干旱胁迫对张杂谷系列杂交谷子生理指标的影响

干旱胁迫对张杂谷系列杂交谷子生理指标的影响
摘要：通过中度控水试验，对杂交谷子张杂谷3号、张杂谷5号超氧化物歧化酶（SOD）活性、丙二醛（MDA）及脯氨酸含量3项生理指标进行测定，以分析3项指标在干旱胁迫下的变化情况以及张杂谷系列品种的抗旱性。

结果表明，张杂谷3号MDA含量在干旱胁迫7、14、21 d时明显增加，MDA含量分别为17.48、24.64、37.28 μmol/g，分别比对照增加4.3%、48.0%和115.0%，张杂谷5号MDA含量也均比对照有所增加；两品种SOD活性和脯氨酸含量也明显高于对照，且张杂谷3号的增幅明显高于张杂谷5号。

由此可知，张杂谷3号的3项生理指标变化均大于张杂谷5号，表现出较强的抗旱性。

关键词：杂交谷子；张杂谷；干旱胁迫；生理指标
近年来随着全球气候的转暖，水资源的缺乏，农业生态环境的进一步恶化，旱情发生的频率和强度不断增强，干旱已经成为世界范围内限制作物生产的主要逆境因素之一[1]。

全国节水农业发展规划明确提出，建立节水型社会，发展节水型农业是解决我国水资源短缺和利用率低等农业发展面临问题的主要措施[2]。

张杂谷是张家口市农业科学院利用光温敏两系法先后选育出的一系列杂交谷子（粟）品种[3-5]。

张杂谷具有高产、优质、节水抗旱、抗病虫害等优点，在旱地种植平均产量保持在6 000 kg/hm2以上，比常规种增产20%以上[5]，推动了杂交谷子生产，对保证国家粮食安全、促进社会稳定具有重要意义。

谷子抗旱性的研究多通过气孔阻力、蒸腾速率、根冠比等指标来进行鉴定，也有通过测定脯氨酸、丙二醛（MDA）含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性的变化来进行鉴定的[6，7]，确定科学的抗旱性鉴定方法有利于抗旱性品种的培育和推广。

试验对张杂谷系列杂交谷子生长发育关键时期——穗分化期采用中度控水进行抗旱性试验，通过测定植株SOD、MDA以及脯氨酸这3项生理指标的变化，以分析张杂谷系列品种的抗旱性，为张杂谷系列品种抗旱性育种工作奠定基础。

1 材料与方法
1.1 试验材料
所用材料为杂交谷子品种张杂谷3号、张杂谷5号，种子由张家口市农业科学院提供。

1.2 试验设计与方法
1.2.1 干旱胁迫试验设计试验于2011年5～9月在河北北方学院试验场进行。

土壤为沙壤土，耕作层有机质含量为2.71%、速效磷43.22 mg/kg、速效钾170.92 mg/kg。

分别取张杂谷3号、张杂谷5号进行盆栽试验。

试验设2个处理，分别为中度控水处理（即干旱胁迫处理，水分含量为田间持水量的30%～40%）和对照（浇灌饱和水），每品种分别种植12盆，分2组，其中6盆为对照组，6
盆为干旱处理组，3次重复。

5月14日播种，6叶期进行间苗，每盆留20株用于取样，在干旱胁迫之前对照组和处理组均浇灌饱和水，使其生长势尽量保持一致。

谷子拔节后（穗分化始期）进行干旱胁迫处理试验，对照浇灌饱和水，处理中度控水，从控水开始每隔7 d测定1次SOD活性及MDA、脯氨酸含量，共测定3次，水分处理期间采用土壤水分速测仪和称重法（XK3100型电子计重台秤，最小感量1 g）相结合控水，每天下午5：30～6：30将盆置于台秤上称重，并换算出土壤含水量，当含水量低于下限时浇水，补水量为达到上限时的需水量，控水时段盆内土壤含水量基本保持在设定范围内。

各处理除水分差异外，其他条件保持一致，控水结束后正常供水。

非控水时段的管理均与对照相同。

1.2.2 测定指标及方法各指标测定参考邹琦[8]的方法。

SOD活性采用NBT （氮蓝四唑）光还原法测定；MDA含量采用三氯乙酸比色法测定；脯氨酸含量采用酸性茚三酮显色法测定。

2 结果与分析
2.1 干旱胁迫对张杂谷系列品种MDA含量的影响
MDA是细胞膜脂过氧化的最终产物，其含量高低反映了膜脂过氧化水平和植物的衰老程度。

由图1可知，在处理7～14 d时，浇灌饱和水的对照组MDA 含量变化不大，而中度控水的处理组MDA含量迅速积累。

张杂谷3号MDA含量在处理7、14、21 d时明显增加，MDA含量分别为17.48、24.64、37.28 μmol/g，比对照增加了4.3%、48.0%和115.0%。

张杂谷5号在处理21 d时MDA含量为23.65 μmol/g，比对照增加了56.0%。

由此可见，随着控水时间的延长，2种张杂谷系列品种MDA含量均有所积累，其中张杂谷3号积累较多。

2.2 干旱胁迫对张杂谷系列品种脯氨酸含量的影响
在逆境条件下，植物体内脯氨酸含量增加，在一定程度上反映了植物的抗逆性，抗旱性强的品种往往积累较多的脯氨酸[9，p
2.3 干旱胁迫对张杂谷系列品种SOD活性的影响
SOD在清除生物体内氧自由基上担负着重要的功能，研究表明植株的抗旱能力在一定程度上由SOD含量反映出来，SOD活性越高说明其清除氧自由基的能力越强，抗旱性越好；SOD活性降低标志着植物体内清除氧自由基的能力趋于衰弱，叶片趋于衰老[11，12]。

