賈斯淳，王 娜，郝興宇，宗毓錚，張東升，李 萍

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

大豆是我國(guó)各地廣泛種植的一種重要的糧油作物，種植歷史悠久且種植范圍較大[1]。黃淮海平原是大豆的主產(chǎn)區(qū)之一，主要種植夏播大豆[2]，但黃淮海平原水資源相對(duì)匱乏，干旱多發(fā)[3]，作物產(chǎn)量極易受到影響，對(duì)居民收入和糧食安全都有嚴(yán)重影響[4]。影響大豆產(chǎn)量的因素有很多，如作物品種、土壤水分含量、施肥量、病蟲(chóng)害以及田間管理措施等[5-7]，其中，水分是影響作物產(chǎn)量最重要的因素[8]，每年旱災(zāi)造成的作物減產(chǎn)在總災(zāi)害中占到1/2以上。近幾十年來(lái)，我國(guó)干旱面積不斷增大、頻率持續(xù)加快、災(zāi)情逐漸加重。在未來(lái)氣候預(yù)測(cè)中，氣溫還有不斷上升的趨勢(shì)，這無(wú)疑會(huì)增加葉片蒸騰與土壤蒸發(fā)，使得干旱造成的作物減產(chǎn)更加嚴(yán)重[9]。

大豆根系不發(fā)達(dá)，且需水量較大，對(duì)水分脅迫十分敏感[10]。水分脅迫會(huì)降低大豆的蒸騰速率，從而破壞大豆體內(nèi)的正常代謝，影響大豆的產(chǎn)量和品質(zhì)[11-12]。研究干旱脅迫下大豆的生理響應(yīng)是干旱風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、干旱造成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生態(tài)環(huán)境影響實(shí)時(shí)評(píng)估的重要基礎(chǔ)[13]。目前，有關(guān)大豆干旱的研究很多，但大多研究都集中在持續(xù)干旱對(duì)大豆的生長(zhǎng)及逆境生理的影響上[14-15]，階段性干旱對(duì)不同品種大豆的生長(zhǎng)及逆境生理影響的相關(guān)研究較少。

本試驗(yàn)不僅研究了持續(xù)干旱的影響，還研究了苗期極端干旱和鼓粒期干旱對(duì)大豆的抗逆指標(biāo)及生理特性的影響，旨在為全面了解大豆抗旱機(jī)制提供一定理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地點(diǎn)位于山西省晉中市太谷縣(37.42°N，112.58°E)，試驗(yàn)中所用土壤為過(guò)篩翻耕后的褐潮土。

1.2 供試材料

供試的2個(gè)大豆品種分別為晉大早春2號(hào)和晉大74，均由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院大豆研究室培育。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，將大豆播種于55 cm×40 cm×35 cm的塑料整理箱中，整理箱底部有5個(gè)直徑1 cm左右的小孔用于排水，整理箱內(nèi)裝有深約28 cm的褐質(zhì)土。每個(gè)整理箱中播種8穴，每個(gè)穴播3粒大豆，出苗后進(jìn)行間苗處理，保證每穴留苗1株。

出苗30 d后開(kāi)始進(jìn)行水分處理，2個(gè)品種分別設(shè)置濕潤(rùn)(CK)、輕度干旱(T1)、中度干旱(T2)3組處理，每個(gè)品種16盆，共計(jì)32盆，其中，濕潤(rùn)(CK)設(shè)置8盆重復(fù)，其余每組設(shè)置4盆重復(fù)，將其平均放置在2個(gè)旱棚中，旱棚的面積均為16 m2，旱棚的位置、朝向等相同且均不受建筑物遮蔽。土壤水分含量設(shè)置分別為濕潤(rùn)(CK)(80%～100%的田間最大持水量)、輕度干旱T1(45%～55%的田間最大持水量)以及中度干旱T3(35%～40%的田間最大持水量)3個(gè)水平；鼓粒期，將1/2濕潤(rùn)處理大豆(4盆大豆)進(jìn)行干旱處理(停止灌溉直至葉片出現(xiàn)萎蔫)，模擬鼓粒期干旱的情況。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 抗逆生理指標(biāo)的測(cè)定 分別在2017年大豆的分枝期、開(kāi)花期以及鼓粒期(中度干旱處理僅測(cè)試了分枝期，因該處理開(kāi)花期后部分死亡，存活植株葉片株高、葉片特別小，不能進(jìn)行該生理指標(biāo)測(cè)定)，每箱隨機(jī)選取有代表性的大豆3株，每株選取頂端倒三葉完全展開(kāi)葉片，摘取帶回室內(nèi)，測(cè)定其丙二醛(MDA)含量、過(guò)氧化物酶(POD)活性、糖類含量(還原糖、可溶性總糖、淀粉、纖維素)以及光合色素含量(葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素)。其中，MDA含量的測(cè)量采用硫代巴比妥酸法，POD活性采用愈創(chuàng)木酚法進(jìn)行測(cè)定，葉綠素含量采用浸提法進(jìn)行測(cè)定，葉片中糖含量采用蒽酮比色法進(jìn)行測(cè)定，具體的試驗(yàn)方法參照高俊鳳[16]的方法進(jìn)行。

