馬建蓉，朱玉雪，朱永娟，梅艷桃，馬國(guó)花，郭曉農(nóng),2*

（1.西北民族大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730030；2.西北民族大學(xué)生物醫(yī)學(xué)研究中心生物工程與技術(shù)國(guó)家民委重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730030）

藜麥（Willd）屬1年生雙子葉植物，又稱奎藜、南美藜等，原產(chǎn)于南美洲安第斯高原，富含蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、必需氨基酸、多種維生素、礦物質(zhì)等，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。藜麥?zhǔn)锹?lián)合國(guó)國(guó)際糧農(nóng)組織（FAO）確認(rèn)的唯一一種能滿足人體基本營(yíng)養(yǎng)需求的單體植物，被稱為最適宜人類的完美“全營(yíng)養(yǎng)食品”，具有“超級(jí)谷物”的美譽(yù)。除了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，藜麥還具有廣泛的生態(tài)適應(yīng)性，對(duì)于干旱、鹽堿、高寒等逆境環(huán)境均有較好的耐受性，能夠在高寒干旱鹽漬化地區(qū)生長(zhǎng)。藜麥生理機(jī)制獨(dú)特，不僅能夠抵抗干旱環(huán)境，對(duì)土壤低水分環(huán)境具有較好的耐受性，也具有較高的水分利用效率。

干旱是常見(jiàn)的環(huán)境脅迫因子之一，抑制植物生長(zhǎng)和發(fā)育，影響作物產(chǎn)量。受人為活動(dòng)與自然環(huán)境的影響，干旱對(duì)作物的危害日趨嚴(yán)重，成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，研究作物的抗旱機(jī)理，提高作物抗旱能力，選育優(yōu)良的抗旱品種是應(yīng)對(duì)干旱的重要途徑。據(jù)報(bào)道，植物的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理生化特征等方面在干旱脅迫和復(fù)水條件下都會(huì)發(fā)生較為明顯的變化，短期或輕度干旱脅迫下植物葉片水勢(shì)降低，氣孔關(guān)閉，CO的攝取與光合作用降低；長(zhǎng)期且嚴(yán)重的干旱脅迫可抑制植株生長(zhǎng)，并引起外觀形態(tài)和生物量的變化，破壞植物體生理代謝過(guò)程，影響植株的生長(zhǎng)、發(fā)育及物質(zhì)積累。而短期干旱脅迫后降水或灌溉，抗旱植株部分生理指標(biāo)能得到不同程度的恢復(fù)。良好的耐旱品種要求植物在受到干旱脅迫時(shí)能利用其自身生理特性產(chǎn)生一系列響應(yīng)機(jī)制以減少干旱脅迫造成的傷害，同時(shí)也要求一旦降水或灌溉，能從干旱傷害中快速恢復(fù)生長(zhǎng)。藜麥作為節(jié)水抗旱作物，被廣泛運(yùn)用于干旱地區(qū)土壤的利用與開(kāi)發(fā)中。目前，對(duì)藜麥耐旱機(jī)理研究較多，但對(duì)藜麥幼苗干旱后復(fù)水相關(guān)生理生化變化機(jī)制研究較少。因此，本試驗(yàn)采用盆栽控水法，對(duì)不同藜麥幼苗進(jìn)行干旱及復(fù)水處理，分別測(cè)定各個(gè)階段藜麥相關(guān)指標(biāo)，比較高海拔擴(kuò)繁前后藜麥幼苗的生理指標(biāo)變化，旨在探究干旱和復(fù)水對(duì)藜麥幼苗生理特性的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

隴藜1號(hào)購(gòu)自甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，其適合在海拔1 500 m以上地區(qū)種植，命名為NL1；筆者所在實(shí)驗(yàn)室在甘南臨潭木地坡（3 000 m以上地區(qū)）擴(kuò)繁后的隴藜1號(hào)，命名為L(zhǎng)L1。

1.2 幼苗培養(yǎng)

