4份菊苣種質材料苗期抗旱性評價

劉建寧，石永紅，侯志宏，王運琦，李鵬，邢亞亮，吳欣明，張燕

（1.山西省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所，山西 太原030032；2.山西省農業(yè)廳，山西 太原030001）

＊菊苣（Cichoriumintybus）又稱咖啡草、咖啡蘿卜，為菊科菊苣屬多年生草本植物，廣布于亞洲、歐洲、美洲及大洋洲，在我國分布于西北、東北、華北等地，常見于山區(qū)、田邊及荒地。20世紀90年代我國從新西蘭引進，在山西、四川、陜西等地引種［1－3］。菊苣不僅是一種廣泛利用的菜葉類蔬菜植物，高產優(yōu)質的飼用牧草，且根中含有豐富的菊糖和芳香族物質，可提制代用咖啡，根中提取的苦味物質可提高消化器官的活動能力，具有飼用、藥用、食用和蜜源用等多方面的開發(fā)潛力，因而倍受國內外科學工作者的廣泛關注［4，5］。四千年前古埃及就利用其根作咖啡的代用品，嫩葉供食用，古希臘和古羅馬時代也已開始利用這種植物［6］。約1870年出現(xiàn)于布魯塞爾并被廣泛利用種植［6］。而最早對菊苣綜合介紹的是法國的Plumier［6］，1972年他詳細的介紹了菊苣的生物學特性、栽培技術和品種改良等方面。1990年Nicola和Vincenzo［7］在意大利就進行了不同的收獲期對2個菊苣品種的產量及質量影響的研究。在波蘭Bahid［8］于1994－1996年進行了天氣狀況（太陽輻射量、光照和積溫）對菊苣根成熟的影響，同時評估了利用熱量需要量對收獲時期進行預測的可能性［8］，Rodkiewicz［9］于1999和2000年，進行了不同的播種期對菊苣產量的研究。1988年山西省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所將新西蘭培育的普納菊苣（Cichoriumintybuscv.Puna）引進我國種植［1］。高洪文和馬明榮（1991）［1］、劉大林和張萬鑫（1998）［3］、李辰瓊和韓永芬（2003）［10］，韓永芬等（2004）［11］、代立蘭（2005）［12］、孟林等（2005）［13］先后在山西、江蘇、貴州、甘肅和北京進行了菊苣引種及栽培技術研究。葛榮朝等（2002）［14］、李明勝（2005）［15］、程林梅等（2004）［16］對普那菊苣的染色體進行了核型分析和遺傳轉化體系建立研究。羅燕等（2010）［17］對48份菊苣種質材料進行了遺傳多樣性的SRAP研究。任克良等（2002）［18］、梁茂文（2002）［19］、張俊寶和張霞光（2002）［20］、魏磊（2004）［21］分別進行了菊苣飼喂奶牛、肉兔、波爾山羊和豬的試驗研究。國內外有關菊苣的植物學特性、生產性能評價、引種馴化栽培、染色體組及細胞遺傳學、飼用利用、系列產品開發(fā)等方面的研究報道較多，但關于其抗旱性的研究報道很少。本研究對菊苣種質材料進行抗旱性研究評價，旨在篩選耐旱菊苣種質材料，為抗旱菊苣新品種選育提供基礎材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為4個菊苣品種（系），試驗編號分別為C1、C2、C3和C4，C1為普納菊苣，C2和C3為普納菊苣的變異品系（C2葉片羽狀深裂，C3葉片全緣），C4為將軍菊苣（C.intybuscv.Commander）。C1、C2、C3由山西省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所提供，C4由百綠國際草業(yè)（北京）有限公司提供。

