陳利青，張瑞杰 ，張 偉 ，武曌忠 ，張 彬

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷030801）

環(huán)境惡化、人口不斷增長[1]以及糧食需求量持續(xù)增加危機(jī)[2]使得作物增產(chǎn)和潛在主糧作物的培育和挖掘等顯得尤為重要。糜子作為一個(gè)優(yōu)質(zhì)的替代作物逐漸進(jìn)入人們的視野。作為典型的高光合C4抗旱作物[3-4]，糜子高的水分利用效率[5]、強(qiáng)抗旱性以及短的生長期、耐熱性和淺根系[6]等優(yōu)勢使其能適應(yīng)惡劣的環(huán)境。除此之外，糜子還具有較高的食用價(jià)值[7-8]、藥用價(jià)值和能源價(jià)值[9-10]。糜子營養(yǎng)豐富，蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、維生素和礦物質(zhì)等含量高于其他作物[11-12]。除了其豐富的營養(yǎng)和食用價(jià)值，糜子還可以有效維持餐后血糖穩(wěn)定，起降血糖、降血脂的作用[13-14]，還有助于預(yù)防糖尿病、肥胖癥、高血壓、高血脂等慢性疾病[15-16]。除此之外，糜子籽粒中淀粉含量豐富[17]，可以作為一個(gè)潛在的能源作物，用于燃料乙醇的生產(chǎn)。篩選、培育優(yōu)質(zhì)糜子品種有助于應(yīng)對世界人口、環(huán)境以及糧食危機(jī)。目前，研究人員主要通過探究影響作物產(chǎn)量的因素來提高作物產(chǎn)量，且其研究一直集中于大眾糧食作物，如小麥[18]、水稻[19]等，而對潛在作物的探究和挖掘上還存在不足。糜子栽培歷史悠久，長達(dá)10 000多年[20]，生產(chǎn)優(yōu)勢及品質(zhì)特性顯著，優(yōu)質(zhì)的糜子品種有望發(fā)展成為未來的主糧作物之一，篩選并培育優(yōu)質(zhì)糜子品種具有重要的意義。

本研究通過比較3個(gè)不同品種糜子的農(nóng)藝性狀以及葉片的光合色素、光合特性等指標(biāo)，旨在篩選出農(nóng)藝性狀優(yōu)良、光合作用強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)糜子品種。

1 材料和方法

1.1 材料

本試驗(yàn)在山西省晉中市太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站進(jìn)行。供試材料為山西省本地糜子品種品黍1號、品黍2號以及晉黍9號。

1.2 方法

1.2.1 3個(gè)品種農(nóng)藝性狀測定 糜子完全抽穗后，每個(gè)品種取樣3株分別進(jìn)行株高、穗長、旗葉長、旗葉寬等主要農(nóng)藝性狀調(diào)查分析；在糜子完全成熟后，對3個(gè)糜子品種分別取樣3株進(jìn)行單株穗質(zhì)量、單株粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量的測量和分析。農(nóng)藝性狀調(diào)查主要在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)作站進(jìn)行，穗部考種主要在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。

農(nóng)藝性狀測定方法及標(biāo)準(zhǔn)借鑒文獻(xiàn)[21]。調(diào)查后各項(xiàng)取平均值進(jìn)行比較，并在α＝0.05水平進(jìn)行差異顯著性分析。

1.2.2 3個(gè)糜子品種不同時(shí)期光合色素測定 分別在苗期、拔節(jié)期和抽穗期對3個(gè)糜子品種旗葉進(jìn)行葉綠素含量的測定和分析。

在3個(gè)時(shí)期，每個(gè)品種取3株，每株取旗葉中部，去中脈、剪碎并混勻。稱取3份，每份0.2 g，置于10 mL離心管中，作為3個(gè)生物重復(fù)。在稱量好的葉片中加入10 mL 95%的乙醇，避光處理，在搖床中充分搖勻，直至組織變白；離心，提取上清液作為葉綠素的提取液。以95%的乙醇作為空白對照，測定440，645，663 nm波長處吸光度。每份提取液測定3次，作為3個(gè)技術(shù)重復(fù)。

