普通菜豆抗旱性品种筛选

周 丹，邢国明，郑少文

（山西农业大学园艺学院，山西太谷030801）

普通菜豆（Phaseolus vulgaris L.）（简称菜豆）的染色体2n＝22，别名为四季豆、芸豆等，植物学分类上属于豆科（Leguminosae）蝶形花亚科（Papilionoideae）菜豆属（Phaseolus）[1]。菜豆是豆类蔬菜的重要作物之一，是许多国家和地区的主要植物蛋白来源之一[2]。

菜豆因其生长环境复杂多样，生产中受多种生物和非生物因素限制，其中，干旱影响尤为严重。全球每年约有60%的普通菜豆因水分亏缺而减产，一些地区在遭遇突然干旱时，减产率高达80%[3-4]。随全球气候变化，普通菜豆产区的干旱情况将日益加剧[5]。因此，普通菜豆抗旱性研究备受国内外学者的关注，成为育种工作的重要目标之一[6-7]。目前，针对山西省旱作菜豆的专用品种选育已成为首要目标。

本研究以山西当地常用的20个菜豆品种为试材，通过盆栽水分胁迫试验对菜豆的形态指标和生理指标等进行综合评价，旨在初步筛选出耐旱菜豆品种和敏感菜豆品种，探索耐旱品种和敏感品种之间的差异，为山西当地菜豆产业发展提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2018年10月至2019年1月在山西省太谷县山西农业大学园艺站温室内进行。海拔790 m，经度 112°37′26″，纬度 37°29′17″。试验地处山西北方，冬天气温较低，每年11月开始需棉被保温，每天早上8：30掀起棉被，17：30放下棉被，晴天光照时间为8 h左右[8]。试验栽培基质选用包装育苗基质（由山东鲁浩农业科技有限公司提供的润农丰牌基质）。

1.2 试验设计

供试菜豆品种为盛誉天骄、极早一尺嫩、极早皇后、绿霸、中华绿、绿剑、早鲜嫩、盛誉王中王、赤选株八斤、中华豆霸、虎霸豆冠一号、豆霸冠军王、红霸无筋王、超早一尺秀、泰国无筋架豆王、新泰国架豆王、王中王架豆、特优特无筋架豆、白玉8号、红籽压塌架等20个，依次编号为1～20，均购于山西太原农资市场。选择大小一致、无病虫害、无损、自然风干的20个品种的菜豆种子各100多粒进行温汤浸种，然后播种至塑料花盆中（盆高27 cm，内径35 cm），盆底铺一层纱布，以防土壤漏出，每盆16芽，每盆装基质8 kg，并轻拍盆身使土壤紧实度均匀一致。播前每盆浇底水至田间持水量的80%，播种后覆土0.5 kg，置于温室中。

待菜豆长至三叶一心时（20 d）开始进行干旱胁迫处理。采用二因素随机区组设计，设置正常供水和干旱胁迫处理，其中，干旱胁迫处理采用自然干旱法，参照曾辉等[9]的方法进行，即干旱胁迫处理前统一用自来水浇灌花盆，对照每隔15d浇水一次，正常供水处理土壤含水量为田间持水量的80%±5%；干旱胁迫处理不浇水，30 d后，处理出现萎蔫现象，正常供水处理和干旱胁迫处理同时浇水，干旱胁迫处理前期土壤含水量为田间持水量的30%±5%，干旱处理后期土壤含水量降至田间持水量的20%±5%，3次重复，期间以称重法保持土壤含水量。干旱胁迫处理重复2次后，萎蔫现象较严重，干旱胁迫结束。

在干旱胁迫的第0天、第12天、第24天以及复水后的第12天进行取样及相关指标的测定。

1.3 测定指标及方法

植株叶面积测定采用Li-3000C便携式叶面积仪（北京雅欣理仪科技有限公司，型号为：YX-1241-16-225）测定；从各处理随机选取3盆，从第1侧根发生处将植株主茎剪断，称量主茎及叶片质量作为茎叶鲜质量（g）；将植株冲洗后于105℃杀青30min，80℃烘48 h，至恒质量时测定干质量；取植株从上往下数第3～5节位成熟叶片，采用丙酮研磨法[10]测定叶绿素（Chl）含量（mg/L）。

