不同程度干旱胁迫下火麻的生理形态变化及性别比例差异
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
( 传感器型号:ＲＳ －ＷＳ － ＮＯ１ － ＴＲ － １ꎬ建大仁科) 监测土壤水分情况ꎬ处理至可以观察出植株性别
为止ꎮ
记录不同干旱胁迫程度下火麻的表形、雌雄发育状态及比例ꎬ观察叶片组织结构ꎬ测定保护酶
活性、相关激素水平ꎬ综合分析极端干旱胁迫下火麻雌、雄植株的响应差异ꎮ
１.２.２ 植株性别标记及形态结构发育
ｎｏｒｍａｌ. Ｔｈｅ ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ ( ＰＯＤ) ａｃｔｉｖｉｔｙꎬ ｃａｔａｌａｓｅ ( ＣＡＴ) ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ ( ＤＨＡ) ａｃｔｉｖｉｔｙ
ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ. Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ ( ＭＤＡ) ꎬ ａ ｍｅｍ￣
含水量维持在田间持水能力(５５±５) ％的轻度干旱胁迫处理ꎬ记录为 Ｄꎻ第 ３ 组:土壤相对含水量维
持在田间持水能力(４０±５) ％的中度干旱胁迫处理ꎬ记录为 Ｃꎻ第 ４ 组:土壤相对含水量维持在田间
持水能力(３０±５) ％的重度干旱胁迫处理ꎬ记录为 Ｂꎻ第 ５ 组:土壤相对含水量维持在田间持水能力
左右) 的圆形塑料花盆中( 高 １５ ｃｍꎬ直径 ２０ ｃｍ) ꎬ每盆 １ 粒种子( 未出苗的及时补苗) ꎬ待种子发芽
长出第 ３ ~ ４ 对真叶ꎮ
１.２ 方法
１.２.１ 材料处理
选取长势一致的火麻苗ꎬ分为 ５ 组ꎬ每组 １００ 盆ꎬ设置 ５ 个不同土壤含水量的干旱胁迫处理组ꎮ
第 １ 组:土壤湿润程度为田间土壤最大持水能力的(６５±５) ％( Ｃｏｎｔｒｏｌ) ꎬ记录为 Ｅꎻ第 ２ 组:土壤相对
茄红固绿染色ꎬ切片进行观察ꎮ
１.２.３ 相关生理指标
测定不同程度干旱胁迫下雌、雄株的过氧化物酶( ＰＯＤ) 、过氧化氢酶( ＣＡＴ) 和脱氢酶( ＤＨＡ)
活性以及膜质过氧化产物丙二醛( ＭＤＡ) 的含量ꎬ利用 ＥＬＩＳＡ 试剂测定胁迫及性别分化相关激素赤
霉素( ＧＡ ３ ) 和乙烯( ＥＴＨ) 含量ꎬ试验所涉及检测技术及化学试剂由昆明五尚生物科技有限公司
ｄｒｏｕｇｈｔ ｉｎ ｂｏｔｈ ｍａｌｅ ａｎｄ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓꎬ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｌｅ ａｎｄ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ ｗａｓ
ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ. Ｔｈｅ ｐａｒｔｉａｌ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｓ ｈｉｇｈ￣
ｂｒａｎｅ ｐｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔꎬ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｒｅａｃｈｉｎｇ ａ ｈｉｇｈｌｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
收稿日期:２０２３－０５－１１
基金项目:云南省科技厅云南省 ２０１９ 年中央引导地方科技发展专项( Ａ３０３２０９１６２) ꎻ杨永红专家工作站
现 [３－５] ꎮ
截至 ２０１８ 年ꎬ我国火麻种植面积为 １.８５６ 万 ｈｍ ２ ꎬ总产量突破 １０.６２ 万 ｔ( 国家统计局ꎬ年度数
据ꎬ２０１９ 版) ꎬ已成为全球重要的工业大麻生产国 [６－８] ꎮ 国内外关于火麻的研究报道中ꎬ火麻种质
资源类群分类标准存在争议 [９－１２] ꎬ品种间性状差异大 [１３] 、病害防控 [１４] 、雌雄分化及品质遗传不稳
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙꎬ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌꎬ ｔｉｓｓｕｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａｎｄ ｓｅｘ ｒａｔｉｏ ｏｆ
