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晋北区地方油菜品种苗期抗旱性的比较研究

2020-09-17 190 上传者：管理员

摘要：通过了解不同芥菜型春油菜地方品种抗旱性的强弱，挖掘、保护地方抗旱种质资源。试验设置2个干旱胁迫和正常水分3个处理，考察与抗旱性相关的13个指标的变化规律。结果表明，不同地方品种、不同性状对干旱胁迫反应表现程度各异。随着干旱胁迫时间的持续，株高、叶绿素、脯氨酸含量、根系总体积这4个指标重度和中度干旱胁迫的抗旱系数都表现先升后降；净光合速率和水分利用效率的抗旱系数一直减小；蒸腾速率和根系平均直径的重度干旱胁迫的抗旱系数一直缓慢降低，中度干旱胁迫的抗旱系数在胁迫前期有所升高，后期明显降低；根尖数和总根长的抗旱系数都表现先升后降继而平稳；重度和中度干旱胁迫下广灵油菜叶面积和干质量的抗旱系数一直保持最高；重度干旱胁迫下广灵油菜根系总体积表现最高，其余品种基本保持一致。通过抗旱系数和隶属函数法对其抗旱性进行综合评价得出，广灵油菜和天镇黄芥属于中抗旱型，灵丘芥和阳高大芥属于弱抗旱型，适宜在晋北地区推广种植。

关键词：
干旱胁迫
形态指标
抗旱性
推广种植
生理指标
芥菜型春油菜
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干旱是世界性农业灾害之一[1]，对农业造成的损失相当于其他不良因子损失的总和[2]。在我国北方地区，连续多年的干旱对生态系统和环境的影响极其严重[3]。芥菜型春油菜是我国西北地区雁北农牧交错带食用油的主要来源，选育抗旱性强的品种是旱作区抗旱减灾最有效的方法之一。

作物的抗旱性是指在干旱条件下，作物能够忍耐或抵御干旱胁迫最小抑制的能力[4]，它是由多基因控制的数量遗传性状，受基因型和水分胁迫的双重制约[5]。干旱胁迫能够改变植物的生理机制，破坏植物的光合作用和各种代谢，影响植物的生长发育、农艺性状和产量形成[6]。采用单一指标不能全面反映植物抗旱性，因此，采用多指标综合评价法才能更加客观地评价植物抗旱性强弱[7]。前人对油菜抗旱性的研究多侧重于单一的形态或生理指标[8]。

本试验采用综合抗旱系数与隶属函数相结合的方法，评价13个性状指标的综合抗旱性，旨在为抗旱育种和旱作区油菜推广种植提供理论依据。

1、材料和方法

1.1试验材料

供试4个地方春油菜品种分别是天镇黄芥（TZHJ）、广灵油菜（GLYC）、阳高大芥（YGDJ）和灵丘芥（LQJ）。

1.2试验处理

试验在温室内采用盆栽的方法，用25cm×35cm的塑料钵播种精选油菜种子，出苗后采用称重控水法进行干旱胁迫处理，每钵1株，共设置正常水分（CK）、中度干旱（MD）和重度干旱（SD)3个处理，基质相对含水量分别为70%、50%、20%。分别在干旱胁迫第4、8、12、16、20天测定各项指标，测定时间为9:30—11:00，所有参数测定重复5次。

1.3测定项目及方法

采用直尺测量株高，采用便携式叶面积仪测定叶面积。

脯氨酸（Pro）含量采用酸性茚三酮比色法测定，叶绿素含量采用丙酮乙醇混合液提取法测定[9]。

用根系扫描仪扫描，后采用WinRhizoProVision5.0a分析程序对图像进行分析得到根长、根系表面积、根系直径、根系体积和根尖数[10]。

采用LI-6400便携式光合仪测定幼苗叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr），并计算水分利用效率（WUE)[11]。

1.4数据统计分析

采用Excel2003对试验数据进行处理并作图。

参照祁旭升等[12]、郭金生等[13]的方法，计算抗旱系数、隶属函数值以及划分抗旱级别。

公式

式中，Xi表示干旱处理下性状测定值；CKi表示对照的性状测定值；PI为某一指标的抗旱系数；a1、a2为所有材料某一指标的最小抗旱系数和最大抗旱系数；U(X）为隶属函数值。U(X）≥0.7，属强抗旱型；0.5≤U(X)<0.7，属抗旱型；0.4≤U(X)<0.5，属中抗旱型；0≤U(X)<0.4，属弱抗旱型。