1.4.2 農(nóng)藝性狀測(cè)定 在大豆鼓粒期，將整株大豆拔出，剪去根以下部分，帶回實(shí)驗(yàn)室，對(duì)所有植株進(jìn)行農(nóng)藝性狀株高、莖粗、節(jié)數(shù)等指標(biāo)的測(cè)定，再將莖干和葉片分別進(jìn)行烘干，記錄其單株干質(zhì)量(莖質(zhì)量、葉質(zhì)量)等指標(biāo)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理以及圖表的繪制工作均采用Excel完成。處理之間的比較采用最小顯著差數(shù)法(LSD)，結(jié)果小于LSD 0.05的視為顯著，結(jié)果小于LSD 0.01的視為極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同程度干旱脅迫對(duì)大豆葉片光合色素的影響

從表1可以看出，分枝期時(shí)，輕度干旱處理(T1)下晉大早春2號(hào)葉綠素a和葉綠素b顯著上升，分別較CK上升了57.6%和146.7%，類胡蘿卜素含量顯著下降，中度干旱處理(T2)的葉綠素含量上升幅度更大，分別較CK上升了62.8%和197.7%，類胡蘿卜素含量顯著下降；開(kāi)花期時(shí)，輕度干旱使晉大早春2號(hào)葉綠素a、葉綠素b含量分別較CK上升了11.5%和41.7%，類胡蘿卜素沒(méi)有顯著變化；鼓粒期時(shí)，晉大早春2號(hào)輕度干旱處理(T1)及后期干旱處理(T3)的葉綠素含量沒(méi)有顯著變化，中度干旱的類胡蘿卜素含量較CK顯著上升了32.1%。

晉大74在分枝期時(shí)，干旱處理(T1)的葉綠素a、葉綠素b含量顯著上升，分別較CK上升了13.5%和49.2%，其上升程度不如晉大早春2號(hào)的上升程度明顯，類胡蘿卜素含量顯著下降，中度干旱處理(T2)的葉綠素含量和類胡蘿卜素含量均顯著下降；晉大74在開(kāi)花期時(shí)，葉綠素a、葉綠素b含量顯著下降，分別較CK下降了12.9%和17.3%；晉大74在鼓粒期時(shí)，類胡蘿卜素含量顯著升高干旱處理(T1)的葉綠素含量都沒(méi)有顯著變化，后期干旱處理(T3)的葉綠素顯著上升，分別較CK上升了35.5%和177.9%，類胡蘿卜素含量沒(méi)有顯著變化。

在分枝期、開(kāi)花期及鼓粒期時(shí)，葉綠素a、葉綠素b含量的品種和干旱的交互作用顯著。分枝期，晉大早春2號(hào)2個(gè)干旱處理葉綠素a、葉綠素b含量均升高，而晉大74輕度干旱增加，中重度干旱下降。開(kāi)花期，晉大早春2號(hào)干旱處理使葉綠素a、葉綠素b含量升高，而晉大74干旱使葉綠素含量下降。鼓粒期，持續(xù)輕度干旱使晉大早春2號(hào)葉綠素a、葉綠素b含量均升高，而后期干旱使葉綠素a、葉綠素b含量均下降，持續(xù)輕度干旱使晉大74葉綠素a含量升高、葉綠素b含量下降，而后期干旱使其葉綠素a、葉綠素b含量均上升。

表1 不同程度干旱處理對(duì)大豆葉片光合色素含量的影響Tab.1 Effects of drought treatment on photosynthetic pigment content in soybean leaves mg/g

注:測(cè)量值=平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同一列數(shù)字后不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。表2-4同。

Note:Measured value=Mean±s;Values followed by different small letters in the same column are significantly different atP<0.05. The same as Tab.2-4．

2.2 不同程度干旱脅迫對(duì)大豆葉片抗逆指標(biāo)的影響

從圖1可以看出，分枝期時(shí)，與CK相比，晉大早春2號(hào)的輕度干旱處理(T1)和中度干旱處理(T2)的POD活性(以鮮質(zhì)量計(jì))沒(méi)有顯著變化，MDA含量顯著上升，分別較CK上升54.3%和53.5%；在開(kāi)花期時(shí)，輕度干旱處理(T1)的POD活性顯著上升，較CK上升69%，MDA(以鮮質(zhì)量計(jì))顯著下降，較CK下降13%；在鼓粒期，輕度干旱處理(T1)和后期干旱處理(T3)的POD顯著下降，MDA含量均顯著上升。