ｈｅｍｐ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄꎬ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ
ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅｍｐ ｃｒｏｐ ｉｎｄｕｓｔｒｙ. Ｔｈｏｕｇｈ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｔｅｓｔ ｂｙ ｓｅｅｄｉｎｇｉｎ ｐｏｔｓꎬ ｆｉｖｅ ｄｉｆｆｅｒ￣
ｅｎｔ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓ ｆｏｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｓ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
化ꎬ叶片表皮细胞、栅栏组织增度降低ꎬ雌雄性别比例异常ꎮ 雌株过氧化物酶( ＰＯＤ) 活力、过氧化
氢酶( ＣＡＴ) 活力和脱氢酶( ＤＨＡ) 活力均高于雄株ꎬ而膜质过氧化产物丙二醛( ＭＤＡ) 含量随干旱
胁迫程度的加剧ꎬ出现一直上升状态ꎬ在重度和极端干旱胁迫下达到了极显著水平ꎻ雄株的乙烯
( ＥＴＨ) 和赤霉素( ＧＡ ３ ) 含量均高于雌株ꎬ随着干旱胁迫程度的增加ꎬ雌雄株的 ＥＴＨ 和 ＧＡ ３ 含量显
火麻( Ｃａｎｎａｂｉｓ ｓａｔｉｖａ Ｌ.) 是大麻科大麻属一年生草本植物ꎬ又称大麻、汉麻、寒麻、露麻等 [１－２] ꎮ
至今ꎬ已从火麻中鉴定出 ５６０ 多种有效成分ꎬ在治疗青光眼、抑郁症、神经痛、多发性硬化症、阿尔茨
海默氏症等许多严重疾病方面具有潜在的应用价值ꎬ 许多新的生物活性化合物仍在不断被发
表形发育:记录不同干旱胁迫条件下火麻的株高、叶片和根系等发育状态及雌雄比例ꎮ
该试验中早期的性别鉴定参照姜颖等 [１９] 方法ꎬ通过 ＲＡＰＤ 和 ＳＣＡＲ 标记筛选与鉴定大麻性别
所设计的特异性序列引物 ＯＰＶ － ０８Ｆ(５′ －ＧＧＡＣＧＧＣＧＴＴＣＣＡＡＡＣＧＡ － ３′) 和 ＯＰＶ － ０８Ｒ(５′ － ＧＧＡＣＧ￣
( 云南农业大学植物保护学院ꎬ云南 昆明 ６５０１００)
摘 要:研究不同程度干旱胁迫对火麻的生理形态、组织分化差异和性别比例的影响ꎬ旨在为
评估极端天气对火麻产业的影响提供理论依据ꎮ 通过盆栽播种育苗ꎬ设置 ５ 个不同水平土壤含水
量进行干旱胁迫至可以观察出植株性别为止ꎮ 结果表明ꎬ随着干旱程度的加剧ꎬ火麻植株明显矮
ＧＣＧＴＴＧＧＴＴＧＡＡＡＴＧ － ３′) 对火麻种子、幼苗及花期的雌、雄株性别进行鉴定ꎻ提取植株材料的基因
组 ＤＮＡꎬ并以 ＤＮＡ 为模板进行 ＰＣＲ 扩增ꎮ
组织结构观察:选取不同干旱胁迫处理的火麻苗下层( 第 ４ ~ ５ 对真叶) 正常叶片ꎬ用解剖刀切
成 ０.２５ ｃｍ × ０.２５ ｃｍ 的小块置于 ７０％ＦＡＡ 固定液中ꎬ在 ７ ℃ 冰箱中静置 ７２ ｈꎬ复水后ꎬ石蜡包埋ꎬ番
近年来ꎬ受极端气候影响ꎬ干旱强度和频率将会继续增加ꎬ当前全球许多火麻耕地正遭受农业
用水短缺的困扰 [２８] ꎬ干旱已成为世界上最突出的环境问题ꎬ严重影响着火麻的生长发育 [２９] ꎬ在胁
迫对火麻性别分化影响的研究存在空白的情况下ꎬ关注火麻对干旱胁迫的响应差异ꎬ对降低栽培
过程中性别分化异常ꎬ提高品质及产量尤为重要ꎮ 本文旨在研究不同程度干旱胁迫下火麻的形
２ ０６ ２０２３ 年第 ４５ 卷第 ５ 期 中国麻业科学 ＰＬＡＮＴ ＦＩＢＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥＳ ＩＮ ＣＨＩＮＡ
文章编号:１６７１ － ３５３２(２０２３)０５ － ０２０６ － ０９
不同程度干旱胁迫下火麻的生理形态变化
及性别比例差异
郑其向ꎬ杨永红 ∗ ꎬ罗欢ꎬ普瑞ꎬ许锦ꎬ张文义ꎬ李红琴
定等因素 [１５] 依然限制着火麻产业的健康发展ꎮ 对于育种者和农民来说ꎬ性别的鉴定在火麻性状改
良和产量提高方面尤为重要 [１６－１７] ꎬ雄株的纤维质量高于雌株ꎬ主要用于工业纺织、造纸等ꎬ而雌株
以收获种子为主ꎬ四氢大麻酚( ＴＨＣ) 和大麻二酚( ＣＢＤ) 含量相对较高ꎬ因此具有更高的药用价
