目測法，在每個時期每個品種測定6株。

植株干物重:每個時期將清洗干凈的花生植株放入鼓風干燥箱內105 ℃殺青30 min，然后調到80℃烘干至恒重，測定花生植株干物重。

1.3.2 相關酶活的測定 葉片取樣時間同上，花生生長全生育期取樣兩次，第一次在干旱處理后復水前一天取樣(記為：S1)，第二次在收獲期取樣(記為：S2)。晴朗的早晨8:30到棚內每箱取頂部倒三葉10片放入冰盒中帶回實驗室將其放入-80℃冰箱保存。收獲期結束將低溫保存的葉片進行液氮破碎研磨提取上清液測定葉片丙二醛(MDA)含量[12]；測定葉片過氧化氫酶(CAT)活性參照張憲政(1994)編著的《植物生理學試驗技術》雙氧水法；測定葉片過氧化物酶(POD)活性采用愈創木酚法[13]。

1.3.3 花生產量的測定及數據分析 收獲期將每個箱選擇6株樣品，每株進行摘果、去雜、稱重用水分測定儀測定含水量。實收產量(g/穴)=每穴莢果鮮重(g)*[1-含水量(%))]/(1%～10%)其中10%為標準含水量。實驗室考種測定單果仁數、雙果仁數、秕果數、斤果數、百果重、百仁重，計算出出仁率。試驗所有數據均采用office2010軟件進行分析、制表、繪圖，采用SPSS軟件進行多重比較LSD法在5%顯著水平下進行方差分析(小寫字母表示)。

1.4 抗旱性生理指標綜合評價方法

不同花生品種生理抗旱性綜合評價采用隸屬函數法，應用公式：X(μ)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)，計算出不同品種每個生理指標的具體隸屬函數值，式中X為參試品種某一生理指標的測定值，Xmin和Xmax分別為所有品種中該生理指標測定的最小值和最大值，然后把每個品種各抗旱生理指標隸屬函數值累加得出綜合平均隸屬函數值，根據綜合平均隸屬函數值大小確定其抗旱性強弱，平均值越小，抗旱性越弱，反之則抗旱性越強。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫對不同花生品種收獲期形態特征的影響

表1結果表明：主莖高、側枝長、主根長、總分枝數、結果枝數均以V2最高；V5的主莖高、側枝長、收獲青葉數最低其與V1、V8比較均未達到顯著水平；其余各品種間形態指標比較差異不顯著。

表1 干旱脅迫對不同花生品種收獲期形態特征的影響

2.2 干旱脅迫對不同花生品種單株干物質質量的影響

圖1結果表明：S1時期單株干物質質量以V7最高，除V3外與其他花生品種單株干物質質量相比較均達到顯著水平其中V5與V8相比較干物質質量減少20.48%，S2時期單株干物質質量以V8最高且顯著高于其他品種，V1、V5顯著低于其他品種，V2、V3、V7差異不顯著，其中V5與V8相比較干物質質量減少44.35%，V5與V1相比較干物質質量減少45.36%差異達到極顯著水平。綜合兩個時期V8的干物質質量增幅41.76%最高，V1最少只有5.52%。

圖1 干旱脅迫對不同花生品種單株干物質質量的影響

2.3 干旱脅迫對不同花生品種葉片丙二醛(MDA)含量的影響

圖2結果表明：S1時期V4、V5葉片丙二醛含量顯著高于其他花生品種，V7、V8葉片丙二醛含量顯著低于其他花生品種，以V8葉片丙二醛含量最低；S2時期以V5葉片丙二醛含量最高且與其他品種相比較差異均達到顯著水平，V1、V2、V4、V7、V8品種間比較差異不顯著，V3、V6間比較差異不顯著綜合兩個時期葉片丙二醛含量在復水后下降明顯。

圖2 干旱脅迫對不同花生品種葉片丙二醛(MDA)含量的影響

2.4 干旱脅迫對不同花生品種葉片過氧化氫酶(CAT)活性的影響

圖3結果表明：S1、S2兩個時期均以V8葉片過氧化氫酶活性最高且顯著高于其他花生品種，以V5葉片過氧化氫酶活性最低且顯著低于其他花生品種。S1時期葉片過氧化氫酶活性V1、V2、V3、V4、V5依次下降，V7、V8、V9依次上升，V8與V5相比較CAT活性提高54.38%；S2時期V1、V2、V3、V4差異不顯著,V6、V7、V8與其他品種比較差異達到顯著水平，V8與V5相比較CAT活性提高53.58%。

