朱小慧，马君红，刘锋博，别芳洁，李 梦，刘绚霞

(西北农林科技大学 农学院，陕西杨凌 712100)

中国冬油菜种植集中在长江流域和云贵高原地区，主要以种植甘蓝型油菜为主，约占全国油菜栽培总面积和产量的90%以上[1-2]。近年来，冬油菜种植区域已经逐渐向西北地区拓展[3]，但由于西北地区干旱少雨，导致冬油菜在秋播时土壤水分含量少而影响出苗及苗期生物体的形态建成，越冬性差[4]。甘蓝型油菜在3种类型油菜中栽培面积最广，其产量、含油量及品质均高于白菜型和芥菜型油菜[5]，但其耐旱性较差，无法适应干旱的环境，因此筛选出抗旱性较强的甘蓝型油菜种质材料对于提高西北地区油菜产量具有重要的意义。

植物在遭受干旱胁迫时，会改变自身的形态结构，从而产生一系列的生理、生化调节机制来适应外界环境的变化[6]。前人研究中有许多形态指标和生理指标反映了油菜的抗旱性。Mut等[7]、Sankar等[8]研究显示干旱胁迫下幼苗体内含水量降低，且随着渗透势的变化呈现一定变化规律。牛远等[9]认为根长、茎长、株高等形态指标可以作为油菜抗旱性评价的核心指标。此外，脯氨酸、丙二醛、过氧化物酶、过氧化氢酶等在干旱胁迫下同样会有不同程度的升高或降低[10]。目前评价抗旱性的方法也有很多，如综合抗旱系数、聚类分析、主成分分析等都可以作为评价抗旱性的依据[11]。然而，目前的研究中针对甘蓝型油菜的抗旱性评价较少，且研究指标相对单一。本研究以6个甘蓝型油菜骨干种质为材料，利用不同浓度的聚乙二醇6000(PEG-6000)溶液在其萌发期模拟干旱，对萌发特性以及生理指标进行测定分析及综合评价。旨在验证甘蓝型油菜应对干旱胁迫的能力，并筛选甘蓝型油菜抗旱种质材料，为甘蓝型油菜抗旱育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验所用甘蓝型油菜种质材料是从5 000份种质材料中筛选出的综合性状优良的6个骨干材料，分别为XY1(中双11选系)、XY2(陕油1309母本)、XY3(杂油77选系)、XY4(12-4R选系)、XY5(天油2266选系)、XY6(16NT8207选系)，均由西北农林科技大学农学院油菜课题组提供。

1.2 试验设计

试验以6个甘蓝型油菜为材料，采用高渗透液干旱法，于2020年4—9月在西北农林科技大学农学院光照培养箱中进行。选取大小均匀、无虫害、颗粒饱满的种子置于质量分数为5%的高锰酸钾溶液中浸泡消毒30 min，去离子水洗净，放置沥干。备好的种子置于铺有发芽纸的发芽盒中，每个发芽盒均匀放置100粒种子之后转入光照培养箱中培养，温度设定为光照/黑暗 25 ℃/20 ℃，各12 h交替进行，光照度为4 800 lx，去离子水培养至破壳，胚根长1～2 mm时，进行PEG干旱胁迫处理。试验设置3个水分处理：PEG浓度为0%为正常供水(CK)处理、10%为中度胁迫(MS)处理、20%为重度胁迫(SS)处理，设3次重复，每隔2 d加10 mL PEG溶液，CK加10 mL去离子水，培养7 d，对幼苗进行取样测定。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 萌发特性 培养至第7天统计各处理的发芽数、成苗数，其中发芽以芽长>2 mm为标准，成苗以茎秆直立，子叶平展且由淡黄转为绿色为标准，并计算发芽率、成苗率以及成苗伤害率。同时选取各处理长势均匀的10株幼苗用直尺测量主根长、苗高，取平均值，计算苗高伤害率。

伤害率=(CK-处理)/CK×100%

1.3.2 生理指标 选取各处理长势均匀的幼苗剥掉种皮，取10株测量幼苗含水量，并计算含水率。脯氨酸(Pro)含量测定采用茚三酮法[12]、丙二醛(MDA)含量测定采用硫代巴比妥酸[12]、超氧化物歧化酶(SOD)活性测定采用氮蓝四唑(NBT)光还原法[13]、过氧化物酶(POD)活性测定方法为愈创木酚比色法[13]、过氧化氢酶(CAT)活性用紫外吸收法测定[13]。

1.4 数据处理

采用Excel 2016、SPSS IBM SPSS Statistics 26.0、Origin 2020对试验数据进行处理、显著性分析(LSD多重比较)和作图。采用隶属函数法对各油菜材料进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对油菜幼苗萌发特性的影响

