不同類型藜麥萌發(fā)期抗旱性差異分析及萌發(fā)進(jìn)程模型擬合

朱麗麗, 張業(yè)猛, 張發(fā)玉, 陳志國(guó)

(1.中國(guó)科學(xué)院西北高原生物研究所, 西寧 810008; 2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 北京 100049;3.海西州農(nóng)牧業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心, 青海 德令哈 817099;4.中國(guó)科學(xué)院高原生物適應(yīng)與進(jìn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西寧 810008;5.青海省作物分子育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 西寧 810008)

干旱是主要的氣候?yàn)?zāi)害之一,其出現(xiàn)頻率高、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、波及范圍廣且后續(xù)影響大。而全球變暖進(jìn)一步導(dǎo)致高溫、干旱等極端天氣的發(fā)生頻率與強(qiáng)度增加。干旱造成的農(nóng)作物減產(chǎn)非常嚴(yán)重,遠(yuǎn)大于其他因素導(dǎo)致產(chǎn)量損失的總和,在所有非生物脅迫中占首位。在我國(guó),干旱的發(fā)生頻率高達(dá)79.21%,每年旱災(zāi)面積約占全國(guó)播種總面積的14.6%,對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)特別是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)危害巨大[1]。另外,我國(guó)耕地資源缺乏且耕地面積持續(xù)下降,40%的干旱和半干旱地區(qū)耕地不同程度的沙漠化,水土流失面積嚴(yán)重?cái)U(kuò)大。因此,選擇和培育優(yōu)良的耐旱品種不僅能有效降低干旱對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的損失,也是提升旱作土地利用率的重要保證[2-3]。

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)作為一種新型糧食作物,對(duì)土壤貧瘠、干旱等逆境有較好的耐受性,是具有重要發(fā)展?jié)摿Φ霓r(nóng)作物之一,已經(jīng)被越來(lái)越多的地區(qū)引種推廣。我國(guó)是除原產(chǎn)國(guó)以外藜麥種植面積最大的國(guó)家[1]。對(duì)于大多數(shù)植物來(lái)說(shuō),種子萌發(fā)階段是整個(gè)生活周期中最不耐受環(huán)境脅迫的時(shí)期,種子萌發(fā)期耐旱性強(qiáng)弱可以在一定程度上反映該植物的耐旱性[4]。因此,在藜麥萌發(fā)期篩選耐旱品種,對(duì)后期提高藜麥產(chǎn)量與品質(zhì)非常關(guān)鍵。

在長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程中,耐旱植物會(huì)形成一些特殊的形態(tài)結(jié)構(gòu)以減少水分丟失,從而適應(yīng)干旱環(huán)境。此外,在生理上,植物還可通過(guò)滲透調(diào)節(jié)、抗氧化防御系統(tǒng)等措施來(lái)抵抗干旱環(huán)境脅迫。可以看出,植物的耐旱性是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,應(yīng)該采用多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)。同時(shí),分析這些指標(biāo)的變化對(duì)理解不同品種的耐旱特征、對(duì)比不同指標(biāo)耐旱能力的指示作用具有重要意義[5-6]。PEG-6000模擬干旱脅迫是篩選耐旱植物的重要方法,具有操作簡(jiǎn)便、節(jié)約成本和實(shí)驗(yàn)周期短等優(yōu)點(diǎn),在其他植物抗旱品種篩選中被廣泛應(yīng)用,但關(guān)于干旱脅迫對(duì)藜麥種子萌發(fā)造成的影響及不同藜麥品種耐旱性比較研究報(bào)道較少[7-10]。

本研究利用PEG-6000溶液在藜麥籽粒萌發(fā)期模擬干旱脅迫,結(jié)合其形態(tài)和生理指標(biāo),對(duì)不同類型藜麥萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),為藜麥抗旱性研究提供科學(xué)依據(jù)和理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與方法

本實(shí)驗(yàn)以5個(gè)藜麥品種為材料,青藜1號(hào)和雪藜為白粒藜麥,柴達(dá)木紅和青海紅為紅粒藜麥,黑藜為黑粒藜麥,千粒重依次為黑藜(3.91 g)>青藜1號(hào)(3.86 g)>青海紅(3.44 g)>柴達(dá)木紅(3.35 g)>雪藜(3.13 g)。