其中，V代表提取液體積；m代表樣品質(zhì)量。

1.2.3 3個(gè)糜子品種光合特性測定 拔節(jié)期到抽穗期是糜子整個(gè)生育期中植株生長代謝最旺盛的階段，在這段時(shí)期，糜子光合能力的強(qiáng)弱決定著糜子的最終產(chǎn)量。于晴天的早上，采用Li-6400便攜式光合儀測定3個(gè)糜子品種的光合特性。光合特性是表征光合能力的重要指標(biāo)，包括凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）和氣孔導(dǎo)度（Cond），在一定范圍內(nèi)，其數(shù)值越大，表明作物的光合作用越高。

1.2.4 3個(gè)糜子品種水分利用效率測定 提高作物水分利用效率有助于增強(qiáng)作物的抗旱性，還可以提高作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。對3個(gè)糜子品種進(jìn)行葉片水分利用效率進(jìn)行分析，計(jì)算公式如下。

1.2.5 3個(gè)糜子品種熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)的測定 熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)越來越多地被用于分析植株光合能力以及抗旱性的強(qiáng)弱。于晴天的早上，采用Li-6400便攜式光合儀測定糜子的熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)，其參數(shù)包括F0（暗適應(yīng)下的初始熒光），F(xiàn)m（最大熒光產(chǎn)量），F(xiàn)v（可變熒光（Fv＝Fm－F0）），F(xiàn)v/Fm（（Fv/Fm＝（Fm－F0）/Fv）PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)換效率），qP（光化學(xué)淬滅），qN（非光化學(xué)淬滅）以及ETR（表觀光合電子傳遞效率）。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)均使用Excel 2003和SPSS統(tǒng)計(jì)軟件（Version 19，SPSS，Chicago，IL，United States）進(jìn)行分析，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了單因素方差分析（ANOVA），Duncan檢驗(yàn)和Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種農(nóng)藝性狀差異分析

2.1.1 不同品種主要農(nóng)藝性狀差異分析 完全抽穗后，對3個(gè)糜子品種主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行單因素分析，結(jié)果表明，3個(gè)糜子品種在穗長、旗葉長、旗葉寬、莖粗五個(gè)主要農(nóng)藝性狀間存在差異，其中，晉黍9號株高、穗頸長均低于品黍1號和品黍2號，而晉黍9號的旗葉長和旗葉寬均大于品黍1號和品黍2號；3個(gè)糜子品種的穗長差異顯著，其中，品黍1號的穗長顯著小于品黍2號和晉黍9號（P＜0.05）（表 1）。

表1 不同品種主要農(nóng)藝性狀差異分析

2.1.2 不同品種穗部性狀差異分析 糜子完全成熟后，對其穗部性狀調(diào)查結(jié)果進(jìn)行分析可知，品黍1號和品黍2號在單株穗質(zhì)量以及單株粒質(zhì)量上同晉黍9號無顯著差異，而晉黍9號的千粒質(zhì)量顯著高于品黍1號和品黍2號（P＜0.05）（表2）。

表2 3個(gè)糜子品種穗部性狀差異分析 g

2.2 不同糜子品種各個(gè)時(shí)期葉片光合色素差異分析

2.2.1 不同糜子品種各個(gè)時(shí)期葉片葉綠素含量分析 葉片是糜子的主要光合部位，葉片中的葉綠體是植物光合作用及葉綠素合成的場所，而葉綠素是植物光合的主要色素，參與光合色素的光能量吸收、傳遞和轉(zhuǎn)化[22]，在光合作用中具有決定性作用[23]，對植物的光合具有重要的影響。作為光合作用系統(tǒng)的中心成分，葉綠素含量決定著作物產(chǎn)量[24]，其中，葉綠素a、葉綠素b利用和捕獲光能[25]，且葉綠素a的降低可減少作物光能的利用效率[26]。對3個(gè)品種苗期、拔節(jié)期以及抽穗期葉片中葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、Chla/Chlb值進(jìn)行分析可知，苗期和拔節(jié)期3個(gè)糜子品種葉片葉綠素a和葉綠素b無顯著差異；抽穗期3個(gè)品種葉綠素a含量差異顯著，即晉黍9號＜品黍1號＜品黍2號；3個(gè)品種葉綠素b含量也存在差異，即品黍1號和晉黍9號顯著低于品黍2號。苗期Chla/Chlb值較大，而拔節(jié)期和抽穗期其Chla/Chlb值降低（圖1），說明葉綠素a在苗期的含量高于葉綠素b，而在拔節(jié)期和抽穗期葉綠素a含量大幅降低，其下降幅度大于葉綠素b。