随机抽取一株植株（3个重复），采用LCPro-SD便携式智能光合仪（易科泰生态技术有限公司），于晴天 9：00—11：00 测定净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、胞间 CO2浓度（Ci）等参数[11]。测量部位为第3片完全展开叶的中间叶片，测定时采用红蓝光源，温度为（30±2）℃，光量子通量密度（PFD）设定为1 000 μmol/（m2·s），叶室CO2浓度为（380±10）μmol/mol，叶片至少在1 000 μmol/（m2·s）的光强下活化20 min。

叶片相对含水量（RWC）测定采用饱和称量法，每个材料选取3株，每株取相同叶位新鲜叶片1片，叶片取自植株第3～5片完全展开叶，迅速称取鲜质量（FW）后，将植物叶片放在蒸馏水中，黑暗中放置24 h后称饱和质量（SW），经105℃、30 min杀青后，75℃烘干至恒质量，称干质量（DW），3次重复。计算叶片相对含水量（RWC），取平均值即为该次取样植物叶片的相对含水量。

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2010进行处理，采用SPSS 25.0软件分析处理间的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫及复水对不同菜豆品种干、鲜质量的影响

从表1可以看出，不同菜豆品种之间生长状况不一致，在处理0 d时，绿剑和红籽压塌架的鲜质量显著高于盛誉王中王和红霸无筋王，而其他品种之间差异不显著，红籽压塌架的鲜质量比红霸无筋王的大36.41%，达到了最大，说明红籽压塌架的生长比较旺盛；在处理12 d时，20个品种之间的鲜质量无显著性差异，但红霸无筋王的鲜质量表现最高，为37.24 g，特优特无筋架豆的鲜质量表现最低，为23.61 g，20个品种的鲜质量整体要比处理0 d时的高，说明菜豆在这12 d中生长速度较快，此时的干旱对菜豆的生长影响不大；在处理24 d时，20个品种之间存在显著性差异，红霸无筋王的鲜质量表现为最高，为24.83 g，超早一尺秀的鲜质量也相对较高，而王中王架豆的鲜质量最低，为12.29 g，极早一尺嫩的鲜质量也相对较低，相比处理12 d的菜豆，处理24 d的菜豆鲜质量有所下降，说明此时的干旱影响了菜豆的生长；在复水12 d后，20个品种之间的鲜质量无显著性差异，但有些品种的鲜质量比处理24 d的低，有些比处理24 d的高，说明有些品种不抗旱，有些品种较抗旱。

表1 干旱胁迫下不同菜豆品种鲜质量的变化 g

由表2可知，在处理0 d的20个品种之间的干质量大部分无显著差异，极少数存在显著差异，其中，盛誉天骄、中华绿、绿剑、早鲜嫩、中华豆霸、新泰国架豆王和红籽压塌架的干质量显著高于王中王架豆。其中，中华绿和中华豆霸的干质量达最高，均为0.54 g，王中王架豆的鲜质量最低，为0.25 g；在处理12 d时，干质量相对比处理0 d有明显的增加，说明此时菜豆的干物质积累量较高，在此时20个品种之间也存在显著性差异，中华豆霸的干质量最高，为5.38 g，而王中王架豆的干质量最低，为2.55 g；在处理24 d时，20个品种的干质量显著低于处理12 d，说明此时干旱对菜豆品种产生了影响，且消耗了干物质积累量，中华豆霸的干质量最高，为2.15 g，而王中王架豆的干质量最低，为1.04 g；在复水12 d时，20个品种的干质量有所恢复，中华豆霸的干质量最大，为3.23 g，王中王架豆的干质量最低，为1.59 g。

