干旱胁迫对藜麦幼苗生长及生理的影响

马建蓉，朱玉雪，朱永娟，梅艳桃，马国花，郭晓农,2*

（1.西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃 兰州 730030；2.西北民族大学生物医学研究中心生物工程与技术国家民委重点实验室，甘肃 兰州 730030）

藜麦（Willd）属1年生双子叶植物，又称奎藜、南美藜等，原产于南美洲安第斯高原，富含蛋白质、淀粉、脂肪、必需氨基酸、多种维生素、矿物质等，具有较高的营养价值。藜麦是联合国国际粮农组织（FAO）确认的唯一一种能满足人体基本营养需求的单体植物，被称为最适宜人类的完美“全营养食品”，具有“超级谷物”的美誉。除了营养价值，藜麦还具有广泛的生态适应性，对于干旱、盐碱、高寒等逆境环境均有较好的耐受性，能够在高寒干旱盐渍化地区生长。藜麦生理机制独特，不仅能够抵抗干旱环境，对土壤低水分环境具有较好的耐受性，也具有较高的水分利用效率。

干旱是常见的环境胁迫因子之一，抑制植物生长和发育，影响作物产量。受人为活动与自然环境的影响，干旱对作物的危害日趋严重，成为制约我国农业发展的重要因素。因此，研究作物的抗旱机理，提高作物抗旱能力，选育优良的抗旱品种是应对干旱的重要途径。据报道，植物的形态结构、生理生化特征等方面在干旱胁迫和复水条件下都会发生较为明显的变化，短期或轻度干旱胁迫下植物叶片水势降低，气孔关闭，CO的摄取与光合作用降低；长期且严重的干旱胁迫可抑制植株生长，并引起外观形态和生物量的变化，破坏植物体生理代谢过程，影响植株的生长、发育及物质积累。而短期干旱胁迫后降水或灌溉，抗旱植株部分生理指标能得到不同程度的恢复。良好的耐旱品种要求植物在受到干旱胁迫时能利用其自身生理特性产生一系列响应机制以减少干旱胁迫造成的伤害，同时也要求一旦降水或灌溉，能从干旱伤害中快速恢复生长。藜麦作为节水抗旱作物，被广泛运用于干旱地区土壤的利用与开发中。目前，对藜麦耐旱机理研究较多，但对藜麦幼苗干旱后复水相关生理生化变化机制研究较少。因此，本试验采用盆栽控水法，对不同藜麦幼苗进行干旱及复水处理，分别测定各个阶段藜麦相关指标，比较高海拔扩繁前后藜麦幼苗的生理指标变化，旨在探究干旱和复水对藜麦幼苗生理特性的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

陇藜1号购自甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，其适合在海拔1 500 m以上地区种植，命名为NL1；笔者所在实验室在甘南临潭木地坡（3 000 m以上地区）扩繁后的陇藜1号，命名为LL1。

1.2 幼苗培养

选择饱满、大小均一且无病虫害的藜麦种子，分别用0.5%高锰酸钾溶液浸泡10 min，用无菌水清洗至无色。将种子移置覆有滤纸的90 mm培养皿中，每个皿50粒，光照培养，温度26℃（昼）/22℃（夜），光照16 h/d。待藜麦种子胚根伸出种皮约1.5 cm后，挑选长势一致的种子移入装有灭菌蛭石的穴盘（21 cm×21 cm），每个穴孔放置4株。光照培养，温度为26℃（昼）/22℃（夜），光照时间16 h/d，光照强度520 μmol/(m·s)，1/2 Hoagland营养液隔天浇灌（保持相对湿度60%～70%）。

1.3 干旱处理及复水处理

培养幼苗至第3周（6～8叶期），定苗后进行干旱处理。设置4个处理组，分别为对照组CK（正常浇灌）、轻度干旱W1（持水量65%）、中度干旱W2（持水量45%）、重度干旱W3（持水量25%）。持水量=水分质量/烘干土质量×100%，每24 h采用称重法补充各盆栽的水分。处理24、48、96 h后测定各组藜麦相关生理指标。干旱胁迫96 h后对各组幼苗进行复水处理（正常浇灌），处理1 d后进行相关生理指标的测定，每个处理3次重复。

1.4 指标测定

1.4.1 植株生物量。测量幼苗株高、根长、地上部分干鲜质量后，分别将植株地上部、根装于纸袋中，于75℃烘箱中烘至恒质量，取出分别称质量，每个处理取样8株，取其平均值。

1.4.2 生理指标。使用法国Dualex植物多酚-叶绿素测量仪分别测定叶绿素（Chl）指数、类黄酮（Flav）指数、花青素（Anth）指数及氮平衡（NBI）指数。

1.5 数据统计分析

运用SPSS 21.0对各项指标进行单因素方差分析（one-way ANOVA），以Duncan多重比较方法对干旱胁迫和复水处理期间的各项指标进行差异显著性分析，显著性水平设置为＜0.05。以Origin Pro 8.5绘图。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫和复水对藜麦幼苗生物量的影响