2、结果与分析

2.1干旱胁迫下油菜苗期株高抗旱系数的变化分析

由图1可知，随着干旱时间的延续，株高的抗旱系数总体上是先增后减；重度干旱胁迫的抗旱系数在干旱初期第8天时开始急速减少；中度干旱胁迫的抗旱系数在干旱后期第16天时才开始减少。差异显著性分析表明，干旱胁迫下，广灵油菜株高的抗旱系数显著高于相同胁迫条件下其余3个品种的抗旱系数。

2.2干旱胁迫下油菜苗期叶面积抗旱系数的变化分析

由图2可知，广灵油菜重度和中度干旱胁迫下叶面积抗旱系数高于其余3个油菜品种，天镇黄芥在中度干旱中叶面积抗旱系数先增加再降低后趋于平稳。

2.3干旱胁迫下油菜苗期植株干质量抗旱系数的变化分析

由图3可知，同等干旱胁迫条件下，广灵油菜植株干质量的抗旱系数显著高于其余3个品种。随着干旱胁迫时间的延长，广灵油菜中度干旱胁迫的抗旱系数一直上升，而重度干旱胁迫各处理的抗旱系数在干旱胁迫第12天时开始一直下降。广灵油菜植株干质量的抗旱系数最高。

2.4干旱胁迫下油菜苗期游离脯氨酸含量抗旱系数的变化分析

由图4可知，随着干旱胁迫时间的持续，4个品种Pro的抗旱系数都表现先升后降。天镇黄芥干旱胁迫各处理的抗旱系数显著高于同等条件下其他3个品种。天镇黄芥重度干旱胁迫、中度干旱胁迫的抗旱系数较其他3个品种都高，且表现突出。

2.5干旱胁迫下油菜苗期Pn抗旱系数的变化分析

由图5可知，随着干旱时间的延长，Pn重度干旱胁迫随干旱天数的增加，抗旱系数一直在减小。在胁迫前期，广灵油菜的抗旱系数显著高于其余3个品种，到了胁迫中后期，天镇黄芥、灵丘芥的抗旱系数逐渐超过广灵油菜。灵丘芥Pn的抗旱系数最高，灵丘芥重度和中度干旱胁迫的抗旱系数都高于其他3个品种。

2.6干旱胁迫下油菜苗期蒸腾速率抗旱系数的变化分析

由图6可知，随着干旱时间的延长，Tr重度干旱胁迫随着干旱天数的增加，抗旱系数也一直在减小。在胁迫前期，广灵油菜的抗旱系数显著高于其余3个品种，到了胁迫中后期，天镇黄芥、灵丘芥的抗旱系数逐渐超过广灵油菜。灵丘芥重度和中度干旱胁迫的抗旱系数高于其他3个品种。

2.7干旱胁迫下油菜苗期WUE抗旱系数的变化分析

从图7可以看出，随着干旱时间的延续，WUE重度和中度干旱胁迫的抗旱系数都表现下降趋势。天镇黄芥重度和中度干旱胁迫的抗旱系数均高于其他3个品种。

2.8干旱胁迫下油菜苗期叶绿素含量抗旱系数的变化分析

由图8可知，随着干旱胁迫天数的增加，叶绿素的抗旱系数呈现先升后降。在干旱胁迫第8天时，天镇黄芥重度和中度干旱胁迫的抗旱系数均达到峰值，分别为1.59和1.36。4个品种抗旱性由强到弱依次为天镇黄芥、广灵油菜、灵丘芥和阳高大芥。

2.9干旱胁迫下油菜苗期根系平均直径抗旱系数的变化分析

从图9可以看出，4个品种重度干旱胁迫的根系平均直径的抗旱系数随胁迫天数的增加而下降；而中度干旱的抗旱系数胁迫前期有所升高，从第12天起直线下降。重度干旱胁迫条件下，从干旱胁迫开始至结束，广灵油菜各处理的抗旱系数一直高于同等条件下其余3个品种；中度干旱胁迫条件下，在胁迫前12d之内，天镇黄芥的抗旱系数明显高于其余3个品种，从第16天起至胁迫结束，广灵油菜的抗旱系数上升，而且显著超过其他品种。广灵油菜重度干旱胁迫下的抗旱系数是4个品种中最高的。

