于惠琳+史振聲+叢玲+朱振興

摘要：為探明干旱脅迫下甜高粱和粒用高粱的光合、生理生化特性及甜高粱的光合、生理生化優(yōu)勢，本試驗選取較有代表性的甜高粱品系Rio和粒用高粱品系BTx623為試材，采用盆栽方式，分析不同干旱脅迫處理對甜高粱和粒用高粱葉片持綠性、光合參數(shù)、水分利用率、SOD活性、POD活性和MDA含量等的影響。結(jié)果表明：干旱脅迫對葉片的持綠性影響較大，甜高粱品系Rio在葉片持綠性上優(yōu)于粒用高粱BTx623；2個品系葉片葉綠素b的含量隨脅迫增強下降明顯，輕度和中度干旱脅迫對葉片持綠性和持綠時期影響相對較小，而在重度脅下會加快粒用高粱葉綠素b的分解，使其持綠性大幅度下降；CO2濃度在干旱脅迫下會對光合速率造成較大影響，Rio和BTx623在CO2濃度分別為 200～1 400 μmol/mol 和200～1 600 μmol/mol的區(qū)間對光合速率影響較大；2個品系葉片的SOD、POD活性以及MDA含量隨著脅迫的加重呈上升趨勢，甜高粱品系Rio葉片中POD活性和MDA含量增加幅度大于粒用高粱品系BTx623，而SOD活性增加幅度Rio略低于BTx623，重度脅迫下SOD、POD活性和MDA含量隨著脅迫的加重有所下降，BTx623下降幅度更大。

關(guān)鍵詞：干旱脅迫；甜高粱；粒用高粱；光合；生理生化

中圖分類號：S514.01文獻標志碼：A文章編號：1002-1302（2014）02-0072-04

收稿日期：2013-10-17

基金項目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項目（編號：CARS-06-01-06）。

作者簡介：于惠琳（1983—），女，遼寧鞍山人，博士研究生，從事高粱分子育種與栽培研究。E-mail：yuhuilin19831222@163.com。

通信作者：朱振興，博士，助理研究員，主要從事高粱分子育種研究。Tel：（024）31021082；E-mail：swauzzx@126.com。高粱作為我國重要的糧食和飼料作物在我國糧食生產(chǎn)上具有重要地位[1]。高粱具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄等特性，是干旱、半干旱地塊重點選擇種植的作物之一。干旱是嚴重影響我國農(nóng)作物生產(chǎn)的重要環(huán)境脅迫因子之一[2-4]。干旱能降低植物體內(nèi)的水分含量，最終使植物缺水而遭受傷害[5]。高粱在葉片光合作用、細胞膜透性、滲透調(diào)節(jié)和保護性酶活性等方面有較好的自身生理調(diào)節(jié)作用，以此來適應(yīng)干旱脅迫[6-7]。我國東北的部分地區(qū)及西北干旱、半干旱地區(qū)，受到干旱氣候的制約，降水量少，蒸發(fā)量大，水資源相對缺乏，土壤貧瘠，制約了該地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)[8-9]。大量生產(chǎn)實踐表明，甜高粱品系和粒用高粱品系在不同干旱脅迫下對干旱的響應(yīng)有所不同，甜高粱品系的抗旱性明顯優(yōu)于粒用高粱品系，甜高粱與粒用高粱雜交，從后代中選擇抗旱性個體，對培育糧稈兼用型的甜高粱品種及其優(yōu)良的親本材料、豐富遺傳基礎(chǔ)是十分有益的。因此本研究通過對典型甜高粱品系Rio與典型粒用高粱品系BTx623在干旱脅迫下葉片光合參數(shù)變化及生理生化等方面進行比較，旨在探明甜高粱和粒用高粱的光合和生理特點，以及干旱脅迫下甜高粱的光合及生理生化特性與優(yōu)勢，以期為高粱抗旱栽培及其在育種中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計

