宋殿秀，崔良基，王德興，劉金剛，孫恩玉，依 兵

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，遼寧 沈陽 110161)

向日葵(HelianthusannuusL.)是全球第二大以雜交種種植的作物，也是第五大油料作物，在世界各地均有種植，在大部分溫和的氣候條件下都能很好地生長[1]。葵花籽含油率在40%～50%，粗蛋白質(zhì)含量17%～20%。向日葵具有調(diào)節(jié)世界食用油和飼料供需關(guān)系的潛力[2]。據(jù)統(tǒng)計，2016年全世界生產(chǎn)了約4 700萬t的葵花籽[3]。氣候環(huán)境對作物生長發(fā)育的影響是備受關(guān)注的課題之一，根據(jù)氣候條件的變化，預(yù)計未來作物生產(chǎn)將會受到限制，并且產(chǎn)量持續(xù)下降[1]。干旱是作物最嚴(yán)重的非生物脅迫之一，導(dǎo)致世界范圍的作物減產(chǎn)，因此，鑒定篩選抗旱性強的作物品種和育種材料是應(yīng)對水資源短缺的首要任務(wù)[4]，研究干旱脅迫對向日葵根系形態(tài)和生物量的影響，并對其品種做抗旱性鑒定，對向日葵抗旱育種和高效栽培具有重要意義。

目前，關(guān)于PEG模擬干旱對食用向日葵(簡稱食葵)雜交種苗期根系形態(tài)和生物量的影響，以及食葵雜交種抗旱性鑒定和篩選鮮有報道。本研究以17份食葵雜交種為試材，采用1/2 Hoagland營養(yǎng)液水培的方式，以PEG-6000模擬干旱，探討向日葵抗旱材料的篩選指標(biāo)和評價方法，并通過對抗旱系數(shù)[5-6]、隸屬函數(shù)[7-8]、抗旱能力D值[9-10]的相關(guān)分析和聚類分析對食葵雜交種的抗旱能力進行綜合評價，篩選出抗旱能力強的雜交種，旨在為向日葵抗旱品種的選育、推廣應(yīng)用和節(jié)水栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用遺傳背景各不相同并且生產(chǎn)上具有推廣潛力的17份食用向日葵雜交種，其名稱及來源詳見表1。

表1 食用向日葵雜交種及來源

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018年4月—2019年10月在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院日光溫室中進行，采用水培方式添加PEG-6000模擬干旱脅迫。選取飽滿一致的向日葵種子，在育苗盤中利用營養(yǎng)基質(zhì)進行育苗，于出苗后5 d選擇長勢一致、健壯的幼苗移栽到塑料箱中(長×寬×高為255 mm×190 mm×65 mm)，利用1/2Hoagland營養(yǎng)液進行培養(yǎng)，每1 h通氣5 min，7 d 后進行不同處理，即：(1)干旱脅迫處理(DS)， PEG-6000濃度為10%(W/V)，即每升1/2 Hoagland營養(yǎng)液中加入100 g PEG-6000，在室溫20℃～30℃時滲透勢為-0.13 MPa至-0.16 MPa[11-12]；(2)正常水分處理(CK)，利用1/2 Hoagland營養(yǎng)液進行水培。每箱1個干旱水平，3個雜交種，每個雜交種8株，共計12箱，試驗重復(fù)3次。 待干旱脅迫處理后7 d分別進行取樣測定。

1.3 測定項目及方法

生物量：干旱脅迫處理7 d后對地上部和根系進行取樣，分置于牛皮紙袋中，于105℃下殺青1 h后，置于80℃下烘至恒重，用萬分之一天平稱重。

根系形態(tài)：干旱脅迫處理7 d后將取樣根系直接排列于專用的根盤中，利用EPSON掃描儀進行掃描，而后用WinRHIZO Program(Regent Instruments Inc.，Canada)根系分析系統(tǒng)進行總根長、根表面積、根平均直徑、根體積、根尖數(shù)的測定。

根冠比=根干重/地上部干重

抗旱系數(shù)( Drought resistance coefficient，DRC)=干旱處理的指標(biāo)測定值(DS)/對照測定值(CK)

抗旱隸屬函數(shù)值A(chǔ)(x)計算公式：

A(x)=(x-xmin)/(xmax-xmin)

(1)

A(x)=1-(x-xmin)/(xmax-xmin)

(2)

式中,x為各雜交種同一測定指標(biāo)的抗旱系數(shù)，xmax為同一測定指標(biāo)抗旱系數(shù)最大值，xmin為同一測定指標(biāo)抗旱系數(shù)最小值。本試驗中除根平均直徑指標(biāo)與抗旱性呈負相關(guān)而利用公式(2)計算外，其他各指標(biāo)利用公式(1)計算。

綜合抗旱能力D值計算公式：

(3)

(4)

(5)

式中,D值表示各食葵雜交種的綜合抗旱能力；A(x)為各指標(biāo)隸屬函數(shù)值；ωj是以各項指標(biāo)抗旱系數(shù)的CV為基礎(chǔ)的權(quán)重[13]，其中j=1,2,3,…,9；CV為變異系數(shù)，i=1,2,3,…，9。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Office 365 Excel對數(shù)據(jù)進行整理與計算，DPS 7.05進行方差分析和相關(guān)分析。利用SPSS26對綜合抗旱能力D值進行系統(tǒng)聚類分析，使用歐式距離組內(nèi)平均聯(lián)接的方法構(gòu)建系譜圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 苗期干旱條件下食葵生物量和根系形態(tài)指標(biāo)抗旱系數(shù)

