内蒙古地区豌豆种质资源苗期耐旱性鉴定

Evaluation of Pea (Pisum sativum) Germplasm Resources in Inner Mongolia for Drought Resistance during Seedlings Stage

摘要: 筛选豌豆苗期抗旱种质资源，对豌豆品种改良、促进豌豆产业发展具有重要意义。本研究以搜集内蒙地区的39份豌豆种质资源为材料，采用盆栽并对幼苗进行反复干旱处理。测定幼苗存活率、叶片萎蔫指数、株高、叶片鲜重、叶片干重、叶片含水量、生物量和植株干物质胁迫指数指标。采用隶属函数法综合评价豌豆种质资源耐旱等级，获得苗期抗旱材料27份、中抗种质资源11份和敏感种质资源1份。

Abstract: It is significant to identify and screen drought resistant germplasm resources at pea seedling stage for improving pea varieties improvement and development of pea industry. 39 accessions of pea resources were collected in Inner Mongolia were used as materials in this study. Pot experiment was conducted to measure survival rate of seedlings, wilt index, plant height, weight of fresh leaf, weight of dry leaf, relative water content, biomass weight and stress index by using the method of repeat drought stress at seedling stage. The various resistant accessions of pea germplasm re-sources screened by subordinative function analysis included 27 resistant, 11 moderately resistant and 1 susceptible.

1. 引言

豌豆(Pisum sativum Linn) 属豆科豌豆属，1~2年生草本植物，别名荷兰豆、麦豆、青小豆、寒豆、回回豆等。豌豆是世界第二大食用豆类，其嫩荚、嫩梢和籽粒均可食用，而且营养丰富，清秀脆嫩，深受人们喜食，是世界卫生组织推荐的最佳健脑蔬菜之一 [1] 。豌豆是我国主要豆类作物之一，主要分布在四川、甘肃、陕西、内蒙古、青海、宁夏、湖北、云南、贵州、云南等省区 [2] ，总产量仅次于大豆和蚕豆，位居第三。内蒙古各地区均有豌豆种植，主要在呼和浩特、乌兰察布、巴彦淖尔、通辽等地区。内蒙古自治区地域广袤，纬度高，高原面积大，远离海洋，形成山脉阻隔，主要气候类型为温带大陆性季风气候。春季气温升高，常见大风天气；夏季炎热但持续时间较短，降水量少；秋季气温下降明显且少雨；冬季寒冷而漫长、多数地区少雪 [3] 。内蒙古地区干旱气候特点已成为豌豆生产发展的重要限制因素。因此，鉴定耐旱种质资源、选育耐旱新品种是广大豌豆育种工作者的首要任务。目前，各研究者主要采用隶属函数法鉴定、综合评价作物种质资源的抗(耐)逆性并筛选抗(耐)逆作物种质资源。李玲 [4] 等采用隶属函数法对来自不同降雨量的我国18个省份的87份豌豆种质资源进行芽期耐旱性鉴定，筛选出1份高抗种质，7份抗旱种质。沈宝玉 [5] 等采用隶属函数法从87份豌豆种质资源中，筛选出16份生育期耐旱资源。采用隶属函数法鉴定、综合评价作物种质资源的耐旱性已在水稻 [6] 、大豆 [7] 、绿豆 [8] 、小麦 [9] 、玉米 [10] 等多种作物上应用。

目前，我国种质资源利用率不足，内蒙地区抗旱种质资源的研究工作投入较少。为了挖掘内蒙地区有潜在利用价值的优异豌豆种质资源，以选育抗旱优良品种、促进豌豆产业发展。本研究以从内蒙地区搜集到的豌豆种植资源为材料，鉴定了苗期抗旱性，筛选出一批抗旱(耐旱)种质资源。

