蕪菁種質資源抗旱性鑒定與篩選

摘 要：為系統評價蕪菁幼苗的抗旱性，篩選抗旱種質，以40份蕪菁種質為試驗材料，采用苗期盆栽試驗，設置干旱和正常澆水兩種處理，測定蕪菁幼苗形態指標、葉綠素含量、旱害指數、死亡率等19個抗旱性評價指標，并利用相關性分析、主成分分析、隸屬函數法等對蕪菁幼苗進行抗旱性綜合評價和抗旱鑒定指標篩選。結果表明，與正常澆水處理相比，干旱脅迫降低了蕪菁的株高、莖粗、葉長和葉寬、地上鮮質量和干質量、葉綠素含量等指標，但對地下部相關指標的影響有正負兩種結果。根據綜合評價結果，可將40份蕪菁種質劃分為3種類型，包括11份干旱敏感種質、5份抗旱種質、24份中度抗旱種質，其中抗旱性強的蕪菁材料是B9，對干旱最為敏感的材料是B2；主成分分析結果表明，株高、葉長、葉寬、葉柄長、主根長、根體積、地上鮮質量、地下鮮質量、地下干質量、根冠比、旱害指數可作為蕪菁幼苗抗旱性評價的重要指標。

關鍵詞：蕪菁；苗期抗旱性；鑒定和篩選

中圖分類號：S631.3 文獻標志碼： A 文章編號：1673-2871（2024）08-100-09

Identification and screening of turnip germplasm resources for drought resistance

HE Miao， JIANG Yuanhao， ZHU Chaofan， WANG Yahai， WU Zhongxiang， ZHAO Jianxun， XUAN Zhengying

（Xinjiang Production amp; Construction Corps Key Laboratory of Protected Agricultur/College of Horticulture and Forestry， Tarim University， Aral 843300， Xinjiang， China）

Abstract： In order to evaluate the drought resistance of turnip seedlings and screen the drought-resistant germplasm， 40 turnip germplasm resources were used as experimental materials， and the seedling potting test was set up with two treatments of drought and normal watering to determine 19 drought-resistant evaluation indexes， such as morphological indexes， chlorophyll content， drought index， mortality rate， and so on， and the drought-resistant evaluation and drought resistance identification index screening were carried out on turnip seedlings using correlation analysis， principal component analysis， and the affiliation function method. The results showed that drought stress reduced plant height， stem thickness， leaf length and width， aboveground fresh mass and dry mass， chlorophyll content and other indexes of turnip， but had positive and negative effects on underground indexes. Fourty germplasm could be classified into 11 drought-sensitive varieties， 5 drought-resistant varieties and 24 moderately drought-resistant varieties， among which the drought-resistant turnip material was B9， and the drought-most sensitive material was B2， leaf length， leaf width， petiole length， main root length， root volume， aboveground fresh mass， underground fresh mass， underground dry mass， root-crown ratio， and drought index were used as important indexes for the evaluation of drought resistance of turnip seedlings.

Key words： Turnip; Seedling drought tolerance; Identification and screening

蕪菁（Brassica rapa L.）又命蔓菁、圓根、盤菜等，屬十字花科蕓薹屬二年生草本植物[1]，因具有食用、藥用、飼用3種價值而被廣泛種植[2]。南疆是蕪菁的主要生產地區，由于栽培季節大多在秋冬季，在生長過程中常受到干旱脅迫的影響，產量降低[3]，因此篩選抗旱型種質對蕪菁產業發展具有重要意義。

干旱不僅會使植株大小發生變化，調節植株的生物量，限制細胞的有絲分裂，導致葉面積減小，植株低矮，抑制作物生長[4]，也會影響植物的光合作用和生理生化活動[5-6]，嚴重干旱甚至會導致植株死亡。因此，研究植物的抗旱性具有重要意義。前人已經對蕓薹屬植物的抗旱性進行了大量研究。朱小慧[7]研究表明，油菜地上部鮮質量、莖粗、根粗在干旱脅迫下受到抑制，莖干質量和根干質量升高，葉片干質量下降，根冠比顯著升高；油菜膜脂過氧化水平、抗氧化酶活性、滲透調節物質含量和葉綠素含量都受到干旱脅迫的影響。在干旱脅迫下，植物通過多個性狀的同時變化來抵御逆境，這是一個復雜的過程[8]，通常需要測定多個性狀指標，以抗旱系數為基本評價指標，結合相關性分析、主成分分析、隸屬函數法等統計方法進行抗旱性綜合評價，這些方法已經在油菜[9]、西瓜[10]、馬鈴薯[11]等蔬菜抗旱研究中得到運用。岳瑤琴等[12]采用主成分分析、相關性分析和隸屬函數法，對油菜種質資源抗旱性進行綜合評價與鑒定，篩選出抗旱性較好的資源。劉翔等[13]通過主成分分析、隸屬函數法等分析相關抗旱指標的變化，利用抗旱性綜合度量值D值評價甘藍型油菜苗期抗旱性，結果表明，葉片相對含水量、可溶性蛋白和丙二醛含量可作為甘藍型油菜苗期抗旱性的評價指標。黃倩等[14]通過隸屬函數法篩選出39個油菜干旱敏感品種、8個抗旱品種、32個中度抗旱品種，并表明相對含水量、地上鮮質量、地上干質量、地下鮮質量、地下干質量、過氧化氫酶活性、過氧化物酶活性和脯氨酸含量均可作為油菜苗期抗旱性鑒定的輔助指標。

