灌浆期干旱胁迫对燕麦籽粒β-葡聚糖含量的影响

张俊峰，段 娜，刘兵兵，刘龙龙，赵文千

（1.山西大学黄土高原研究所，山西太原030006；2.山西省农业科学院农作物品种资源研究所，山西太原030031；3.山西省森林公园管理中心，山西太原030012）

燕麦（Avena nuda L.），属于禾本科燕麦属，是一种在全世界高寒地区广泛种植的粮草兼用型作物，其籽粒较其他谷类作物含有更丰富的蛋白质[1-2]、脂肪[3-6]、维生素[7]、矿物质[8]和膳食纤维[9]等，而且燕麦籽粒中的可溶性膳食纤维（主要成分是β-葡聚糖）明显高于其他谷物[9]。

β-葡聚糖主要存在于燕麦籽粒的胚乳和糊粉层细胞壁中，以混合的（1，3），（1，4）β糖苷键链形成的D型葡萄糖聚合物。β-葡聚糖有水溶性和非水溶性之分，水溶性占大多数，其溶解性受其结构中（1，3）-β-糖苷键的含量和聚合度的影响，水溶性β-葡聚糖中（1，3）糖苷键与（1，4）糖苷键含量之比为1∶（2.5～2.6），而非水溶性β-葡聚糖中相应糖苷键含量之比为1∶4.2。水溶性β-葡聚糖中约90%由（1，3）-β-糖苷键随机连接起来的纤维三糖和纤维四糖构成[10-11]。许多临床研究表明，燕麦β-葡聚糖的摄入可以降低人体血清胆固醇、葡萄糖摄入和胰岛素反应[12-15]。

目前，对影响燕麦β-葡聚糖含量因素的研究主要有2个方面，一是基因型，即不同基因型的燕麦β-葡聚糖含量不同[16]，参与燕麦β-葡聚糖的合成基因家族主要有CalF[17]、CslH[18]和CslJ[19]基因；二是环境因素[20]。环境因素又可分为人为影响和自然环境的作用。其中，人为影响方面，如适当地延迟燕麦播种时间可以增加其β-葡聚糖的含量[21]；自然因素主要是降水和温度[22-23]。研究表明，在高温的年份，燕麦β-葡聚糖含量高，而降水少（水分胁迫）的年份，燕麦β-葡聚糖含量也较高[21，24-25]。目前对环境因素的研究均为定性研究，没有对环境因素进行定量分析。有研究表明，灌浆期是燕麦β-葡聚糖积累的主要时期（超过80%）[26]。

基于此，本研究在灌浆期对燕麦植株进行了不同程度的遮雨处理，使燕麦植株处于不同的干旱胁迫下，并通过检测燕麦植株旗叶叶片含水量来量化干旱胁迫程度，从而定量分析灌浆期的干旱胁迫对燕麦籽粒β-葡聚糖含量的影响，以期为探讨环境因素（干旱胁迫）对燕麦品质的影响提供新的研究思路，也为燕麦种植的大田管理策略提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试燕麦品种分别为坝莜1号、品燕2号和白燕3号，均由山西农业大学贾举庆老师提供；供试遮雨材料为透明遮雨篷布，由河南农利得温室资材有限公司出品。

1.2 试验方法

于2017年5月25日在山西五寨县（38.93°N，111.82°E）进行大田试验。燕麦籽粒种植于长100cm、宽50 cm、高100 cm的塑料箱内[27]，塑料箱置于土下100 cm，保持塑料箱上缘与地表面水平，确保塑料箱免受阳光雨水侵蚀。塑料箱内土壤为大田0～25 cm表层土，在整个生育期内不添加任何肥料。

燕麦种植采用穴播形式，播种深度为2～3 cm，行距为20 cm，孔距为5 cm，每孔种植5～6粒种子，每个塑料箱种植2排。在燕麦植株拔节期进行间苗，确保每穴保留1～2个燕麦幼苗，所有燕麦植株的生育期基本相同。仔细观察燕麦植株的生长情况，在燕麦植株进入灌浆期（2017年7月17日）时，对燕麦植株进行不同程度的遮雨处理，直至灌浆期结束（2017年8月4日）。