2. 试验材料与方法

2.1. 试验材料

供试材料总计39份，为在内蒙古自治区各盟市搜集到的豌豆种质资源(表1)。

Table 1. The germplasm resources for testing

表1. 供试种质资源

2.2. 试验方法

2.2.1. 材料种植与干旱处理

2022年，在内蒙古自治区农牧业科学院作物科学研究所实验室采用盆栽进行试验。花盆上口径×高为27 cm × 20.5 cm。基质为有机培养土，每盆分装基质4.5 kg，浇水0.8 L，备用。每份材料选取大小一致、饱满、无病虫害的种子进行盆播，每盆播种20粒，播种深度2~4 cm。每份材料播种6盆，干旱处理和对照各3盆，每盆为一次重复，各3次重复。第1次干旱胁迫–复水处理，出苗后正常供水。待材料生长到第1片复叶完全展开时停止供水，每盆留苗10株。测定土壤含水量，当土壤绝对含水量下降至7%时复水，每盆浇水0.8 L。第2次干旱胁迫–复水处理，第1次复水后不再供水，当土壤绝对含水量降至7%时复水，每盆浇水0.8 L。

2.2.2. 测定指标及方法

(1) 土壤绝对含水量

采用烘干法。当30%材料叶片出现萎蔫时，开始隔天取土。从所有干旱处理的材料中随机抽取5盆，用直径约1 cm的取土器取0~10 cm深度的土，称土壤湿重，105℃烘箱干燥2 d后称土壤干重。按如下公式计算土壤绝对含水量。

$SMC\left(\%\right)=\left(W-D\right)/D\times 100$ ，式中SMC为土壤绝对含水量；W为土壤湿重；D为土壤干重。

(2) 反复干旱幼苗存活率

分别于第1次和第2次复水72 h后调查幼苗存活率，叶片转为鲜绿色视为存活。幼苗反复干旱存活率计算公式如下：

$DS=\left(DS1+DS2\right)/2$ ； $DS1=X_{DS1}/X_{TT}\times 100$ ； $DS2=X_{DS2}/X_{TT}\times 100$ 。

式中DS为幼苗干旱存活率；DS1为第1次干旱存活率；DS2为第2次干旱存活率；X_DS1为第1次复水后3次重复存活株数的平均值；X_DS2为第2次复水后3次重复存活株数的平均值；X_TT为第1次干旱前3次重复总株数的平均值。

(3) 叶片萎蔫度

萎蔫度是指茎叶在干旱条件下的萎蔫程度，适合苗期和试验田各种情况下使用，且不影响其他性状的测定。萎蔫度越小，抗旱级别就越高，其抗旱性就越强；反之萎蔫度越大，抗旱级别就越低，其对干旱的敏感性就越强。在第一次持续干旱复水前2 d的下午14:00开始每天观察并记载萎蔫度，分为5级(分级标准见表2)。

Table 2. Grade standard of wilting degree

表2. 萎蔫度分级标准

(4) 株高及株高胁迫指数

第1次干旱胁迫复水72 h后测量株高并计算平均株高和株高胁迫指数。株高胁迫指数用DPSI表示，计算公式为： $DPSI\left(\%\right)=\left(PHS/PHC\right)\times 100$ 。式中PHS为干旱胁迫下3次重复的幼苗株高的平均值；PHC为3次重复的对照幼苗株高的平均值。

(5) 叶片相对含水量

于第1次干旱胁迫复水的前一天下午，从胁迫处理和对照的每盆中分别随机选取5株幼苗，剪取第5片真叶的5个叶片称鲜重(Fw)，105℃杀青20 min，80℃烘干至恒重，称干重(DW)，分别计算胁迫处理和对照的含水量(Fw-Dw)，然后计算叶片相对含水量(RWC)。

$RWC\left(\%\right)=WCS/WCC\times 100$ ；WCS为胁迫处理叶片含水量；WCC为水对照叶片含水量。

(6) 干物质重及干物质胁迫指数

第2次干旱胁迫复水72 h后，将处理和对照的每盆植株连根挖出去掉泥沙，清洗干净，用滤纸吸干水分，称鲜重(DFw)，100℃杀青20 min，在80℃烘干至恒重，称干重(DDw)，分别计算处理和对照的干物质重(DFw-DDw)，然后计算干物质胁迫指数(DMSI)，计算公式如下：