雖然目前對蕓薹屬植物抗旱性開展了大量研究，但還沒有統一的指標評價標準，很難全面而又準確地進行抗旱性評價[15]。為此，筆者采用苗期盆栽自然干旱脅迫的方法，對40份蕪菁種質進行干旱脅迫處理，對幼苗的各形態指標、葉綠素含量、抗旱指數、死亡率進行比較分析，以期篩選抗旱性較強的蕪菁種質和適宜蕪菁鑒定評價的抗旱指標，為蕪菁抗旱種質篩選和評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為塔里木大學園藝與林學學院前期搜集和保存的40份蕪菁種質（表1）。

1.2 方法

試驗于2023年6月在塔里木大學連棟溫室內進行。采用完全隨機試驗，每份材料32株，3次重復，共96株。每份種質挑選飽滿的種子，播種于32孔育苗穴盤（上口徑58 mm，底部20 mm，高110 mm），育苗基質為草炭∶蛭石∶園土按照2∶2∶1體積比混合。播種后正常水分管理，在幼苗長至4葉1心時采用自然干旱法進行脅迫處理，設置對照（CK，正常澆水）和干旱脅迫處理（T），直到各個材料都表現出旱害癥狀并且與對照有明顯差別時結束試驗。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 生長及生理指標的測定 干旱脅迫10 d后，每個處理隨機選取5株幼苗，3次重復，共15株。清洗并擦干表面水分后，用游標卡尺測量株高（基質表面到生長點的高度）、莖粗（第1節位近子葉部）、葉長、葉寬、葉厚、葉柄長、主根長（基質表面到主根根尖的長度），采用排水法測定5株幼苗的根體積，采用百分之一電子天平稱量5株幼苗的地上和地下部鮮質量、干質量，最后計算根冠比。根冠比=地下部生物量/地上部生物量。

隨機選取幼苗第3片真葉采用95%無水乙醇黑暗浸提法測定葉綠素含量[16]，每個處理5株，3次重復，共15株。

1.3.2 抗旱指數及死亡率的測定 參照左凱峰[17]分級標準（表2）并適當修改，對各個品種的萎蔫情況分級并計算抗旱指數，最后進行抗旱分級。抗旱指數（DRI）=1-（1×S1+2×S2+3×S3+4×S4）/（調查的總植株數×4）；其中，S1、S2、S3、S4分別代表1～4級干旱的植株數。每隔3 d調查各品種幼苗的死亡率，直到幼苗全部死亡，計算死亡率（死亡率/%=死亡株數/總株數×100）。抗旱系數=各指標在干旱脅迫下的值/對照值。

1.4 數據處理與分析

采用 Microsoft Excel 2019 整理試驗數據，采用 SPSS 25.0軟件進行方差分析、獨立樣本t檢驗和Duncan多重對比。參考謝小玉等[18]的方法計算抗旱系數、變異幅度及綜合評價D值。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下蕪菁種質苗期各指標差異分析

由表3可知，干旱脅迫處理組的株高、莖粗、葉長、葉寬、葉厚、葉柄長、主根長、地上鮮質量、地上干質量、葉綠素a含量、葉綠素b含量、總葉綠素含量、葉綠素a/b的均值均低于對照組，下降幅度分別為41.40%、42.68%、24.46%、15.95%、3.03%、20.55%、2.08%、34.80%、36.84%、30.00%、34.92%、34.33%、16.67%；根體積、地下鮮質量和根冠比較對照增加，增加幅度分別為4.35%、9.09%和83.33%；旱害指數和死亡率在干旱脅迫處理下的平均值分別為0.43和68.00%。干旱脅迫下19個指標均發生較大變化，說明這些指標可以用來反映蕪菁苗期的抗旱情況。