采用PEG-6000溶液模擬干旱脅迫,設(shè)置6個(gè)PEG-6000濃度梯度(5%,10%,15%,20%,25%和30%),以蒸餾水為對(duì)照。挑選籽粒飽滿、大小均勻、無(wú)病蟲害且無(wú)機(jī)械損傷的種子,用0.3% NaClO消毒10 min后,再用蒸餾水反復(fù)沖洗5次,置于消過(guò)毒的發(fā)芽盒內(nèi)(20 cm×14 cm)。每個(gè)發(fā)芽盒鋪2張發(fā)芽紙,將10 mL不同濃度梯度脅迫液分別倒入發(fā)芽盒,每個(gè)發(fā)芽盒放置150粒種子,3次重復(fù)。標(biāo)記好發(fā)芽盒,恒溫培養(yǎng),培養(yǎng)箱(LRX-350 D-LED冷光源低溫人工氣候箱,寧波普朗特儀器有限公司)條件:光照25 ℃ 16 h/黑暗20 ℃ 8 h,濕度70%。第2天開始記錄種子萌發(fā)情況,每天適量補(bǔ)充相應(yīng)濃度的脅迫溶液,以保證發(fā)芽床濕潤(rùn),第8天結(jié)束種子萌發(fā)。

1.2 測(cè)定方法

1) 萌發(fā)指標(biāo)測(cè)定:第2天起記錄發(fā)芽種子數(shù)(由于藜麥極易發(fā)芽,以胚根長(zhǎng)≥2 mm為萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn))[1-2]。

發(fā)芽率/%=(第8天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%;

發(fā)芽勢(shì)/%=(第3天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子總數(shù))×100%;

基于上述分析，增大直流電容可改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，從控制上引入虛擬電容，在不改變?cè)娐返幕A(chǔ)上起到等效電容增大的效果[13-14]。

發(fā)芽指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt),式中:Gt為時(shí)間t內(nèi)的發(fā)芽數(shù),Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù);

活力指數(shù)(VI)=S×GI,S為第8天正常幼苗平均鮮重;

萌發(fā)耐旱指數(shù)(GDRI)=水分脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)(PIS)/對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù)(PIC),PI=1.0 Rd2+0.75 Rd4+0.5 Rd6+0.25 Rd8,Rd2、Rd4、Rd6、Rd8分別指第2,4,6,8天的種子萌發(fā)率。

種子萌發(fā)結(jié)束后,每個(gè)處理隨機(jī)選取10株幼苗,用直尺測(cè)量幼苗長(zhǎng)度,電子分析天平稱量幼苗鮮重,計(jì)算根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)和鮮重。根長(zhǎng):根和芽接點(diǎn)處到最長(zhǎng)根尖的長(zhǎng)度;芽長(zhǎng):子葉與根之間的長(zhǎng)度;鮮重:種子的胚根和胚芽以及幼葉部分的重量,不包括種子生根發(fā)芽后脫落的種皮部分。

2) 生理指標(biāo)測(cè)定:超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸(Pro)含量、可溶性糖(SS)含量、可溶性蛋白(SP)含量。采用試劑盒微量法進(jìn)行檢測(cè),試劑盒從生工生物工程(上海)股份有限公司購(gòu)買,檢測(cè)方法和計(jì)算方法參考試劑盒說(shuō)明書操作。

3) 為消除不同藜麥品種遺傳背景差異,利用各指標(biāo)的相對(duì)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

各指標(biāo)相對(duì)值/%=(脅迫處理的指標(biāo)值/對(duì)照的指標(biāo)值)×100%[11-13]。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì),SPSS 23.0軟件進(jìn)行主成分分析,Graphpad Prism 8.0.2軟件對(duì)Logistic方程Y=A/(1+Be-CX)進(jìn)行曲線擬合和作圖,式中:Y為發(fā)芽率,A為最大發(fā)芽率,X為脅迫時(shí)間,B、e和C為常數(shù)[14-17]。采用模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)評(píng)估法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同程度干旱脅迫對(duì)藜麥種子萌發(fā)進(jìn)程的影響

