王利琴， 楊建春， 張永福， 鄭敏娜

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所， 山西 大同 037008)

胡麻(LinumusitatissimumL.)，即油用亞麻，是我國北方一種重要的油料作物。據(jù)統(tǒng)計，胡麻種植面積近 70 萬hm2，主要分布于甘肅、河北、山西、內(nèi)蒙、寧夏等省區(qū)[1-2]。由于胡麻具有較強的抗旱、耐寒、適應(yīng)性廣等特性，在北方油料生產(chǎn)中具有舉足輕重的作用[3]。在北方地區(qū)，由于雨水條件的限制，干旱是影響農(nóng)作物生長和產(chǎn)量提升最重要的環(huán)境因素[4-5]。在受自然降水影響極大的生產(chǎn)區(qū)域，胡麻產(chǎn)量和品質(zhì)的提升只有通過培育和應(yīng)用抗旱性和適應(yīng)性最強的品種來實現(xiàn)[6]。在受到干旱脅迫后，各作物品種均會在形態(tài)和生理等方面做出階段性的響應(yīng)策略[7-10]，但各抗旱指標(biāo)的變化協(xié)調(diào)能力以及抵御干旱的時間與品種本身存在很大的相關(guān)性。因此，了解干旱條件下不同胡麻品種的抗干旱能力，可為區(qū)域種質(zhì)資源的推廣、利用提供數(shù)據(jù)和理論支持。

多年來，眾多學(xué)者在胡麻抗干旱脅迫方面做了大量的科學(xué)研究，并得出了一些相關(guān)結(jié)論和觀點。吳瑞香[11]、鄧欣[12]、何麗[13]等學(xué)者認(rèn)為，抗性強的品種在滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)積累、酶活性存有率、膜脂過氧化程度的調(diào)節(jié)幅度明顯高于抗性弱的品種，抗旱性較強的品種的響應(yīng)協(xié)調(diào)能力更迅速。前人的研究結(jié)論為本研究的開展奠定了堅實的理論基礎(chǔ)和可行的試驗手段，但是本區(qū)域生態(tài)條件下的胡麻種質(zhì)資源研究多側(cè)重于以胡麻種質(zhì)資源的某種農(nóng)藝性狀或者生理生化指標(biāo)進(jìn)行單獨分析，而針對胡麻品種的綜合評價的研究較少。因此，本研究通過分析干旱脅迫下胡麻種子萌發(fā)情況、植株地上及根系形態(tài)特征、生理生化特征，探尋干旱脅迫下不同胡麻品種根系形態(tài)和生理指標(biāo)的變化特點，以期為半干旱區(qū)油料生產(chǎn)中胡麻品種的選擇提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用3個擬推廣的胡麻品種為試驗材料，均由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所胡麻課題組提供，分別為隴亞12號、輪選2號和晉亞13號。隴亞12號，品質(zhì)優(yōu)良，含油率平均為40.49%；輪選2號，抗旱、抗倒伏，平均含油率41.36%；晉亞13號，抗旱性較強，平均含油率43.01%。

1.2 試驗方法

2019年5月，在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒區(qū)作物研究所試驗基地，采用營養(yǎng)液沙培法，將經(jīng)75% 乙醇消毒處理后的胡麻種子置于鋪放雙層濾紙培養(yǎng)皿內(nèi)，在25 ℃恒溫培養(yǎng)箱中催芽，且使濾紙每天均保持濕潤，待種子長出5～7 mm的胚根后，轉(zhuǎn)移至裝有細(xì)沙的塑料花盆中(細(xì)沙高溫滅菌，花盆直徑為10 cm，高度為15 cm)，每盆保留生長一致的幼苗8株，在25 ℃的透光溫室內(nèi)培養(yǎng)，移栽后的7 d內(nèi)每天清水澆灌；自第14天起用Hoagland 營養(yǎng)液澆灌，保證幼苗正常生長；培養(yǎng)幼苗生長至第60天，利用PEG-6000，設(shè)置對照(0 MPa)、輕度干旱(-0.4 MPa)、中度干旱(-0.8 MPa)、重度脅迫(-1.2 MPa)4個水勢梯度；每個品種的每個處理3次重復(fù)，共計12個樣品；脅迫處理開始后，每隔3 d 每盆澆灌350 mL不同水勢的Hoagland營養(yǎng)液，脅迫周期為9 d，第10天各處理同時取樣，測定各項指標(biāo)，并對各指標(biāo)平均值進(jìn)行方差分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析。

