干旱脅迫對藜麥幼苗生長及生理的影響

馬建蓉，朱玉雪，朱永娟，梅艷桃，馬國花，郭曉農,2*

（1.西北民族大學生命科學與工程學院，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學生物醫學研究中心生物工程與技術國家民委重點實驗室，甘肅 蘭州 730030）

藜麥（Willd）屬1年生雙子葉植物，又稱奎藜、南美藜等，原產于南美洲安第斯高原，富含蛋白質、淀粉、脂肪、必需氨基酸、多種維生素、礦物質等，具有較高的營養價值。藜麥是聯合國國際糧農組織（FAO）確認的唯一一種能滿足人體基本營養需求的單體植物，被稱為最適宜人類的完美“全營養食品”，具有“超級谷物”的美譽。除了營養價值，藜麥還具有廣泛的生態適應性，對于干旱、鹽堿、高寒等逆境環境均有較好的耐受性，能夠在高寒干旱鹽漬化地區生長。藜麥生理機制獨特，不僅能夠抵抗干旱環境，對土壤低水分環境具有較好的耐受性，也具有較高的水分利用效率。

干旱是常見的環境脅迫因子之一，抑制植物生長和發育，影響作物產量。受人為活動與自然環境的影響，干旱對作物的危害日趨嚴重，成為制約我國農業發展的重要因素。因此，研究作物的抗旱機理，提高作物抗旱能力，選育優良的抗旱品種是應對干旱的重要途徑。據報道，植物的形態結構、生理生化特征等方面在干旱脅迫和復水條件下都會發生較為明顯的變化，短期或輕度干旱脅迫下植物葉片水勢降低，氣孔關閉，CO的攝取與光合作用降低；長期且嚴重的干旱脅迫可抑制植株生長，并引起外觀形態和生物量的變化，破壞植物體生理代謝過程，影響植株的生長、發育及物質積累。而短期干旱脅迫后降水或灌溉，抗旱植株部分生理指標能得到不同程度的恢復。良好的耐旱品種要求植物在受到干旱脅迫時能利用其自身生理特性產生一系列響應機制以減少干旱脅迫造成的傷害，同時也要求一旦降水或灌溉，能從干旱傷害中快速恢復生長。藜麥作為節水抗旱作物，被廣泛運用于干旱地區土壤的利用與開發中。目前，對藜麥耐旱機理研究較多，但對藜麥幼苗干旱后復水相關生理生化變化機制研究較少。因此，本試驗采用盆栽控水法，對不同藜麥幼苗進行干旱及復水處理，分別測定各個階段藜麥相關指標，比較高海拔擴繁前后藜麥幼苗的生理指標變化，旨在探究干旱和復水對藜麥幼苗生理特性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

隴藜1號購自甘肅省農業科學院畜草與綠色農業研究所，其適合在海拔1 500 m以上地區種植，命名為NL1；筆者所在實驗室在甘南臨潭木地坡（3 000 m以上地區）擴繁后的隴藜1號，命名為LL1。

1.2 幼苗培養

選擇飽滿、大小均一且無病蟲害的藜麥種子，分別用0.5%高錳酸鉀溶液浸泡10 min，用無菌水清洗至無色。將種子移置覆有濾紙的90 mm培養皿中，每個皿50粒，光照培養，溫度26℃（晝）/22℃（夜），光照16 h/d。待藜麥種子胚根伸出種皮約1.5 cm后，挑選長勢一致的種子移入裝有滅菌蛭石的穴盤（21 cm×21 cm），每個穴孔放置4株。光照培養，溫度為26℃（晝）/22℃（夜），光照時間16 h/d，光照強度520 μmol/(m·s)，1/2 Hoagland營養液隔天澆灌（保持相對濕度60%～70%）。

