開花期干旱脅迫對黑龍江省不同年份育成大豆品種光合特性的影響

鄭偉　劉成貴　郭泰　王志新　李燦東　張振宇　王慶勝　張茂明　劉忠堂

摘要：為了明確干旱對黑龍江省不同年份育成大豆品種光合特性的影響，選用1985--2010年期間育成的5個代表性大豆品種為試材，在開花期設置了輕度脅迫（田間最大持水量55%-60%），重度脅迫（田間最大持水量35%-40%）和正常水分管理（田間最大持水量75%-80%），對光合特性進行了分析。結果表明：隨著干旱強度的增強，不同年份品種單株葉面積、葉色值、凈光合速率和單株粒重均呈下降趨勢，但不同品種之間下降趨勢存在差異。在干旱脅迫條件下隨著品種育成時間的推移單株葉面積、葉色值、凈光合速率和單株粒重降低百分率等均呈先升高后降低的趨勢；輕度干旱條件下單株葉面積、葉色值、凈光合速率和單株粒重下降百分率與育成年份相關達到顯著或極顯著水平（R²=0.7673、R²=0.8410、R²=0.9045、R²=0.9872），重度干旱條件下單株葉面積下降百分率與育成年份相關不顯著（R²=0.6057）、葉色值、凈光合速率和單株粒重下降百分率與育成年份相關均達到極顯著水平（R²=0.9775、R²=0.9332、R²=0.9699）。從單株葉面積、葉色值、凈光合速率和單株粒重的變化趨勢可以看出，隨著品種的遺傳改良，黑龍江省不同年份育成大豆品種的抗旱能力呈先降低后升高的趨勢。

關鍵詞：大豆；不同年份；光合特性；遺傳改良

中圖分類號：S52 文獻標志碼：A 論文編號：cjasl4120031

引言

大豆是需水量較大的作物，根系淺且不發達，水分利用效率低，因此，大豆生產極易受到干旱脅迫的影響，尤其是生殖生長期，是大豆對水分脅迫最為敏感時期，此時受到干旱脅迫，大豆群體的葉面積指數、葉綠素含量和凈光合速率等光合生理指標均會受到不同程度的影響，導致產量下降。黑龍江省是中國大豆主產區，氣候特點屬于溫帶大陸性季風氣候，降水不足，且季節性分布明顯，作物生長期間極易受到階段性干旱的影響，因此，探討黑龍江省大豆品種遺傳改良過程中對干旱脅迫能力的變化規律，對于穩定黑龍江省大豆生產，保證全國大豆供應具有重要意義。關于品種的遺傳改良國內外學者做了廣泛的研究，鄭洪兵等認為，隨著育成年份的推移大豆株高降低、節數增加、節問縮短、單株葉面積和葉形指數增加；楊秀紅等對與抗旱性關系密切的根系進行了遺傳改良規律研究，認為大豆根系向著體積增大，表面積增加的方向發展；費志宏等分別對黑龍江省1981-2000年間育成的早熟和中熟大豆品種改良趨勢研究認為，植株形態，產量因子和品質含量均有不同程度的改良；植株形態性狀和生理功能的改良必然引起品種自身抗旱能力的變化。解析黑龍江省大豆品種遺傳改良過程中抗旱能力的變化規律為黑龍江省廣適應大豆品種的選擇提供理論依據。為此，筆者選用黑龍江省不同年份育成大豆品種為試驗，對干旱脅迫后其光合特性的變化進行研究，試驗結論將對指導廣適應性大豆品種的選育和高產栽培具有重要意義。

1.材料與方法

1.1試驗材料

選用黑龍江省1985-2010年育成的5個代表性大豆品種（表1），所選參試品種均為亞有限結莢習性，生育期均為120天，葉形均為披針葉，蛋白質含量均在43.5%以下和脂肪含量均為21.5%以下的產量型品種。

1.2試驗設計

試驗于2012-2013在黑龍江農業科學院佳木斯分院盆栽場進行。供試土壤養分含量：堿解氮（N）229.30 mg/kg、速效磷（P205）126.00 mg/kg、速效鉀（K20）510.69 mg/kg、pH 6.91、全氮（N）0.308%、全磷（P₂O₅）0.224%、全鉀（K20）1.896%、有機質5.30%。采用盆栽試驗，盆直徑30cm，高35cm，每盆裝15kg土。試驗采用裂區設計，設3個水分處理水平：重度干旱處理（田間最大持水量的35%-40%）、輕度干旱處理（田間最大持水量的55%-60%），對照處理為正常水分管理（田間最大持水量的75%-80%），采用稱重法控制土壤水分。試驗于5月15日士3天播種，每個品種播種18盆，每盆定苗3株，試驗于R2期進行水分處理，每個品種處理6盆，處理結束后取3盆進行分析測定，3盆恢復正常水分管理，成熟時測產。