由图3可知，对照组由于浇灌饱和水，SOD活性变化不大，在处理14～21 d时远低于中度控水的处理组SOD活性，说明在干旱胁迫下SOD活性迅速提高。

中度控水21 d时，张杂谷3号和张杂谷5号的SOD 活性分别为530.65、430.23 U/g，比其相应对照分别增加了92.1%、72.0%。

由此可见，随着控水时间的延长，2种张杂谷系列品种SOD活性迅速升高，其中张杂谷3号升高速度快，增幅大。

3 小结与讨论
干旱胁迫对作物的影响是一个复杂的问题，近年来不同的学者从不同的角度相继进行了深入的探讨，积累了宝贵的资料。

张岁岐等[13]研究表明，随干旱程
度加剧，小麦单株叶面积及株高明显降低。

孙彩霞等[14]在研究玉米根系生态型及生理活性与抗旱性关系时，发现干旱胁迫下根体积、根的干物质量和根冠比在苗期和拔节期均有明显的下降，且这几个指标变化的规律性强，在基因型间有显著差异，可以作为抗旱性鉴定指标。

但谷子全生育期抗旱鉴定鲜有报道，抗旱鉴定缺乏相应指标。

干旱胁迫严重影响作物体内生理生化物质的含量。

干旱胁迫下作物为了维持一定的膨压，叶片开始积累脯氨酸，脯氨酸随着胁迫的加重呈增加趋势。

MDA 含量随着干旱胁迫的加重而增加，说明干旱胁迫导致叶片膜脂过氧化加剧，加速了叶片衰老进程。

SOD可以清除生物体内氧自由基，从而避免细胞膜伤害。

在中度控水条件下，干旱初期相关酶活性增加以抵御干旱，随着干旱胁迫的加重酶功能受到抑制，作物进而表现为干旱伤害[15]。

由此可见，MDA、脯氨酸含量及SOD活性均可作为谷子抗旱鉴定的生理指标。

本试验结果表明，在干旱胁迫下张杂谷3号和张杂谷5号3项生理指标均随控水时间的延长呈现增加趋势，且张杂谷3号明显高于张杂谷5号。

表明张杂谷3号在受到干旱胁迫时生物体内的一些酶系发生变化抵御外界不良环境的能力较张杂谷5号强，表现出了较强的抗旱能力，与观察到的植物学性状一致。

本试验进行的是盆栽试验，因此无法测定干旱胁迫对产量的影响，将在以后试验中进一步研究。

试验选择张杂谷穗分化始期开始控水，研究一段时期内干旱胁迫对张杂谷生理指标的影响。

但是，生产中干旱的出现并不是人为控制的，尤其是近几年随着环境的不断破坏，农业生产经常受到干旱的影响。

因此，进一步探索干旱胁迫对张杂谷影响的关键时期以及培育优良的抗旱品种成为研究的重点。

参考文献：
[1] 杨官厅，韩淑云，刘明贵，等.谷子耐旱性鉴定初探[J].干旱地区农业研究，1992，（10）2：98-102.
[2] 张锦鹏，王茅雁，白云凤，等.谷子品种抗旱性的苗期快速鉴定[J].植物遗传资源学报，2005，6（1）：59-62.
[3] 赵治海，崔文生，杜贵，等.谷子光（温）敏不育系821选育及其不育性与光、温关系的研究[J].中国农业科学，1996，29（5）：23-31.
[4] 赵治海，崔文生，杜贵.光敏核不育谷子光周期反应的初步研究[J].华北农学报，1994，9（S）：29-32.
[5] 王晓明，王峰. 谷子光（温）敏两系杂交种“张杂谷”系列品种简介[J].河北农业科技，2007（4）：8-10.
[6] 程林梅，阎继耀，张原根，等.水分胁迫条件下谷子抗旱生理特性的研究[J].植物学通报，1996，13（3）：56-58.
[7] 张文英，智慧，柳斌辉，等.谷子全生育期抗旱性鉴定及抗旱指标筛选[J].植物遗传资源学报，2010，11（5）：560-565.
[8] 邹琦.植物生理学实验指导[M].北京：中国农业出版社，2000.
[9] 张玉秀，柴团耀，G？魪RARD B. 植物耐重金属机理研究进展[J].植物学报，1999，41（5）：453-457.
[10] 赵黎芳，张金政，张启翔，等.水分胁迫下扶芳藤幼苗保护酶活性和渗透调节物质的变化[J].植物研究，2003，23（4）：437-442.
[11] 李明，王根轩.干旱胁迫对甘草幼苗保护酶活性及膜质过氧化作用的影响[J].生态学报，2002，22（4）：503-507.
[12] 韩蕊莲，李丽霞，梁宗锁，等.干旱胁迫下沙棘膜脂过氧化保护体系研究[J].西北林学院学报，2002，17（4）：1-5.
[13] 张岁岐，李秧秧. 施肥促进作物水分利用机理及对产量影响的研究[J].水土保持研究，1996，3（1）：185-191.
[14] 孙彩霞，沈秀瑛.玉米根系生态型及生理活性与抗旱性关系的研究[J].华北农学报，2002，17（3）：20-24.
[15] 陈立松，刘星辉.作物抗旱鉴定指标的种类及其综合评价[J].福建农业大学学报，1997，26（1）：48-55.。