1.3 干旱處理及復水處理

培養幼苗至第3周（6～8葉期），定苗后進行干旱處理。設置4個處理組，分別為對照組CK（正常澆灌）、輕度干旱W1（持水量65%）、中度干旱W2（持水量45%）、重度干旱W3（持水量25%）。持水量=水分質量/烘干土質量×100%，每24 h采用稱重法補充各盆栽的水分。處理24、48、96 h后測定各組藜麥相關生理指標。干旱脅迫96 h后對各組幼苗進行復水處理（正常澆灌），處理1 d后進行相關生理指標的測定，每個處理3次重復。

1.4 指標測定

1.4.1 植株生物量。測量幼苗株高、根長、地上部分干鮮質量后，分別將植株地上部、根裝于紙袋中，于75℃烘箱中烘至恒質量，取出分別稱質量，每個處理取樣8株，取其平均值。

1.4.2 生理指標。使用法國Dualex植物多酚-葉綠素測量儀分別測定葉綠素（Chl）指數、類黃酮（Flav）指數、花青素（Anth）指數及氮平衡（NBI）指數。

1.5 數據統計分析

運用SPSS 21.0對各項指標進行單因素方差分析（one-way ANOVA），以Duncan多重比較方法對干旱脅迫和復水處理期間的各項指標進行差異顯著性分析，顯著性水平設置為＜0.05。以Origin Pro 8.5繪圖。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫和復水對藜麥幼苗生物量的影響

由表1、表2可知，干旱脅迫24 h與48 h，隨干旱程度的增加，LL1地上部與根部干鮮質量先降后升。干旱脅迫24 h，NL1地上部干鮮質量與根部鮮質量先升后降，而NL1根部干質量維持不變。干旱脅迫48 h，NL1地上部與根部鮮質量先升后降，NL1地上部與根部干質量呈下降趨勢。

表1 干旱脅迫24 h對藜麥幼苗生物量的影響

表2 干旱脅迫48 h對藜麥幼苗生物量的影響

由表3可知，LL1與NL1的株高隨干旱程度的升高而均呈下降趨勢，重度干旱處理時均為最小值，與CK相比分別降低29.91%、22.83%。由表4可知，LL1與NL1復水后株高均隨干旱程度的增加先增高后降低，W2組值最大，與CK相比分別增加16.16%、9.25%。

表3 干旱脅迫96 h對藜麥幼苗生物量的影響

表4 復水處理1 d對藜麥幼苗生物量的影響

由表3、表4可知，干旱脅迫96 h，LL1地上部干鮮質量隨干旱程度的增加呈逐漸升高趨勢，復水后LL1地上部鮮質量呈降低趨勢，地上部干質量先升高后降低。NL1地上部鮮質量隨干旱程度的增加先升后降，且復水后呈升高趨勢。干旱脅迫96 h后，LL1根鮮質量隨干旱程度增加先降后升，而NL1根部鮮質量隨干旱程度增加呈先升后降趨勢，在中度干旱（W2）出現最大值，在重度干旱（W3）出現最小值，且最小值大于對照組CK。由表4可知，復水后LL1與NL1地上部質量與根質量變化趨勢不一致，LL1地上部和根部鮮質量，以及根部干質量均呈下降趨勢；LL1地上部干質量先升后降。NL1地上部鮮質量和干質量在復水后呈上升趨勢，根部鮮質量和干質量均為先升后降。干旱程度的增加可抑制藜麥幼苗生物量，復水后部分生物量有所恢復。結果表明，短時間內的輕度干旱處理可以促進幼苗生物量的積累（表1、表2）。復水后LL1的W1組和W2組根的干鮮質量以及株高均高于NL1（表4），說明LL1在復水后的恢復能力強于NL1。

