干旱脅迫對中亞大麥農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

王 仙，聶石輝，向 莉，張金汕，李 鵬,，方伏榮

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，烏魯木齊 830091；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺麥類試驗站，新疆奇臺 831800； 3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】大麥(HordeumvulgareL.)富含多種功能活性物質(zhì)如黃酮類、多酚類物質(zhì)[1]。而黃酮類物質(zhì)和一些酚類物質(zhì)對植物抗干旱脅迫具有重要作用[2-3]，不同植物、不同強度干旱脅迫下黃酮類等植物次生代謝物含量不盡相同[4-5]。不同品種大麥間多酚、黃酮的含量差別分別達 3.6倍 和2.1 倍[6]，研究干旱脅迫下大麥黃酮及多酚物質(zhì)變化，為提高大麥抗旱能力提供新途徑。【前人研究進展】大麥的消費量雖遠低于小麥和稻，但其籽粒中含有多酚、黃酮等功能成分，具有豐富的營養(yǎng)價值[7]，具有抗氧化、抑菌活性等功能[8-9]。干旱是危害全球作物生產(chǎn)最嚴(yán)重也是最復(fù)雜的環(huán)境因素[10]，干旱危害作物生命周期中的各個生長發(fā)育階段，常導(dǎo)致生殖發(fā)育異常、小穗/籽粒不育、產(chǎn)量和品質(zhì)下降等[11]。肖亞等[12]研究發(fā)現(xiàn)，參試的國際干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究中心(ICARDA)的大麥品種功能成分含量多樣性豐富，其籽粒黃酮含量極顯著高于中國西南大麥。普曉英等[13]研究表明，外國大麥籽粒(112.68±16.24)mg/100g黃酮含量低于中國大麥籽粒(125.08±19.00)mg/100 g，不同品種間黃酮含量差異大。張金汕等[14]表明中亞引進資源變現(xiàn)出廣泛的品種特異性。【本研究切入點】不同地域引進的大麥資源存在很大差異，不同地區(qū)的大麥均有不同的特異性和優(yōu)良性狀的挖掘潛力。從中亞國家收集和引入大麥資源相關(guān)研究少見報道。亟需研究干旱脅迫對中亞大麥農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】以12個不同抗旱性的中亞大麥種質(zhì)資源為研究對象，設(shè)3個水分處理，測定大麥株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量、籽粒總黃酮含量和總多酚含量。分析不同干旱脅迫條件下對中亞大麥農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，利用和挖掘特有大麥種質(zhì)，為大麥耐旱育種、干旱條件下大麥產(chǎn)量和品質(zhì)的提高提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

篩選12份抗旱性不同的中亞大麥品種為參試材料。表1

試驗于2019年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺麥類試驗站(43°59'57″N，89°45'23″E，海拔822 m)進行，年度平均氣溫6.6℃，全生育期降水量183 mm，日照2 833 h，滴灌地，壤土，前茬小麥，肥力中等。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用滴灌，設(shè)3種干旱處理，G1為全生育期灌水4次(出苗期、拔節(jié)期、孕穗期和灌漿期各澆水1次，總灌水量3 000 m3/hm2)，G2為全生育期灌水2次(出苗期和孕穗期各澆水1次，總灌水量1 500 m3/hm2)，G3為全生育期灌水1次(出苗期澆水1次，總灌水量750 m3/hm2)。采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積2 m2。完熟收獲后籽粒去除雜質(zhì)，粉碎后放入4℃冰箱，備用。

表1 12份供試材料Table 1 12 test materials

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 農(nóng)藝性狀

成熟期測定株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重，每個品種(系)取5株的平均值為1次重復(fù)，測定3次重復(fù)，并稱量小區(qū)產(chǎn)量。

1.2.2.2 總黃酮含量

采用超聲波提取法，參考王仙等[15]的方法。準(zhǔn)確稱取1.00 g大麥粉置試管中，加入95%乙醇55 mL，50℃超聲時間22 min。離心，取上清液濃縮，定容至10 mL，待測。精確稱取烘干至恒重的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品5.00 mg，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的乙醇定容至50 mL作為對照品標(biāo)準(zhǔn)溶液。分別吸取對照品標(biāo)準(zhǔn)溶液0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL于10 mL容量瓶中，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%的亞硝酸鈉溶液0.3 mL，搖勻，放置6 min；各加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%的硝酸鋁溶液0.3 mL，搖勻，放置6 min；各加入l mol/L氫氧化鈉溶液4.0 mL，分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的乙醇定容至刻度，搖勻，放置15 min，在510 nm波長下測定吸光度，以吸光度A為縱坐標(biāo)，濃度C為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，獲得蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品回歸方程為A = 6.790 5 C + 0.016 1(R2=0.999 7)，在質(zhì)量濃度0.001～0.200 mg/mL范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。在相同條件下測定12個大麥品種籽粒中總黃酮吸光度值，3次重復(fù)測定，并采用上述回歸方程計算其總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.2.2.3 總多酚含量

采用超聲波提取法，參考徐宏化等[16]的方法。準(zhǔn)確稱取1 g大麥粉置試管中，加入50%乙醇40 mL，70℃超聲時間45 min。離心，取上清液濃縮，定容至10 mL，待測。