1.2 試驗設計

試驗于2008年12月－2009年1月在山西省農業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所試驗溫室進行，鋼架陽光板溫室，太原市熱力公司統(tǒng)一供熱，室內溫度8～30℃，自然采光，中午通風換氣30 min，相對濕度45%～60%。采用苗期土壤干旱－復水法。試驗選用大田壤土，過篩，去掉石塊、雜質，用無孔塑料箱（內徑長49 cm、寬32 cm、高22 cm），每箱裝土壤20 kg（土壤含水量16.31%），用硬紙片將塑料箱平均分隔成2塊，每塊播種1份試驗材料。將種子均勻撒播于箱中，覆蓋沙土1～2 cm，然后用水澆透，2～3片真葉時，間苗定苗，每箱中每個材料選留10株長勢均勻的幼苗。試驗設對照、連續(xù)干旱處理、反復干旱處理3組，3次重復。對照組和連續(xù)干旱處理組幼苗生長到4～5片真葉時進行干旱脅迫處理，干旱脅迫前將水澆透，分別于干旱脅迫第0天（CK），5，10，15，20，25 d（復水后第5天）上午8：30取樣，采取混合取樣法，每個處理隨機取3～5個葉片，帶回實驗室用紙巾擦干凈，用剪刀剪成小塊，取樣測定葉片含水量、相對含水量、相對電導率、可溶性糖含量、脯氨酸含量等生理指標。對照組和反復干旱處理組，對照組正常澆水，反復干旱處理組幼苗嚴重萎蔫后澆水，干旱脅迫第20天測定株高、地上及地下生物量，計算根冠比、株高脅迫指數(shù)、干物質脅迫指數(shù)。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 葉片含水量、相對含水量及其下降百分率 干旱脅迫處理第0天（CK）、5，10，15，20，25 d（復水后第5天），采用烘干稱重法測定并計算葉片含水量、相對含水量及其降低百分率［22，23］。

式中，Wf為葉片鮮重（g），Wd為葉片干重（g），Wt為葉片飽和鮮重（g）。

1.3.2 葉片滲透液相對電導率及其增加百分率 干旱脅迫處理第0天（CK）、5，10，15，20，25 d（復水后第5天），用DDS－11A型數(shù)字顯示電導儀測定外滲液的電導率，計算相對電導率及其增加百分率［21，22］。

1.3.3 葉片可溶性糖含量及其增加百分率 干旱脅迫處理第0天（CK）、5，10，15，20，25 d（復水后第5天），采用蒽酮法測定并計算可溶性糖含量［22，23］。

式中，C為從標準曲線查得葡萄糖量（μg），V T為樣品提取液總體積（m L），V1為顯色時取樣品提取液量（m L），W為樣品重（g）。

1.3.4 葉片游離脯氨酸含量及其增加率 干旱脅迫處理第0天（CK）、5，10，15，20，25 d（復水后第5天），采用茚三酮法測定并計算游離脯氨酸含量［24］。

式中，X為從標準曲線查得脯氨酸含量（μg），V T為樣品提取液總體積（m L），V1為顯色時取樣品提取液量（m L），W為樣品重（g）。

1.3.5 干物質脅迫指數(shù)和株高脅迫指數(shù) 反復干旱脅迫處理第20天，測定對照和干旱脅迫處理牧草株高、地上及地下生物量，然后按下列公式計算株高和干物質脅迫指數(shù)［23，24］。

1.3.6 生物量根冠比 反復干旱脅迫處理第20天，測定對照和干旱脅迫處理地上及地下生物量，計算生物量根冠比［23，25］。

1.3.7 抗旱性綜合評價 抗旱性綜合評價采用隸屬函數(shù)法［26，27］。利用下列公式對各項測定指標進行標準化處理，最后把每份材料的各項指標隸屬函數(shù)值進行累加，求平均值，平均值越大，表示抗旱性越強［27］。

式中，x為各材料的某一指標測定值，xmin為該指標的最小值，xmax為該指標的最大值。如果某一指標與抗旱性正相關用R（u）計算，反之，則用R（u）－1計算。

1.4 試驗數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel預處理后，再用DPS進行方差分析及Duncan’s多重比較。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下菊苣葉片含水量的變化

水分是維持植物體正常生理作用的基礎，葉片含水量與葉片相對含水量可以反映植物體內水分虧缺程度，干旱脅迫下植物葉片含水量及相對含水量越高，葉片持水力越強，植物抗旱性越強［27－31］。4份供試菊苣材料葉片含水量和相對含水量均隨著干旱脅迫的加重而逐漸下降，復水5 d后均有不同程度的恢復，C2葉片含水量及葉片相對含水量下降幅度最小，分別為4.73%和7.24%，C1、C4、C3葉片含水量及葉片相對含水量下降幅度稍大，含水量下降百分率在6.42%～7.12%，相對含水量下降百分率在9.15%～9.76%，說明C2保水能力和抗旱性較強（表1，2）。