選擇飽滿、大小均一且無(wú)病蟲(chóng)害的藜麥種子，分別用0.5%高錳酸鉀溶液浸泡10 min，用無(wú)菌水清洗至無(wú)色。將種子移置覆有濾紙的90 mm培養(yǎng)皿中，每個(gè)皿50粒，光照培養(yǎng)，溫度26℃（晝）/22℃（夜），光照16 h/d。待藜麥種子胚根伸出種皮約1.5 cm后，挑選長(zhǎng)勢(shì)一致的種子移入裝有滅菌蛭石的穴盤(pán)（21 cm×21 cm），每個(gè)穴孔放置4株。光照培養(yǎng)，溫度為26℃（晝）/22℃（夜），光照時(shí)間16 h/d，光照強(qiáng)度520 μmol/(m·s)，1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液隔天澆灌（保持相對(duì)濕度60%～70%）。

1.3 干旱處理及復(fù)水處理

培養(yǎng)幼苗至第3周（6～8葉期），定苗后進(jìn)行干旱處理。設(shè)置4個(gè)處理組，分別為對(duì)照組CK（正常澆灌）、輕度干旱W1（持水量65%）、中度干旱W2（持水量45%）、重度干旱W3（持水量25%）。持水量=水分質(zhì)量/烘干土質(zhì)量×100%，每24 h采用稱重法補(bǔ)充各盆栽的水分。處理24、48、96 h后測(cè)定各組藜麥相關(guān)生理指標(biāo)。干旱脅迫96 h后對(duì)各組幼苗進(jìn)行復(fù)水處理（正常澆灌），處理1 d后進(jìn)行相關(guān)生理指標(biāo)的測(cè)定，每個(gè)處理3次重復(fù)。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

1.4.1 植株生物量。測(cè)量幼苗株高、根長(zhǎng)、地上部分干鮮質(zhì)量后，分別將植株地上部、根裝于紙袋中，于75℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，取出分別稱質(zhì)量，每個(gè)處理取樣8株，取其平均值。

1.4.2 生理指標(biāo)。使用法國(guó)Dualex植物多酚-葉綠素測(cè)量?jī)x分別測(cè)定葉綠素（Chl）指數(shù)、類黃酮（Flav）指數(shù)、花青素（Anth）指數(shù)及氮平衡（NBI）指數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

運(yùn)用SPSS 21.0對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），以Duncan多重比較方法對(duì)干旱脅迫和復(fù)水處理期間的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性分析，顯著性水平設(shè)置為＜0.05。以O(shè)rigin Pro 8.5繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫和復(fù)水對(duì)藜麥幼苗生物量的影響

由表1、表2可知，干旱脅迫24 h與48 h，隨干旱程度的增加，LL1地上部與根部干鮮質(zhì)量先降后升。干旱脅迫24 h，NL1地上部干鮮質(zhì)量與根部鮮質(zhì)量先升后降，而NL1根部干質(zhì)量維持不變。干旱脅迫48 h，NL1地上部與根部鮮質(zhì)量先升后降，NL1地上部與根部干質(zhì)量呈下降趨勢(shì)。

表1 干旱脅迫24 h對(duì)藜麥幼苗生物量的影響

表2 干旱脅迫48 h對(duì)藜麥幼苗生物量的影響

由表3可知，LL1與NL1的株高隨干旱程度的升高而均呈下降趨勢(shì)，重度干旱處理時(shí)均為最小值，與CK相比分別降低29.91%、22.83%。由表4可知，LL1與NL1復(fù)水后株高均隨干旱程度的增加先增高后降低，W2組值最大，與CK相比分別增加16.16%、9.25%。