1.3測定指標與方法

1.3.1單株葉面積測定將所取樣品植株葉片摘下，鋪在透明板上壓平，利用MSD-971葉面積分析儀，測量全株葉面積。

1.3.2葉色值測定干旱脅迫后取樣之前，利用SPAD502活體葉綠素測定儀測量，測量部位為主莖倒

3.葉中間小葉，每盆測量3株取平均值。

1.3.3凈光合速率測定利用美國生產的Li-cor6400光合儀測定參試品種凈光合速率，測量部位為主莖倒3葉中間小葉，測定條件：流速500umol/s，紅藍光源光量子通量處理（PFD）為1000tmol/（m^-2·s）。

1.3.4單株粒重試驗材料脫粒后風干1周，按照每個處理3次重復測量單株粒重。

1.4數據處理

用Excel 2008和DPS 7.05數據分析處理系統進行數據處理和作圖。

2.結果與分析

2.1干旱對單株葉面積的影響

對不同年份育成品種單株葉面積進行了方差分析（表2），結果表明，在常規水分處理條件下，1990-1995年育成品種極顯著的高于1985-1990年和2005-2010年間育成品種，與其他年份育成品種差異不顯著；2001-2005年間育成品種顯著的高于1985-1990年育成品種，極顯著的高于2005-2010年間育成品種；其他年份育成品種之間差異不顯著。在輕度干旱條件下1985-1990年間育成品種與2000-2005年間育成品種差異不顯著，與其他年份品種差異達到顯著水平。在重度干旱條件下，1990-1995和2000-2005年間育成品種顯著高于1990-2000年間育成品種；其他年份育成品種之間差異不顯著。隨著干旱強度的增強，不同年份品種單株葉面積均呈下降趨勢，但不同品種之間下降趨勢存在差異，1985-2005年間育成品種在輕度干旱和重度干旱條件下分別下降了16.32%和47.91%、44.01%和49.82%、36.86%和60.42%、35.42%和47.46%、24.95%和44.04%，其中1985-1990年間育成品種與對照差異為不顯著和極顯著，其他年份育成品種與對照差異均達到極顯著水平。

對單株葉面積下降百分率與品種育成年份之間進行多元線性回歸分析（圖1），結果表明，輕度干旱時下降百分率與品種育成年份相關達到了顯著水平；重度干旱時相關沒有達到顯著。

2.2干旱對葉色值的影響

對不同年份育成品種葉色值進行了方差分析（表3），結果表明，在常規水分處理條件下，1995-2000年和2001-2005年間育成品種極顯著的高于2005-2010年間育成品種；1985-1990年間育成品種顯著高于2005-2010年間育成品種；其他年份育成品種之差異不顯著。輕度干旱條件下1985-1990年間育成品種和2000-2005年間育成品種顯著高于2006-2010年間育成品種；其他年份育成品種之間差異不顯著。重度干旱條件下1985-1990年間育成品種顯著高于1991-1995年間育成品種；其他年份育成品種之間差異不顯著。隨著干旱強度的增強，葉色值均呈下降趨勢，但不同年份育成品種之間存在差異，1985-2005年間育成品種在輕度干旱和重度干旱條件下分別下降了3.2%和5.59%、7.56%和11.87%、6.49%和15.05%、7.59%和13.68%、2.80%和4.77%，其中1985-1990和2005-2010年間育成品種與對照差異均沒有達到顯著，1990-1995年和1995-2000年間育成品種與對照差異為不顯著和極顯著，2000-2005年間育成品種與對照差異為顯著和極顯著。