值 [１８－２０] ꎮ 自然状态下火麻多数为雌雄异株形式ꎬ比例接近 １ ∶ １ꎬ被认为是拥有复杂的性别决定机
Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｈｅｍｐ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｄｅｇｒｅｅｓ
ｏｆ Ｄｒｏｕｇｈｔ Ｓｔｒｅｓｓ
ＺＨＥＮＧ Ｑｉｘｉａｎｇꎬ ＹＡＮＧ Ｙｏｎｇｈｏｎｇ ∗ ꎬ ＬＵＯ Ｈｕａｎꎬ ＰＵ Ｒｕｉꎬ ＸＵ Ｊｉｎꎬ ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎｙｉꎬ ＬＩ Ｈｏｎｇｑｉｎ
( Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬ Ｙｕｎｎａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０１００ꎬ Ｙｕｎｎａｎꎬ Ｃｈｉｎａ)
著增加且差异增大ꎮ 故干旱胁迫下火麻雌株的部分生理响应能力高于雄株ꎬ偏向雄株分化ꎬ而雌
雄比例异常的现象ꎬ可能与激素 ＥＴＨ 和 ＧＡ ３ 含量升高有关ꎮ
关键词:火麻ꎻ干旱胁迫ꎻ性别分化ꎻ叶片组织结构
中图分类号:Ｓ５６３.３ 文献标识码:Ａ 开放科学( 资源服务) 标识码( ＯＳＩＤ) :
Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｇｅｓ ａｎｄ Ｓｅｘ Ｒａｔｉｏ
制的物种之一 [２１] ꎮ 前人研究 [２２－２３] 表明ꎬ像火麻这类雌雄异株植物的性别表达不仅受遗传物质和
激素调控ꎬ还受外界条件影响ꎬ在干旱等逆境胁迫下ꎬ植株的形态结构和生理会发生特征性变化ꎬ
如叶表皮的气孔下陷、栅栏组织增厚等 [２４－２６] ꎮ 雄株通常生长状况良好ꎬ数量较多ꎬ导致雌雄比例异
常 [２７－２８] ꎮ
作者简介:郑其向(１９９６—) ꎬ男ꎬ硕士ꎬ主要从事生物多样性与植物病害控制研究ꎮ Ｅ－ｍａｉｌ:ｌｅｎｇｊｉｎ１６８８＠ ｑｑ.ｃｏｍ
∗通信作者:杨永红(１９６５—) ꎬ女ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事药用植物研究ꎮ Ｅ－ｍａｉｌ:ｙｙｈ８３１９９４＠ １６３干旱胁迫下火麻的生理形态变化及性别比例差异
ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｇｇｒａｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔꎬ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｗａｒｆｅｄꎬ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅｐｉｄｅｒ￣
ｍａｌ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｆｅｎｅｓｔｒａｔｅｄ ｔｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｘ ｒａｔｉｏ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｌｅ ａｎｄ ｆｅｍａｌｅ ｗａｓ ａｂ￣
态、雌雄植株生理组织分化、性别比例及关键激素的变化ꎬ为评估极端天气对麻类作物生长发育的
影响提供理论依据ꎮ
１ 材料与方法
１.１ 材料
本试验采用盆栽方式ꎬ选取大小均一的火麻种子( 由杨永红教授 ２０２１ 年收集于大理宾川乌龙
坝ꎬ并鉴定为大麻科ꎬ大麻属) 播种到含有 ２.５ ｋｇ 土壤( ｍ 营养土 ∶ ｍ 珍珠岩 ∶ ｍ 红土 ＝ １ ∶ ２ ∶ １０ꎬｐＨ 为 ６.７
ｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ. Ｆａｖｏｒｉｎｇ ｍａｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ. Ａｂｎｏｒｍａｌ ｍａｌｅ ｔｏ ｆｅｍａｌｅ ｒａｔｉｏ ｍａｙ ｂｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ
ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｈｏｒｍｏｎｅｓ ＥＴＨ ａｎｄ ＧＡ ３ .