試驗于2013年在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地的防雨棚中進行。2個品系分別為甜高粱品系Rio和粒用高粱品系BTx623。采用盆栽方式，盆缽直徑28 cm，高31cm。盆土取自旱田耕層，土壤養(yǎng)分狀況為：全氮0.113%，全磷0.170%，全鉀2.229%，水解性氮74 mg/kg，有效磷16.04 mg/kg，有效鉀143 mg/kg，pH值6.2。5月5播種，播種時每盆施優(yōu)質(zhì)農(nóng)家肥200 g、磷酸二銨150 g作種肥，拔節(jié)期追施尿素3.0 g，9月25日收獲。

試驗隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)3個處理和1個對照，每品系開花后20 d進行水分脅迫，每個時期連續(xù)脅迫10 d。輕度脅迫（mild water stress，以下簡稱Mi-S）處理盆土壤絕對含水量為13%～14%（試驗前進行精細預(yù)試驗，結(jié)果顯示，每天16：00對脅迫植株灌水300～350 mL，可保證第2天14：00土壤絕對含水量為13%～14%）；中度脅迫（moderate water stress，以下簡稱Mo-S）處理盆土壤絕對含水量為9%～10%（每天 16：00 對脅迫植株灌水200～250 mL）；重度脅迫（heavy，以下簡稱Se-S）處理盆土壤絕對含水量為6%～7%（每天16：00對脅迫植株灌水100～150 mL）；無脅迫（對照CK）處理盆土壤絕對含水量為17%～18%（每天16：00灌水400～450 mL）。脅迫10 d后進行相關(guān)指標的測定，然后解除脅迫恢復(fù)正常供水至成熟。水分脅迫期間，將盆缽置于防雨棚內(nèi)，夜間及陰雨天蓋膜防雨。測定重復(fù)3次。

1.2測定項目及方法

1.2.1葉面積及葉片持綠性的測定于灌漿期（開花后 20 d），每小區(qū)選取有代表性的植株5株，用激光葉面積儀（WDY-500A）測定綠葉面積；調(diào)查綠葉面積大于50%的葉片數(shù)量，測定絕對綠葉面積持續(xù)期（AGLAD）。AGLAD指抽穗開花期至灌漿期（開花后20 d內(nèi)）高粱葉面積的和，即每日的葉面積的累加，由AGLAD除以開花期時綠葉面積求得相對葉面積持續(xù)期（RGLAD）。

1.2.2凈光合速率及相關(guān)參數(shù)的的測定在甜高粱灌漿期，采用美國LI-COR公司生產(chǎn)的LI-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)測定，采用紅藍光源，設(shè)定光合有效輻射為 800 μmol/（m2·s） 作為測定光強，在各試驗小區(qū)選取生長健康、長勢一致、光照均勻的植株5株測定其凈光合速率，測定時間為09：30—11：00。測定各品種的旗葉，記錄3次值求其平均數(shù)。氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度、蒸騰速率等參數(shù)由光合儀同步探測記錄。

1.2.3葉片內(nèi)源保護酶SOD、POD活性和MDA含量的分析測定分別于開花期、灌漿初期取高梁倒2、倒3葉，采用張憲政的方法[10]測定葉片超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化物酶（POD）活性和丙二醛（MDA）含量，每處理重復(fù)3次。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)均采用Microsoft Excel 2003和DPS 6.50軟件進行處理與分析。