1.3 測定項目和方法

1.3.1植株形態(tài)特征的測定

脅迫至第10天時，各處理同時取樣，每個處理選取10株，測定植株的高度和主莖分枝數(shù)。

1.3.2水分參數(shù)和生理指標(biāo)的測定

脅迫至第10天時，各處理同時取樣，測量植株的葉片相對含水量、氣孔導(dǎo)度、水勢等。其中，葉片相對含水量的測量參照李躍等[14]的方法。計算公式為：

其中，W1為葉片鮮重，W2為葉片用濕潤的紗布包裹復(fù)水30 min后的重量，W3為葉片65 ℃烘干后的重量；葉片氣孔導(dǎo)度采用Li-6400光合儀測量植株最頂端完全展開的葉片；葉水勢測量采用Psypro水勢測量系統(tǒng)測定；將準(zhǔn)備測定生理生化指標(biāo)的植株樣品，用濾紙吸干表面水分后立即投入液氮中保存，分別測定游離脯氨酸含量[15]、可溶性蛋白含量[15]、可溶性糖含量[15]、丙二醛(MDA)含量[15]、過氧化氫酶(CAT)活性[15]等指標(biāo)。

1.3.3萌發(fā)率的統(tǒng)計

種子收獲后，每品種選取大小均勻的種子各30粒置于鋪放雙層濾紙培養(yǎng)皿內(nèi)，用蒸餾水培養(yǎng)測定種子的萌發(fā)率，3次重復(fù)。

萌發(fā)率(%)=(7 d時發(fā)芽種子總數(shù)/供試種子總數(shù))×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用 Microsoft Excel軟件和SPSS 22.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，采用Duncan 法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對胡麻株高和主莖分枝數(shù)的影響

在不同處理水平的干旱脅迫下，3個參試品種的株高品種間差異均不顯著，但3個參試品種在中度干旱和重度干旱處理下與對照處理間差異顯著(p<0.05)，在重度干旱脅迫時株高最低(圖1)。主莖分枝數(shù)的變化特點與株高的變化特點基本一致(圖2)，3個參試品種在中度干旱和重度干旱處理下與對照處理間差異顯著(p<0.05)。

圖2 干旱脅迫對不同胡麻品種主莖分枝數(shù)的影響Fig.2 Effects of drought stress on branch number of main stem of different L. usitatissimum varieties

注：不同的小寫字母表示同一品種不同干旱脅迫處理之間的差異顯著(p<0.05)，不同的大寫字母表示同一脅迫處理下不同品種之間的差異顯著(p<0.05)。下同。圖1 干旱脅迫對不同胡麻品種株高的影響Fig.1 Effects of drought stress on plant height of different L. usitatissimum varieties

2.2 干旱脅迫對胡麻葉片水分生理參數(shù)的影響

在不同處理水平的干旱脅迫下，3個參試品種的氣孔導(dǎo)度品種間差異均不顯著，但3個參試品種不同干旱脅迫處理之間的差異顯著(p<0.05)，表現(xiàn)出持續(xù)下降的變化趨勢，在重度干旱脅迫時最低(表1)。其中，輕度干旱脅迫下，3個胡麻品種的葉片氣孔導(dǎo)度顯著下降(p<0.05)，尤以晉亞11號的下降速率最快；至中度干旱脅迫時，輪選2號與晉亞11號2個品種的氣孔導(dǎo)度與對照處理差異顯著(p<0.05)；至重度干旱脅迫時，隴亞12號和輪選2號胡麻品種的氣孔導(dǎo)度繼續(xù)降低，而晉亞11號的氣孔導(dǎo)度值有小幅度的增加，但3個參試品種均與中度干旱脅迫處理間差異不顯著。