遮雨材料为透明的遮雨篷布，遮雨棚上的雨水引出到试验区域外，确保遮雨棚下的植株完全没有雨水吸收。遮雨棚距离地面150 cm，使遮雨棚不影响燕麦植株的正常生长。遮雨处理分为3种情况：对照不进行遮雨，燕麦植株完全暴露在环境中，下雨时能接收所有雨水；半遮雨处理是同一塑料箱中只有一排的植株在降雨时可以接收雨水，另一排植株通过塑料箱内土壤水分扩散吸收水分，即半遮雨处理接收的雨水量是正常降雨量的1/2；全遮雨处理燕麦植株完全没有接收降雨。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 燕麦植株含水量测定 旗叶叶片是植物发育后期最重要的功能叶片，对植株籽粒的发育起主要作用[28]。本试验选取燕麦植株旗叶叶片的含水量来量化干旱胁迫程度。叶片含水量测定方法具体操作为：在开始光照6 h后，采取植株旗叶叶片并称质量，是为鲜质量；随后置于4℃下蒸馏水中过夜并再次称质量，是为饱和质量；然后在80℃下干燥至恒质量，是为干质量。计算旗叶叶片含水量。

1.3.2 燕麦籽粒β-葡聚糖含量测定 燕麦成熟后收获籽粒，采用邓万和[30]的纤维素酶改进法测定燕麦籽粒的β-葡聚糖含量（包括水溶性β-葡聚糖和总的β-葡聚糖），并对该方法进行一定的改进，具体如下：（1）样品处理。称取8～12 mg的燕麦粉于2 mL离心管，用20μL 50%酒精润湿，然后添加500μLNaOH（1 mol/L）或蒸馏水。将“在20℃放置16 h”更改为“于摇床（40℃，200 r/min）16 h”（使β-葡聚糖溶解更充分）。调节pH值后，将体积调节至1 mL。（2）GOPOD溶液选用Megazyme的D-葡萄糖（GOPOD格式）试剂盒。（3）葡萄糖转化和显色：纤维素酶溶液、样品溶液、乙酸钠缓冲溶液，琥珀酸钠缓冲溶液和葡萄糖标准溶液的体积均变为1/10，例如，将0.4 mL更改为40μL。其余步骤同参考文献[30]所述。

1.4 数据处理

采用SPSS26.0软件和Excel对试验数据进行处理。

2 结果与分析

2.1 不同遮雨处理下燕麦植株旗叶叶片含水量比较

随着遮雨处理的持续，燕麦植株旗叶的含水量发生了相应的变化。由图1可知，在遮雨处理开始时（7月17日），坝莜1号燕麦3个处理间的旗叶叶片含水量没有差异；随着遮雨处理的持续进行，直至7月26日各处理间旗叶叶片含水量差异显著，表明处理达到试验效果；在8月4日灌浆期结束时，不遮雨、半遮雨和全遮雨处理旗叶叶片含水量分别为75.56%、54.80%和39.07%。品燕2号燕麦植株直到7月29日各处理间才表现出显著差异，8月4日差异更加明显，灌浆结束时不遮雨、半遮雨和全遮雨处理旗叶叶片含水量分别为84.09%、52.17%和29.23%。白燕3号7月26日各处理间旗叶叶片含水量表现出显著差异，随着处理的持续进行，差异更加显著，在灌浆期结束时不遮雨、半遮雨和全遮雨处理叶片含水量分别为86.37%、52.74%和26.04%。

2.2 燕麦籽粒β-葡聚糖含量分析

测定了燕麦籽粒的总的β-葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量，结果如图2所示。

从图2可以看出，坝莜1号燕麦籽粒总的β-葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量均表现为不遮雨处理最高，半遮雨处理次之，全遮雨处理最低；品燕2号燕麦籽粒总的β-葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量在半遮雨处理下最高，不遮雨情况下最低；白燕3号燕麦籽粒总的β-葡聚糖含量在不遮雨处理下最高，水溶性β-葡聚糖含量在不遮雨处理下最低，并且半遮雨处理与全遮雨处理下的燕麦籽粒β-葡聚糖含量差异不显著。