2.2.2 3個(gè)糜子品種不同時(shí)期葉片類胡蘿卜素含量差異分析 作為光保護(hù)色素，類胡蘿卜素對葉綠素a具有保護(hù)作用，少量類胡蘿卜素就可以保護(hù)葉綠素免受氧自由基的破壞。分別檢測3個(gè)糜子品種苗期、拔節(jié)期以及抽穗期的類胡蘿卜素含量，結(jié)果顯示，隨著作物的不斷生長，葉片內(nèi)的類胡蘿卜素含量不斷積累，在苗期和拔節(jié)期3個(gè)品種間差別較小，且拔節(jié)期3個(gè)品種間無顯著差異；在抽穗期3個(gè)品種類胡蘿卜素含量最大，且品種間差異明顯，其中，品黍2號的類胡蘿卜素含量顯著高于品黍1號和晉黍9號（圖2）。

2.2.3 3個(gè)糜子品種類胡蘿卜素含量與葉綠素含量相關(guān)性分析 葉片中類胡蘿卜素可以吸收光能并傳遞到葉綠素a，從而清除葉綠體中的氧自由基，保護(hù)葉綠素分子正常進(jìn)行光合作用。對葉綠素和類胡蘿卜素進(jìn)行Pearson相關(guān)性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，類胡蘿卜素與葉綠素a、葉綠素b在α＝0.01水平上都極顯著相關(guān)，且類胡蘿卜素與葉綠素a相關(guān)性大于類胡蘿卜素與葉綠素b的相關(guān)性；除此之外，葉綠素a和葉綠素b在α＝0.01水平上相關(guān)性極顯著，其相關(guān)系數(shù)達(dá) 0.853（表3）。

表3 3個(gè)糜子品種類胡蘿卜素含量與葉綠素含量相關(guān)性分析

2.3 不同品種葉片光合特性差異分析

2.3.1 3個(gè)糜子品種葉片光合特性差異分析 光合作用是作物產(chǎn)量形成的主要途徑，增加光合作用可以提高作物生產(chǎn)力和產(chǎn)量[27]。分析3個(gè)糜子品種的光合特性，結(jié)果顯示，3個(gè)糜子品種的光合能力都呈先降低后升高的趨勢，且抽穗期是3個(gè)品種光合能力最強(qiáng)的時(shí)期。其中，品黍1號苗期光合能力顯著高于其他2個(gè)品種（P＜0.05），在抽穗期時(shí)光合能力也均高于品黍2號和晉黍9號；品黍2號在苗期和拔節(jié)期光合能力居中，在抽穗期光合能力提高，但顯著低于品黍1號和晉黍9號；晉黍9號在苗期光合能力最弱，后期光合能力逐漸增強(qiáng)，在拔節(jié)期光合能力居中。氣孔導(dǎo)度檢測結(jié)果顯示，在3個(gè)不同時(shí)期，3個(gè)糜子品種中都呈先上升后下降的趨勢，且在拔節(jié)期氣孔導(dǎo)度最大，而在抽穗期最小。在苗期，品黍1號的氣孔導(dǎo)度顯著低于品黍2號和晉黍9號；在拔節(jié)期，3個(gè)糜子品種的氣孔導(dǎo)度間差異顯著，且品黍1號＞品黍2號＞晉黍9號；在抽穗期，3個(gè)品種的氣孔導(dǎo)度間無顯著性差異。對3個(gè)不同的糜子品種蒸騰速率進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，3個(gè)時(shí)期的3個(gè)糜子品種的蒸騰速率整體差別小于光合速率及氣孔導(dǎo)度，品黍2號的蒸騰速率在3個(gè)時(shí)期都比較一致，變化較?。黄肥?號和晉黍9號的變化較明顯，苗期品黍1號的蒸騰速率最小，在拔節(jié)期有一個(gè)較大的增長，但其在抽穗期的蒸騰速率最低；晉黍9號的蒸騰速率變化趨勢也較明顯，從苗期到拔節(jié)期顯著降低，而從拔節(jié)期到抽穗期有一個(gè)較大的增長（圖3）。