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:Ｃａｎｎａｂｉｓ ｓａｔｉｖａ Ｌ.ꎻ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓꎻ ｇｅｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎꎻ ｌｅａｆ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ
２０７
ｌｅｖｅｌ ｕｎｄｅｒ ｓｅｖｅｒｅ ａｎｄ ｅｘｔｒｅｍｅ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ. Ｗｈｉｌｅꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ＥＴＨ ａｎｄ ｇｉｂｂｅｒｅｌｌｉｎ ＧＡ ３
ｉｎ ｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓꎬ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ
(２０±５) ％的极端干旱胁迫处理ꎬ记录为 Ａ( 极易出现叶片萎蔫ꎬ及时浇水控水) ꎬ盆口覆膜防止水分
中国麻业科学 第 ４５ 卷
２０８
变动过快超过控制范围ꎮ 矫正温湿度仪器和土壤相对含水量实际对应数值ꎬ利用土壤温湿度仪
为止ꎮ
记录不同干旱胁迫程度下火麻的表形、雌雄发育状态及比例ꎬ观察叶片组织结构ꎬ测定保护酶
活性、相关激素水平ꎬ综合分析极端干旱胁迫下火麻雌、雄植株的响应差异ꎮ
１.２.２ 植株性别标记及形态结构发育
ｎｏｒｍａｌ. Ｔｈｅ ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ ( ＰＯＤ) ａｃｔｉｖｉｔｙꎬ ｃａｔａｌａｓｅ ( ＣＡＴ) ａｃｔｉｖｉｔｙ ａｎｄ ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ ( ＤＨＡ) ａｃｔｉｖｉｔｙ
ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｉｎ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ. Ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｍａｌｏｎｄｉａｌｄｅｈｙｄｅ ( ＭＤＡ) ꎬ ａ ｍｅｍ￣
含水量维持在田间持水能力(５５±５) ％的轻度干旱胁迫处理ꎬ记录为 Ｄꎻ第 ３ 组:土壤相对含水量维
持在田间持水能力(４０±５) ％的中度干旱胁迫处理ꎬ记录为 Ｃꎻ第 ４ 组:土壤相对含水量维持在田间
持水能力(３０±５) ％的重度干旱胁迫处理ꎬ记录为 Ｂꎻ第 ５ 组:土壤相对含水量维持在田间持水能力
左右) 的圆形塑料花盆中( 高 １５ ｃｍꎬ直径 ２０ ｃｍ) ꎬ每盆 １ 粒种子( 未出苗的及时补苗) ꎬ待种子发芽
长出第 ３ ~ ４ 对真叶ꎮ
１.２ 方法
１.２.１ 材料处理
选取长势一致的火麻苗ꎬ分为 ５ 组ꎬ每组 １００ 盆ꎬ设置 ５ 个不同土壤含水量的干旱胁迫处理组ꎮ
第 １ 组:土壤湿润程度为田间土壤最大持水能力的(６５±５) ％( Ｃｏｎｔｒｏｌ) ꎬ记录为 Ｅꎻ第 ２ 组:土壤相对
茄红固绿染色ꎬ切片进行观察ꎮ
１.２.３ 相关生理指标
测定不同程度干旱胁迫下雌、雄株的过氧化物酶( ＰＯＤ) 、过氧化氢酶( ＣＡＴ) 和脱氢酶( ＤＨＡ)
活性以及膜质过氧化产物丙二醛( ＭＤＡ) 的含量ꎬ利用 ＥＬＩＳＡ 试剂测定胁迫及性别分化相关激素赤
霉素( ＧＡ ３ ) 和乙烯( ＥＴＨ) 含量ꎬ试验所涉及检测技术及化学试剂由昆明五尚生物科技有限公司
ｄｒｏｕｇｈｔ ｉｎ ｂｏｔｈ ｍａｌｅ ａｎｄ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓꎬ ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｌｅ ａｎｄ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ ｗａｓ