表3 干旱脅迫96 h對(duì)藜麥幼苗生物量的影響

表4 復(fù)水處理1 d對(duì)藜麥幼苗生物量的影響

由表3、表4可知，干旱脅迫96 h，LL1地上部干鮮質(zhì)量隨干旱程度的增加呈逐漸升高趨勢(shì)，復(fù)水后LL1地上部鮮質(zhì)量呈降低趨勢(shì)，地上部干質(zhì)量先升高后降低。NL1地上部鮮質(zhì)量隨干旱程度的增加先升后降，且復(fù)水后呈升高趨勢(shì)。干旱脅迫96 h后，LL1根鮮質(zhì)量隨干旱程度增加先降后升，而NL1根部鮮質(zhì)量隨干旱程度增加呈先升后降趨勢(shì)，在中度干旱（W2）出現(xiàn)最大值，在重度干旱（W3）出現(xiàn)最小值，且最小值大于對(duì)照組CK。由表4可知，復(fù)水后LL1與NL1地上部質(zhì)量與根質(zhì)量變化趨勢(shì)不一致，LL1地上部和根部鮮質(zhì)量，以及根部干質(zhì)量均呈下降趨勢(shì)；LL1地上部干質(zhì)量先升后降。NL1地上部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量在復(fù)水后呈上升趨勢(shì)，根部鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均為先升后降。干旱程度的增加可抑制藜麥幼苗生物量，復(fù)水后部分生物量有所恢復(fù)。結(jié)果表明，短時(shí)間內(nèi)的輕度干旱處理可以促進(jìn)幼苗生物量的積累（表1、表2）。復(fù)水后LL1的W1組和W2組根的干鮮質(zhì)量以及株高均高于NL1（表4），說(shuō)明LL1在復(fù)水后的恢復(fù)能力強(qiáng)于NL1。

2.2 干旱脅迫和復(fù)水對(duì)藜麥幼苗生理指標(biāo)的影響

2.2.1 對(duì)葉綠素（Chl）指數(shù)的影響。如圖1-A所示，干旱脅迫24 h后，隨干旱程度的增加，LL1與NL1幼苗葉片葉綠素指數(shù)均呈下降趨勢(shì)。干旱脅迫48 h（圖1-B）后，LL1與NL1葉綠素指數(shù)均隨干旱程度的增加整體呈先降后升趨勢(shì)，輕度干旱（W1）時(shí)相比對(duì)照組分別提高了6.07%、3.32%，LL1為最大值。中度干旱（W2）時(shí)NL1為最小值，顯著低于LL1。干旱處理96 h（圖1-C），LL1葉綠素指數(shù)隨干旱程度增加變化不顯著，NL1先降后升，在中度干旱（W2）時(shí)為最小值。與96 h干旱脅迫后葉綠素指數(shù)相比，復(fù)水處理（圖1-D）后，LL1的W1和W3組葉綠素指數(shù)上升，NL1在干旱處理時(shí)葉綠素指數(shù)無(wú)明顯變化。

圖1 干旱及復(fù)水處理對(duì)藜麥幼苗葉綠素指數(shù)的影響

以上結(jié)果表明，在不同干旱脅迫和不同干旱處理時(shí)間，高海拔擴(kuò)繁前后的藜麥幼苗的葉綠素指數(shù)變化不明顯，基本維持較穩(wěn)定的水平。

2.2.2 對(duì)類黃酮（Flav）指數(shù)的影響。如圖2-A所示，干旱脅迫24 h，LL1和NL1的類黃酮指數(shù)在輕度干旱W1處理時(shí)為最大值，均高于對(duì)照組，較對(duì)照組W3分別增加了25.31%、5.92%；在重度干旱W3處理時(shí)LL1顯著高于NL1。如圖2-B所示，干旱處理48 h，LL1類黃酮指數(shù)呈下降趨勢(shì)，NL1呈先降后升趨勢(shì)。不同干旱程度下LL1類黃酮指數(shù)均高于對(duì)照組，W1、W2、W3比對(duì)照組分別高130.95%、67.46%、2.22%；NL1類黃酮指數(shù)在W1和W3處理下高于對(duì)照組，較對(duì)照組分別高73.99%、2.31%。干旱處理96 h（圖2-C），LL1和NL1在W1處理下類黃酮指數(shù)均高于其對(duì)照組，LL1類黃酮指數(shù)隨干旱程度的增加呈下降趨勢(shì)，NL1類黃酮指數(shù)隨干旱程度的增加呈先降后升趨勢(shì)。復(fù)水后（圖2-D），NL1和LL1各處理組類黃酮指數(shù)與96 h相比均有所恢復(fù)。試驗(yàn)表明，高海拔擴(kuò)繁前后的藜麥在干旱處理的不同時(shí)期，植物體內(nèi)類黃酮呈持續(xù)升高趨勢(shì)，LL1類黃酮指數(shù)在干旱處理24 h、中度干旱48 h和96 h以及不同干旱處理組復(fù)水后均高于NL1。