精密稱取5 mg沒食子酸于10 mL容量瓶中，用70%乙醇定容，制成濃度為0.5 mg/mL的沒食子酸標(biāo)準(zhǔn)液。分別精密吸取0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mL標(biāo)準(zhǔn)液于10 mL容量瓶中，加入稀釋50倍的福林酚試劑5 mL，振蕩混勻，用20%的Na2CO3定容，暗處放置20 min。以70%乙醇為空白對照，同法操作，于765 nm波長處測定吸光值。以吸光值A(chǔ)為縱坐標(biāo)，濃度C為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線為y= 69.105 1x- 0.021 0(R2=0.999 5)。在0.001～0.020 mg/mL，沒食子酸濃度與吸光值有良好的線性關(guān)系。在相同條件下測定12個大麥品種籽粒中總多酚吸光度值，3 次重復(fù)測定，并采用上述回歸方程計算其總多酚質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2013和DPS7.05軟件進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對中亞大麥品種株高的影響

研究表明，C1、C3、C12在正常灌水時株高最大，在灌二水和一水干旱脅迫下，其株高顯著下降。二水干旱脅迫下分別降低了7.84%、14.27%和12.91%，一水干旱脅迫分別降低了14.12%、24.32%和19.26%，C4、C5、C7、C10在灌二水和一水干旱脅迫下，株高顯著低于全水時的株高，在一水較二水干旱脅迫下株高有所降低，但差異不顯著。C6、C9、C11正常灌水和二水處理下，株高差異不顯著；C8隨著干旱脅迫增大，株高先顯著降低后升高。圖1

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

2.2 干旱脅迫對中亞大麥品種產(chǎn)量的影響

研究表明，C3、C11的穗長先升高后顯著降低，C1、C5、C7、C10在正常灌水和二水處理下的穗長相差不大，其他不同中亞大麥品種的穗長均顯著降低。C2、C5在一水處理下穗粒數(shù)最多，C3、C6、C8、C9、C10、C11、C12在二水處理下穗粒數(shù)最多，顯著高于另2個處理。隨著灌水量的減少，所有參試品種的千粒重和產(chǎn)量均不斷降低，其中C2、C5、C7的千粒重正常灌水與二水處理下相差不大，C8、C10、C12的千粒重二水與一水差異不顯著；除C8、C12的產(chǎn)量在正常灌水和二水處理下減少不顯著外，其他品種均隨著灌水量的減少顯著降低。表2

2.3 干旱脅迫對大麥籽粒品質(zhì)的影響

研究表明，不同干旱脅迫處理下大麥籽粒總黃酮和總酚酸含量差異極顯著。灌水量、品種、灌水量與品種互作對總黃酮含量的均方值分別為127.40、32.67和9.35，對總多酚含量的均方值分別為0.36、0.15和0.02。灌水量對總黃酮和總多酚含量的影響要大于品種間差異，總黃酮和總多酚含量的差異主要是由品種和灌水量互作引起的。表3

表2 不同干旱處理下各大麥品種產(chǎn)量變化Table 2 Effects of different drought treatments on the yield of Barley Varieties

表3 干旱脅迫下12個品種籽粒總黃酮和總多酚含量的方差Table 3 Variance analysis of total flavonoids andpolyphenols contents in grains of 12 varieties under drought stress

2.3.1 干旱脅迫對大麥籽粒總黃酮含量的影響

研究表明，隨著干旱脅迫的增加，不同大麥品種籽粒總黃酮變化不同。正常灌水條件下，C9總黃酮含量最高，為6.92 mg/g，C6總黃酮含量最低，僅有1.32 mg/g,干旱脅迫下中亞大麥籽粒總黃酮含量均表現(xiàn)為顯著升高(P<0.05)。干旱脅迫下C1、C2、C4、C5、C9總黃酮含量顯著升高(P<0.05)，一水比正常灌水處理分別增加了28.18%、115.73%、121.65%和8.52%，其中C1和C5正常灌水和二水差異不大，C9二水和一水差異不大。干旱脅迫下C3、C6、C7、C10、C11，C12總黃酮含量先顯著升高后降低，其中二水處理分別是正常灌水條件下的1.96、3.49、1.40、3.92、1.21和2.03倍，C12的總黃酮含量一水顯著低于正常灌水處理，降低了20.63%。圖2

2.3.2 干旱脅迫對大麥籽粒總多酚含量的影響

研究表明，不同大麥籽粒內(nèi)總多酚含量隨干旱脅迫加劇，呈現(xiàn)不同幅度的增減。正常灌水條件下，C7總多酚含量最高，為2.00 mg/g；C6總多酚含量最低，為0.08 mg/g。干旱脅迫下，除C7總多酚含量先升高7.49%后顯著減低13.82%，C12總多酚含量先升高14.59%后減低2.34%，其他10個中亞大麥籽粒總多酚含量均表現(xiàn)為顯著升高(P<0.05)，一水比正常灌水處理后的總多酚含量分別增加55.19%、122.91%、42.67%、46.21%、50.63%、62.74%、59.16%、27.37%、89.49%和19.98%，其中C1、C11正常灌水和二水差異不大，C3、C4、C6、C9、C10二水和一水差異不大，C2和C10正常灌水和一水差異最大。圖3

