周 丹，邢國明，鄭少文

（山西農(nóng)業(yè)大學園藝學院，山西太谷030801）

普通菜豆（Phaseolus vulgaris L.）（簡稱菜豆）的染色體2n＝22，別名為四季豆、蕓豆等，植物學分類上屬于豆科（Leguminosae）蝶形花亞科（Papilionoideae）菜豆屬（Phaseolus）[1]。菜豆是豆類蔬菜的重要作物之一，是許多國家和地區(qū)的主要植物蛋白來源之一[2]。

菜豆因其生長環(huán)境復雜多樣，生產(chǎn)中受多種生物和非生物因素限制，其中，干旱影響尤為嚴重。全球每年約有60%的普通菜豆因水分虧缺而減產(chǎn)，一些地區(qū)在遭遇突然干旱時，減產(chǎn)率高達80%[3-4]。隨全球氣候變化，普通菜豆產(chǎn)區(qū)的干旱情況將日益加劇[5]。因此，普通菜豆抗旱性研究備受國內(nèi)外學者的關注，成為育種工作的重要目標之一[6-7]。目前，針對山西省旱作菜豆的專用品種選育已成為首要目標。

本研究以山西當?shù)爻Ｓ玫?0個菜豆品種為試材，通過盆栽水分脅迫試驗對菜豆的形態(tài)指標和生理指標等進行綜合評價，旨在初步篩選出耐旱菜豆品種和敏感菜豆品種，探索耐旱品種和敏感品種之間的差異，為山西當?shù)夭硕巩a(chǎn)業(yè)發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年10月至2019年1月在山西省太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學園藝站溫室內(nèi)進行。海拔790 m，經(jīng)度 112°37′26″，緯度 37°29′17″。試驗地處山西北方，冬天氣溫較低，每年11月開始需棉被保溫，每天早上8：30掀起棉被，17：30放下棉被，晴天光照時間為8 h左右[8]。試驗栽培基質(zhì)選用包裝育苗基質(zhì)（由山東魯浩農(nóng)業(yè)科技有限公司提供的潤農(nóng)豐牌基質(zhì)）。

1.2 試驗設計

供試菜豆品種為盛譽天驕、極早一尺嫩、極早皇后、綠霸、中華綠、綠劍、早鮮嫩、盛譽王中王、赤選株八斤、中華豆霸、虎霸豆冠一號、豆霸冠軍王、紅霸無筋王、超早一尺秀、泰國無筋架豆王、新泰國架豆王、王中王架豆、特優(yōu)特無筋架豆、白玉8號、紅籽壓塌架等20個，依次編號為1～20，均購于山西太原農(nóng)資市場。選擇大小一致、無病蟲害、無損、自然風干的20個品種的菜豆種子各100多粒進行溫湯浸種，然后播種至塑料花盆中（盆高27 cm，內(nèi)徑35 cm），盆底鋪一層紗布，以防土壤漏出，每盆16芽，每盆裝基質(zhì)8 kg，并輕拍盆身使土壤緊實度均勻一致。播前每盆澆底水至田間持水量的80%，播種后覆土0.5 kg，置于溫室中。

待菜豆長至三葉一心時（20 d）開始進行干旱脅迫處理。采用二因素隨機區(qū)組設計，設置正常供水和干旱脅迫處理，其中，干旱脅迫處理采用自然干旱法，參照曾輝等[9]的方法進行，即干旱脅迫處理前統(tǒng)一用自來水澆灌花盆，對照每隔15d澆水一次，正常供水處理土壤含水量為田間持水量的80%±5%；干旱脅迫處理不澆水，30 d后，處理出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象，正常供水處理和干旱脅迫處理同時澆水，干旱脅迫處理前期土壤含水量為田間持水量的30%±5%，干旱處理后期土壤含水量降至田間持水量的20%±5%，3次重復，期間以稱重法保持土壤含水量。干旱脅迫處理重復2次后，萎蔫現(xiàn)象較嚴重，干旱脅迫結(jié)束。

在干旱脅迫的第0天、第12天、第24天以及復水后的第12天進行取樣及相關指標的測定。

1.3 測定指標及方法

植株葉面積測定采用Li-3000C便攜式葉面積儀（北京雅欣理儀科技有限公司，型號為：YX-1241-16-225）測定；從各處理隨機選取3盆，從第1側(cè)根發(fā)生處將植株主莖剪斷，稱量主莖及葉片質(zhì)量作為莖葉鮮質(zhì)量（g）；將植株沖洗后于105℃殺青30min，80℃烘48 h，至恒質(zhì)量時測定干質(zhì)量；取植株從上往下數(shù)第3～5節(jié)位成熟葉片，采用丙酮研磨法[10]測定葉綠素（Chl）含量（mg/L）。