表1 干旱脅迫對葉片氣孔導(dǎo)度、葉水勢和葉片相對含水量等參數(shù)的影響

隨著干旱脅迫的增強，3個參試胡麻品種的葉水勢表現(xiàn)出持續(xù)下降的趨勢，隴亞12號和輪選2號在重度脅迫下差異顯著(p<0.05)，其余處理下各品種間均差異不顯著(表1)；輪選2號的水勢僅在重度干旱脅迫下與其他3個處理間差異顯著(p<0.05)。此外，僅在重度干旱脅迫下，3個參試品種的葉片相對含水量品種間差異顯著(p<0.05)(表1)。

2.3 干旱脅迫對胡麻葉片生理生化參數(shù)的影響

與對照相比(表2)，干旱脅迫處理顯著增加了參試胡麻品種葉片游離脯氨酸的含量，3個參試品種在不同干旱脅迫梯度下均與對照差異顯著(p<0.05)。在正常供水時(對照)，隴亞12號的游離脯氨酸含量顯著低于輪選2號和晉亞11號(p<0.05)；至輕度干旱脅迫時，隴亞12號、輪選2號和晉亞11號的葉片游離脯氨酸含量均顯著增加(p<0.05)，其中，隴亞12號的增幅最大；中度干旱至重度干旱脅迫時，3個參試品種的葉片游離脯氨酸含量增幅較小，品種間和處理間差異均不顯著。除對照外，3個參試品種的游離脯氨酸的含量品種間差異顯著。

表2 干旱脅迫對不同胡麻品種葉片游離脯氨酸、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、MDA含量和CAT活性的影響

隨著干旱脅迫程度的增加，隴亞12號的葉片可溶性蛋白含量表現(xiàn)出先增后降的趨勢，在中度干旱脅迫時增值最大值，為4.33 mg·g-1，與對照差異顯著(p<0.05)；輪選2號胡麻的可溶性蛋白含量在中度脅迫時明顯降低，各處理間差異不顯著；而晉亞11號的葉片可溶性蛋白含未發(fā)生顯著變化，各處理間差異不顯著(表2)。在4個干旱處理梯度下，隴亞12號和輪選2號胡麻葉片的可溶性蛋白含量含量均顯著低于晉亞11號(p<0.05)。

3個參試胡麻品種的葉片可溶性糖含量均隨著脅迫程度的增加表現(xiàn)出先增加后降低的變化趨勢(表2)。在輕度干旱脅迫時，隴亞12號、輪選2號和晉亞11號葉片可溶性含量均顯著增加，且三者均增至最大值。在不同干旱脅迫處理梯度下，隴亞12號和輪選2號胡麻葉片的可溶性糖含量均顯著低于晉亞11號(p<0.05)。

與對照相比，干旱脅迫處理顯著增加了參試胡麻品種葉片MDA的含量(表2)，其中，隴亞12號、輪選2號和晉亞11號葉片MDA含量在輕度干旱脅迫下開始顯著增加，且在重度脅迫時增至最大值(p<0.05)。 除在重度干旱脅迫梯度外，隴亞12號的MDA含量均顯著低于輪選2號和晉亞11號(p<0.05)。此外，在重度脅迫處理下，3個品種種間差異顯著(p<0.05)。

與對照相比，干旱脅迫處理顯著增加了參試胡麻葉片CAT活性(表2)。隴亞12號的葉片CAT 活性在輕度脅迫時顯著增加，且在重度干旱脅迫時增至最高值，較對照增加 510.97%(p<0.05)；輪選2號的葉片CAT活性在中度干旱脅迫時增至最大值，較對照增加91.15%；晉亞11號的葉片CAT 活性在重度干旱脅迫增至最大值，較對照增加196.91%。此外，在中度脅迫處理下，3個品種種間差異顯著(p<0.05)。

2.4 種子萌發(fā)率的統(tǒng)計

種子成熟收獲后統(tǒng)計3個不同胡麻品種的萌發(fā)率，結(jié)果見表3。從表3可知，3個品種的種子均在試驗的第3天開始大量萌發(fā)，至第5天萌發(fā)速率最快，至第7天隴亞2號的萌發(fā)率達(dá)到了89%，與輪選2號種間差異顯著(p<0.05)，與晉亞11號之間差異不顯著。