由拔節(jié)期到抽穗期是作物生長發(fā)育的一個(gè)重要時(shí)期，這個(gè)時(shí)期植物的生長與后期作物產(chǎn)量具有重要的關(guān)系，一般光合特性指標(biāo)數(shù)值越大，其光合作用越強(qiáng)，光合速率也越高。綜合上述光合指標(biāo)分析發(fā)現(xiàn)，品黍1號整體光合指標(biāo)較高，光合能力較強(qiáng)。

2.3.2 3個(gè)糜子品種葉片水分利用效率差異分析

植物生長和發(fā)育進(jìn)程會(huì)遭受干旱脅迫的影響[28]。干旱環(huán)境下，植物易遭到破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致其功能完全喪失[29-30]，造成減產(chǎn)。通過調(diào)節(jié)、提高植株的水分利用效率，可以提高植物的抗旱性，還可以提高作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。對3個(gè)糜子品種不同時(shí)期的葉片水分利用率進(jìn)行了檢測，結(jié)果顯示，苗期3個(gè)品種的水分利用效率相近，且相互間無顯著差異；拔節(jié)期3個(gè)品種間水分利用率差異顯著，其中，品黍1號的水分利用效率遠(yuǎn)高于品黍2號和晉黍9號；抽穗期3個(gè)品種間水分利用率差異較小，但品黍1號顯著高于品黍2號和晉黍9號，而品黍2號和晉黍9號間無顯著性差異。對3個(gè)品種3個(gè)時(shí)期的水分利用率進(jìn)行趨勢分析發(fā)現(xiàn)，3個(gè)品種的水分利用效率趨勢存在差異，由苗期到拔節(jié)期時(shí)，品黍2號和晉黍9號水分利用效率降低，而品黍1號出現(xiàn)大幅度增長；由拔節(jié)期到抽穗期，品黍2號和晉黍9號水分利用效率逐漸升高，而品黍1號又大幅下降。但整個(gè)生育期，品黍1號的水分利用效率都高于其他2個(gè)品種（圖4）。

2.3.3 3個(gè)糜子品種熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)差異分析

葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)被廣泛應(yīng)用于光合作用變化的探究，并成為揭示植物生理狀態(tài)的重要指標(biāo)[31-32]。葉綠素?zé)晒鈪?shù)能反映植物光合作用過程中的光能吸收、激發(fā)能傳遞和光化學(xué)反應(yīng)等光合作用的原初反應(yīng)過程，而且與電子傳遞、質(zhì)子梯度的建立及ATP合成和CO2固定等過程有關(guān)。為了更好地了解3個(gè)品種的光合能力強(qiáng)弱以及對環(huán)境的調(diào)節(jié)能力，對其熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行測定，結(jié)果顯示，F(xiàn)0為暗適應(yīng)下的初始熒光，主要反映了激發(fā)能在捕獲色素間傳遞的平衡過程。

從圖5-A可以看出，晉黍9號的F0值與品黍1號和品黍2號間存在顯著性差異（P＜0.05），而品黍1號與品黍2號的F0間未出現(xiàn)顯著差異（P＜0.05）；Fm是最大熒光產(chǎn)量，其可以反映PSⅡ反應(yīng)中心處于完全關(guān)閉時(shí)的熒光產(chǎn)量，表征PSⅡ的電子傳遞情況，而Fv為可變熒光，反映了原初電子受體QA的還原情況。由圖5-B可知，晉黍9號的最大熒光產(chǎn)量Fm顯著高于品黍1號與品黍2號，除此之外，三者間的可變熒光值均兩兩存在顯著性差異。晉黍9號的可變熒光值Fv最大，品黍2號次之，品黍1號最?。▓D5-C）。