研究结果表明，随着干旱程度的加剧，6个骨干材料的发芽率、成苗率、苗高呈下降趋势，主根长呈先升后降趋势(表1)。其中发芽率在MS处理下较CK有小幅度下降，差异不显著；SS处理下，XY1和XY4显著降低，降幅分别为CK的 5.33%、4.73%，XY2、XY3、XY5、XY6无显著降低，说明发芽率受干旱的影响较小。各材料主根长在MS条件下显著升高，以XY3增幅最大，为59.39%，其余材料增幅在15%～27%；SS条件下XY5较CK增加2.68%，XY1、XY2、XY3、XY4、XY6降低，可见XY5具有较强的生物量分配能力，两种干旱处理下均能保持内环境的稳定。

表1 不同干旱胁迫下6个甘蓝型油菜材料萌发特性

不同水分条件下6个材料的成苗率差异显著，其中XY1成苗伤害率最高，MS、SS条件下分别为9.06%、88.25%，XY3、XY4、XY5、XY6次之，最小的为XY2。苗高的变化趋势与成苗率基本一致，但处理间差异相对较小，表明干旱胁迫下XY1、XY4幼苗的形态建成受影响较大，XY2受影响较小，且不同油菜材料的萌发特性对干旱胁迫的响应程度不同。

2.2 干旱胁迫对油菜幼苗生理特性的影响

2.2.1 对油菜幼苗含水率的影响 6个骨干材料的含水率与PEG浓度呈负相关，在不同干旱程度下其降幅均达到显著水平(图1)。MS处理下，幼苗含水率较CK下降2%～6%，以XY4降幅最大，为5.16%；XY5、XY3、XY2降幅相对较小，在2.5%左右，表明中度干旱胁迫下XY5、XY3、XY2保水能力较好。SS处理后，幼苗含水率急剧下降，XY1、XY3、XY4、XY6降幅较大，与对照相比下降10%～13%；XY5和XY2降幅较小，分别为7.43%、7.22%，在重度干旱胁迫下同样表现出较好的保水能力。

2.2.2 对油菜幼苗脯氨酸含量的影响 脯氨酸是植物体内重要的渗透调节物质，逆境胁迫下能够调节细胞渗透势，提高抗逆性[14]。研究表明，Pro含量随着干旱程度的加剧呈上升趋势(图2)。MS处理下，6个材料的Pro变化差异显著，增幅为CK的3～8倍。SS处理下，XY3增幅最大，为CK条件下的23.15倍，渗透调节能力高于其他材料；XY1、XY2、XY5、XY6次之；增幅最小的是XY4，为CK的16.03倍，渗透调节能力较弱。可见干旱胁迫下Pro含量的变化可以在一定程度上反映出油菜抗旱性强弱。

2.2.3 对油菜幼苗丙二醛含量的影响 MDA是膜脂过氧化产物，干旱胁迫下其含量的变化能够反映出作物细胞膜受损伤程度[15]。研究结果表明干旱胁迫下6个油菜材料的MDA含量显著升高(图3)。其中XY1受影响最大，MS、SS处理下较CK分别增加40.67%、98.70%，差异显著；其次为XY3、XY4、XY6，MS处理下增幅为 12%～25%，SS处理下增幅为32%～45%。对XY2和XY5影响较小，MS条件下较CK无显著差异；SS条件下较CK分别增加20.74%、19.96%，达到显著水平。

2.2.4 对油菜幼苗抗氧化酶活性的影响 随着干旱程度的加剧，6个骨干材料的SOD、CAT、POD活性呈上升趋势，活性氧清除能力增强。MS、SS条件下6个材料的SOD活性均高于对照，达到显著水平，其中XY2增幅最大，较CK增加29.42%、45.85%，自由基清除能力加强；其次为XY5、XY6，两种干旱处理下增幅分别为17.34%、44.28%和14.60%、42.76%；XY1、XY3、XY4增幅较小，MS处理下增加5%～10%，SS处理下增加11%～30%(图4-A)。

6个油菜材料的CAT活性在干旱胁迫下显著升高，其中XY4和XY6在MS处理下分别增加4.28%、4.73%，XY1、XY2、XY3、XY5增加幅度在10%以上。SS处理下CAT活性增幅进一步加大，以XY5上升幅度最大，较CK增加 71.53%；XY2次之，增幅为70.02%；XY1、XY3、XY4、XY6增幅低于70%，H2O2清除能力较弱。(图4-B)。