圖2 干旱及復(fù)水處理對(duì)藜麥幼苗類黃酮指數(shù)的影響

2.2.3 對(duì)氮平衡指數(shù)（NBI）的影響。如圖3-A至圖3-C所示，在干旱處理24、48和96 h LL1與NL1氮平衡指數(shù)隨干旱程度增加均呈持續(xù)上升趨勢(shì)，特別是重度干旱處理96 h，W3組LL1氮平衡指數(shù)顯著高于NL1。如圖3-D所示，在復(fù)水處理后，LL1與NL1的W1、W2、W3各組氮平衡指數(shù)呈持續(xù)上升趨勢(shì)。

圖3 干旱及復(fù)水處理對(duì)藜麥幼苗氮平衡指數(shù)的影響

2.2.4 對(duì)花青素指數(shù)（Anth）的影響。如圖4-A所示，在干旱處理24 h后，LL1花青素指數(shù)隨干旱程度增加呈先升后降的趨勢(shì)，在中度干旱處理時(shí)LL1花青素指數(shù)達(dá)到最高值，比對(duì)照組增加21.43%。在干旱處理48 h（圖4-B），隨干旱程度增加，LL1花青素指數(shù)各組差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，NL1花青素指數(shù)先升后降。干旱脅迫96 h（圖4-C），中度干旱處理時(shí)NL1花青素指數(shù)達(dá)到最高值。復(fù)水處理后（圖4-D），LL1和NL1的W1和W2組相較于干旱處理96 h時(shí)花青素指數(shù)有所升高，但差異均不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖4 干旱及復(fù)水處理對(duì)藜麥幼苗花青素指數(shù)的影響

3 討論

植株在受到干旱脅迫時(shí)，株高、地上部有明顯變化，復(fù)水后部分指標(biāo)恢復(fù)，表現(xiàn)出一定的補(bǔ)償效應(yīng)，但隨著干旱程度的增加，補(bǔ)償效應(yīng)逐漸減弱。王志恒等研究發(fā)現(xiàn)，藜麥的抗旱機(jī)制可分為避旱和耐旱2種。在避旱方面，藜麥可以通過(guò)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)來(lái)應(yīng)對(duì)干旱對(duì)其造成的傷害；在耐旱方面，藜麥發(fā)達(dá)的根系、堅(jiān)實(shí)的細(xì)胞壁、動(dòng)態(tài)氣孔等可共同作用增強(qiáng)藜麥耐旱性。干旱脅迫解除后，幼苗表現(xiàn)出旱后修復(fù)的能力。本試驗(yàn)中隨著干旱程度的增加，干旱處理24 h及48 h，LL1地上部與根部干鮮質(zhì)量先降后升。干旱脅迫24 h，NL1地上部干鮮質(zhì)量與根部鮮質(zhì)量先升后降，而NL1根部干質(zhì)量維持不變；干旱脅迫48 h，NL1地上部與根部鮮質(zhì)量先升后降，NL1地上部與根部干質(zhì)量呈下降趨勢(shì)。干旱96 h后LL1與NL1的株高隨干旱程度的升高均呈下降趨勢(shì)，重度干旱處理時(shí)均為最小值，與CK相比分別降低29.91%、22.83%。復(fù)水后各生長(zhǎng)指標(biāo)都得到不同程度的恢復(fù)，結(jié)果與李振松等的研究結(jié)果一致。