對葉色值下降百分率與品種育成年份之間進行多元線性回歸分析（圖2），結果表明，輕度干旱時下降百分率與育成年份相關達到了顯著水平；重度干旱時相關達到了極顯著水平。

2.3干旱對凈光合速率的影響

對不同年份育成大豆品種凈光合速率進行了方差分析（表4），結果表明，在常規水分處理條件下不同年份育成大豆品種之間差異不顯著。在輕度干旱條件下，2005-2010年和1985-1990年間育成品種極顯著高于1990-1995和1995-2000年間育成品種；2000-2005年間育成品種顯著的高于1990-1995和1995-2000年間育成品種；其他年份育成品種之間差異不顯著。重度干旱條件下，1985-1990和2005-2010年間育成品種極顯著的高于1990-1995和1995-2000年間育成品種；其他各年份育成品種之間差異不顯著。隨著干旱脅迫的增強，凈光合速率呈下降趨勢，但不同年份育成品種間存在差異。1985-2005年間育成品種在輕度干旱和重度干旱條件下，分別下降了10.30%和22.91%、24.20%和38.90%、24.10%和38.60%、18.83%和34.31%、12.15%和25.00%，與對照差異均達到顯著或極顯著水平。

對凈光合速率降低百分率與品種育成年份之間進行多元線性回歸分析（圖3），結果表明，輕度干旱條件下，凈光合速率降低百分率與品種育成年份相關達到顯著水平；重度干旱條件下相關達到極顯著水平。

2.4干旱對單株粒重的影響

對不同年份育成品種的單株粒重進行了方差分析（表5），結果表明，常規水分處理條件下，1985-1990年間育成品種顯著低于1990-2005年間育成品種；其他年份育成品種之間差異不顯著。輕度干旱條件下，2005-2010年間育成品種極顯著的高于1990-1995和1995-2000年間育成品種，顯著高于1995-2000年間育成品種；1985-1990年間育成品種顯著高于1990-1995和1995--2000年間育成品種；其他年份育成品種之間差異不顯著。重度干旱條件下2005-2010年間育成品種極顯著的高于1990-1995和1995-2000年間育成品種，顯著的高于1996-2000年間育成品種；1985-1990年間育成品種顯著高于1990-1995年間和1995-2000年間育成品種；其他年份育成品種之間差異不顯著。隨著干旱脅迫的加強，單株粒重均呈下降趨勢，但不同年份育成品種之間存在差異。1985-2005年間育成的5個品種輕度干旱和重度干旱條件下，分別下降了10.18%和19.34%、33.40%和44.57%、37.81%和48.75%、29.45%和40.47%、11.85%和25.10%，其中1985-1990年間育成品種與對照差異為不顯著和顯著，2005-2010年間育成品種為不顯著和極顯著，1990-2005年間育成的3個品種與對照差異均為極顯著。

對單株粒重下降百分率與品種育成年份之間進行多元線性回歸分析（圖4），結果表明，在干旱脅迫條件下，單株粒重降低百分率與品種育成年份相關均達到了極顯著水平。

3.結論與討論

不同基因型大豆抗旱能力存在較大差異，新老品種之間差異更為明顯。Voldeng等和Frederick等對美國大豆遺傳改良過程中抗旱性變化進行研究認為，新品種的抗旱能力并沒有提高甚至還呈下降趨勢。金劍等研究指出，隨著大豆品種遺傳改良的進展，新品種在葉面積、光合速率、抗倒伏能力等方面均顯著提高，但是抗旱能力有所減弱。而王金陵等則認為，品種抗旱品能力的高低與定向選擇之間關系密切。任海祥等認為，抗旱能力強的品種在受到干旱脅迫后，葉綠素含量、凈光合速率、單株產量變化相對較耐旱和喜肥水品種穩定。本研究選用黑龍江省不同年份的代表性大豆品種，其農藝性狀高度一致，從根本上消除了由于農藝性轉差異帶來的試驗誤差，試驗結果真是可靠，研究表明，黑龍江省1985-2010年間育成代表性大豆品種單株葉面積、凈光合速率和葉色值降低百分率呈先增加后減小的變化趨勢，可見，品種抗旱能力呈現先降低后升高的趨勢，與voldeng等和Frederick等的結論一致，而與金劍的結論存在差異。這主要是定向選擇的結果，早期育種目標以抗澇為主，所以在‘合豐25育成以后的一段時間里，品種的抗旱能力呈現下降趨勢。近期以后干旱對大豆生產造成的破壞開始顯現，此時大豆育種家加強了對抗旱品種的選擇力度，所以近10年推廣大豆品種的抗旱能力明顯著提高。本研究結論可以為廣適應性大豆品種的選擇提供理論依據，根據光合特性進行大豆抗旱品種的選擇，提高選擇的可靠性，同時也可以為干旱地區大豆生產抗旱栽培技術提供依據。本試驗選用的均為高產型品種為試材得出的試驗結論，對于其他優質或者抗病等其他類型大豆品種此規律是否適用，有待于今后進一步研究。