表2 干旱胁迫下不同菜豆品种干质量的变化 g

2.2 干旱胁迫及复水对不同菜豆品种叶面积的影响

从表3可以看出，在不同处理时期，不同菜豆品种之间的叶面积差异比较明显。在处理0 d时，红籽压塌架的叶面积为110.31 cm2，达到了最大，而盛誉天骄的叶面积为102.66 cm2，为最小；在处理12 d时，红籽压塌架的叶面积还是最大，达到124.20 cm2，绿霸的叶面积达到最小，为107.76 cm2；处理24 d时，不同菜豆品种的叶面积与处理12 d不同菜豆的叶面积之间变化较小，但不同品种的叶面积有增大和减小之分，不同菜豆品种在处理24 d时，品种之间存在显著性差异，除赤选株八斤和白玉8号之外，红籽压塌架的叶面积显著高于其他品种，红籽压塌架的叶面积最大，达到125.44 cm2，极早皇后的叶面积最小，为110.62 cm2；在复水12 d后，菜豆不同品种的叶面积变化不同，有继续增大之势，也有降低之势；红籽压塌架的叶面积最大，达到130.53 cm2，而王中王架豆的叶面积最小，为106.84 cm2，比处理24 d时降低了3.95%。综上所述，红籽压塌架品种较其他品种的生长旺盛，对干旱胁迫相对不敏感，王中王架豆对干旱胁迫比较敏感。

表3 干旱胁迫下不同菜豆品种叶面积的变化 cm2

2.3 干旱胁迫及复水对不同菜豆品种叶片相对含水量的影响

从表4可以看出，不同菜豆品种在不同处理时间叶片相对含水量不同。在处理0 d时，20个品种间有显著性差异，红籽压塌架的叶片相对含水量显著高于豆霸冠军王、泰国无筋架豆王、王中王架豆的叶片相对含水量，红籽压塌架的叶片相对含水量最大，为92%，王中王架豆的叶片相对含水量最小，为76%。在处理12 d时，盛誉天骄的叶片相对含水量达到了最大，为94%；豆霸冠军王和王中王架豆的叶片相对含水量较低，分别为80%和81%；在处理24 d时，20个菜豆品种的叶片相对含水量显著低于处理12 d，不同品种之间也有显著性差异，红籽压塌架的叶片相对含水量较高，豆霸冠军王的叶片相对含水量最低，达到61%；在复水12 d后，不同品种间的叶片相对含水量较处理24 d有升高和降低的区别，品种之间显著性差异不明显，红籽压塌架的叶片相对含水量显著高于王中王架豆的叶片相对含水量，红籽压塌架的叶片相对含水量显著高于王中王架豆，其他品种间差异不显著。

2.4 干旱胁迫及复水对不同菜豆品种叶绿素含量的影响

从表5可以看出，20个品种叶绿素a的总体变化趋势呈现先降低后升高。在处理0 d时，20个品种叶绿素a含量间没有显著性差异；在处理12 d时，红籽压塌架的叶绿素a含量最高，达到7.32mg/L，显著高于王中王架豆；在处理24 d时，红籽压塌架的叶绿素a含量显著高于极早皇后，达到8.31 mg/L；在复水12 d时，20个品种的叶绿素a含量间没有显著性差异。

表4 干旱胁迫下不同菜豆品种叶片相对含水量的变化 %

由表6可知，在整个处理期，叶绿素b含量的总体变化呈先降低再升高的变化趋势。在处理0d时，红籽压塌架的叶绿素b含量较高，达到2.64 mg/L，王中王架豆的叶绿素含量较低，为1.61 mg/L；在处理12 d时，绿霸、红籽压塌架和红霸无筋王的叶绿素b含量较高，而王中王架豆的叶绿素b的含量最低；在处理24 d时，新泰国架豆王的叶绿素b含量达到最高，为1.53mg/L，而王中王架豆的叶绿素b含量依然是最低，为1.12 mg/L；在复水12 d时，20个品种的叶绿素b含量都有升高变化，但品种之间无显著性差异。

从表7可以看出，不同品种间在不同处理期叶绿素总含量变化不同。在处理0 d时，20个品种叶绿素总含量间差异不显著；在处理12 d时，红籽压塌架、绿霸、红霸无筋王的叶绿素总含量显著高于王中王架豆；在处理24 d时，红籽压塌架的叶绿素总含量达到最高，为9.82 mg/L，而极早皇后和王中王架豆的叶绿素总含量较低，分别为6.78、6.87mg/L；在复水12 d时，20个品种叶绿素总含量间无显著性差异。