2.2 干旱脅迫和復水對藜麥幼苗生理指標的影響

2.2.1 對葉綠素（Chl）指數的影響。如圖1-A所示，干旱脅迫24 h后，隨干旱程度的增加，LL1與NL1幼苗葉片葉綠素指數均呈下降趨勢。干旱脅迫48 h（圖1-B）后，LL1與NL1葉綠素指數均隨干旱程度的增加整體呈先降后升趨勢，輕度干旱（W1）時相比對照組分別提高了6.07%、3.32%，LL1為最大值。中度干旱（W2）時NL1為最小值，顯著低于LL1。干旱處理96 h（圖1-C），LL1葉綠素指數隨干旱程度增加變化不顯著，NL1先降后升，在中度干旱（W2）時為最小值。與96 h干旱脅迫后葉綠素指數相比，復水處理（圖1-D）后，LL1的W1和W3組葉綠素指數上升，NL1在干旱處理時葉綠素指數無明顯變化。

圖1 干旱及復水處理對藜麥幼苗葉綠素指數的影響

以上結果表明，在不同干旱脅迫和不同干旱處理時間，高海拔擴繁前后的藜麥幼苗的葉綠素指數變化不明顯，基本維持較穩定的水平。

2.2.2 對類黃酮（Flav）指數的影響。如圖2-A所示，干旱脅迫24 h，LL1和NL1的類黃酮指數在輕度干旱W1處理時為最大值，均高于對照組，較對照組W3分別增加了25.31%、5.92%；在重度干旱W3處理時LL1顯著高于NL1。如圖2-B所示，干旱處理48 h，LL1類黃酮指數呈下降趨勢，NL1呈先降后升趨勢。不同干旱程度下LL1類黃酮指數均高于對照組，W1、W2、W3比對照組分別高130.95%、67.46%、2.22%；NL1類黃酮指數在W1和W3處理下高于對照組，較對照組分別高73.99%、2.31%。干旱處理96 h（圖2-C），LL1和NL1在W1處理下類黃酮指數均高于其對照組，LL1類黃酮指數隨干旱程度的增加呈下降趨勢，NL1類黃酮指數隨干旱程度的增加呈先降后升趨勢。復水后（圖2-D），NL1和LL1各處理組類黃酮指數與96 h相比均有所恢復。試驗表明，高海拔擴繁前后的藜麥在干旱處理的不同時期，植物體內類黃酮呈持續升高趨勢，LL1類黃酮指數在干旱處理24 h、中度干旱48 h和96 h以及不同干旱處理組復水后均高于NL1。

圖2 干旱及復水處理對藜麥幼苗類黃酮指數的影響

2.2.3 對氮平衡指數（NBI）的影響。如圖3-A至圖3-C所示，在干旱處理24、48和96 h LL1與NL1氮平衡指數隨干旱程度增加均呈持續上升趨勢，特別是重度干旱處理96 h，W3組LL1氮平衡指數顯著高于NL1。如圖3-D所示，在復水處理后，LL1與NL1的W1、W2、W3各組氮平衡指數呈持續上升趨勢。

圖3 干旱及復水處理對藜麥幼苗氮平衡指數的影響

2.2.4 對花青素指數（Anth）的影響。如圖4-A所示，在干旱處理24 h后，LL1花青素指數隨干旱程度增加呈先升后降的趨勢，在中度干旱處理時LL1花青素指數達到最高值，比對照組增加21.43%。在干旱處理48 h（圖4-B），隨干旱程度增加，LL1花青素指數各組差異無統計學意義，NL1花青素指數先升后降。干旱脅迫96 h（圖4-C），中度干旱處理時NL1花青素指數達到最高值。復水處理后（圖4-D），LL1和NL1的W1和W2組相較于干旱處理96 h時花青素指數有所升高，但差異均不具有統計學意義。