3 结论与讨论

3.1 燕麦植株旗叶叶片含水量的变化

从灌浆期燕麦植株在3个不同遮雨处理下旗叶叶片含水量的变化动态检测结果可以看出，在灌浆期结束时各处理间旗叶叶片含水量差异显著，并且可由此来量化燕麦植株的干旱胁迫程度，即对照（不遮雨）旗叶叶片含水量大于75%，中度干旱（半遮雨）在45%和75%之间，重度干旱（全遮雨）小于45%。从检测结果来看，半遮雨处理较对照组旗叶叶片含水量分别减少了27.46%（坝莜1号）、37.86%（品燕2号）、38.93%（白燕3号），全遮雨处理分别减少了48.29%（坝莜1号）、65.23%（品燕2号）、69.85%（白燕3号），说明遮雨处理的效果与燕麦品种有关，不同燕麦品种对干旱胁迫的响应有所差异。

3.2 燕麦籽粒β-葡聚糖含量与干旱胁迫的关系

从燕麦β-葡聚糖含量的测定结果可知，随着干旱胁迫的加剧，坝莜1号燕麦籽粒总的β-葡聚糖含量和水溶性β-葡聚糖含量都在减少；品燕2号燕麦籽粒总的β-葡聚糖和水溶性β-葡聚糖含量则都是先增加后减少；而白燕3号燕麦籽粒总的β-葡聚糖含量在减少，水溶性β-葡聚糖含量却在增加。

坝莜1号较对照组而言，中度干旱和重度干旱情况下总的β-葡聚糖含量分别减少了10.98%和26.17%，水溶性β-葡聚糖含量分别减少了21.59%和52.11%。从其旗叶叶片相对含水量的测定结果来看，不遮雨处理下旗叶叶片含水量一直降低（在整个灌浆期从7月17日的95.08%一直下降到8月4日的75.56%），且半遮雨和全遮雨处理下旗叶叶片含水量较对照的减少值最小，因此，坝莜1号对干旱胁迫的适应性较强，但是从β-葡聚糖含量的变化来看，干旱胁迫使得其籽粒β-葡聚糖的积累减少，所以坝莜1号燕麦更适宜种植在雨水较为充足的地区。

品燕2号燕麦植株β-葡聚糖含量在半遮雨处理下最高，较对照组总的β-葡聚糖含量增加了14.21%，水溶性β-葡聚糖含量增加了10.73%。在重度干旱下β-葡聚糖含量与中度干旱相比有所减少，但仍高于对照组（总的β-葡聚糖含量较对照增加了6.56%，水溶性β-葡聚糖含量较对照增加了5.20%），品燕2号燕麦植株旗叶叶片含水量直至7月29日才表现出显著差异，随后叶片含水量急剧降低，表明该品种对干旱胁迫敏感性较低，所以短时间的适度的干旱胁迫可促进品燕2号燕麦籽粒β-葡聚糖含量的积累。

白燕3号燕麦籽粒水溶性β-葡聚糖含量和总的β-葡聚糖含量变化趋势不一致，且半遮雨处理和全遮雨处理下燕麦籽粒β-葡聚糖含量差异不显著，而灌浆期结束时半遮雨和全遮雨处理下旗叶叶片含水量与对照组相比减少值最大，可以推测出白燕3号燕麦植株对水分胁迫更为敏感，但从β-葡聚糖含量对干旱胁迫的响应来看，提高该品种燕麦籽粒β-葡聚糖含量应与实际需要结合。

综上所述，灌浆期的干旱胁迫对燕麦籽粒β-葡聚糖含量的影响因燕麦品种不同而不同，干旱胁迫对燕麦籽粒β-葡聚糖含量的影响还需要更加深入地研究。