表3 種子的萌發(fā)率

2.5 灰色關(guān)聯(lián)度綜合評價

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度理論[16]，將3個供試胡麻品種的株高(X1)、主莖分枝數(shù)(X2)、氣孔導(dǎo)度(X3)、葉水勢(X4)、葉片相對含水量(X5)、游離脯氨酸(X6)、可溶性蛋白(X7)、可溶性糖(X8)、MDA(X9)、CAT(X10)、種子萌發(fā)率(X11)等11個指標(biāo)性狀視為一個整體，將這11個指標(biāo)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析[16]，關(guān)聯(lián)度值越大，表明該品種的綜合表現(xiàn)越好。本研究中分辨系數(shù)ρ取值為0.5?；疑P(guān)聯(lián)度分析結(jié)果(表4)表明，隴亞12號的加權(quán)關(guān)聯(lián)度值最大，為0.867 2，綜合表現(xiàn)最好。

表4 不同胡麻品種的關(guān)聯(lián)度及排序

3 討 論

干旱脅迫下，地上株高和主莖分枝數(shù)均明顯受到了抑制，且干旱脅迫程度越高，生長受到的影響越大。葉片相對含水量和葉水勢是公認(rèn)的指示植物葉片的保水力的重要指標(biāo)，此外，植物葉片在感受到水分虧缺時亦會通過調(diào)控氣孔開關(guān)來最大限度的維持機體水分平衡[14]。Antolin等[17]研究表明，在干旱逆境下，抗旱性強的品種葉片保水能力強，相對時間內(nèi)其葉片相對含水量下降的幅度較小，而葉水勢下降的幅度較大。本研究中，3個參試品種的綜合保水能力由高到低依次為隴亞12號>晉亞11號>輪選2號。這與植物實際表現(xiàn)出來的萎蔫程度是一致的。

研究表明，脯氨酸是維持細(xì)胞膨壓所需的一種主要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，能夠保護(hù)植物免受氧化脅迫的損傷，是生物體內(nèi)重要的滲透劑和有效的羥基自由基清除劑[12,18-20]，本研究結(jié)果表明，不同干旱脅迫梯度下，胡麻葉片的滲透調(diào)節(jié)能力因品種不同而有所差別，例如晉亞11號葉片是通過自身具有的高滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來適應(yīng)干旱脅迫，而隴亞12號和輪選2號則主要是通過快速增加其葉片的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量來抵御干旱；干旱脅迫狀態(tài)下，植物葉片中的可溶性蛋白含量或可溶性糖會被機體重新分配與運輸，以保證具有生活力的葉片能夠進(jìn)行光合作用[21]；MDA含量則主要反映細(xì)胞膜脂過氧化的程度[22]，與其體內(nèi)有效的酶促清除系統(tǒng)密切相關(guān)，隴亞12號葉片的MDA 含量低于輪選2號和晉亞11號，說明隴亞12號葉片的細(xì)胞膜系統(tǒng)能夠保持相對較高的完整性，受到外界環(huán)境的傷害較小，間接地體現(xiàn)出較強的抗旱性；而CAT作為植物活性氧代謝的關(guān)鍵酶，主要負(fù)責(zé)清除植物體內(nèi)H2O2，從而保證較低的活性氧水平[23]。一般認(rèn)為，干旱脅迫下，抗旱性強的胡麻體內(nèi)的CAT活性存有率較高。例如隴亞12號和輪選2號葉片內(nèi)CAT活性存有率較高，最先啟動抗氧化保護(hù)系統(tǒng)，而晉亞11號的抗氧化保護(hù)系統(tǒng)啟動較慢，葉片細(xì)胞受傷害程度相對較高。此外，經(jīng)抗旱鍛煉后，隴亞12號的種子萌發(fā)率顯著高于輪選2號。

4 結(jié) 論

綜合比較各參試指標(biāo)的變化特點和規(guī)律發(fā)現(xiàn)，在不同脅迫處理梯度下，3個參試品種的株高和主莖分枝數(shù)種間差異不明顯，葉片相對含水量和氣孔導(dǎo)度在明顯下降；干旱脅迫會顯著影響供試胡麻品種的生理特性；經(jīng)灰色關(guān)聯(lián)度綜合分析，認(rèn)為在本區(qū)域綜合生產(chǎn)性能表現(xiàn)最好的品種是隴亞12號，在北方較干旱地區(qū)可優(yōu)先進(jìn)行推廣利用；晉亞11號和輪選2號需要進(jìn)一步觀察和試驗。