在正常及干旱條件下,藜麥種子發(fā)芽率隨時(shí)間的增加呈“慢-快-慢”的“S”型增長(zhǎng)方式,與Logistic方程有較好的擬合度(表1)。從圖1可以看出,不同干旱程度對(duì)藜麥種子萌發(fā)率及萌發(fā)進(jìn)程有較大影響。當(dāng)干旱程度較低的情況下(PEG-6000濃度為5%,10%和15%),藜麥種子萌發(fā)起步早,發(fā)芽率高且達(dá)到飽和所需的時(shí)間較短。當(dāng)干旱程度不斷增加時(shí)(PEG-6000濃度為20%和25%),萌發(fā)所需時(shí)間也逐漸延長(zhǎng),發(fā)芽率開始逐漸降低。當(dāng)PEG-6000濃度為30%時(shí),除黑藜有種子萌發(fā)外,其他參試品種均不能萌發(fā)。

圖1 干旱脅迫對(duì)藜麥種子萌發(fā)的影響Fig.1 Effect of drought stress on seed germination of quinoa

表1 種子發(fā)芽率Logistic方程擬合度Table 1 Fitting degree of Logistic equation of seed germination rate

2.2 不同程度干旱脅迫對(duì)藜麥種子萌發(fā)的影響

種子的發(fā)芽能力會(huì)隨脅迫條件發(fā)生變化,發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)是反映種子發(fā)芽能力的主要指標(biāo),發(fā)芽指數(shù)反映幼苗的生長(zhǎng)情況,活力指數(shù)是對(duì)種子發(fā)芽速率和生長(zhǎng)量的綜合反映[19]。植物種子轉(zhuǎn)化為幼苗所需的物質(zhì)和能量由種子中貯藏的有機(jī)物提供,因此幼苗長(zhǎng)度和鮮重能夠體現(xiàn)種苗轉(zhuǎn)化狀況[20]。由表2可知,低濃度的PEG-6000對(duì)藜麥種子萌發(fā)具有促進(jìn)作用,超過(guò)適宜濃度范圍才會(huì)抑制其萌發(fā)。但由于品種間基因型差異,5個(gè)藜麥品種萌發(fā)期形態(tài)指標(biāo)在脅迫條件下的變化略有不同,說(shuō)明不同品種對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)方式不盡相同。

表2 不同PEG-6000濃度下藜麥種子萌發(fā)指標(biāo)Table 2 Germination indexes of quinoa seeds under different PEG-6000 concentrations

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,黑藜、青海紅和雪藜發(fā)芽率在PEG-6000濃度為10%時(shí)達(dá)到最大值。其中黑藜和青海紅發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率變化一致,雪藜發(fā)芽勢(shì)在PEG-6000濃度為5%時(shí)即為最大值,與10%時(shí)相等;柴達(dá)木紅發(fā)芽率與發(fā)芽勢(shì)在PEG-6000濃度為5%時(shí)達(dá)到最大值;青藜1號(hào)發(fā)芽率在PEG-6000濃度為5%時(shí)與對(duì)照保持一致,但發(fā)芽勢(shì)略有下降。可以看出,不同藜麥品種的發(fā)芽能力對(duì)干旱程度的耐受閾值差異較大。

隨著干旱脅迫增強(qiáng),黑藜和柴達(dá)木紅發(fā)芽指數(shù)在PEG-6000濃度為5%時(shí)有突然降低現(xiàn)象,而后才逐漸升高;青海紅、雪藜和青藜1號(hào)發(fā)芽指數(shù)呈逐漸升高趨勢(shì);5個(gè)藜麥品種各自的發(fā)芽指數(shù)與其發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)達(dá)到最大值時(shí)的PEG-6000濃度一致。黑藜、雪藜和青藜1號(hào)活力指數(shù)呈逐漸降低趨勢(shì),而青海紅和柴達(dá)木紅活力指數(shù)在PEG-6000濃度為5%時(shí)較對(duì)照有所升高,然后再逐漸降低。這是由于其根長(zhǎng)在PEG-6000濃度為5%時(shí)比對(duì)照顯著升高,鮮重也隨之升高。黑藜、青海紅和柴達(dá)木紅芽長(zhǎng)均在PEG-6000濃度為5%時(shí)有所升高,然后再逐漸降低,而雪藜和青藜1號(hào)芽長(zhǎng)隨PEG-6000濃度的升高逐漸降低。與芽長(zhǎng)相比,干旱環(huán)境對(duì)藜麥種子根長(zhǎng)的影響較為明顯:黑藜和青藜1號(hào)在PEG-6000濃度為5%時(shí)達(dá)到最大,隨后逐漸降低,青海紅、雪藜和柴達(dá)木紅在PEG-6000濃度為5%和10%時(shí)其根長(zhǎng)均高于對(duì)照。