2.2 干旱脅迫下菊苣葉片細胞膜相對透性的變化

干旱脅迫發(fā)生時，葉片細胞膜容易受到損傷，膜透性增加，細胞內含物外滲［32］，外滲液電導率越高，質膜損傷程度越大，抗逆性越弱［33］。供試的4份菊苣材料的電導率隨干旱脅迫的加劇而逐漸增大，復水后略有下降。干旱脅迫第20天，C3和C4的電導率增加百分率較高，分別為91.76%和90.62%，C1和C2的電導率增加百分率較小，分別為52.91%和61.11%，表明干旱脅迫時，C1和C2葉片細胞膜受損程度相對較小，抗性較強（表3）。

2.3 干旱脅迫下菊苣葉片可溶性糖含量的變化

可溶性糖是植物體內重要的滲透調節(jié)物質之一，干旱脅迫發(fā)生時植物通過積累可溶性糖等滲透調節(jié)物質，降低葉片水勢，增強吸水力，且隨干旱時間延長和脅迫程度加大而增加，由此成為植物抗旱性的一個主要特征［29，34］。孫鐵軍等［23］對無芒雀麥（Bromusinermis）等10種禾草苗期抗旱性研究表明，干旱脅迫下抗旱性強的無芒雀麥可溶性糖增加百分率相對較高。供試菊苣材料的葉片可溶性糖含量隨干旱脅迫程度增加而大幅度升高，復水后大幅度降低，但沒有恢復到對照水平。干旱脅迫第20天，4份菊苣材料的可溶性糖含量水平均較高，C2葉片可溶性糖含量增加幅度較大，達1 146%，C1、C3、C4增加幅度較小，在416%～612%，C2抗旱性較強，C1、C3、C4抗旱性相對較差 （表4）。

表1 不同程度干旱脅迫下菊苣葉片含水量Table 1 Leaf water content of C.intybus under different treatments of water stress %

表2 不同程度干旱脅迫下菊苣葉片相對含水量Table 2 Leaf relative water content of C.intybus under different treatments of water stress %

表3 不同程度干旱脅迫下菊苣葉片相對電導率Table 3 Leaf relative electrical conductivity of C.intybus under different treatments of water stress %

表4 不同程度干旱脅迫下菊苣葉片可溶性糖含量Table 4 Leaf soluble sugar content of C.intybus under different treatments of water stress μg／g FW

2.4 干旱脅迫下菊苣葉片脯氨酸含量的變化

國內外有關植物滲透調節(jié)物質中，以對脯氨酸的研究最多，但結果各異［35］。1954年Kemble和Macpherson研究黑麥（Secalecereale）時，首先發(fā)現(xiàn)干旱下游離脯氨酸大量積累，此后在大麥（Hordeumvulgare）、小麥（Triticumaestivum）、水稻（Oryzasativa）、高粱（Sorghumbicolor）、大豆（Glycinemax）、棉花（Gossypiumspp.）、煙草（Nicotianatabacum）上得到證實，各種逆境都會引起植物體內Pro積累，特別是干旱脅迫積累最多，可比原始含量增加幾十倍到幾百倍［36］。有研究表明：逆境下抗逆性較弱的品種積累脯氨酸較少，而抗逆性較強的品種脯氨酸積累較多［37］。但有些研究結論正好相反，認為脯氨酸積累的多少是一個脅迫傷害指標，而非抗性指標［38，39］。本研究結果表明（表5），輕度干旱脅迫期間（0～10 d），4份供試菊苣葉片脯氨酸含量出現(xiàn)小幅下降，隨后開始快速增加；中度干旱脅迫期間（10～15 d），增加幅度減緩；重度干旱脅迫期間（15～20 d），大幅度增加；復水后（20～25 d），急劇下降。C2脯氨酸增加幅度較大，達到1 060%，C4、C1和C3脯氨酸增加幅度稍小，在872%～935%。

表5 干旱脅迫下菊苣葉片脯氨酸含量Table 5 The Pro of C.intybus under different treatments of water stress μg／g FW