隨機抽取一株植株（3個重復），采用LCPro-SD便攜式智能光合儀（易科泰生態(tài)技術有限公司），于晴天 9：00—11：00 測定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、胞間 CO2濃度（Ci）等參數(shù)[11]。測量部位為第3片完全展開葉的中間葉片，測定時采用紅藍光源，溫度為（30±2）℃，光量子通量密度（PFD）設定為1 000 μmol/（m2·s），葉室CO2濃度為（380±10）μmol/mol，葉片至少在1 000 μmol/（m2·s）的光強下活化20 min。

葉片相對含水量（RWC）測定采用飽和稱量法，每個材料選取3株，每株取相同葉位新鮮葉片1片，葉片取自植株第3～5片完全展開葉，迅速稱取鮮質(zhì)量（FW）后，將植物葉片放在蒸餾水中，黑暗中放置24 h后稱飽和質(zhì)量（SW），經(jīng)105℃、30 min殺青后，75℃烘干至恒質(zhì)量，稱干質(zhì)量（DW），3次重復。計算葉片相對含水量（RWC），取平均值即為該次取樣植物葉片的相對含水量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行處理，采用SPSS 25.0軟件分析處理間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫及復水對不同菜豆品種干、鮮質(zhì)量的影響

從表1可以看出，不同菜豆品種之間生長狀況不一致，在處理0 d時，綠劍和紅籽壓塌架的鮮質(zhì)量顯著高于盛譽王中王和紅霸無筋王，而其他品種之間差異不顯著，紅籽壓塌架的鮮質(zhì)量比紅霸無筋王的大36.41%，達到了最大，說明紅籽壓塌架的生長比較旺盛；在處理12 d時，20個品種之間的鮮質(zhì)量無顯著性差異，但紅霸無筋王的鮮質(zhì)量表現(xiàn)最高，為37.24 g，特優(yōu)特無筋架豆的鮮質(zhì)量表現(xiàn)最低，為23.61 g，20個品種的鮮質(zhì)量整體要比處理0 d時的高，說明菜豆在這12 d中生長速度較快，此時的干旱對菜豆的生長影響不大；在處理24 d時，20個品種之間存在顯著性差異，紅霸無筋王的鮮質(zhì)量表現(xiàn)為最高，為24.83 g，超早一尺秀的鮮質(zhì)量也相對較高，而王中王架豆的鮮質(zhì)量最低，為12.29 g，極早一尺嫩的鮮質(zhì)量也相對較低，相比處理12 d的菜豆，處理24 d的菜豆鮮質(zhì)量有所下降，說明此時的干旱影響了菜豆的生長；在復水12 d后，20個品種之間的鮮質(zhì)量無顯著性差異，但有些品種的鮮質(zhì)量比處理24 d的低，有些比處理24 d的高，說明有些品種不抗旱，有些品種較抗旱。

表1 干旱脅迫下不同菜豆品種鮮質(zhì)量的變化 g

由表2可知，在處理0 d的20個品種之間的干質(zhì)量大部分無顯著差異，極少數(shù)存在顯著差異，其中，盛譽天驕、中華綠、綠劍、早鮮嫩、中華豆霸、新泰國架豆王和紅籽壓塌架的干質(zhì)量顯著高于王中王架豆。其中，中華綠和中華豆霸的干質(zhì)量達最高，均為0.54 g，王中王架豆的鮮質(zhì)量最低，為0.25 g；在處理12 d時，干質(zhì)量相對比處理0 d有明顯的增加，說明此時菜豆的干物質(zhì)積累量較高，在此時20個品種之間也存在顯著性差異，中華豆霸的干質(zhì)量最高，為5.38 g，而王中王架豆的干質(zhì)量最低，為2.55 g；在處理24 d時，20個品種的干質(zhì)量顯著低于處理12 d，說明此時干旱對菜豆品種產(chǎn)生了影響，且消耗了干物質(zhì)積累量，中華豆霸的干質(zhì)量最高，為2.15 g，而王中王架豆的干質(zhì)量最低，為1.04 g；在復水12 d時，20個品種的干質(zhì)量有所恢復，中華豆霸的干質(zhì)量最大，為3.23 g，王中王架豆的干質(zhì)量最低，為1.59 g。