在對照中，19個指標的變異系數范圍為0～58.22%，平均為29.17%；在干旱脅迫處理中，19個指標的變異系數范圍為9.80%～91.48%，平均為37.35%，說明試驗選擇的40份蕪菁種質在干旱脅迫下各指標變化較大。利用SPSS中獨立樣本t檢驗對處理組與對照組的數據進行分析，結果表明，株高、莖粗、葉長等14個指標t檢驗顯著性數值均小于0.01，這些數據存在極顯著差異，說明干旱脅迫對這些指標的影響較為顯著。

2.2 干旱脅迫下蕪菁種質苗期各指標抗旱系數分析

由表4可以看出，各指標抗旱系數有較大差異。根冠比抗旱系數的變異系數最大，為80.55%，葉綠素a/b抗旱系數的變異系數最小，為10.69%；主根長抗旱系數的變異系數為19.04%，其他各指標抗旱系數的變異系數均超過20.00%。

從表3、表4可以看出，干旱脅迫下株高、莖粗、葉長、葉寬、葉柄長、地上鮮質量、地上干質量、葉綠素a含量、葉綠素b含量、總葉綠素含量、葉綠素a/b抗旱系數的變異幅度呈下降趨勢，降低幅度為51.07%～96.35%，其中葉長和葉寬抗旱系數下降幅度最大，葉綠素a/b抗旱系數下降幅度最小；葉厚、主根長、根體積、地下鮮質量、地下干質量、根冠比抗旱系數的變異幅度均呈上升趨勢，上升幅度為81.00%～97.91%，其中根冠比上升幅度最大，主根長上升幅度最小。

由此可知，干旱脅迫后各指標抗旱系數均發生較大變化，結合各指標的差異分析，說明這17個指標均對干旱脅迫敏感。

2.3 干旱脅迫下蕪菁種質苗期各指標抗旱系數間相關性分析

由圖1可以看出，苗期19個指標抗旱系數間大多數存在顯著或極顯著的相關關系，葉長與葉寬、葉柄長、地上鮮質量、旱害指數呈極顯著正相關，葉寬與葉柄長、地上鮮質量、旱害指數呈極顯著正相關，葉厚與主根長呈極顯著正相關，根體積與地下鮮質量、地下干質量、根冠比呈極顯著正相關，地下鮮質量與地下干質量、根冠比呈極顯著正相關，地下干質量與根冠比呈極顯著正相關，葉綠素a含量與葉綠素b含量、總葉綠素含量呈極顯著正相關，葉綠素b含量與總葉綠素含量呈極顯著正相關；葉長與葉厚、主根長、死亡率呈極顯著負相關，葉寬與主根長、死亡率呈極顯著負相關，葉厚與根體積、地下鮮質量、地下干質量、根冠比呈極顯著負相關，葉柄長與主根長呈極顯著負相關，主根長與根體積、地上鮮質量、地下鮮質量、地下干質量、根冠比呈極顯著負相關，旱害指數與死亡率呈極顯著負相關。以上結果說明蕪菁幼苗的抗旱性由多個指標共同決定，因此，其抗旱性鑒定評價需要通過多個指標共同完成。

2.4 干旱脅迫下蕪菁種質資源苗期各指標抗旱系數主成分分析

為了綜合評價各抗旱指標，對各指標的抗旱系數進行了主成分分析（表5），共提取了7個主成分，累積貢獻率為85.526%，其中主成分1的特征值為5.760，貢獻率為30.317%，占比較大的是主根長和地下干質量，此成分主要與蕪菁的根系有關，根系發達的材料其抗旱性也強；主成分2的特征值為3.348，貢獻率為17.623%，占比較大的是總葉綠素含量、葉長和葉寬，干旱會影響幼苗葉片的生長和光合色素含量；主成分3的特征值為2.010，貢獻率為10.577%，占比較大的是葉綠素b和總葉綠素含量，此成分主要與幼苗光合作用有關，光合能力強的材料其抗旱性較強；主成分4占比較大的是地上干質量、葉厚、旱害指數和死亡率；主成分5占比較大的是葉綠素a/b和地上鮮質量，主成分6占比較大的是株高和莖粗；主成分7占比較大的是地上干質量。根據主成分分析可知，主根長、地下干質量、總葉綠素含量、葉面積和葉綠素 b含量對蕪菁苗期抗旱性鑒定具有重要作用。

