灌漿期干旱脅迫對燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響

張俊峰，段 娜，劉兵兵，劉龍龍，趙文千

（1.山西大學黃土高原研究所，山西太原030006；2.山西省農業科學院農作物品種資源研究所，山西太原030031；3.山西省森林公園管理中心，山西太原030012）

燕麥（Avena nuda L.），屬于禾本科燕麥屬，是一種在全世界高寒地區廣泛種植的糧草兼用型作物，其籽粒較其他谷類作物含有更豐富的蛋白質[1-2]、脂肪[3-6]、維生素[7]、礦物質[8]和膳食纖維[9]等，而且燕麥籽粒中的可溶性膳食纖維（主要成分是β-葡聚糖）明顯高于其他谷物[9]。

β-葡聚糖主要存在于燕麥籽粒的胚乳和糊粉層細胞壁中，以混合的（1，3），（1，4）β糖苷鍵鏈形成的D型葡萄糖聚合物。β-葡聚糖有水溶性和非水溶性之分，水溶性占大多數，其溶解性受其結構中（1，3）-β-糖苷鍵的含量和聚合度的影響，水溶性β-葡聚糖中（1，3）糖苷鍵與（1，4）糖苷鍵含量之比為1∶（2.5～2.6），而非水溶性β-葡聚糖中相應糖苷鍵含量之比為1∶4.2。水溶性β-葡聚糖中約90%由（1，3）-β-糖苷鍵隨機連接起來的纖維三糖和纖維四糖構成[10-11]。許多臨床研究表明，燕麥β-葡聚糖的攝入可以降低人體血清膽固醇、葡萄糖攝入和胰島素反應[12-15]。

目前，對影響燕麥β-葡聚糖含量因素的研究主要有2個方面，一是基因型，即不同基因型的燕麥β-葡聚糖含量不同[16]，參與燕麥β-葡聚糖的合成基因家族主要有CalF[17]、CslH[18]和CslJ[19]基因；二是環境因素[20]。環境因素又可分為人為影響和自然環境的作用。其中，人為影響方面，如適當地延遲燕麥播種時間可以增加其β-葡聚糖的含量[21]；自然因素主要是降水和溫度[22-23]。研究表明，在高溫的年份，燕麥β-葡聚糖含量高，而降水少（水分脅迫）的年份，燕麥β-葡聚糖含量也較高[21，24-25]。目前對環境因素的研究均為定性研究，沒有對環境因素進行定量分析。有研究表明，灌漿期是燕麥β-葡聚糖積累的主要時期（超過80%）[26]。

基于此，本研究在灌漿期對燕麥植株進行了不同程度的遮雨處理，使燕麥植株處于不同的干旱脅迫下，并通過檢測燕麥植株旗葉葉片含水量來量化干旱脅迫程度，從而定量分析灌漿期的干旱脅迫對燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響，以期為探討環境因素（干旱脅迫）對燕麥品質的影響提供新的研究思路，也為燕麥種植的大田管理策略提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試燕麥品種分別為壩莜1號、品燕2號和白燕3號，均由山西農業大學賈舉慶老師提供；供試遮雨材料為透明遮雨篷布，由河南農利得溫室資材有限公司出品。

1.2 試驗方法

于2017年5月25日在山西五寨縣（38.93°N，111.82°E）進行大田試驗。燕麥籽粒種植于長100cm、寬50 cm、高100 cm的塑料箱內[27]，塑料箱置于土下100 cm，保持塑料箱上緣與地表面水平，確保塑料箱免受陽光雨水侵蝕。塑料箱內土壤為大田0～25 cm表層土，在整個生育期內不添加任何肥料。

燕麥種植采用穴播形式，播種深度為2～3 cm，行距為20 cm，孔距為5 cm，每孔種植5～6粒種子，每個塑料箱種植2排。在燕麥植株拔節期進行間苗，確保每穴保留1～2個燕麥幼苗，所有燕麥植株的生育期基本相同。仔細觀察燕麥植株的生長情況，在燕麥植株進入灌漿期（2017年7月17日）時，對燕麥植株進行不同程度的遮雨處理，直至灌漿期結束（2017年8月4日）。