表2 干旱脅迫下不同菜豆品種干質(zhì)量的變化 g

2.2 干旱脅迫及復水對不同菜豆品種葉面積的影響

從表3可以看出，在不同處理時期，不同菜豆品種之間的葉面積差異比較明顯。在處理0 d時，紅籽壓塌架的葉面積為110.31 cm2，達到了最大，而盛譽天驕的葉面積為102.66 cm2，為最??；在處理12 d時，紅籽壓塌架的葉面積還是最大，達到124.20 cm2，綠霸的葉面積達到最小，為107.76 cm2；處理24 d時，不同菜豆品種的葉面積與處理12 d不同菜豆的葉面積之間變化較小，但不同品種的葉面積有增大和減小之分，不同菜豆品種在處理24 d時，品種之間存在顯著性差異，除赤選株八斤和白玉8號之外，紅籽壓塌架的葉面積顯著高于其他品種，紅籽壓塌架的葉面積最大，達到125.44 cm2，極早皇后的葉面積最小，為110.62 cm2；在復水12 d后，菜豆不同品種的葉面積變化不同，有繼續(xù)增大之勢，也有降低之勢；紅籽壓塌架的葉面積最大，達到130.53 cm2，而王中王架豆的葉面積最小，為106.84 cm2，比處理24 d時降低了3.95%。綜上所述，紅籽壓塌架品種較其他品種的生長旺盛，對干旱脅迫相對不敏感，王中王架豆對干旱脅迫比較敏感。

表3 干旱脅迫下不同菜豆品種葉面積的變化 cm2

2.3 干旱脅迫及復水對不同菜豆品種葉片相對含水量的影響

從表4可以看出，不同菜豆品種在不同處理時間葉片相對含水量不同。在處理0 d時，20個品種間有顯著性差異，紅籽壓塌架的葉片相對含水量顯著高于豆霸冠軍王、泰國無筋架豆王、王中王架豆的葉片相對含水量，紅籽壓塌架的葉片相對含水量最大，為92%，王中王架豆的葉片相對含水量最小，為76%。在處理12 d時，盛譽天驕的葉片相對含水量達到了最大，為94%；豆霸冠軍王和王中王架豆的葉片相對含水量較低，分別為80%和81%；在處理24 d時，20個菜豆品種的葉片相對含水量顯著低于處理12 d，不同品種之間也有顯著性差異，紅籽壓塌架的葉片相對含水量較高，豆霸冠軍王的葉片相對含水量最低，達到61%；在復水12 d后，不同品種間的葉片相對含水量較處理24 d有升高和降低的區(qū)別，品種之間顯著性差異不明顯，紅籽壓塌架的葉片相對含水量顯著高于王中王架豆的葉片相對含水量，紅籽壓塌架的葉片相對含水量顯著高于王中王架豆，其他品種間差異不顯著。

2.4 干旱脅迫及復水對不同菜豆品種葉綠素含量的影響

從表5可以看出，20個品種葉綠素a的總體變化趨勢呈現(xiàn)先降低后升高。在處理0 d時，20個品種葉綠素a含量間沒有顯著性差異；在處理12 d時，紅籽壓塌架的葉綠素a含量最高，達到7.32mg/L，顯著高于王中王架豆；在處理24 d時，紅籽壓塌架的葉綠素a含量顯著高于極早皇后，達到8.31 mg/L；在復水12 d時，20個品種的葉綠素a含量間沒有顯著性差異。

表4 干旱脅迫下不同菜豆品種葉片相對含水量的變化 %

由表6可知，在整個處理期，葉綠素b含量的總體變化呈先降低再升高的變化趨勢。在處理0d時，紅籽壓塌架的葉綠素b含量較高，達到2.64 mg/L，王中王架豆的葉綠素含量較低，為1.61 mg/L；在處理12 d時，綠霸、紅籽壓塌架和紅霸無筋王的葉綠素b含量較高，而王中王架豆的葉綠素b的含量最低；在處理24 d時，新泰國架豆王的葉綠素b含量達到最高，為1.53mg/L，而王中王架豆的葉綠素b含量依然是最低，為1.12 mg/L；在復水12 d時，20個品種的葉綠素b含量都有升高變化，但品種之間無顯著性差異。