2.5 干旱脅迫下菊苣生物量、株高的變化

植物在干旱等逆境脅迫下，生長發(fā)育受抑，株高和生物量會明顯降低，抗旱性強的品種自我調節(jié)能力強，生長受抑程度較小。郭穎等［40］研究表明隨著土壤水分含量的降低，白羊草（Bothriochloaischaemum）、冰草（Agropyroncristatum）、無芒隱子草（Cleistogenessongorica）、長芒草（Stipabungeana）等4種禾草的株高生長速度、株高生長量、單葉葉面積擴展速率均受到抑制，抗旱性弱的長芒草所受影響最大，抗旱性中等的無芒隱子草次之，抗旱性強的白羊草和冰草所受影響最小。本研究結果表明，4份供試菊苣在嚴重干旱脅迫下的生物量和株高均低于對照（表6），其中C1在干旱脅迫下地上及地下生物量均最高，C2株高最高。從生物量和株高來看，C1和C2抗旱性強于C3和C4。

表6 干旱脅迫下菊苣的生物量和株高Table 6 Dry matter and plant height of C.intybus under water stress

2.6 干旱脅迫下菊苣株高脅迫指數(shù)、干物質脅迫指數(shù)及根冠比的變化

植物長期處于干旱狀態(tài)下，冠層同化物向根系分配增多，促進根系生長，使根冠比增加，抗旱性強的植物根冠比相對抗旱性弱的植物大［25］。干物質脅迫指數(shù)和株高脅迫指數(shù)在植物抗旱性研究中也有一定的應用，一定時間的干旱脅迫后，干物質與株高脅迫指數(shù)越大，抗旱越強［24］。4份材料之間株高脅迫指數(shù)、干物質脅迫指數(shù)差異不顯著，根冠比差異顯著，C1和C2根冠比均顯著高于C3和C4（P＜0.05）（表7）。從株高脅迫指數(shù)和生物量脅迫指數(shù)來看，C1、C2、C4抗旱性強于C3。從根冠比來看，C1、C2抗旱性強于C3和C4。

表7 干旱脅迫下菊苣的株高和干物質脅迫指數(shù)及根冠比Table 7 Plant height stress index and dry matter stress index，root／shoot of C.intybus under water stress

2.7 菊苣抗旱性綜合評價

植物抗旱機理比較復雜，用某項單一指標來確定植物抗旱性強弱難度較大［23，41］，利用生長指標和生理指標進行綜合評價，是一種客觀、有效的抗旱性評價方法［27］。本研究對4份菊苣材料干旱脅迫處理20 d的地上生物量、地下生物量、株高、株高脅迫指數(shù)、干物質脅迫指數(shù)、根冠比、含水量、相對含水量、膜透性、可溶性糖、脯氨酸等11個指標進行隸屬函數(shù)處理，結果表明，C2、C1隸屬函數(shù)平均值明顯高于C4和C3，C2和C1差異不明顯。從抗旱性綜合評價結果來看，4份菊苣材料抗旱性由強到弱的順序為C2＞C1＞C4＞C3（表8）。

3 結論

通過對4份菊苣材料的葉片含水量、相對含水量、地上生物量、地下生物量、株高、株高脅迫指數(shù)、干物質脅迫指數(shù)、根冠比、細胞膜透性、可溶性糖、脯氨酸等11個指標進行比較分析，認為葉片含水量、相對含水量、株高、根冠比、細胞膜透性、可溶性糖可以作為菊苣抗旱性評價的主要指標，地上生物量、地下生物量、株高脅迫指數(shù)、干物質脅迫指數(shù)、脯氨酸僅可作為菊苣抗旱性評價的參考指標。

植物抗旱機理比較復雜，利用單一指標評價有失偏頗，采用多指標隸屬函數(shù)法綜合評價分析，可以客觀地評價植物的抗逆性。C1（普納菊苣）、C4（將軍菊苣）為國家草品種審定委員會審定的引進菊苣品種，C2、C3是從普納菊苣中篩選出的2種形態(tài)差異較大的新材料。經(jīng)過近十年的田間觀測比較，C2葉片羽狀深裂，抗旱性較強，C3葉片全緣型，比較喜水。本研究對4份菊苣材料的11個抗旱性指標進行綜合評價分析，得出4份菊苣材料抗旱性由強到弱的順序為C2＞C1＞C4＞C3，該結果與田間觀測結果相一致。

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