2結(jié)果與分

2.1干旱脅迫下甜高粱和粒用高粱葉面積及葉片持綠性的比較

由表1可見，2個品系在不同干旱脅迫下葉片持綠性相關(guān)性狀存在差異。在不同干旱脅迫下，2個品系的單株綠葉面積、絕對綠葉面積持續(xù)期和相對綠葉面積持續(xù)期均在輕度脅迫（Mi-S）和中度脅迫（Mo-S）下比對照下降幅度較小，而達到重度脅迫（Se-S）時，各參數(shù)下降幅度明顯增大。甜高粱品系Rio和粒用高粱品系BTx623絕對綠葉面積持續(xù)期在各處理下差異較小，但由于單株綠葉面積Rio高于BTx623，所以表現(xiàn)為相對綠葉面積持續(xù)期Rio高于BTx623，從而表現(xiàn)為甜高粱品系在葉面積和其持綠性上優(yōu)于普通高粱。 2個品系葉綠素含量隨著脅迫的增強呈下降的趨勢，葉綠素a和葉綠素b含量均在輕度脅迫（Mi-S）和中度脅迫（Mo-S）下較對照下降幅度較小，無顯著差異；而隨著脅迫的加重下降度明顯增大，與葉片持綠面積及綠葉持續(xù)期的變化趨勢基本一致，同時發(fā)現(xiàn)葉綠素b下降幅度明顯高于葉綠素a，下降幅度BTx623高于Rio（表1）。表明干旱能促進葉綠素b的分解，尤其在重度脅迫下，對粒用高粱影響更大。

2.2干旱脅迫下甜高粱和粒用高粱光合參數(shù)及水分利用率的比較

由表2可以看出，不同干旱脅迫下2個品系的光合效率存在差異。隨著脅迫的加重，凈光合速率呈下降的趨勢，在輕度和中度脅迫時與對照差異相對較小，而當達到重度脅迫時下降幅度明顯增大，Rio和BTx623凈光合速率分別較對照降低29.05%和35.31%；氣孔導(dǎo)度和蒸騰速率的變化趨勢與凈光合速率基本一致。同時，Rio的凈光合速率在各處理下均高于粒用高粱品系BTx623，且在不同處理下與對照相比的下降幅度均表現(xiàn)為Rio低于BTx623，說明甜高粱品系無論在自身合成養(yǎng)分還是在對干旱脅迫的耐性上均較粒用高粱具有優(yōu)勢，也進一步解釋了表1中較好的葉片持綠性對植株物質(zhì)積累的重要性。葉片水分利用率在不同干旱脅迫處理間差異不大，但品種間存在差異，尤其在輕度脅迫時，Rio在水分利用率上更具優(yōu)勢。

2.3干旱脅迫下甜高粱和粒用高粱葉片CO2響應(yīng)曲線的比較

為進一步研究不同干旱處理下2個品系葉片光合性能存在差異的原因，對不同干旱脅迫分別進行了CO2濃度曲線的測定。由圖1至圖4可以看出，在不同干旱脅迫下2個品種的CO2飽和點與CO2補償點在不同干旱脅迫處理下存在較大差異。在未脅迫處理（CK）下，隨著CO2濃度的下降，2個品系光合速率均呈下降的趨勢，在下降幅度上有2個明顯的拐點，即Rio在1 400 μmol/mol、BTx623在1 600 μmol/mol時是第1個拐點；2個品種均在200 μmol/mol時是第2個拐點（圖1）。說明Rio在1 400 μmol/mol、BTx623在1 600 μmol/mol時達到各自的CO2飽和點，均在200 μmol/mol時達到各自的CO2補償點，即在200～1 400 μmol/mol和200～1 600 μmol/mol這2個區(qū)間CO2濃度分別對Rio和BTx623光合速率會造成較大影響。