由表1、表2可知，干旱胁迫24 h与48 h，随干旱程度的增加，LL1地上部与根部干鲜质量先降后升。干旱胁迫24 h，NL1地上部干鲜质量与根部鲜质量先升后降，而NL1根部干质量维持不变。干旱胁迫48 h，NL1地上部与根部鲜质量先升后降，NL1地上部与根部干质量呈下降趋势。

表1 干旱胁迫24 h对藜麦幼苗生物量的影响

表2 干旱胁迫48 h对藜麦幼苗生物量的影响

由表3可知，LL1与NL1的株高随干旱程度的升高而均呈下降趋势，重度干旱处理时均为最小值，与CK相比分别降低29.91%、22.83%。由表4可知，LL1与NL1复水后株高均随干旱程度的增加先增高后降低，W2组值最大，与CK相比分别增加16.16%、9.25%。

表3 干旱胁迫96 h对藜麦幼苗生物量的影响

表4 复水处理1 d对藜麦幼苗生物量的影响

由表3、表4可知，干旱胁迫96 h，LL1地上部干鲜质量随干旱程度的增加呈逐渐升高趋势，复水后LL1地上部鲜质量呈降低趋势，地上部干质量先升高后降低。NL1地上部鲜质量随干旱程度的增加先升后降，且复水后呈升高趋势。干旱胁迫96 h后，LL1根鲜质量随干旱程度增加先降后升，而NL1根部鲜质量随干旱程度增加呈先升后降趋势，在中度干旱（W2）出现最大值，在重度干旱（W3）出现最小值，且最小值大于对照组CK。由表4可知，复水后LL1与NL1地上部质量与根质量变化趋势不一致，LL1地上部和根部鲜质量，以及根部干质量均呈下降趋势；LL1地上部干质量先升后降。NL1地上部鲜质量和干质量在复水后呈上升趋势，根部鲜质量和干质量均为先升后降。干旱程度的增加可抑制藜麦幼苗生物量，复水后部分生物量有所恢复。结果表明，短时间内的轻度干旱处理可以促进幼苗生物量的积累（表1、表2）。复水后LL1的W1组和W2组根的干鲜质量以及株高均高于NL1（表4），说明LL1在复水后的恢复能力强于NL1。

2.2 干旱胁迫和复水对藜麦幼苗生理指标的影响

2.2.1 对叶绿素（Chl）指数的影响。如图1-A所示，干旱胁迫24 h后，随干旱程度的增加，LL1与NL1幼苗叶片叶绿素指数均呈下降趋势。干旱胁迫48 h（图1-B）后，LL1与NL1叶绿素指数均随干旱程度的增加整体呈先降后升趋势，轻度干旱（W1）时相比对照组分别提高了6.07%、3.32%，LL1为最大值。中度干旱（W2）时NL1为最小值，显著低于LL1。干旱处理96 h（图1-C），LL1叶绿素指数随干旱程度增加变化不显著，NL1先降后升，在中度干旱（W2）时为最小值。与96 h干旱胁迫后叶绿素指数相比，复水处理（图1-D）后，LL1的W1和W3组叶绿素指数上升，NL1在干旱处理时叶绿素指数无明显变化。

图1 干旱及复水处理对藜麦幼苗叶绿素指数的影响

以上结果表明，在不同干旱胁迫和不同干旱处理时间，高海拔扩繁前后的藜麦幼苗的叶绿素指数变化不明显，基本维持较稳定的水平。

2.2.2 对类黄酮（Flav）指数的影响。如图2-A所示，干旱胁迫24 h，LL1和NL1的类黄酮指数在轻度干旱W1处理时为最大值，均高于对照组，较对照组W3分别增加了25.31%、5.92%；在重度干旱W3处理时LL1显著高于NL1。如图2-B所示，干旱处理48 h，LL1类黄酮指数呈下降趋势，NL1呈先降后升趋势。不同干旱程度下LL1类黄酮指数均高于对照组，W1、W2、W3比对照组分别高130.95%、67.46%、2.22%；NL1类黄酮指数在W1和W3处理下高于对照组，较对照组分别高73.99%、2.31%。干旱处理96 h（图2-C），LL1和NL1在W1处理下类黄酮指数均高于其对照组，LL1类黄酮指数随干旱程度的增加呈下降趋势，NL1类黄酮指数随干旱程度的增加呈先降后升趋势。复水后（图2-D），NL1和LL1各处理组类黄酮指数与96 h相比均有所恢复。试验表明，高海拔扩繁前后的藜麦在干旱处理的不同时期，植物体内类黄酮呈持续升高趋势，LL1类黄酮指数在干旱处理24 h、中度干旱48 h和96 h以及不同干旱处理组复水后均高于NL1。

图2 干旱及复水处理对藜麦幼苗类黄酮指数的影响

2.2.3 对氮平衡指数（NBI）的影响。如图3-A至图3-C所示，在干旱处理24、48和96 h LL1与NL1氮平衡指数随干旱程度增加均呈持续上升趋势，特别是重度干旱处理96 h，W3组LL1氮平衡指数显著高于NL1。如图3-D所示，在复水处理后，LL1与NL1的W1、W2、W3各组氮平衡指数呈持续上升趋势。