$DMSI\left(\%\right)=\left(DMS/DMC\right)\times 100$ ，其中DMS为处理植株干物质重，DMC为对照植株干物质重。

2.2.3. 耐旱性综合评价

参考沈宝宇等 [5] ，采用隶属函数法对豌豆种质进行芽期耐旱性综合评价。参照谢皓等 [11] 计算每份种质资源的平均隶属值(X_i)，计算公式如下：

$X_i={\displaystyle \sum U\left(X_{ij}\right)}/n$ ，其中 $U\left(X_{ij}\right)=\left(X_{ij}–X_{j\min }\right)/\left(X_{j\max }–X_{j\min }\right)$ ， $U\left(X_{ij}\right)$ 为i材料j指标的隶属值，n为测定指标数； $X_{ij}$ 为材料i材料j指标的实测值， $X_{j\max }$ 为该指标的最大值， $X_{j\min }$ 为该指标的最小值。根据隶属值(X_i)，将种质资源的抗旱性划分为5个等级(分级标准见表3)。结果中，X_i值越大，表明该材料抗旱性越强。

Table 3. Grade standard of drought resistance

表3. 抗旱性分级标准

3. 结果分析

3.1. 干旱对豌豆耐旱指标的影响

反复干旱胁迫后，幼苗的存活率、株高胁迫指数、叶片相对含水量和干物质胁迫指数值越大，材料的耐旱性越强。由表4可知，反复干旱幼苗存活率在0.12~0.78之间，其中幼苗存活率≥0.60的种质材料有12份，由高到低的材料(序号，下同)为1、9/19、3、34、8/15、5、4、10/38和17号，其余27份均小于0.60。其中1号材料最高，为0.78；14号材料最低，为0.12。调查发现，干旱胁迫后，不同材料其萎蔫程度不同，其中1级萎蔫的材料有9份，为1、9、18、19、28、31、32、35和38号；3级萎蔫的材料有6份，为3、6、17、25、30和36号；4级萎蔫的材料有2份，为2和14号，其余为2级萎蔫的材料且最多，有23份。株高胁迫指数的范围在0.63~0.99之间，其中≥0.90且株高胁迫指数由高到低的材料有24份，分别为6/15/18/25、11/13/28/32/36/39、9/17、14、27/37/38、4/19/23/24、1/31、34和16号；≥0.80的材料有10份，分别为33、35、3/7/10、12/29、22/30和5号；<0.80的有5份，为26、20、21、8和2号。株高胁迫指数最低为2号材料(0.63)；最高为0.99，有4份材料，为6、15、18和25号。叶片相对含水量在0.76~0.99之间，其中26号材料最低，为0.76，18号材料为0.88，其余37份材料均达到0.90以上。干物质胁迫指数范围在0.52~0.99之间，其中≥0.90且干物质胁迫指数依高到低的种质材料有13份，为1/9、32/38、4/23、19、10、17/27/34、7和5号；≥0.80的有12份，为29、24、13/39、11/25/31、12、3、26/35和8号；≥0.70的有9份，为6、2/18/22、15、16/36/37号；<0.70的有5份，分别为33、28、21、30和14号。1号和9号材料最高(0.99)，14号最低(0.52)。以上结果表明，39份种子资源的5个抗旱相关指标不一致，所以用单一指标确定其抗旱性存在一定偏差，需要用5个指标综合评价。