圖3 干旱脅迫對不同花生品種葉片過氧化氫酶(CAT)活性的影響

2.5 干旱脅迫對不同花生品種葉片過氧化物酶(POD)活性的影響

圖4結果表明：S1、S2兩個時期葉片過氧化物酶活性均以V8最高且顯著高于其他花生品種。S1時期V3過氧化物酶活性最低與V5比較差異不顯著，其中V8比V3高31.60%，V8比V5高27.42%；S2時期V5的過氧化物酶活性最低與V2比較差異不顯著，其中V8比V5高44.71%。

圖4 干旱脅迫對不同花生品種葉片過氧化物酶(POD)活性的影響

2.6 干旱脅迫對不同花生品種莢果性狀及產量的影響

表2結果表明：單仁果數不同花生品種間比較差異不顯著；雙仁果數以V8最高且顯著高于除V6外其他花生品種，V1、V2、V3、V4、V5、V7品種間比較差異不顯著；秕果數以V6最高，百果重V8最高，除V4外顯著高于其他處理；百仁重以V7最高但與V8比較差異不顯著；出仁率V2、V3顯著低于其他花生品種，產量V8顯著高于其他花生品種其中與V1品種比較高出45.34%差異達到極顯著水平。

表2 干旱脅迫對不同花生品種莢果性狀及產量的影響

2.7 不同花生品種抗旱性生理指標隸屬函數值

表3結果表明：不同花生品種同一生理指標隸屬函數值差異較大，其中V3葉片丙二醛含量隸屬函數值在兩個時期均為最大值；V8葉片過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性隸屬函數值在兩個時期均為最大值。兩個時期不同生理指標綜合隸屬函數值基本保持一致，綜合排序得出V8>V6>V7>V3>V5>V4>V2>V1，其中V8與V1相比較高出66.18%。

表3 不同花生品種抗旱性生理指標隸屬函數值

3 討論

花生抗旱能力強弱外在表現主要從植株性狀特征考量。前人對花生抗旱株型研究較為透徹,如植株根系越發達抗旱能力越強、葉色深綠葉型側立耐旱性強、疏枝型花生品種(總分枝數10條左右)結果枝數占80%-90%為宜、植株不宜過高在40～50 cm最為適宜等外在形態特征既利于植株抗旱又利于后期花生莢果產量的形成[14]。對于花生植株抗旱能力鑒定，大多采用葉片萎蔫指數、葉片失水率、相對含水率、抗旱系數等指標[15]來衡量。花生品種不同其抗旱機制也不盡相同，性狀特征不能完全反映花生植株抗旱能力強弱，近年來隨著花生抗旱機制研究的逐步深入，不僅研究花生植株外在形態特征而且也深入到花生植株生理特征的變化及其響應機制，如干旱脅迫下植株葉片滲透調節響應、活性氧清除響應等[16]方面研究逐步深入。如今在分子領域研究也有突破如干旱誘導基因表達、基因定位等技術突飛猛進[17]。前人對花生苗期抗旱機理研究較為透徹，在花生其它生育期如開花下針期、莢果期受干旱脅迫其植株生理、形態表現研究不多。本研究在花生開花下針期(需水零界期)對不同品種進行干旱脅迫，結合花生形態特征、植株干物質質量、葉片生理酶活性(CAT、POD)及葉片丙二醛含量(MDA)等指標，采用隸屬函數結合兩個時期綜合評價參試品種的抗旱能力，為所選育的花生品種抗旱特性說明和區域推廣提供理論支持。筆者研究干旱脅迫對植株莖稈、根系、仔仁等生理特性以及品質形成的影響尚不清楚有待進一步研究。可利用篩選出的抗旱型花生品種作為分子生物學資源材料研究其抗旱分子機制，以期進一步推動耐旱型花生育種進程。

4 結論

筆者研究結合花生植株形態特征、葉片生理酶活性和丙二醛含量等指標綜合評價8個參試品種的抗旱能力強弱。綜上所述，賀油15花生品種在干旱處理期株型表現優異，葉片過氧化氫酶和過氧化物酶活性最高，丙二醛含量最低；復水后長勢旺盛收獲期植株干物重和產量均為最高，抗旱性表現最差的為梧油1。由綜合隸屬函數值得出花生品種抗旱能力賀油15>賀油13>賀油14>賀油10號>賀油12>賀油11>賀油9號>梧油1號。因此賀油15、賀油13、賀油14三個品種抗旱能力強，賀油10號、賀油12、賀油11、賀油9號抗旱能力一般，梧油1號抗旱能力最差。