ａｌｓｏ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ. Ｔｈｅ ｐａｒｔｉａｌ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｗａｓ ｈｉｇｈ￣
ｂｒａｎｅ ｐｅｒｏｘｉｄａｔｉｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔꎬ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓꎬ ｒｅａｃｈｉｎｇ ａ ｈｉｇｈｌｙ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ
收稿日期:２０２３－０５－１１
基金项目:云南省科技厅云南省 ２０１９ 年中央引导地方科技发展专项( Ａ３０３２０９１６２) ꎻ杨永红专家工作站
现 [３－５] ꎮ
截至 ２０１８ 年ꎬ我国火麻种植面积为 １.８５６ 万 ｈｍ ２ ꎬ总产量突破 １０.６２ 万 ｔ( 国家统计局ꎬ年度数
据ꎬ２０１９ 版) ꎬ已成为全球重要的工业大麻生产国 [６－８] ꎮ 国内外关于火麻的研究报道中ꎬ火麻种质
资源类群分类标准存在争议 [９－１２] ꎬ品种间性状差异大 [１３] 、病害防控 [１４] 、雌雄分化及品质遗传不稳
Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙꎬ ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌꎬ ｔｉｓｓｕｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ ａｎｄ ｓｅｘ ｒａｔｉｏ ｏｆ
ｈｅｍｐ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄꎬ ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ａ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｂａｓｉｓ ｆｏｒ ａｓｓｅｓｓｉｎｇ ｔｈｅ
ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅｘｔｒｅｍｅ ｗｅａｔｈｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｈｅｍｐ ｃｒｏｐ ｉｎｄｕｓｔｒｙ. Ｔｈｏｕｇｈ ｓｅｅｄｌｉｎｇｓ ｔｅｓｔ ｂｙ ｓｅｅｄｉｎｇｉｎ ｐｏｔｓꎬ ｆｉｖｅ ｄｉｆｆｅｒ￣
ｅｎｔ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓ ｆｏｒ ｄｒｏｕｇｈｔ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｘ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｓ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ
化ꎬ叶片表皮细胞、栅栏组织增度降低ꎬ雌雄性别比例异常ꎮ 雌株过氧化物酶( ＰＯＤ) 活力、过氧化
氢酶( ＣＡＴ) 活力和脱氢酶( ＤＨＡ) 活力均高于雄株ꎬ而膜质过氧化产物丙二醛( ＭＤＡ) 含量随干旱
胁迫程度的加剧ꎬ出现一直上升状态ꎬ在重度和极端干旱胁迫下达到了极显著水平ꎻ雄株的乙烯
( ＥＴＨ) 和赤霉素( ＧＡ ３ ) 含量均高于雌株ꎬ随着干旱胁迫程度的增加ꎬ雌雄株的 ＥＴＨ 和 ＧＡ ３ 含量显
火麻( Ｃａｎｎａｂｉｓ ｓａｔｉｖａ Ｌ.) 是大麻科大麻属一年生草本植物ꎬ又称大麻、汉麻、寒麻、露麻等 [１－２] ꎮ
至今ꎬ已从火麻中鉴定出 ５６０ 多种有效成分ꎬ在治疗青光眼、抑郁症、神经痛、多发性硬化症、阿尔茨
海默氏症等许多严重疾病方面具有潜在的应用价值ꎬ 许多新的生物活性化合物仍在不断被发
