绿豆新种质成株期抗旱性鉴定

朱慧珺，张耀文，赵雪英，张泽燕，闫虎斌，高 伟

(山西省农业科学院作物科学研究所，太原 030031)

绿豆是豆科(Leguminosae)蝶形花科(Papilionoideas)菜豆族(Phaseoleae)豇豆属(Vigna)中的一个种，属一年生草本自花授粉植物[1]。绿豆是我国主要食用豆类作物,栽培历史悠久，主要种植于内蒙古、山西、吉林、河南、安徽、陕西、黑龙江等省区[2]。绿豆不仅经济价值高、营养丰富，而且耐瘠、耐旱、固氮养地、适宜与其他作物间套作[3-5]。随着人民生活水平的提高，植物蛋白逐渐替代动物蛋白，需求量逐年增加，豆类作物的发展前景非常广阔[6]。

作物抗旱性是一个复杂的生物学性状，它由多基因控制并容易受环境影响。不同的作物品种在土壤干旱情况下具有不同的适应能力，抗旱性强的品种在形态、生理等各个方面都具有抵抗干旱胁迫的反应能力，而品种抗旱性的鉴定为更好地利用品种提供理论依据[7-10]。作物抗旱鉴定在萌发期、苗期、成株期通常分别使用模拟干旱胁迫渗透法、反复干旱法和干旱胁迫法[11-15]。抗旱指数法是抗旱性评价方法中最适宜大规模成株期抗旱性鉴定方法[16]，它是作物产量最直接的表现，是一种综合性评价方法，最能直接用于实际生产，目前已广泛应用于大豆[17]、玉米[18]、小麦[19]等作物。

随着水资源的不断减少，干旱成为农业生产发展中最严重的制约因素，其发生频率高、波及范围广、造成损失大，远远超越了其它类型的自然灾害[16]。我国大多数绿豆产区，自然降雨少，无灌溉条件，干旱严重制约着绿豆生产[20]。因此，高产抗旱绿豆种质的培育和创新迫在眉睫，这是绿豆产业积极、健康发展的必然选择。本研究对绿豆新种质进行成株期抗旱鉴定和评价，筛选出抗旱种质，为突破绿豆育种材料遗传性狭窄瓶颈，拓宽绿豆抗旱育种材料的遗传基础具有极其深远的意义。

1 材料与方法

1.1 参试材料

选取山西省农业科学院作物科学研究所前期鉴定出的抗旱性较强的绿豆材料与高产优质材料为亲本，通过人工杂交技术选育而成的苗头新种质30份(表1)为试验材料。

1.2 试验设计

采用盆栽法，于山西省农科院东阳基地旱棚内进行。每盆(30 cm×25 cm×25 cm)装土3.5 kg，盆土由基质、壤土2∶3混合而成。随机区组排列，2018年5月28日，每盆灌水2.5 L，播种10～15粒，覆土1.2 kg，三出复叶时间苗定苗，每盆留苗5株，3次重复。旱棚为自动调节，下雨时顶上自动合闭，其余时间顶罩打开通风透光，同自然条件。由于试验正处夏季炎热、高温、少雨，旱棚内温度较高，因此在开花前，每隔7 d，对试验材料进行灌水，每次1 L，7月10日仅对照进行灌水，灌水1 L，其余进行旱胁迫，为了保证植株正常生长所需水分，对照分别在7月24日、8月2日继续分别灌水1 L，8月12日考种收获。

1.3 叶绿素含量的测定

采用CCM-300叶绿素含量测量仪测定叶绿素含量，它使用的荧光激发波长为460 nm，谱带半带宽为15 nm。它同时测量2个不同的激发波长，分别为730～740 nm，698～708 nm。最后测得叶绿素相对含量的值(根据Gitelson’s公式计算)。

1.4 农艺性状考察

参考《绿豆种质资源描述规范和数据标准》分别考察生育期、株高、分枝、主茎节位、单株荚数、单株产量等性状。

1.5 数据整理与分析

生育期、成熟期株高、主茎分枝数、主茎节数、单株荚数、单荚粒数、单株产量、叶绿素含量均采用旱胁迫处理数据比对照数据的相对值进行分析。利用Excel、DPS 7.05软件对数据进行简单的相关分析。

抗旱系数参照“农作物品种抗旱性鉴定规程”[21]的方法进行计算。

抗旱系数(DC)=胁迫处理子粒产量(kg)/对照处理子粒产量(kg)；

抗旱指数参照兰巨生[22]的方法计算；

抗旱指数(DRI)=抗旱系数×旱地产量/所有品种旱地产量的平均值(kg)；

抗旱性分级标准：根据作物抗旱性逐级分级标准[23]，对试验材料进行抗旱性分级。

2 结果与分析

2.1 绿豆生长情况

由表2可知，在其他生长环境均相同的情况下，绿豆的生育期、株高、分枝数和主茎节数、单株荚数、单荚粒数均因受干旱胁迫而有所降低，植株的生长受到抑制，叶片叶绿素含量也有一定程度的下降，使得叶片光合作用受到一定的影响，从而导致了单株产量的下降。此外，在8个性状中，受干旱胁迫影响最小的是生育期，而与产量性状相关的性状如分枝数、株高、单株荚数、单荚粒数、单株产量等受干旱胁迫影响较大，其中分枝数受的影响最大，干旱胁迫下降低了77.41%，株高降低了35.78%，单株荚数降低了35.54%，单荚粒数减少了35.19%，单株产量降低了32.43%。主茎节数和叶绿素含量相对受影响较小。