分枝期時(shí)，晉大74的輕度干旱處理(T1)的POD活性沒(méi)有顯著變化，中度干旱處理(T2)的POD活性較CK顯著上升，較CK上升了50.9%，二者的MDA含量都顯著上升，分別較CK上升84.4%和161.4%；開(kāi)花期和鼓粒期，輕度干旱處理(T1)和后期干旱處理(T3)下POD活性和MDA含量都沒(méi)有顯著性變化。

不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。Different letters meant significant difference at 0.05 level.

2.3 不同程度干旱脅迫對(duì)大豆葉片糖類含量的影響

從表2可以看出，晉大早春2號(hào)在分枝期輕度干旱處理(T1)以及中度干旱處理(T2)中的還原糖、可溶性糖和淀粉含量均增加，纖維素含量均顯著下降，且干旱程度對(duì)其的影響差別不大；在開(kāi)花期時(shí)，輕度干旱處理(T1)纖維素含量顯著上升；在鼓粒期時(shí)，輕度干旱處理(T1)和后期干旱處理(T3)的還原糖、可溶性糖含量有顯著上升，且輕度干旱處理(T1)的上升幅度更大，輕度干旱處理(T1)的淀粉含量也顯著上升。

晉大74在分枝期時(shí)，輕度干旱處理(T1)只有可溶性糖含量顯著上升，中度干旱處理(T3)的還原糖含量顯著下降，可溶性糖及纖維素含量顯著上升；在開(kāi)花期時(shí)，輕度干旱處理(T1)的糖含量都有顯著上升；在鼓粒期時(shí)，輕度干旱處理(T1)只有纖維素含量顯著升高，后期干旱處理(T3)糖含量均有顯著上升。

在分枝期時(shí)，纖維素的品種和干旱的交互作用顯著，晉大早春2號(hào)2個(gè)干旱處理的纖維素水平均下降，而晉大74輕度干旱不變，中、重度干旱顯著上升；開(kāi)花期時(shí)還原糖和可溶性糖的品種和干旱的交互作用顯著，晉大早春2號(hào)干旱處理的還原糖及可溶性糖含量沒(méi)有顯著變化，而晉大74干旱處理的還原糖及可溶性糖含量都顯著上升；鼓粒期可溶性糖及淀粉含量的品種和干旱的交互作用顯著，持續(xù)輕度干旱使晉大早春2號(hào)的可溶性糖及淀粉含量均升高，而后期干旱條件下可溶性糖含量升高，淀粉含量沒(méi)有顯著性變化，持續(xù)輕度干旱條件下晉大74的可溶性糖含量升高、淀粉含量不變，而后期干旱條件下其可溶性糖及淀粉含量均上升。

表2 不同程度干旱處理對(duì)大豆葉片糖含量的影響Tab.2 Effects of drought treatment on sugar content in soybean leaves mg/g

2.4 不同程度干旱處理對(duì)大豆形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

從表3,4可以看出，在濕潤(rùn)條件下晉大早春2號(hào)的株高、莖粗、節(jié)數(shù)、單株葉質(zhì)量、單株莖質(zhì)量以及葉占比方面都明顯低于晉大74，且2個(gè)品種的大豆在開(kāi)花期以及鼓粒期時(shí)，輕度干旱(T1)的各項(xiàng)指標(biāo)均下降。2個(gè)品種的后期干旱(T3)的各項(xiàng)指標(biāo)比其濕潤(rùn)對(duì)照有一定程度下降，但并不顯著。

在開(kāi)花期，株高、單株莖質(zhì)量和單株葉質(zhì)量的品種和干旱的交互作用顯著，晉大74的株高下降程度更明顯，晉大早春2號(hào)的單株葉質(zhì)量、單株莖質(zhì)量等指標(biāo)下降程度更明顯；在鼓粒期，株高、莖粗的品種和干旱的交互作用顯著，晉大74的下降程度更明顯。

表3 不同程度干旱處理對(duì)大豆形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響Tab.3 Effects of drought treatment on morphology and structure of soybean

表4 不同程度干旱處理對(duì)大豆干質(zhì)量的影響Tab.4 Effect of different drought treatments on dry weight of soybean