Fv/Fm（Fv/Fm=（Fm-F0）/Fv）為 PSⅡ最大光能轉(zhuǎn)換效率，即暗適應(yīng)條件下，電子將用于光合作用的能量轉(zhuǎn)化為葉綠素?zé)晒夂蜔?，它反映了光合系統(tǒng)原初光能轉(zhuǎn)換效率的高低。正常情況下，F(xiàn)v/Fm一般穩(wěn)定在0.75～0.85，若該值出現(xiàn)顯著變化，則說明作物受到逆境影響，從而導(dǎo)致其光合系統(tǒng)原初光能轉(zhuǎn)化效率發(fā)生變化。由圖5-D可知，晉黍9號和品黍2號的Fv/Fm值均處于0.75～0.85，說明其光合系統(tǒng)原初光能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)功能正常，品黍1號Fv/Fm值偏低，且顯著低于晉黍9號和品黍2號。qP和qN反映了植物光合作用的高低和光保護(hù)能力。由圖5-E，F(xiàn)可知，3個(gè)品種光合作用能力及光保護(hù)能力上趨勢相同，均呈現(xiàn)出品黍1號的光合作用能力以及光保護(hù)能力顯著低于品黍2號和晉黍9號。光下PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率可以反映植物的實(shí)際光合效率。由圖5-G可知，3個(gè)品種的實(shí)際光合效率PSⅡ存在差異性，且品黍2號和晉黍9號顯著高于品黍1號。ETR是表觀光合電子傳遞效率，它反映了作物光合電子傳遞的相對速率。由圖5-H可知，品黍1號的表觀光合電子傳遞效率顯著低于品黍2號和晉黍9號，且品黍2號和晉黍9號間存在差異，但差異不顯著。

3 結(jié)論與討論

目前，糜子作為山西特色的小雜糧之一，其生長特性及營養(yǎng)品質(zhì)使其在未來的農(nóng)業(yè)發(fā)展中占有重要的地位，我國糜子種植范圍小，品種類型單一，無法滿足市場需求，尋找性狀優(yōu)良的糜子品種加以改良從而滿足社會(huì)需求顯得刻不容緩。

本研究選取3個(gè)糜子品種（品黍1號、品黍2號、晉黍9號）從主要農(nóng)藝性狀、光合色素含量、光合特性等方面進(jìn)行綜合分析，以篩選出優(yōu)良的糜子品種。本研究對3個(gè)糜子品種農(nóng)藝性狀及穗部性狀進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，除品黍1號的穗長顯著小于其他2個(gè)品種以及晉黍9號的千粒質(zhì)量大于其他2個(gè)品種外，3個(gè)糜子品種的主要農(nóng)藝性狀及穗部性狀一致，無顯著差異。品黍1號的穗型緊湊、籽粒數(shù)多，而晉黍9號籽粒數(shù)少，但籽粒飽滿。對3個(gè)糜子品種光合色素及光合特性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，3個(gè)糜子品種在抽穗期的葉綠素含量最大，葉綠素含量越高，作物光合作用越大，同時(shí)它們的凈光合速率在抽穗期也達(dá)到最大值，這與前人研究結(jié)果一致。除此之外，抽穗期，品黍2號的各色素含量及總色素含量均高于品黍1號和晉黍9號，但其凈光合速率較低，這可能是由光合色素中各色素所占比例不同引起的。研究作物的抗旱性有利于擴(kuò)大作物種植范圍，并可以提高作物產(chǎn)量，對3個(gè)糜子品種抗旱性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，品黍1號的葉片水分利用效率呈先上升后下降的趨勢，且在3個(gè)時(shí)期均高于另2個(gè)品種。除此之外，熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)表明，品黍1號的光合作用能力以及光保護(hù)能力顯著低于品黍2號和晉黍9號。

本研究結(jié)果表明，在3個(gè)品種中，品黍1號的穗型緊湊、籽粒數(shù)目多，而晉黍9號籽粒飽滿,且晉黍9號與品黍2號的光合作用及光保護(hù)能力較強(qiáng)，這3個(gè)品種可以為后續(xù)育種提供較好的種質(zhì)材料和改良資源。