從表7可以看出，不同品種間在不同處理期葉綠素總含量變化不同。在處理0 d時，20個品種葉綠素總含量間差異不顯著；在處理12 d時，紅籽壓塌架、綠霸、紅霸無筋王的葉綠素總含量顯著高于王中王架豆；在處理24 d時，紅籽壓塌架的葉綠素總含量達到最高，為9.82 mg/L，而極早皇后和王中王架豆的葉綠素總含量較低，分別為6.78、6.87mg/L；在復水12 d時，20個品種葉綠素總含量間無顯著性差異。

表6 干旱脅迫下不同菜豆品種葉綠素b的變化 mg/L

表7 干旱脅迫下不同菜豆品種葉綠素總含量的變化 mg/L

2.5 干旱脅迫及復水條件下各成分的主成分分析

主成分分析就是指在本試驗中主要是通過降維從而把多個性狀指標轉(zhuǎn)化為幾個綜合指數(shù)[12]，也就是通過幾個變化的量作為代表來表示所有的變量信息，從而減輕對大量數(shù)據(jù)的分析，更有利于對數(shù)據(jù)的整理分析[13]。本試驗對20個普通菜豆品種在處理24 d時的11個指標進行主成分分析，其特征值和累積貢獻率如表8所示。從表8可以看出，其中前5個主要成分的貢獻率分別是30.53%、25.20%、13.17%、10.76%、7.15%，累積貢獻率為86.81%。這5個成分所包含的信息量可以反映原始11個指標的大部分信息。

由表9可知，提取其前4個主成分進行分析，其中，成分1中起主要作用的是凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度3個指標，特征向值的絕對值較大；成分2中起主要作用的是葉綠素a和總?cè)~綠素含量，具有絕對值較大的特征向量；成分3中起主要作用的是葉片相對含水量；成分4中起主要作用的是葉綠素b含量，特征向量的絕對值較大。以上的4個成分共同決定了普通菜豆品種間的抗旱性。

表9 成分矩陣

綜上所述，對于凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、葉綠素含量、葉片相對含水量紅籽壓塌架、新泰國架豆王、紅霸無筋王這3個品種相對較高，而王中王架豆相對較低。

3 結(jié)論與討論

普通菜豆的抗旱性研究在大多數(shù)地區(qū)都有著較長的歷史[14-15]，本試驗通過對20個普通菜豆品種在干旱脅迫下的部分生理性狀的測定及分析發(fā)現(xiàn)，不同菜豆品種之間生長勢不同，對干旱的敏感程度也不同。本研究共篩選得到葉片相對含水量、凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素含量7個指標與抗旱性相關，這也說明普通菜豆的抗旱性是由多種生理調(diào)節(jié)機制協(xié)同作用的結(jié)果。

植物的葉片相對含水量能間接反映植物在干旱脅迫下水分虧缺的程度，干旱脅迫下抗旱品種的葉片相對含水量較高且抗旱品種的葉片相對含水量較敏感品種的下降幅度小，因此，葉片相對含水量是鑒定作物品種抗旱性的重要指標[16]。本研究表明，紅籽壓塌架的葉片相對含水量較王中王架豆的葉片相對含水量高，說明紅籽壓塌架比王中王架豆更抗旱。

葉綠素含量也能用來鑒定作物的抗旱能力。據(jù)WENTWORTH 等[17]、李龍等[18]研究表明，葉綠素含量可用來作為鑒定普通菜豆的抗旱能力。在本研究中，通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，葉綠素含量是和抗旱相關的指標。而紅籽壓塌架的葉綠素含量在整個處理期都相對較高，新泰國架豆王的葉綠素含量次之，王中王架豆的葉綠素含量相對較低。

光合作用是植物體生長發(fā)育的基礎，本研究通過主成分分析發(fā)現(xiàn)，光合指標也是鑒定植物抗旱性的主要指標之一。李龍[19]研究表明，干旱脅迫下普通菜豆的氣孔導度和蒸騰速率是受環(huán)境影響的主要指標，與本研究結(jié)果一致。當水分虧缺時，可利用的CO2減少，導致光合原料供應不足。ROSALES等[20]研究也指出，普通菜豆保持體內(nèi)水分平衡的主要機制是氣孔調(diào)節(jié)，本研究20個品種的凈光合速率、氣孔導度、胞間CO2濃度、蒸騰速率在干旱條件下也不同，這4個指標在普通菜豆中的具體作用還需進一步探討。

本研究結(jié)果顯示，在20個菜豆品種中，紅籽壓塌架的各指標相對較高，抗旱性也較好；綠霸次之，王中王架豆各指標相對較低，抗旱性也較弱。由于本研究對菜豆只進行了簡單的生理指標測定，對菜豆抗旱機制還需進一步研究。