表2 绿豆材料在干旱和对照条件下的性状比较

2.2 抗旱性鉴定结果分析

根据逐级抗旱性评价分级标准(见表3)，30份绿豆新种质中，共鉴定出成熟期强抗旱性种质1份，较强抗旱性种质2份，中等抗旱性种质11份，较弱抗旱性种质8份，弱抗旱性种质9份(见表4)。

表3 绿豆抗旱性逐级分级标准

表4 不同绿豆材料抗旱级别

2.3 绿豆各性状相对值与抗旱指数的相关分析

对30个参试材料的各性状相对值与抗旱指数进行相关分析，结果(表5)显示，7个性状中，有4个性状的相对值与抗旱指数之间存在着显著的相关关系，且相关关系由大到小依次为相对分枝数、相对单株荚数、相对单荚粒数、相对株高。

表5 绿豆各性状相对值的相关性

相对生育期与抗旱指数间的相关系数为0.27，并没有达到显著的相关性，说明在干旱胁迫条件下，绿豆生育期与抗旱指数间的相关性较小，它只与相对株高存在着极显著的正相关关系。

相对株高与抗旱指数的相关系数为0.40，达到了显著相关，且与相对分枝数和相对主茎节数的相关性较大，均呈显著相关关系。因此，相对株高是影响抗旱指数的重要性状因素，即在旱胁迫下，株高较矮的品种具有较强的抗旱性，其产量相对较高。

相对分枝数与抗旱指数的相关系数为0.92，达到极显著正相关，且与相对单株荚数、相对株高存在着显著的正相关关系，相互作用较强，说明在干旱胁迫条件下，相对分枝数越大，植株抗旱性就越强。因此，相对分枝数可作为抗旱种质筛选中的一项重要考察指标。

相对单株荚数和相对单荚粒数与抗旱指数均呈显著正相关，相关系数分别为0.72和0.40，相对单株荚数对抗旱指数的直接作用较大，说明在干旱胁迫条件下，单株荚数和单荚粒数越多，植株的抗旱性越强，产量越高。

相对主茎节数和相对叶绿素含量与抗旱指数的相关系数分别为0.33和0.11，均没有达到显著的相关关系，对抗旱指数的影响较小。

3 讨 论

作物抗旱性鉴定方法有很多，其中，抗旱系数法是经典的抗旱性评价方法。但它筛选出的材料不一定具有丰产性，而只反映了干旱胁迫使产量降低的程度。抗旱指数法既反映了品种的抗旱性又包含了品种的丰产性，不仅体现了不同水分条件下品种的稳产性，又表现出在干旱胁迫下材料的产量水平，更适用于生产用品种鉴定和育种实践，是一个综合评价指标[24]。

植株在干旱胁迫下，通过降低气孔导度来维持叶片含水量和减少水分散失，这就增大了CO2进入叶片的阻力，影响了光合作用效率，导致有机物合成减少和产量的下降。绿豆抗旱性鉴定结果受多种因素的影响，如鉴定时期、鉴定方法、评价指标、气候条件等。刘晨旦等[25]用15%的PEG-6000溶液模拟干旱胁迫对58份绿豆品种进行芽期抗旱性鉴定，发现芽期的发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、相对根长可作为评价绿豆芽期抗旱性的指标。王兰芬等[26]采用温室内盆栽控水旱胁迫，对21份绿豆种质资源进行成株期抗旱鉴定，研究指出单株总生物量、单株地上部生物量、单株有效荚数、单株荚重、单株粒数、根冠比可作为绿豆成株期抗旱性鉴定的评价指标，与本研究单株荚数和单荚粒数部分结果一致。

本研究明确了相对株高、相对分枝数、相对单株荚数、相对单荚粒数均可作为鉴定评价绿豆抗旱性的指标。其中相对分枝数和相对单株荚粒与抗旱指数的相关性最大，是抗旱性评价最为重要的指标。由于这些指标都可在成熟期田间观察或室内考种批量进行所得，比较容易统计，且操作简单方便，实用性强，因此在绿豆成株期抗旱鉴定中具有重要地位。研究还表明，在干旱胁迫下，绿豆的株高显著降低、主茎分枝数明显减少，单株荚数和单荚粒数严重下降，最终使单株产量大幅下降；而生育期和叶绿素含量与绿豆材料的抗旱性无太大联系。