Table 4. The results of drought tolerance indexes of 39 pea germplasm resources

表4. 39份豌豆种质资源各耐旱指标调查结果

3.2. 抗旱性综合评价

通过平均隶属值综合评价各性状受干旱胁迫影响，平均隶属值越大，该材料的综合耐旱性越强。依据抗旱性的分级标准，将内蒙地区搜集的39份豌豆种质划分为3个抗性等级，分别为抗旱(R)、中抗(MR)和敏感(S)类型，无高抗(HR)和极敏感(HS)类型。表5所示，获得抗性(R)资源27份，分别为1号(2012150035)、3号(20121500262)、4号(20121500286)、5号(20121500287)、6号(20121500448)、7号(20121500449)、9号(20121500454)、10号(20121500458)、11号(20121500468)、13号(20121500477)、15号(2017150157)、17号(2020150046)、19号(2020150094)、22号(P150123059)、23号(P150125039)、24号(P150125059)、25号(P150221013)、27号(P150622015)、29号(P150825059)、30号(P150826012)、31号(P150923016)、32号(P150925007)、34号(P150928036)、36号(P152202031)、37号(P152530020)、38号(P152530056)和39号(P152630034)；中抗(MR)资源11份，分别为2号(P150123059)、12号(20121500471)、14号(2017150080)、16号(2018150023)、18号(2020150048)、20号(P150105042)、21号(P150123030)、26号(P150426038)、28号(P150824052)、33号(P150927006)和35号(P150929064)；敏感(S)资源1份，为8号(20121500452)。

Table 5. Identification of 39 Peagermplasm resources with the drought-resistant by membership functions

表5. 利用隶属函数综合评定39份豌豆种质资源的抗旱性

4. 讨论

不同作物表现的抗旱机制复杂多样，并不完全相同，因此如果采用单一指标对作物抗旱性进行评价是不可靠的，需要釆用科学合理的分析方法，通过多指标综合分析，从而提高抗旱性鉴定的准确性和可靠性 [12] 。已有学者对作物抗旱性鉴定方法和鉴定指标进行了综合的阐述，植物抗旱性评价指标可分为形态结构抗旱性指标、生理生化抗旱性指标、生长产量抗旱指标 [13] [14] 。多数学者采用反复干旱幼苗存活率、叶片萎蔫指数、株高胁迫指数、叶片相对含水量和植株干物质胁迫指数作为苗期抗旱性鉴定的适宜指标。前人采用幼苗反复干旱存活率进行了作物苗期抗旱性鉴定 [15] [16] [17] 。胡荣海 [18] 认为，叶片萎蔫程度作为抗旱鉴定指标有一定误差，因为有些作物以叶片萎蔫下垂或卷曲等方式来适应水分胁迫。沈宝宇 [5] 等认为以某个单一指标为标准鉴定豌豆种质资源的耐旱性存在偏差。本研究结果也表明，不宜用单个指标鉴定豌豆种质资源的耐旱性。

作物抗旱性属于数量性状受多种因素影响，且不同作物表现的抗旱机制复杂多样，并不完全相同，如果采用单一指标以求对作物抗旱性做出有效准确的评价是不可靠的，需要釆用科学合理的分析方法，通过多指标综合分析，从而提高抗旱性鉴定的准确性和可靠性 [12] 。沈宝宇 [5] 等用叶片萎蔫指数、叶片相对含水量、反复干旱幼苗存活率、株高胁迫指数、植株干物质胁迫指数和根干物质胁迫指数结合隶属函数法综合评价了豌豆种质资源耐旱性。本试验采用盆栽试验，基于形态指标鉴定，采用隶属函数法综合分析并划分等级，筛选出抗旱种质资源27份，中抗种质资源11份和敏感种质1份。研究结果为豌豆品种抗性改良、促进豌豆产业发展奠定了基础。

5. 结论

本研究结果表明，39份豌豆品种资源在反复干旱处理下，各性状在品种间均存在着显著差异，表明39份豌豆材料的遗传基础较为广泛。通过调查统计、分析幼苗存活率、萎蔫等级、株高胁迫指数、叶片相对含水量和干物质胁迫指数，每个单项指标筛选出耐旱性种质不同，表明单项指标筛选具有一定的偏差性，而采用隶属函数法可以综合评价、筛选抗性种质资源。本研究采用隶属函数法将内蒙地区搜集的39份豌豆种质划分为3个抗性等级，分别为抗旱、中抗和敏感类型，其中筛选出抗旱材料27份、中抗种质资源11份、敏感种质资源1份。研究结果为豌豆耐旱机理研究及内蒙古地区豌豆种质资源利用等提供依据。

基金项目

内蒙古自治区科技计划项目(2020GG0052)；内蒙古自治区农牧业创新基金项目(2020CXJJN05)。

参考文献

NOTES

^*通讯作者。