干旱脅迫對(duì)藜麥幼苗生長(zhǎng)影響除了干鮮質(zhì)量變化，還表現(xiàn)為株高變化。試驗(yàn)表明，在干旱脅迫下LL1與NL1株高隨干旱程度增加而降低，復(fù)水后株高皆有升高，但是不同處理階段LL1的株高始終高于NL1，這說(shuō)明高海拔擴(kuò)繁后的藜麥地上部生物量的積累同樣強(qiáng)于高海拔擴(kuò)繁前。

干旱脅迫對(duì)藜麥幼苗的影響還表現(xiàn)在葉綠素指數(shù)、類黃酮指數(shù)、氮平衡指數(shù)等方面。葉綠素是反映植物光合作用的顯著指標(biāo)，也是植物耐旱性指標(biāo)，干旱脅迫會(huì)破壞植物葉片內(nèi)葉綠體，導(dǎo)致葉綠素合成受到抑制或加快葉綠素的分解。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，24 h干旱處理，即輕度干旱脅迫會(huì)造成藜麥幼苗葉片中的葉綠素指數(shù)增加，但隨干旱程度增高，干旱時(shí)間延長(zhǎng)會(huì)造成葉片中葉綠素指數(shù)下降。復(fù)水后輕度干旱下2種藜麥幼苗中葉綠素相較其他處理組有明顯恢復(fù)趨勢(shì)，而NL1在重度干旱幾乎沒(méi)有變化。說(shuō)明輕度干旱可對(duì)植物生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，而重度干旱則抑制其生長(zhǎng)，且受到重度干旱脅迫后不易恢復(fù)。隨干旱程度和干旱時(shí)間的增加，LL1葉綠素指數(shù)變化趨勢(shì)逐漸不顯著，而NL1呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明高海拔擴(kuò)繁后的LL1在受到干旱脅迫后葉綠素的穩(wěn)定性較高。

通過(guò)測(cè)量干旱脅迫后藜麥幼苗類黃酮的指數(shù)，發(fā)現(xiàn)類黃酮指數(shù)和氮平衡指數(shù)變化與葉綠素變化基本一致，但類黃酮指數(shù)在復(fù)水后無(wú)明顯恢復(fù)趨勢(shì)。結(jié)果表明，干旱脅迫對(duì)類黃酮指數(shù)影響較大，旱后恢復(fù)較差。但在此過(guò)程中，LL1的氮平衡指數(shù)高于NL1，說(shuō)明LL1生長(zhǎng)性能較好。

藜麥作為抗旱植物，不同藜麥品種存在較明顯的抗旱差異性，且在一定干旱脅迫與復(fù)水處理后，干旱對(duì)藜麥幼苗造成的損傷恢復(fù)能力也有一定差異。本文以隴藜1號(hào)及高海拔擴(kuò)繁后的隴藜1號(hào)為研究材料，對(duì)干旱脅迫及復(fù)水后藜麥幼苗各指標(biāo)進(jìn)行比較分析，并探究高海拔擴(kuò)繁前后藜麥在響應(yīng)干旱脅迫方面的差異性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在不同程度干旱脅迫下，高海拔擴(kuò)繁后的LL1抗旱能力優(yōu)于高海拔擴(kuò)繁前的NL1，且干旱處理后LL1的修復(fù)能力也較強(qiáng)。

4 結(jié)論

藜麥作為耐旱植物，其抗旱性在高海拔擴(kuò)繁前后存在一定的差異，并且干旱處理后復(fù)水，其損傷恢復(fù)能力也存在一定程度的差異。通過(guò)對(duì)藜麥高海拔擴(kuò)繁前后幼苗各指標(biāo)進(jìn)行比較分析，并探究其在響應(yīng)干旱脅迫方面的差異性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高海拔擴(kuò)繁后藜麥品種抗旱性能及其干旱處理與復(fù)水處理后的恢復(fù)能力均優(yōu)于高海拔擴(kuò)繁前。具體機(jī)制有待后續(xù)進(jìn)一步的研究。