整體來(lái)看,所有參試品種的萌發(fā)耐旱指數(shù)隨脅迫程度增加而逐漸降低,但與對(duì)照呈顯著差異時(shí)的干旱程度各不相同。在PEG-6000濃度為20%時(shí),黑藜和青藜1號(hào)萌發(fā)耐旱指數(shù)與對(duì)照有顯著差異,青海紅和雪藜在PEG-6000濃度為15%時(shí)與對(duì)照有顯著差異,柴達(dá)木紅在PEG-6000濃度為10%時(shí)與對(duì)照有顯著差異。5個(gè)藜麥品種在PEG-6000濃度為30%時(shí),萌發(fā)耐旱指數(shù)均達(dá)到最低,且除黑藜外均為0。

2.3 藜麥萌發(fā)期干旱處理幼苗生理指標(biāo)的變化

植物在遭受逆境脅迫時(shí),體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的活性氧,對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能造成損傷,從而抑制植物生長(zhǎng)。但植物自身會(huì)通過(guò)抗氧化酶和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等防御系統(tǒng)來(lái)維持機(jī)體的穩(wěn)定[21]。圖2顯示,試驗(yàn)品種抗氧化酶系統(tǒng)變化趨勢(shì)并不一致。隨PEG-6000濃度升高,SOD活性和POD活性逐漸下降,其中POD活性在PEG-6000濃度為20%時(shí)突然大幅降低,可能此時(shí)的脅迫程度已對(duì)POD造成嚴(yán)重抑制,使其失去活性。CAT活性隨脅迫增強(qiáng)呈先升后降的趨勢(shì),但不同藜麥品種達(dá)到峰值時(shí)的PEG-6000濃度有差異:黑藜和柴達(dá)木紅在PEG-6000濃度為25%時(shí)達(dá)到最大值,青海紅、雪藜和青藜1號(hào)在PEG-6000濃度為15%時(shí)達(dá)到最大值。

圖2 萌發(fā)期干旱處理藜麥幼苗生理指標(biāo)變化Fig.2 Changes of physiological indexes of quinoa seedlings under drought treatment during germination

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物抗逆境過(guò)程中起重要作用。5個(gè)藜麥品種MDA、Pro、SS和SP等參與滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的含量都隨脅迫增強(qiáng)而先升后降,但品種間變化仍有差異。膜系統(tǒng)是干旱對(duì)植物體最初傷害的部位,主要表現(xiàn)為膜脂過(guò)氧化增強(qiáng)、細(xì)胞膜透性增大,而MDA含量能夠反映膜脂過(guò)氧化程度,間接反映植物耐旱能力的強(qiáng)弱[5]。在逆境脅迫下,植物體內(nèi)MDA會(huì)大量累積,破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu),MDA含量越高,對(duì)細(xì)胞損傷就越重,耐旱性也越弱[2]。本研究中,黑藜MDA含量在PEG-6000濃度為15%時(shí)達(dá)到最大值,青海紅和柴達(dá)木紅的在PEG-6000濃度為25%時(shí)達(dá)到最大值,雪藜和青藜1號(hào)的在PEG-6000濃度為20%時(shí)達(dá)到最大值。當(dāng)PEG-6000濃度為30%時(shí),MDA含量降低,可能是因?yàn)槊{迫破壞了其在細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)態(tài)。SS、SP和Pro含量為常用的抗旱篩選指標(biāo),其中Pro是植物抵抗?jié)B透壓脅迫的一個(gè)重要因素,SP和SS可以提高植物在干旱條件下的保水能力,對(duì)細(xì)胞的生命物質(zhì)及生物膜起到保護(hù)作用。從SS含量的變化來(lái)看,黑藜、柴達(dá)木紅和青藜1號(hào)在PEG-6000濃度為10%時(shí)達(dá)到最大值,青海紅在PEG-6000濃度為25%時(shí)達(dá)到最大值,雪藜在PEG-6000濃度為15%時(shí)達(dá)到最大值。從SP含量來(lái)看,黑藜、青海紅和雪藜在PEG-6000濃度為10%時(shí)達(dá)到最大值,柴達(dá)木紅在PEG-6000濃度為15%時(shí)達(dá)到最大值,青藜1號(hào)在PEG-6000濃度為20%時(shí)達(dá)到最大值。據(jù)研究,正常情況下,植物體內(nèi)Pro含量處于較低水平,而一旦受到脅迫,Pro含量會(huì)成倍增加以減輕逆境對(duì)植物的傷害[22]。根據(jù)Pro含量分析結(jié)果,黑藜、雪藜、柴達(dá)木紅和青藜1號(hào)都在PEG-6000濃度為15%時(shí)達(dá)到最大值,青海紅在PEG-6000濃度為25%時(shí)達(dá)到最大值。抗氧化酶系統(tǒng)和滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在品種間變化差異可以看出,不同品種在生理層面上對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)制不同。