图3 干旱及复水处理对藜麦幼苗氮平衡指数的影响

2.2.4 对花青素指数（Anth）的影响。如图4-A所示，在干旱处理24 h后，LL1花青素指数随干旱程度增加呈先升后降的趋势，在中度干旱处理时LL1花青素指数达到最高值，比对照组增加21.43%。在干旱处理48 h（图4-B），随干旱程度增加，LL1花青素指数各组差异无统计学意义，NL1花青素指数先升后降。干旱胁迫96 h（图4-C），中度干旱处理时NL1花青素指数达到最高值。复水处理后（图4-D），LL1和NL1的W1和W2组相较于干旱处理96 h时花青素指数有所升高，但差异均不具有统计学意义。

图4 干旱及复水处理对藜麦幼苗花青素指数的影响

3 讨论

植株在受到干旱胁迫时，株高、地上部有明显变化，复水后部分指标恢复，表现出一定的补偿效应，但随着干旱程度的增加，补偿效应逐渐减弱。王志恒等研究发现，藜麦的抗旱机制可分为避旱和耐旱2种。在避旱方面，藜麦可以通过渗透调节物质来应对干旱对其造成的伤害；在耐旱方面，藜麦发达的根系、坚实的细胞壁、动态气孔等可共同作用增强藜麦耐旱性。干旱胁迫解除后，幼苗表现出旱后修复的能力。本试验中随着干旱程度的增加，干旱处理24 h及48 h，LL1地上部与根部干鲜质量先降后升。干旱胁迫24 h，NL1地上部干鲜质量与根部鲜质量先升后降，而NL1根部干质量维持不变；干旱胁迫48 h，NL1地上部与根部鲜质量先升后降，NL1地上部与根部干质量呈下降趋势。干旱96 h后LL1与NL1的株高随干旱程度的升高均呈下降趋势，重度干旱处理时均为最小值，与CK相比分别降低29.91%、22.83%。复水后各生长指标都得到不同程度的恢复，结果与李振松等的研究结果一致。

干旱胁迫对藜麦幼苗生长影响除了干鲜质量变化，还表现为株高变化。试验表明，在干旱胁迫下LL1与NL1株高随干旱程度增加而降低，复水后株高皆有升高，但是不同处理阶段LL1的株高始终高于NL1，这说明高海拔扩繁后的藜麦地上部生物量的积累同样强于高海拔扩繁前。

干旱胁迫对藜麦幼苗的影响还表现在叶绿素指数、类黄酮指数、氮平衡指数等方面。叶绿素是反映植物光合作用的显著指标，也是植物耐旱性指标，干旱胁迫会破坏植物叶片内叶绿体，导致叶绿素合成受到抑制或加快叶绿素的分解。本试验发现，24 h干旱处理，即轻度干旱胁迫会造成藜麦幼苗叶片中的叶绿素指数增加，但随干旱程度增高，干旱时间延长会造成叶片中叶绿素指数下降。复水后轻度干旱下2种藜麦幼苗中叶绿素相较其他处理组有明显恢复趋势，而NL1在重度干旱几乎没有变化。说明轻度干旱可对植物生长有一定的促进作用，而重度干旱则抑制其生长，且受到重度干旱胁迫后不易恢复。随干旱程度和干旱时间的增加，LL1叶绿素指数变化趋势逐渐不显著，而NL1呈下降趋势，说明高海拔扩繁后的LL1在受到干旱胁迫后叶绿素的稳定性较高。

通过测量干旱胁迫后藜麦幼苗类黄酮的指数，发现类黄酮指数和氮平衡指数变化与叶绿素变化基本一致，但类黄酮指数在复水后无明显恢复趋势。结果表明，干旱胁迫对类黄酮指数影响较大，旱后恢复较差。但在此过程中，LL1的氮平衡指数高于NL1，说明LL1生长性能较好。

藜麦作为抗旱植物，不同藜麦品种存在较明显的抗旱差异性，且在一定干旱胁迫与复水处理后，干旱对藜麦幼苗造成的损伤恢复能力也有一定差异。本文以陇藜1号及高海拔扩繁后的陇藜1号为研究材料，对干旱胁迫及复水后藜麦幼苗各指标进行比较分析，并探究高海拔扩繁前后藜麦在响应干旱胁迫方面的差异性，结果发现，在不同程度干旱胁迫下，高海拔扩繁后的LL1抗旱能力优于高海拔扩繁前的NL1，且干旱处理后LL1的修复能力也较强。

4 结论

藜麦作为耐旱植物，其抗旱性在高海拔扩繁前后存在一定的差异，并且干旱处理后复水，其损伤恢复能力也存在一定程度的差异。通过对藜麦高海拔扩繁前后幼苗各指标进行比较分析，并探究其在响应干旱胁迫方面的差异性，结果发现，高海拔扩繁后藜麦品种抗旱性能及其干旱处理与复水处理后的恢复能力均优于高海拔扩繁前。具体机制有待后续进一步的研究。