表6 干旱胁迫下不同菜豆品种叶绿素b的变化 mg/L

表7 干旱胁迫下不同菜豆品种叶绿素总含量的变化 mg/L

2.5 干旱胁迫及复水条件下各成分的主成分分析

主成分分析就是指在本试验中主要是通过降维从而把多个性状指标转化为几个综合指数[12]，也就是通过几个变化的量作为代表来表示所有的变量信息，从而减轻对大量数据的分析，更有利于对数据的整理分析[13]。本试验对20个普通菜豆品种在处理24 d时的11个指标进行主成分分析，其特征值和累积贡献率如表8所示。从表8可以看出，其中前5个主要成分的贡献率分别是30.53%、25.20%、13.17%、10.76%、7.15%，累积贡献率为86.81%。这5个成分所包含的信息量可以反映原始11个指标的大部分信息。

由表9可知，提取其前4个主成分进行分析，其中，成分1中起主要作用的是净光合速率、蒸腾速率、气孔导度3个指标，特征向值的绝对值较大；成分2中起主要作用的是叶绿素a和总叶绿素含量，具有绝对值较大的特征向量；成分3中起主要作用的是叶片相对含水量；成分4中起主要作用的是叶绿素b含量，特征向量的绝对值较大。以上的4个成分共同决定了普通菜豆品种间的抗旱性。

表9 成分矩阵

综上所述，对于净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶绿素含量、叶片相对含水量红籽压塌架、新泰国架豆王、红霸无筋王这3个品种相对较高，而王中王架豆相对较低。

3 结论与讨论

普通菜豆的抗旱性研究在大多数地区都有着较长的历史[14-15]，本试验通过对20个普通菜豆品种在干旱胁迫下的部分生理性状的测定及分析发现，不同菜豆品种之间生长势不同，对干旱的敏感程度也不同。本研究共筛选得到叶片相对含水量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率、叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素含量7个指标与抗旱性相关，这也说明普通菜豆的抗旱性是由多种生理调节机制协同作用的结果。

植物的叶片相对含水量能间接反映植物在干旱胁迫下水分亏缺的程度，干旱胁迫下抗旱品种的叶片相对含水量较高且抗旱品种的叶片相对含水量较敏感品种的下降幅度小，因此，叶片相对含水量是鉴定作物品种抗旱性的重要指标[16]。本研究表明，红籽压塌架的叶片相对含水量较王中王架豆的叶片相对含水量高，说明红籽压塌架比王中王架豆更抗旱。

叶绿素含量也能用来鉴定作物的抗旱能力。据WENTWORTH 等[17]、李龙等[18]研究表明，叶绿素含量可用来作为鉴定普通菜豆的抗旱能力。在本研究中，通过主成分分析发现，叶绿素含量是和抗旱相关的指标。而红籽压塌架的叶绿素含量在整个处理期都相对较高，新泰国架豆王的叶绿素含量次之，王中王架豆的叶绿素含量相对较低。

光合作用是植物体生长发育的基础，本研究通过主成分分析发现，光合指标也是鉴定植物抗旱性的主要指标之一。李龙[19]研究表明，干旱胁迫下普通菜豆的气孔导度和蒸腾速率是受环境影响的主要指标，与本研究结果一致。当水分亏缺时，可利用的CO2减少，导致光合原料供应不足。ROSALES等[20]研究也指出，普通菜豆保持体内水分平衡的主要机制是气孔调节，本研究20个品种的净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率在干旱条件下也不同，这4个指标在普通菜豆中的具体作用还需进一步探讨。

本研究结果显示，在20个菜豆品种中，红籽压塌架的各指标相对较高，抗旱性也较好；绿霸次之，王中王架豆各指标相对较低，抗旱性也较弱。由于本研究对菜豆只进行了简单的生理指标测定，对菜豆抗旱机制还需进一步研究。