2.5 干旱脅迫下蕪菁種質資源苗期抗旱性的綜合評價

根據公式計算蕪菁幼苗綜合評價D值，D值越大，種質抗旱性越強。根據黃倩[14]的抗旱種質劃分方法并稍作修改，以0.6為閾值，將D值大于0.6定為抗旱種質，將D值小于0.5的定為干旱敏感種質，將D值介于兩者之間的定為中度抗旱種質。由表6可知，40份蕪菁種質根據D值大小，可以劃分為11份干旱敏感種質、5份抗旱種質、24份中度抗旱種質，其中抗旱性最強的種質是B9，D值為0.726；最弱的種質為B2，D值為0.224。

2.6 抗旱性回歸模型建立

以D值為因變量，以各指標抗旱系數為自變量，應用逐步回歸方法建立回歸模型Y=-0.005X1-0.029X2+0.275X3+0.027X4-0.005X5+0.012X6+0.118X7+0.044X8-0.029X9+0.002X10+0.035X11+0.173，R2=0.833 5，plt;0.05，其中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11分別表示株高、葉長、葉寬、葉柄長、主根長、根體積、地上鮮質量、地下鮮質量、地下干質量、根冠比、旱害指數。用回歸方程對40份蕪菁種質各指標的相對值進行預測，將預測D值（表6）和綜合評價值進行相關性分析，相關系數r=0.91，呈極顯著正相關，表明該回歸方程可用于蕪菁抗旱性的綜合評價。因此，株高、葉長、葉寬、葉柄長、主根長、根體積、地上鮮質量、地下鮮質量、地下干質量、根冠比、旱害指數可以作為蕪菁幼苗抗旱性評價的指標。

3 討論與結論

在植物的抗旱性研究中，種質資源田間抗旱性鑒定可以直接評價出耐旱植株，但容易受到其他環境因素的影響，可操作性和可重復性較差[19]。苗期抗旱性鑒定不僅可以有效避免這些問題，而且具有可控性好和周期短等優點[20]，被廣泛應用于多種植物的抗旱品種篩選[21-22]。苗期是蕪菁生長的關鍵階段，此時鑒定蕪菁抗旱性可以成功篩選出耐旱種質。

干旱嚴重影響蕪菁幼苗的生長發育，不同蕪菁種質受干旱脅迫影響差異較大。本試驗研究表明，與對照相比，干旱脅迫顯著降低了蕪菁幼苗的株高、莖粗、葉長、葉寬、葉柄長、地上鮮質量、地上干質量、葉綠素a含量、葉綠素b含量、總葉綠素含量、葉綠素a/b，而根冠比增大，這與張富來[23]、李嘯云等[24]的研究結果基本一致。不同蕪菁資源的葉厚、主根長、根體積、地下鮮質量和地下干質量變化差異較大，干旱脅迫處理和對照之間無規律可循，這與焦志銀等[25]的研究結果基本一致。

合理的抗旱指標對確定植物的抗旱性非常重要。抗旱性評價指標包括植株外觀形態指標[18]、生理生化指標[26]、抗旱指數[27]、存活率[28]等，而且各指標間也相互聯系。筆者通過相關性分析發現，33對性狀指標表現出極顯著相關性，又結合回歸方程分析，發現株高、葉長、葉寬、葉柄長、主根長、根體積、地上鮮質量、地下鮮質量、地下干質量、根冠比、旱害指數可作為蕪菁幼苗抗旱性評價的指標，這與陳嬌等[29]的研究結果基本一致，認為光合參數指標、含水量指標、植株形態和根系性狀指標與苗期的抗旱性關系密切。

植物的抗旱性是由遺傳和環境因素共同決定的復雜性狀，不同品種的抗旱性存在差異，不能只用單一指標進行評價，多個指標的綜合評價在馬鈴薯[30]、小麥[31]、苜蓿[32]等植物抗旱性鑒定中廣泛應用。筆者采用相關性分析、主成分分析、隸屬函數法等對40份蕪菁種質進行綜合評價，并篩選出干旱敏感和抗旱型種質，這與高亞寧[33]的研究結果基本一致，此方法可用于蕪菁幼苗的抗旱性評價。

綜上所述，干旱脅迫降低了蕪菁幼苗的株高、莖粗、葉長、葉寬、地上部鮮質量和干質量、葉綠素含量等指標，但對地下部相關指標的影響有正負兩種結果；40份蕪菁種質可以劃分為11份干旱敏感種質、5份抗旱種質、24份中度抗旱種質，苗期抗旱性強的蕪菁材料是B9，干旱最為敏感的材料是B2；株高、葉長、葉寬、葉柄長、主根長、根體積、地上鮮質量、地下鮮質量、地下干質量、根冠比、旱害指數可以作為蕪菁幼苗抗旱性評價的指標。

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