2.4 藜麥幼苗耐旱性主成分分析

種子萌發(fā)期耐旱性是多種因素相互作用的復(fù)雜性狀,各指標(biāo)不僅存在重疊現(xiàn)象,而且在綜合評(píng)價(jià)中所占比重也不均等,因此采用單一指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)難以全面反映植物的耐旱能力。主成分分析能夠消除指標(biāo)間信息重疊帶來(lái)的干擾,從多個(gè)測(cè)定指標(biāo)中提取出包含大多數(shù)主要性狀的因子,并得出這些主要性狀所占權(quán)重,因此評(píng)價(jià)結(jié)果也較為客觀[14,20]。

通過(guò)對(duì)參試品種在干旱脅迫下的13個(gè)形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析,根據(jù)特征值大于1的原則,提取2個(gè)主成分,其貢獻(xiàn)率分別為61.997%和15.636%,累積貢獻(xiàn)率為77.633%。說(shuō)明這2個(gè)主成分包含了干旱脅迫下13個(gè)測(cè)定指標(biāo)的絕大多數(shù)信息,可以用來(lái)對(duì)5個(gè)藜麥品種的萌發(fā)期抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(表3)。

表3 干旱脅迫下各測(cè)定指標(biāo)主成分分析及權(quán)重值Table 3 Principal component analysis and weight value of each index under drought stress

2.5 藜麥幼苗耐旱性綜合評(píng)價(jià)

通過(guò)模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法對(duì)參試品種13個(gè)測(cè)定指標(biāo)的相對(duì)值進(jìn)行綜合分析,從而對(duì)其萌發(fā)期耐旱性強(qiáng)弱進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于各指標(biāo)在耐旱性評(píng)價(jià)中所占比重差異較大(表3),若根據(jù)平均隸屬函數(shù)值對(duì)5個(gè)藜麥品種進(jìn)行耐旱性比較,結(jié)果并不可靠。因此本研究將指標(biāo)權(quán)重考慮在內(nèi),通過(guò)加權(quán)隸屬函數(shù)值(平均隸屬函數(shù)值與各指標(biāo)權(quán)重的乘積)對(duì)參試材料耐旱性強(qiáng)弱進(jìn)行排序?yàn)楹谵?白藜>紅藜(表4)。

表4 耐旱系數(shù)隸屬函數(shù)值及抗旱性綜合評(píng)價(jià)Table 4 Membership function value of drought tolerance coefficient and comprehensive evaluation of drought resistance

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)是植物生長(zhǎng)周期的起點(diǎn),水分是種子萌發(fā)的第一要素。在自然條件下,植物種子在萌發(fā)期遇到干旱脅迫時(shí),其耐旱能力的強(qiáng)弱是決定出苗數(shù)量和能否發(fā)育成健壯植株的關(guān)鍵,對(duì)種子萌發(fā)期耐旱性研究具有重要意義[23]。

有學(xué)者對(duì)植物在逆境條件下的電導(dǎo)率、發(fā)芽率等進(jìn)行了Logistic方程擬合,擬合結(jié)果較好[16-17,24-25]。因此,本研究對(duì)干旱脅迫條件下的藜麥發(fā)芽率進(jìn)行Logistic曲線擬合,發(fā)現(xiàn)所有參試品種發(fā)芽率隨時(shí)間延長(zhǎng)呈“S”型曲線變化,擬合度較好,能夠反映不同濃度PEG-6000對(duì)種子萌發(fā)進(jìn)程的影響。