圖4 干旱及復水處理對藜麥幼苗花青素指數的影響

3 討論

植株在受到干旱脅迫時，株高、地上部有明顯變化，復水后部分指標恢復，表現出一定的補償效應，但隨著干旱程度的增加，補償效應逐漸減弱。王志恒等研究發現，藜麥的抗旱機制可分為避旱和耐旱2種。在避旱方面，藜麥可以通過滲透調節物質來應對干旱對其造成的傷害；在耐旱方面，藜麥發達的根系、堅實的細胞壁、動態氣孔等可共同作用增強藜麥耐旱性。干旱脅迫解除后，幼苗表現出旱后修復的能力。本試驗中隨著干旱程度的增加，干旱處理24 h及48 h，LL1地上部與根部干鮮質量先降后升。干旱脅迫24 h，NL1地上部干鮮質量與根部鮮質量先升后降，而NL1根部干質量維持不變；干旱脅迫48 h，NL1地上部與根部鮮質量先升后降，NL1地上部與根部干質量呈下降趨勢。干旱96 h后LL1與NL1的株高隨干旱程度的升高均呈下降趨勢，重度干旱處理時均為最小值，與CK相比分別降低29.91%、22.83%。復水后各生長指標都得到不同程度的恢復，結果與李振松等的研究結果一致。

干旱脅迫對藜麥幼苗生長影響除了干鮮質量變化，還表現為株高變化。試驗表明，在干旱脅迫下LL1與NL1株高隨干旱程度增加而降低，復水后株高皆有升高，但是不同處理階段LL1的株高始終高于NL1，這說明高海拔擴繁后的藜麥地上部生物量的積累同樣強于高海拔擴繁前。

干旱脅迫對藜麥幼苗的影響還表現在葉綠素指數、類黃酮指數、氮平衡指數等方面。葉綠素是反映植物光合作用的顯著指標，也是植物耐旱性指標，干旱脅迫會破壞植物葉片內葉綠體，導致葉綠素合成受到抑制或加快葉綠素的分解。本試驗發現，24 h干旱處理，即輕度干旱脅迫會造成藜麥幼苗葉片中的葉綠素指數增加，但隨干旱程度增高，干旱時間延長會造成葉片中葉綠素指數下降。復水后輕度干旱下2種藜麥幼苗中葉綠素相較其他處理組有明顯恢復趨勢，而NL1在重度干旱幾乎沒有變化。說明輕度干旱可對植物生長有一定的促進作用，而重度干旱則抑制其生長，且受到重度干旱脅迫后不易恢復。隨干旱程度和干旱時間的增加，LL1葉綠素指數變化趨勢逐漸不顯著，而NL1呈下降趨勢，說明高海拔擴繁后的LL1在受到干旱脅迫后葉綠素的穩定性較高。

通過測量干旱脅迫后藜麥幼苗類黃酮的指數，發現類黃酮指數和氮平衡指數變化與葉綠素變化基本一致，但類黃酮指數在復水后無明顯恢復趨勢。結果表明，干旱脅迫對類黃酮指數影響較大，旱后恢復較差。但在此過程中，LL1的氮平衡指數高于NL1，說明LL1生長性能較好。

藜麥作為抗旱植物，不同藜麥品種存在較明顯的抗旱差異性，且在一定干旱脅迫與復水處理后，干旱對藜麥幼苗造成的損傷恢復能力也有一定差異。本文以隴藜1號及高海拔擴繁后的隴藜1號為研究材料，對干旱脅迫及復水后藜麥幼苗各指標進行比較分析，并探究高海拔擴繁前后藜麥在響應干旱脅迫方面的差異性，結果發現，在不同程度干旱脅迫下，高海拔擴繁后的LL1抗旱能力優于高海拔擴繁前的NL1，且干旱處理后LL1的修復能力也較強。

4 結論

藜麥作為耐旱植物，其抗旱性在高海拔擴繁前后存在一定的差異，并且干旱處理后復水，其損傷恢復能力也存在一定程度的差異。通過對藜麥高海拔擴繁前后幼苗各指標進行比較分析，并探究其在響應干旱脅迫方面的差異性，結果發現，高海拔擴繁后藜麥品種抗旱性能及其干旱處理與復水處理后的恢復能力均優于高海拔擴繁前。具體機制有待后續進一步的研究。