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)

2.3.3 不同干旱處理下各指標(biāo)相關(guān)性

研究表明，各性狀均至少與一個其他性狀呈顯著或極顯著相關(guān)，說明各性狀間存在一定程度的相關(guān)性。其中總黃酮含量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.34；與總多酚含量、株高、穗長、穗粒數(shù)呈不顯著正相關(guān)，與千粒重呈不顯著負相關(guān)；總多酚含量與穗長和產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.44和0.48，與穗粒數(shù)呈不顯著正相關(guān)，與株高和千粒重呈不顯著負相關(guān)。表4

表4 供試中亞大麥材料各指標(biāo)的相關(guān)性Table 4 Correlation of each index of all indexes in tested barley from Central Asian

3 討 論

3.1 干旱脅迫對中亞大麥農(nóng)藝性狀的影響

目前對于引進大麥的研究多集中在對種質(zhì)資源的鑒定篩選、遺傳多樣性研究等方面，相關(guān)研究表明，引進的不同地區(qū)的大麥資源均有不同的特異性和優(yōu)良性狀的挖掘潛力[12,14,17-18]，對中亞大麥抗旱性研究還少見報道。

冉生斌等[19]研究表明，干旱脅迫后，不同基因型啤酒大麥的株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重、生物產(chǎn)量等指標(biāo)均比灌水處理顯著降低，降低幅度品種間差異明顯。研究發(fā)現(xiàn)，隨著干旱脅迫的增加，不同中亞大麥品種的株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量變化不同，不同基因型大麥對干旱脅迫的響應(yīng)不同。

3.2 干旱脅迫對中亞大麥總黃酮含量的影響

范敏等[20]研究表明，干旱脅迫促進了馬鈴薯黃酮合成基因的表達，使黃酮含量升高，說明黃酮參與了馬鈴薯的抗旱反應(yīng)；葉梅榮等[2]表明黃酮是植物抗干旱脅迫的主要物質(zhì)。譚茂玲等[21]表明干旱脅迫會增加苦蕎麥各器官的總黃酮質(zhì)量分?jǐn)?shù)。Iris[22]和岳凱[23]等研究表明一定逆境條件下可以提高藜麥種子內(nèi)黃酮含量。

研究表明，干旱脅迫可不同程度的增加中亞大麥籽粒總黃酮含量，對C3、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12而言，適度干旱可使其總黃酮含量顯著增加。對C1、C2、C4、C5，重度干旱處理下，其總黃酮含量顯著增加。

3.3 干旱脅迫對中亞大麥總多酚含量的影響

植物多酚是植物體內(nèi)重要的次生代謝物和唯一的分子防御物質(zhì),其生態(tài)作用在某些方面可以抵御和防止極端干旱對植物的不利影響[24]。大麥的多酚類物質(zhì)含量比小麥和稻等其他常見糧食作物更高，總多酚含量一般為1 200～1 500 mg/100g干重[25]。岳凱[23]發(fā)現(xiàn)，隨干旱脅迫加劇，不同藜麥種子內(nèi)多酚含量增加，但在重度脅迫下多酚含量減少。劉敏潔等[26]發(fā)現(xiàn)老芒麥幼苗葉片總酚含量在干旱脅迫下不斷增加，并且在脅迫后期中度干旱下的增幅更大。研究從次生代謝角度，進行了干旱脅迫對中亞大麥籽粒總多酚含量的影響研究，隨著干旱脅迫的加強，大多數(shù)中亞大麥品種的多酚含量均不同程度的有所增加，可能與各試驗材料的抗旱性不同有關(guān)。

4 結(jié) 論

干旱脅迫對測定的指標(biāo)均有顯著影響，隨著干旱脅迫增加，所有參試材料的株高、穗長、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量均呈逐漸下降的趨勢；各參試品種總黃酮含量與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.34，與總多酚含量、株高、穗長、穗粒數(shù)呈不顯著正相關(guān)，與千粒重呈不顯著負相關(guān)；總多酚含量與穗長和產(chǎn)量呈極顯著負相關(guān)，與穗粒數(shù)呈不顯著正相關(guān)，與株高和千粒重呈不顯著負相關(guān)。干旱脅迫可不同程度的增加中亞大麥籽粒總黃酮和總多酚含量，干旱脅迫下C3、C6、C7、C10、C11，C12總黃酮含量先顯著升高后降低，其中適度干旱分別是正常灌水條件下的1.96、3.49、1.40、3.92、1.21和2.03倍，C1、C2、C4、C5、C9總黃酮含量一水比正常灌水處理顯著升高，增幅為8.52%～121.65%；隨著干旱脅迫的增加，C7總多酚含量先升高后顯著減低，C12總多酚含量先升高后減低，其他10個中亞大麥籽粒總多酚含量均表現(xiàn)為顯著升高，一水比正常灌水處理后的總多酚含量增幅為19.98%～122.91%。