3 結(jié)論與討論

干旱脅迫不僅會(huì)大幅降低葉片的含水量，使細(xì)胞膜滲透壓上升，影響植物正常的生理活動(dòng)，而且還會(huì)導(dǎo)致膜結(jié)構(gòu)改變，使植株受到嚴(yán)重?fù)p傷[17]。膜脂的過(guò)氧化程度主要是通過(guò) MDA含量的變化來(lái)表現(xiàn)[18]。因此，可以用MDA的含量來(lái)表示植物對(duì)逆境的反應(yīng)強(qiáng)弱以及植物遭受逆境傷害的程度。為了減少過(guò)氧化作用帶來(lái)的損傷，受到干旱脅迫的植株會(huì)增加保護(hù)膜的含量，其中，POD就是一種最常見(jiàn)的保護(hù)膜，它在干旱脅迫中起到非常重要的作用。在本試驗(yàn)中，晉大74在分枝期干旱處理的MDA含量顯著上升且特干對(duì)照MDA含量上升更顯著，隨著干旱脅迫時(shí)間的增加，鼓粒期干旱處理下葉片MDA含量沒(méi)有明顯變化，晉大74在分枝期時(shí)中度干旱處理的POD活性顯著增加，表明其在中度干旱時(shí)抗旱能力較高。隨著干旱脅迫時(shí)間的增加，干旱處理的晉大早春2號(hào)的MDA含量增加，POD活性呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)，表明干旱脅迫導(dǎo)致該品種的膜脂過(guò)氧化程度增加，POD的減少也表明晉大早春2號(hào)抗旱能力較低，尤其是鼓粒期抗旱能力較低。

在干旱脅迫下，植物可通過(guò)調(diào)節(jié)滲透勢(shì)來(lái)維持穩(wěn)態(tài)，因此，受到干旱脅迫的葉片可溶性糖以及還原糖的含量會(huì)增加[19]，以抵御干旱帶來(lái)的不良影響以及保持細(xì)胞水分[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，濕潤(rùn)條件下，晉大74的可溶性糖和還原糖含量高于晉大早春2號(hào)，而且隨著干旱脅迫時(shí)間的增加，2個(gè)品種的還原糖以及可溶性糖含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，尤其是晉大74鼓粒期干旱增加更顯著。表明晉大74鼓粒期抗旱能力更強(qiáng)。

本試驗(yàn)中，在分枝期干旱處理和中度干旱處理使晉大早春2號(hào)葉綠素a、葉綠素b含量均顯著上升，類胡蘿卜素與葉綠素含量比值顯著下降；而晉大74的干旱處理葉綠素含量雖然上升，但幅度要比晉大早春2號(hào)小很多，甚至中度干旱處理葉綠素含量低于對(duì)照。在鼓粒期時(shí)，持續(xù)干旱對(duì)晉大早春2號(hào)的葉綠素含量影響不顯著，鼓粒期干旱甚至使其葉綠素含量小幅下降，而持續(xù)干旱和鼓粒期干旱使晉大74的葉綠素含量明顯上升，鼓粒期干旱上升幅度更大。這與POD、 MDA及可溶性糖的結(jié)果基本一致，表明晉大74抗旱能力較高，尤其是鼓粒期抗旱能力更高[21]。

干旱脅迫對(duì)植株的生理性狀方面也有一些影響，主要表現(xiàn)為植株瘦小、枝條稀疏以及葉片減小等[22]，雖然作物可以通過(guò)可溶性糖以及保護(hù)酶的作用提高其抗旱能力，但干旱脅迫引起的過(guò)氧化作用以及滲透壓的失衡還是會(huì)對(duì)植株造成嚴(yán)重的影響，比如干旱脅迫會(huì)使大豆株高、莖粗降低，莖、葉質(zhì)量減少。 植株減小，葉片總量下降可以減少水分的消耗，提高其抗旱性，也是作物對(duì)干旱的適應(yīng)[23]。本研究表明，干旱造成大豆株高、節(jié)數(shù)、莖粗和生物量下降，但不同品種存在差異，如開(kāi)花期，晉大74的株高下降程度更明顯，晉大早春2號(hào)的葉質(zhì)量、莖質(zhì)量等指標(biāo)下降程度更明顯。在鼓粒期，晉大74的株高、莖粗下降更明顯，從而減少其水分消耗，因此，其在鼓粒期抗逆性優(yōu)于晉大早春2號(hào)。

綜上所述，干旱會(huì)影響大豆的生長(zhǎng)發(fā)育。大豆可以通過(guò)自身的適應(yīng)提高其抗旱性，且不同大豆品種抗旱能力不同，晉大74在持續(xù)干旱條件下可以通過(guò)降低植株高度，減少水分消耗提高其抗旱能力，且其在鼓粒期干旱(非持續(xù)干旱)條件下抗旱能力也較晉大早春2號(hào)高，表明不同品種的大豆對(duì)干旱的適應(yīng)能力可能與其遺傳基因有關(guān)，其機(jī)制還有待進(jìn)行更深入的研究。