2.10干旱胁迫下根系总体积抗旱系数的变化分析

由图10可知，随胁迫天数的延长，根系总体积重度干旱胁迫的抗旱系数和中度干旱胁迫的抗旱系数均呈现先升后降的趋势。从干旱胁迫第8天起直至胁迫结束，广灵油菜重度干旱胁迫各处理的抗旱系数一直显著高于其余品种；天镇黄芥中度干旱胁迫各处理的抗旱系数一直显著高于其余品种。根系总体积的抗旱系数天镇黄芥最高。

2.11干旱胁迫下根尖数抗旱系数的变化分析

由图11可知，随干旱胁迫时间的持续，根尖数重度和中度干旱胁迫的抗旱系数都表现先升后降继而趋于平稳的态势。重度和中度干旱胁迫的抗旱系数分别从干旱第16、12天起没再出现明显变化。中度干旱胁迫下，天镇黄芥第8天时的抗旱系数显著高于其余各处理的抗旱系数，抗旱系数为2.00；重度干旱胁迫下，广灵油菜第12天时的抗旱系数显著高于其余处理的，其抗旱系数高达2.96；同时，广灵油菜重度干旱胁迫的抗旱系数显著超过其余3个品种。由此可知，广灵油菜根尖数的抗旱性显著高于其他品种。

2.12干旱胁迫下根系总长抗旱系数的变化分析

由图12可知，随干旱时间的延长，4个品种总根长重度和中度干旱胁迫的抗旱系数都是急速升高后快速下降而后趋于稳定。重度和中度干旱胁迫的抗旱系数峰值都出现在干旱胁迫第8天，抗旱系数值分别为2.59和2.80，分属于广灵油菜和灵丘芥。广灵油菜重度干旱胁迫各处理的抗旱系数较同等胁迫条件下其余3个品种抗旱系数显著增高，灵丘芥中度干旱胁迫各处理的抗旱系数显著高于同等干旱条件下其余3个品种。说明，重度干旱胁迫条件下，广灵油菜抗旱性最强。

2.13干旱胁迫下根系总表面积抗旱系数的变化分析

由图13可知，中度干旱胁迫条件下，天镇黄芥各处理的抗旱系数随干旱时间的持续而上升，其余3个品种的抗旱系数均表现为先升后降，到胁迫结束时天镇黄芥的抗旱系数显著高于其他3个品种。重度干旱胁迫条件下，广灵油菜根系总表面积的抗旱系数在干旱胁迫第8、16天和胁迫结束时均显著高于同等条件下其他3个品种。综合来看，广灵油菜根系总表面积的抗旱系数最高。

2.14不同油菜品种抗旱性综合评价

通过隶属函数法计算结果表明，广灵油菜和天镇黄芥的隶属函数均值分别为0.42和0.41，属于中抗旱型油菜品种；灵丘芥和阳高大芥的隶属函数均值分别为0.37和0.32，属于弱抗旱型油菜品种（表1）。

表14个品种不同性状的隶属函数均值比较

3、结论与讨论

干旱制约着作物的生长发育和产量提高[14,15,16,17,18,19,20]。春油菜植株的干质量、总根长、根总表面积、根系平均直径、根系总体积、根尖数、株高、叶面积、叶绿素等的抗旱系数都小于1，结果与FU等[21]的研究结果一致。而苗期Pro和WUE的抗旱系数都大于1,Pro含量的增加能更好地保护细胞结构免受损伤，WUE大幅度升高可维持细胞内水分平衡，从而提高作物的抗旱能力。

植物抗旱性是一个复杂的生理过程，采用多指标的综合鉴定评价，其结果更加真实有效。随着干旱胁迫时间的延长，根尖数、根系体积、根系总表面积、根系总长、株高、叶面积、叶绿素、脯氨酸含量这8个指标的抗旱系数均呈先升高后降低，说明短时间内干旱胁迫有利于抗旱性的提高，超过一定限度，抗旱性则明显降低。

通过对春油菜株高、叶面积、植株干质量、叶绿素、Pro、Pn、Tr、WUE、根系平均直径、根系总表面积、根系总体积、根尖数、根系总长等13个生长形态指标、生理指标和根系生长指标的综合分析评价，4个春油菜品种按其抗旱性强弱依次为广灵油菜、天镇黄芥、灵丘芥和阳高大芥，灵丘芥和阳高大芥属于弱抗旱性，广灵油菜和天镇黄芥属于中抗旱型，表现高产、稳产、适应性强，适宜在晋北地区推广种植。

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