形態(tài)變化是植物遭受逆境脅迫時(shí)最直接的反映。發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)和根長(zhǎng)及幼苗重量是植物在脅迫條件下變化最明顯的性狀[26]。本次實(shí)驗(yàn)中,低濃度的PEG-6000(5%和10%)對(duì)藜麥萌發(fā)期形態(tài)指標(biāo)具有促進(jìn)作用,隨著濃度升高,抑制作用逐漸增強(qiáng),甚至導(dǎo)致種子不能萌發(fā),這與前人[12-13,26]的研究結(jié)果一致。在植物形態(tài)建成期,非生物脅迫會(huì)使生物進(jìn)程發(fā)生改變,并產(chǎn)生過(guò)量的活性氧,最終導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的破壞,進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。為了維持其正常生長(zhǎng),植物會(huì)激活幾種策略來(lái)清除多余的活性氧,也會(huì)產(chǎn)生SS、SP和Pro等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)保持適當(dāng)?shù)臐B透勢(shì)。研究表明,藜麥作為一種鹽生植物,具有強(qiáng)大的構(gòu)成型抗氧化防御系統(tǒng),能夠減輕鹽或干旱脅迫下的氧化損傷[27-28]。干旱對(duì)抗氧化酶的影響因植物而異。王智威等[29]、高桐梅等[30]研究表明,玉米、芝麻中的SOD、POD和CAT等抗氧化酶對(duì)外界環(huán)境比較敏感,在脅迫下會(huì)升高。曹奕璘等[5]對(duì)苔蘚的研究發(fā)現(xiàn),隨著干旱脅迫時(shí)間的推移,SOD和POD活性呈逐漸下降趨勢(shì)。本研究中,適當(dāng)?shù)母珊荡龠M(jìn)CAT活性升高,當(dāng)脅迫繼續(xù)增強(qiáng),CAT活性開始下降,而SOD和POD活性一直呈下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)參試品種抗旱性較強(qiáng),沒(méi)有產(chǎn)生過(guò)多的H2O2。由于抗氧化酶之間的互補(bǔ)性,少量的H2O2被CAT清除。MDA、SS、SP和Pro是植物體內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)。MDA含量能夠反映細(xì)胞膜脂氧化程度,SS、SP和Pro使細(xì)胞保持較高的水勢(shì)、增強(qiáng)細(xì)胞的吸水能力及保護(hù)細(xì)胞脫水[29]。實(shí)驗(yàn)表明,以上參與滲透調(diào)節(jié)的物質(zhì)含量隨脅迫增強(qiáng)而先升高后降低,與前人[28-30]的研究結(jié)果一致。

一方面,由于基因型的差異,不同類型藜麥品種籽粒耐旱機(jī)制有所不同,單項(xiàng)指標(biāo)不能有效準(zhǔn)確地判定品種間的耐旱性差異[31-32]。另一方面,不同干旱脅迫條件下的各指標(biāo)變化有所不同。因此,必須結(jié)合多指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),才能客觀和全面地比較不同類型藜麥品種間的耐旱性。主成分分析和模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)法是目前被運(yùn)用較多的綜合評(píng)價(jià)方法,在多指標(biāo)鑒定研究中,二者結(jié)合分析更為客觀全面。所以,本研究先對(duì)藜麥萌發(fā)期形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)進(jìn)行主成分分析并計(jì)算指標(biāo)權(quán)重,再結(jié)合隸屬函數(shù)法,以加權(quán)隸屬函數(shù)平均值對(duì)3類藜麥品種籽粒萌發(fā)期抗旱性強(qiáng)弱進(jìn)行排序。一般來(lái)說(shuō),千粒重高、籽粒大的種子長(zhǎng)勢(shì)比較好,籽粒所含水分和養(yǎng)分相對(duì)較多,自身抗逆性較強(qiáng)。本研究最終得到的參試品種抗旱性排序與千粒重高低基本相符。推測(cè)藜麥抗旱性與籽粒大小關(guān)系密切,其作用機(jī)制有待深入研究。

盡管種子萌發(fā)期耐旱性強(qiáng)弱可以在一定程度上反映品種的耐旱性,但耐旱性是一個(gè)非常復(fù)雜的現(xiàn)象,可表現(xiàn)在生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段,不同生長(zhǎng)階段對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)存在差異。因此,對(duì)耐旱性的鑒定不能僅僅局限在某一個(gè)時(shí)期[33-34]。本研究只初步分析了干旱脅迫對(duì)藜麥萌發(fā)期的影響,而其他生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期的抗旱表現(xiàn)還需要進(jìn)一步探討。