在輕度干旱（Mi-S）下，2個品系的CO2飽和點和CO2補償點（圖2）與未脅迫處理（CK）相一致。在中度脅迫

2.4干旱脅迫下甜高粱和粒用高粱葉片SOD、POD活性和MDA含量的比較

在不同干旱脅迫處理下，開花期和灌漿期SOD、POD活性和MDA含量在輕度脅迫和中度脅迫下均隨著脅迫的加重呈上升的趨勢。說明在一定干旱脅環(huán)境下，2個品系均會通過提高自身SOD、POD活性和MDA含量來調(diào)節(jié)其生長，維持體內(nèi)平衡，抵御干旱。而在重度脅迫下，高粱植株體內(nèi)因嚴重缺水而對植物體造成了嚴重損傷，以致對SOD、POD活性和MDA含量的提高造成了影響。同時，甜高粱品系Rio的POD活性和MDA含量增加幅度大于粒用高粱品系BTx623，而SOD活性Rio略低于BTx623，重度脅迫（Se-S）下SOD、POD活性和MDA含量隨著脅迫的加重有所下降，BTx623下降幅度更大?？梢钥闯鎏鸶吡黄废礡io在抗旱水平上明顯優(yōu)于普通高粱品系BTx623，可以通過植株體內(nèi)SOD、POD活性和MDA含量的變化來提高抵御干旱的能力，也進一步驗證了其在葉片持綠、光合參數(shù)等方面具有優(yōu)勢的原因。3結(jié)論與討論

干旱脅迫下容易造成植物葉片褪綠，影響其正常的光合作用和體內(nèi)保護性酶活性的變化。本研究表明：甜高粱品系Rio在葉面積和其持綠性上優(yōu)于粒用通高粱品系BTx623，在不同干旱脅迫下，葉綠素b下降幅度明顯高于葉綠素a，下降幅度BTx623高于Rio。干旱促進葉綠素b的分解，尤其在重度脅迫下會對粒用高粱的持綠性造成較大影響，進而影響其光合物質(zhì)積累。這與王艷秋等對A3型細胞質(zhì)光合物質(zhì)積累的研究結(jié)果[11]基本一致，而與葛江麗等輕度鹽脅迫對甜高粱物質(zhì)積累分配的研究結(jié)果[12]略有差異，可能是因為本試驗品系不同和測定時期不同造成的。葉片水分利用率在不同干旱脅迫處理間差異不大，凈光合速率在重度脅迫下，植物體會因葉片過度缺水而導(dǎo)致葉片持綠性和持綠時期大幅度下降，對光合參數(shù)及CO2飽和點和補償點造成破壞性影響，影響幅度BTx623大于Rio。SOD和POD可以分解一些由于水分脅迫產(chǎn)生的過氧化物，從而起到對植物體的保護作用。甜高粱品系在干旱脅迫下自身合成保護酶上較粒用高粱具有優(yōu)勢，在輕度脅迫（Mi-S）和中度脅迫（Mo-S）下2個品系均隨脅迫增強而增加，而重度脅迫（Se-S）則較中度脅迫（Mo-S）有所下降。這與黃瑞冬等研究的結(jié)果[13]基本一致；但榮少英等研究認為在干旱脅迫下甜高粱幼苗隨著干旱脅迫的增強保護酶活性一直增加[14]，與本研究的結(jié)果略有差異，可能是因為高粱處于不同生育時期及不同干旱處理。

干旱在世界一些地區(qū)日趨嚴重，干旱問題和作物抗旱性改良受到各國政府及研究機構(gòu)的重視。本研究通過對典型甜高粱品系Rio與典型粒用高粱品系BTx623在干旱脅迫下葉片光合參數(shù)變化及生理生化等方面進行比較，分析了在干旱時甜高粱的光合、生理優(yōu)勢，但如何通過這些特點進行抗旱性的遺傳育種與栽培，將其抗旱潛力充分發(fā)揮還有待進一步研究。

參考文獻：

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干旱在世界一些地區(qū)日趨嚴重，干旱問題和作物抗旱性改良受到各國政府及研究機構(gòu)的重視。本研究通過對典型甜高粱品系Rio與典型粒用高粱品系BTx623在干旱脅迫下葉片光合參數(shù)變化及生理生化等方面進行比較，分析了在干旱時甜高粱的光合、生理優(yōu)勢，但如何通過這些特點進行抗旱性的遺傳育種與栽培，將其抗旱潛力充分發(fā)揮還有待進一步研究。

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