表形发育:记录不同干旱胁迫条件下火麻的株高、叶片和根系等发育状态及雌雄比例ꎮ
该试验中早期的性别鉴定参照姜颖等 [１９] 方法ꎬ通过 ＲＡＰＤ 和 ＳＣＡＲ 标记筛选与鉴定大麻性别
所设计的特异性序列引物 ＯＰＶ － ０８Ｆ(５′ －ＧＧＡＣＧＧＣＧＴＴＣＣＡＡＡＣＧＡ － ３′) 和 ＯＰＶ － ０８Ｒ(５′ － ＧＧＡＣＧ￣
( 云南农业大学植物保护学院ꎬ云南 昆明 ６５０１００)
摘 要:研究不同程度干旱胁迫对火麻的生理形态、组织分化差异和性别比例的影响ꎬ旨在为
评估极端天气对火麻产业的影响提供理论依据ꎮ 通过盆栽播种育苗ꎬ设置 ５ 个不同水平土壤含水
量进行干旱胁迫至可以观察出植株性别为止ꎮ 结果表明ꎬ随着干旱程度的加剧ꎬ火麻植株明显矮
ＧＣＧＴＴＧＧＴＴＧＡＡＡＴＧ － ３′) 对火麻种子、幼苗及花期的雌、雄株性别进行鉴定ꎻ提取植株材料的基因
组 ＤＮＡꎬ并以 ＤＮＡ 为模板进行 ＰＣＲ 扩增ꎮ
组织结构观察:选取不同干旱胁迫处理的火麻苗下层( 第 ４ ~ ５ 对真叶) 正常叶片ꎬ用解剖刀切
成 ０.２５ ｃｍ × ０.２５ ｃｍ 的小块置于 ７０％ＦＡＡ 固定液中ꎬ在 ７ ℃ 冰箱中静置 ７２ ｈꎬ复水后ꎬ石蜡包埋ꎬ番
近年来ꎬ受极端气候影响ꎬ干旱强度和频率将会继续增加ꎬ当前全球许多火麻耕地正遭受农业
用水短缺的困扰 [２８] ꎬ干旱已成为世界上最突出的环境问题ꎬ严重影响着火麻的生长发育 [２９] ꎬ在胁
迫对火麻性别分化影响的研究存在空白的情况下ꎬ关注火麻对干旱胁迫的响应差异ꎬ对降低栽培
过程中性别分化异常ꎬ提高品质及产量尤为重要ꎮ 本文旨在研究不同程度干旱胁迫下火麻的形
２ ０６ ２０２３ 年第 ４５ 卷第 ５ 期 中国麻业科学 ＰＬＡＮＴ ＦＩＢＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥＳ ＩＮ ＣＨＩＮＡ
文章编号:１６７１ － ３５３２(２０２３)０５ － ０２０６ － ０９
不同程度干旱胁迫下火麻的生理形态变化
及性别比例差异
郑其向ꎬ杨永红 ∗ ꎬ罗欢ꎬ普瑞ꎬ许锦ꎬ张文义ꎬ李红琴
定等因素 [１５] 依然限制着火麻产业的健康发展ꎮ 对于育种者和农民来说ꎬ性别的鉴定在火麻性状改
良和产量提高方面尤为重要 [１６－１７] ꎬ雄株的纤维质量高于雌株ꎬ主要用于工业纺织、造纸等ꎬ而雌株
以收获种子为主ꎬ四氢大麻酚( ＴＨＣ) 和大麻二酚( ＣＢＤ) 含量相对较高ꎬ因此具有更高的药用价
值 [１８－２０] ꎮ 自然状态下火麻多数为雌雄异株形式ꎬ比例接近 １ ∶ １ꎬ被认为是拥有复杂的性别决定机
Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｈｅｍｐ ｕｎｄｅｒ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｄｅｇｒｅｅｓ
ｏｆ Ｄｒｏｕｇｈｔ Ｓｔｒｅｓｓ
ＺＨＥＮＧ Ｑｉｘｉａｎｇꎬ ＹＡＮＧ Ｙｏｎｇｈｏｎｇ ∗ ꎬ ＬＵＯ Ｈｕａｎꎬ ＰＵ Ｒｕｉꎬ ＸＵ Ｊｉｎꎬ ＺＨＡＮＧ Ｗｅｎｙｉꎬ ＬＩ Ｈｏｎｇｑｉｎ
( Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎꎬ Ｙｕｎｎａｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０１００ꎬ Ｙｕｎｎａｎꎬ Ｃｈｉｎａ)
著增加且差异增大ꎮ 故干旱胁迫下火麻雌株的部分生理响应能力高于雄株ꎬ偏向雄株分化ꎬ而雌
雄比例异常的现象ꎬ可能与激素 ＥＴＨ 和 ＧＡ ３ 含量升高有关ꎮ
关键词:火麻ꎻ干旱胁迫ꎻ性别分化ꎻ叶片组织结构
中图分类号:Ｓ５６３.３ 文献标识码:Ａ 开放科学( 资源服务) 标识码( ＯＳＩＤ) :
Ｐｈｙｓｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｈａｎｇｅｓ ａｎｄ Ｓｅｘ Ｒａｔｉｏ
制的物种之一 [２１] ꎮ 前人研究 [２２－２３] 表明ꎬ像火麻这类雌雄异株植物的性别表达不仅受遗传物质和
激素调控ꎬ还受外界条件影响ꎬ在干旱等逆境胁迫下ꎬ植株的形态结构和生理会发生特征性变化ꎬ