遮雨材料為透明的遮雨篷布，遮雨棚上的雨水引出到試驗區域外，確保遮雨棚下的植株完全沒有雨水吸收。遮雨棚距離地面150 cm，使遮雨棚不影響燕麥植株的正常生長。遮雨處理分為3種情況：對照不進行遮雨，燕麥植株完全暴露在環境中，下雨時能接收所有雨水；半遮雨處理是同一塑料箱中只有一排的植株在降雨時可以接收雨水，另一排植株通過塑料箱內土壤水分擴散吸收水分，即半遮雨處理接收的雨水量是正常降雨量的1/2；全遮雨處理燕麥植株完全沒有接收降雨。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 燕麥植株含水量測定 旗葉葉片是植物發育后期最重要的功能葉片，對植株籽粒的發育起主要作用[28]。本試驗選取燕麥植株旗葉葉片的含水量來量化干旱脅迫程度。葉片含水量測定方法具體操作為：在開始光照6 h后，采取植株旗葉葉片并稱質量，是為鮮質量；隨后置于4℃下蒸餾水中過夜并再次稱質量，是為飽和質量；然后在80℃下干燥至恒質量，是為干質量。計算旗葉葉片含水量。

1.3.2 燕麥籽粒β-葡聚糖含量測定 燕麥成熟后收獲籽粒，采用鄧萬和[30]的纖維素酶改進法測定燕麥籽粒的β-葡聚糖含量（包括水溶性β-葡聚糖和總的β-葡聚糖），并對該方法進行一定的改進，具體如下：（1）樣品處理。稱取8～12 mg的燕麥粉于2 mL離心管，用20μL 50%酒精潤濕，然后添加500μLNaOH（1 mol/L）或蒸餾水。將“在20℃放置16 h”更改為“于搖床（40℃，200 r/min）16 h”（使β-葡聚糖溶解更充分）。調節pH值后，將體積調節至1 mL。（2）GOPOD溶液選用Megazyme的D-葡萄糖（GOPOD格式）試劑盒。（3）葡萄糖轉化和顯色：纖維素酶溶液、樣品溶液、乙酸鈉緩沖溶液，琥珀酸鈉緩沖溶液和葡萄糖標準溶液的體積均變為1/10，例如，將0.4 mL更改為40μL。其余步驟同參考文獻[30]所述。

1.4 數據處理

采用SPSS26.0軟件和Excel對試驗數據進行處理。

2 結果與分析

2.1 不同遮雨處理下燕麥植株旗葉葉片含水量比較

隨著遮雨處理的持續，燕麥植株旗葉的含水量發生了相應的變化。由圖1可知，在遮雨處理開始時（7月17日），壩莜1號燕麥3個處理間的旗葉葉片含水量沒有差異；隨著遮雨處理的持續進行，直至7月26日各處理間旗葉葉片含水量差異顯著，表明處理達到試驗效果；在8月4日灌漿期結束時，不遮雨、半遮雨和全遮雨處理旗葉葉片含水量分別為75.56%、54.80%和39.07%。品燕2號燕麥植株直到7月29日各處理間才表現出顯著差異，8月4日差異更加明顯，灌漿結束時不遮雨、半遮雨和全遮雨處理旗葉葉片含水量分別為84.09%、52.17%和29.23%。白燕3號7月26日各處理間旗葉葉片含水量表現出顯著差異，隨著處理的持續進行，差異更加顯著，在灌漿期結束時不遮雨、半遮雨和全遮雨處理葉片含水量分別為86.37%、52.74%和26.04%。