PEG-6000模擬苗期干旱條件下，食葵雜交種苗期生物量和根系形態(tài)各指標(biāo)詳見表2。所有食葵雜交種各指標(biāo)抗旱系數(shù)平均值由高到低為根尖數(shù)>總根長>根冠比>根干重>整株干重>根表面積>地上部干重>根體積>根平均直徑，而變異系數(shù)由高到低為根體積>根平均直徑>根尖數(shù)>總根長>根表面積>地上部干重>根冠比>整株干重>根干重。

表2 苗期干旱條件下食葵生物量和根系形態(tài)指標(biāo)抗旱系數(shù)

表3為各測定指標(biāo)抗旱系數(shù)相關(guān)分析，根干重與地上部干重、整株干重極顯著正相關(guān)。根冠比與地上部干重極顯著負相關(guān)、與整株干重顯著負相關(guān)?？偢L與根平均直徑顯著負相關(guān)、與根尖數(shù)極顯著正相關(guān)。根表面積與根體積極顯著正相關(guān)。根平均直徑與根體積極顯著正相關(guān)、與根尖數(shù)極顯著負相關(guān)。根體積與根尖數(shù)顯著負相關(guān)。

表3 苗期干旱條件下食葵生物量與根系形態(tài)指標(biāo)抗旱系數(shù)相關(guān)分析

2.2 抗旱系數(shù)的隸屬函數(shù)值與綜合抗旱能力D值

以每個食葵雜交種各指標(biāo)隸屬函數(shù)值和各指標(biāo)受苗期干旱影響變化對抗旱能力貢獻的權(quán)重分別進行加權(quán)求和，計算出每個食葵雜交種的綜合抗旱能力D值，并根據(jù)綜合抗旱能力D值對不同的食葵雜交種進行抗旱能力排序，如表4。Con15的綜合抗旱能力D值最高，表明其綜合抗旱能力最強，其D值為0.58；Con13的綜合抗旱能力D值為0.25，在所有雜交種中最低，表明其綜合抗旱能力最弱。

表4 抗旱系數(shù)的隸屬函數(shù)值和抗旱性綜合評價

表5為綜合抗旱能力D值與測定指標(biāo)抗旱系數(shù)的相關(guān)分析，其中總根長、根干重、整株干重、根尖數(shù)和根表面積與綜合抗旱能力D值呈極顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.81、0.70、0.66、0.63和0.60，地上部干重與綜合抗旱能力D值呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.58。

表5 綜合抗旱能力D值與各指標(biāo)抗旱系數(shù)相關(guān)分析

2.3 綜合抗旱能力D值系統(tǒng)聚類分析

圖1為17份食用向日葵雜交種綜合抗旱能力D值系統(tǒng)聚類分析，使用歐式距離組內(nèi)平均聯(lián)接的系譜圖，針對17份材料的苗期抗旱性將其分成3大類，分別為，第1類抗旱食葵雜交種：Con15、Con03、Con16、Con14；第2類中等抗旱食葵雜交種：Con17、Con12、Con11、Con04、Con05；第3類不抗旱食葵雜交種：Con10、Con02、Con06、Con09、Con01、Con08和Con13。

3 結(jié)論與討論

干旱影響下作物生產(chǎn)力與干物質(zhì)積累及根系在土壤中的發(fā)育有關(guān)。干旱首先導(dǎo)致向日葵植株的含水量減少，然后是葉片失水，細胞膨壓降低，細胞增大和伸長生長受到抑制，最終影響其生物量的積累[14-15]。根系數(shù)量和形態(tài)對于有效吸收土壤中的水分、提高作物產(chǎn)量起著至關(guān)重要的作用。水分供應(yīng)受到限制時，葉片生長受到抑制，最終導(dǎo)致分配到根的干物質(zhì)也相對減少[16]。作物根系是從土壤深層獲取水分和養(yǎng)分的重要器官，所以具有較長而龐大根系的向日葵基因型會表現(xiàn)出更強的抗旱耐旱性[17]。了解向日葵根系形態(tài)對干旱脅迫的響應(yīng)、探討各根系形態(tài)性狀之間的關(guān)系對向日葵抗旱育種和提高產(chǎn)量具有重要意義[18]。有研究表明，一些根部性狀，例如根部長度和直徑、根部體積、根干重及生物量是向日葵耐旱性的重要指標(biāo)[19]，因此這些性狀對向日葵抗旱材料篩選和耐旱品種的選育起著至關(guān)重要的作用。

抗旱系數(shù)的大小反映了測定指標(biāo)對干旱脅迫的耐受程度[20-21]。各指標(biāo)抗旱系數(shù)的CV表示不同食葵雜交種在干旱條件下該指標(biāo)的離散程度，反映了該指標(biāo)對干旱脅迫的敏感程度，變異系數(shù)越大說明其對干旱脅迫的反應(yīng)越敏感[22]。本研究結(jié)果表明，苗期食葵根系形態(tài)指標(biāo)受干旱影響程度要高于生物量，也就是說根系形態(tài)對干旱更加敏感。根系形態(tài)中根體積對干旱脅迫的影響最為敏感，而生物量中地上部干物質(zhì)積累受抑制程度較大。Con15的綜合抗旱能力D值最高，具有較強的綜合抗旱能力，而Con13的D值最低，綜合抗旱能力最弱。通過聚類分析篩選出抗旱性強的食用向日葵雜交種4份，分別是Con15、Con03、Con16和Con14。