如叶表皮的气孔下陷、栅栏组织增厚等 [２４－２６] ꎮ 雄株通常生长状况良好ꎬ数量较多ꎬ导致雌雄比例异
常 [２７－２８] ꎮ
作者简介:郑其向(１９９６—) ꎬ男ꎬ硕士ꎬ主要从事生物多样性与植物病害控制研究ꎮ Ｅ－ｍａｉｌ:ｌｅｎｇｊｉｎ１６８８＠ ｑｑ.ｃｏｍ
∗通信作者:杨永红(１９６５—) ꎬ女ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事药用植物研究ꎮ Ｅ－ｍａｉｌ:ｙｙｈ８３１９９４＠ １６３干旱胁迫下火麻的生理形态变化及性别比例差异
ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｇｇｒａｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｒｏｕｇｈｔꎬ ｔｈｅ ｐｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｄｗａｒｆｅｄꎬ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅｐｉｄｅｒ￣
ｍａｌ ｃｅｌｌｓ ａｎｄ ｆｅｎｅｓｔｒａｔｅｄ ｔｉｓｓｕｅｓ ｉｎ ｌｅａｆ ｂｌａｄｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｘ ｒａｔｉｏ ｂｅｔｗｅｅｎ ｍａｌｅ ａｎｄ ｆｅｍａｌｅ ｗａｓ ａｂ￣
态、雌雄植株生理组织分化、性别比例及关键激素的变化ꎬ为评估极端天气对麻类作物生长发育的
影响提供理论依据ꎮ
１ 材料与方法
１.１ 材料
本试验采用盆栽方式ꎬ选取大小均一的火麻种子( 由杨永红教授 ２０２１ 年收集于大理宾川乌龙
坝ꎬ并鉴定为大麻科ꎬ大麻属) 播种到含有 ２.５ ｋｇ 土壤( ｍ 营养土 ∶ ｍ 珍珠岩 ∶ ｍ 红土 ＝ １ ∶ ２ ∶ １０ꎬｐＨ 为 ６.７
ｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ. Ｆａｖｏｒｉｎｇ ｍａｌｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎ. Ａｂｎｏｒｍａｌ ｍａｌｅ ｔｏ ｆｅｍａｌｅ ｒａｔｉｏ ｍａｙ ｂｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ
ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｈｏｒｍｏｎｅｓ ＥＴＨ ａｎｄ ＧＡ ３ .
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ:Ｃａｎｎａｂｉｓ ｓａｔｉｖａ Ｌ.ꎻ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓꎻ ｇｅｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｔｉｏｎꎻ ｌｅａｆ ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ
２０７
ｌｅｖｅｌ ｕｎｄｅｒ ｓｅｖｅｒｅ ａｎｄ ｅｘｔｒｅｍｅ ｄｒｏｕｇｈｔ ｓｔｒｅｓｓ. Ｗｈｉｌｅꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ ｅｔｈｙｌｅｎｅ ＥＴＨ ａｎｄ ｇｉｂｂｅｒｅｌｌｉｎ ＧＡ ３
ｉｎ ｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓ ｗｅｒｅ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｆｅｍａｌｅ ｐｌａｎｔｓꎬ ａｎｄ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ
(２０±５) ％的极端干旱胁迫处理ꎬ记录为 Ａ( 极易出现叶片萎蔫ꎬ及时浇水控水) ꎬ盆口覆膜防止水分
中国麻业科学 第 ４５ 卷
２０８
变动过快超过控制范围ꎮ 矫正温湿度仪器和土壤相对含水量实际对应数值ꎬ利用土壤温湿度仪