MS处理下，XY6的POD活性增加最为显著，为CK的20.39%，其余5个材料增幅在10%以下，材料间差异显著。SS处理下的POD上升幅度显著大于MS，其升幅由大到小依次为XY2(31.35%)>XY6(30.37%)>XY5(23.62%)>XY3(16.24%)>XY4(15.64%)>XY1(12.89%)(图4-C)。

2.3 油菜幼苗抗旱性综合评价

利用隶属函数法对各油菜材料的抗旱性进行综合评价(表2)，结果表明XY2和XY5的隶属函数均值为0.76和0.72，抗旱性较强，主要表现为干旱胁迫下其含水率、SOD、CAT、POD的隶属函数值较高，表明XY2和XY5有较强的保水能力和活性氧代谢调节能力，育种过程中可以通过提高其渗透调节能力进一步提高抗旱性；XY6和XY3的隶属函数均值为0.64和0.59，属于中等抗旱型，但其抗旱机制不同，XY3在干旱时脯氨酸的隶属函数值较高，具有较强的渗透调节能力，活性氧代谢调节能力较差，XY6则相反；XY4和XY3隶属函数均值为0.26和0.24，抗旱性较弱，综合表现较差。

表2 6种甘蓝型油菜材料各指标的隶属函数值

3 讨论与结论

水分作为一种重要的环境信号，能够调节作物萌发，直接或间接参与作物生长过程[16-17]。有关研究表明，干旱胁迫下，作物的形态建成、生长发育、生理生化特性等会受到不同程度影响[18-20]。本研究利用PEG溶液对6个甘蓝型油菜材料进行模拟干旱，结果表明出苗率和苗高会随着干旱程度的加剧而显著降低；但发芽率受干旱胁迫影响较小，在不同处理下均能保持较高水平；主根长呈先升后降趋势，且抗旱性越好的材料受影响越小，这与田宏先等[21]的研究结果相似，说明水分胁迫时作物的同化物由地上部向根部聚集，促进根的生长，但在重度胁迫下植物体的内部环境受到损伤，根伸长受抑制[22]。

干旱胁迫时，形态指标的变化会引起生理代谢的响应，植物通过改变相关生理生化特性，提高自身的抗旱能力[9,21]。王艺陶等[23]研究表明植物的抗旱性通常与体内含水率密切相关，能够反映出作物的保水能力。本研究中各油菜材料的含水率在重度干旱下较CK降幅大小顺序为：XY1>XY4>XY3>XY6>XY5>XY2，这与抗旱性综合评价结果一致，表明抗旱性强的油菜材料保水能力越好，这与王艺陶等[23]研究结果 一致。

水分亏缺时，植物细胞内渗透物质的积累能够降低渗透势，维持细胞膨压，体内水分得以保持，适应干旱的环境[4]。本试验对6个油菜材料的脯氨酸含量进行测定，结果表明，随着干旱程度的加剧，油菜幼苗体内的脯氨酸含量大量升高，抗旱性较强的油菜材料上升幅度更加显著，因此可作为油菜抗旱性评价的指标之一。但较前人研究不同的是，本研究中脯氨酸含量增幅更大，最高可为对照处理的23.15倍，具体原因还需进一步研究验证。

MDA是质膜受攻击的产物，能够反映细胞膜受损伤程度[15]。试验结果表明，水分亏缺时，MDA含量增加，其变化趋势与油菜抗旱性呈负相关，说明干旱胁迫下抗旱性弱的骨干材料膜脂过氧化严重。为了降低自身的受伤害程度，植物体形成了相应的抗氧化防御系统[19]。其中SOD作为抵抗氧化的第一道防线，能够清除植物体内自由基，CAT、POD是清除H2O2的酶，三者相互协同维持自由基含量处于动态平衡，从而抑制膜脂过氧化[24]。本研究中，SOD、CAT、POD活性在干旱胁迫下均有显著升高，能够有效地清除植物体内的活性氧，且抗旱性强的油菜材料清除能力大于抗旱性弱的材料。此外，重度干旱下CAT增幅较POD、SOD大，说明CAT对H2O2的清除能力更强。

对6个甘蓝型油菜材料进行抗旱性综合评价，其抗旱性顺序为：XY2>XY5>XY6>XY3>XY4>XY1。综上所述，水分亏缺时，油菜的生长发育受到抑制，从而产生一系列的生理调节机制来应对干旱胁迫对自身的伤害，其中抗旱性强的油菜材料在萌发期能够表现出较好的萌发特性、保水能力、渗透调节能力以及活性氧代谢调节能力。本研究为甘蓝型油菜抗旱种质评价及抗旱育种提供理论依据，但只从萌发期研究萌发特性和生理指标具有片面性，应进一步针对油菜生长的不同时期，从多个角度探讨油菜的抗旱机理。