2.2 燕麥籽粒β-葡聚糖含量分析

測定了燕麥籽粒的總的β-葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，壩莜1號燕麥籽?？偟摩?葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量均表現為不遮雨處理最高，半遮雨處理次之，全遮雨處理最低；品燕2號燕麥籽?？偟摩?葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量在半遮雨處理下最高，不遮雨情況下最低；白燕3號燕麥籽粒總的β-葡聚糖含量在不遮雨處理下最高，水溶性β-葡聚糖含量在不遮雨處理下最低，并且半遮雨處理與全遮雨處理下的燕麥籽粒β-葡聚糖含量差異不顯著。

3 結論與討論

3.1 燕麥植株旗葉葉片含水量的變化

從灌漿期燕麥植株在3個不同遮雨處理下旗葉葉片含水量的變化動態檢測結果可以看出，在灌漿期結束時各處理間旗葉葉片含水量差異顯著，并且可由此來量化燕麥植株的干旱脅迫程度，即對照（不遮雨）旗葉葉片含水量大于75%，中度干旱（半遮雨）在45%和75%之間，重度干旱（全遮雨）小于45%。從檢測結果來看，半遮雨處理較對照組旗葉葉片含水量分別減少了27.46%（壩莜1號）、37.86%（品燕2號）、38.93%（白燕3號），全遮雨處理分別減少了48.29%（壩莜1號）、65.23%（品燕2號）、69.85%（白燕3號），說明遮雨處理的效果與燕麥品種有關，不同燕麥品種對干旱脅迫的響應有所差異。

3.2 燕麥籽粒β-葡聚糖含量與干旱脅迫的關系

從燕麥β-葡聚糖含量的測定結果可知，隨著干旱脅迫的加劇，壩莜1號燕麥籽?？偟摩?葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量都在減少；品燕2號燕麥籽?？偟摩?葡聚糖和水溶性β-葡聚糖含量則都是先增加后減少；而白燕3號燕麥籽?？偟摩?葡聚糖含量在減少，水溶性β-葡聚糖含量卻在增加。

壩莜1號較對照組而言，中度干旱和重度干旱情況下總的β-葡聚糖含量分別減少了10.98%和26.17%，水溶性β-葡聚糖含量分別減少了21.59%和52.11%。從其旗葉葉片相對含水量的測定結果來看，不遮雨處理下旗葉葉片含水量一直降低（在整個灌漿期從7月17日的95.08%一直下降到8月4日的75.56%），且半遮雨和全遮雨處理下旗葉葉片含水量較對照的減少值最小，因此，壩莜1號對干旱脅迫的適應性較強，但是從β-葡聚糖含量的變化來看，干旱脅迫使得其籽粒β-葡聚糖的積累減少，所以壩莜1號燕麥更適宜種植在雨水較為充足的地區。

品燕2號燕麥植株β-葡聚糖含量在半遮雨處理下最高，較對照組總的β-葡聚糖含量增加了14.21%，水溶性β-葡聚糖含量增加了10.73%。在重度干旱下β-葡聚糖含量與中度干旱相比有所減少，但仍高于對照組（總的β-葡聚糖含量較對照增加了6.56%，水溶性β-葡聚糖含量較對照增加了5.20%），品燕2號燕麥植株旗葉葉片含水量直至7月29日才表現出顯著差異，隨后葉片含水量急劇降低，表明該品種對干旱脅迫敏感性較低，所以短時間的適度的干旱脅迫可促進品燕2號燕麥籽粒β-葡聚糖含量的積累。

白燕3號燕麥籽粒水溶性β-葡聚糖含量和總的β-葡聚糖含量變化趨勢不一致，且半遮雨處理和全遮雨處理下燕麥籽粒β-葡聚糖含量差異不顯著，而灌漿期結束時半遮雨和全遮雨處理下旗葉葉片含水量與對照組相比減少值最大，可以推測出白燕3號燕麥植株對水分脅迫更為敏感，但從β-葡聚糖含量對干旱脅迫的響應來看，提高該品種燕麥籽粒β-葡聚糖含量應與實際需要結合。

綜上所述，灌漿期的干旱脅迫對燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響因燕麥品種不同而不同，干旱脅迫對燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響還需要更加深入地研究。