张子戌， 王 帅， 胡刘涛， 卢静妍， 朴世领， 王玉民*

(1.延边大学农学院，吉林 延吉 133002； 2.吉林省农业科学院，吉林 长春 130033)

植物涝害是指土壤水分过多对植物产生的伤害，土壤水分过多严重影响植物的生长发育，直接影响产量和产品质量[1]。大豆(Glycinemax(L.) Merr.)原产于我国，在我国从南到北广泛栽培[2]。它是重要的养地作物，对土壤水分比较敏感，开花结荚期需水较多，此期充足的水分供应对大豆产量具有决定意义[3-4]。涝害已成为大豆生产中面临的重要自然灾害之一，大豆在整个生育过程中均有可能遭遇涝害，但不同时期大豆对涝害的反应不同[5-6]，大豆耐涝研究应根据当地生产实际，选择易发生涝害的时期开展。

作物耐涝鉴定方法一般有大田直接鉴定法和盆栽法，其中，盆栽法更容易模拟涝害，容易控制水量，王芳等[7]、孙慧敏等[8]采用此研究方法鉴定了大豆的耐涝性。宋晓慧等[9]报道大豆淹水胁迫后，不耐涝品种质膜受伤害的程度重，使得相对电导率高于耐涝性好的品种。李晓斐[10]报道烤烟受到长时间的涝害就会造成净光合速率下降，生长受阻，甚至死亡。

本研究在前期研究基础上尝试改进鉴定体系，利用吉林省农业科学院大豆研究所收集的44个小粒大豆材料进行模拟涝害处理，运用灰色关联分析及聚类分析等方法对观测生理指标进行多元统计分析，进行耐涝能力等级划分，分析不同大豆种质的耐涝能力差异，以期获得优良材料服务于大豆耐涝育种和生产实践。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验44份小粒大豆材料均由吉林省农业科学院大豆研究所提供(表1)。

表1 44份供试小粒大豆品种名称及编号Table 1 List of 44 small soybean varieties tested

1.2 试验设计

1.2.1 大豆种子活力检测

为检测收集的大豆种子是否符合试验需求，每份材料选30粒正常种子进行标准发芽试验，重复3 次，检测大豆种子的活力[11]。

1.2.2 水淹试验

2018年7—8月，在吉林省农业科学院资源平台温室对上述小粒大豆品种进行同批鉴定。参照王芳[7]的方法并有所改进，该试验与王芳的试验相比，温度和光照条件不同，通过预试验，探索了当前环境条件下最佳水淹时间，最终确定水淹1.5 d较适宜。

1) 盆栽土培法 内盆为直径23 cm,高22 cm，外盆(塑料桶)为直径30 cm,高45 cm。土壤经晒干、粉碎、过筛后装盆，每盆装土2.5 kg，盆底有排水孔道。3次重复，每重复1盆，每盆留30株，并设对照。

2) 采用双套盆法 在大豆真叶期，将花盆放置在塑料桶中进行淹没(全淹)处理，并通过补加水保持水位。淹没1 d开始检查，淹水处理约持续1.5 d。排水后植株在自然条件下保持7 d左右以便恢复，随后记录死亡株(无任何绿叶的植株视为死亡株)，并计算出死苗率。对照试验在同一环境下正常浇水，并记录对照试验的死苗率，而后得出相对死苗率，相对死苗率越低耐涝性越强。

死苗率/%=(某材料的死苗株数/该材料的总株数)×100%

相对死苗率/%=(某批某材料的死苗率/该批对照种的死苗率)×100%

1.3 大豆幼苗淹水处理后相关生理指标的测定

1) 光合速率的测定 于晴天无风上午，利用CI-340手持式光合作用测量系统，每个品种试验组和对照组各选取5株，同一时间测定同一位置叶片的光合速率。

相对光合速率=试验组光合速率/对照组光合速率×100%

2) 叶绿素测定 叶绿素是将光能转化成化学能的主要色素，是反应植物生理状况的重要指标。本试验用SPAD-502Plus叶绿素计，每个品种试验组和对照组各选取5株测定同一位置叶片的叶绿素含量[12-13]。

相对叶绿素含量=试验组叶绿素含量/对照组叶绿素含量×100%

3) 植物电解质渗出率的测定 参照肖家欣等[14]的方法。将选取的叶片剪下，包在密封袋内置于冰盒中带回实验室。将新鲜的叶样先用自来水轻轻冲洗叶片，除去表面沾污物，再用去离子水冲洗1～2次，用滤纸轻轻吸干叶片表面水分，称0.1 g并剪成切段，放入20 mL带塞试管中，加入10 mL去离子水，浸没样品，封口，常温下放置12 h，其间多次振摇。在室温下，用EC110Meter型电导仪测其电导率值(R1)。测毕，将各试管封口，置沸水浴中30 min杀死组织细胞。冷却至室温再测1次终电导率值(R2)。同时测本底(水)的电导率。以相对电导率表示细胞质膜透性大小[15-16]。

电解质渗出率/%=[R1(浸泡液电导率)-本底电导率]/[R2(煮沸后电导率)-本底电导率]×100%

相对电解质渗出率=试验组相对电导率/对照组相对电导率×100%

1.4 数据分析

采用Excel 2003、SPSS 21.0和DPS软件分析相对死苗率的平均值和多个生理指标的相关性。

2 结果与分析

2.1 试验大豆种子质量检测

对44份小粒大豆品种进行标准发芽试验，对结果进行方差分析，结果表明，44份小粒大豆品种间种子发芽率无显著差异( F=0.968，P=0.417)，且44份小粒大豆品种的种子发芽率均在95% 以上(表2) ，说明此批次小粒大豆品种种子质量良好，可进行进一步试验[11]。

表2 44份小粒大豆品种的发芽率检测Table 2 Germination rates of 44 small soybean varieties

2.2 大豆淹水后的表现及鉴定结果

淹水处理后耐涝性不同的品种开始表现出差异，不耐涝品种植株开始有腐烂斑点，气温升高，症状也加重。水淹约1.5 d后排水，排水后当天，不耐涝品种歪倒，2 d后干枯，生长点逐渐枯死，而后植株干枯死亡；耐涝性强的品种淹水后茎杆伸长，植株受害轻, 排水后恢复较快。

本试验鉴定方法按照王芳[7]的方法并有所改进，由于同批试验，试验环境相同，所以，本研究根据对44份小粒大豆品种的人工模拟涝害的调查结果，先计算出死苗率，然后与其对照的死亡率平均值相比，得出各材料的相对死苗率。根据相对死苗率的次数分布特点，将所有供鉴材料的耐涝性划分为6级，即耐涝(相对死苗率0～19.99%)、较耐涝(相对死苗率20%～39.99%)、中度耐涝(相对死苗率40%～59.99%)、较不耐涝(相对死苗率60%～79.99%)、不耐涝(相对死苗率80%～99.99%)、极不耐涝(全部死亡)。44份小粒大豆品种的耐涝性鉴定结果如表3。其中，有2个品种(吉育108、敦化东农690)的相对死苗率低于20%，是这批材料中耐涝能力最强的；有12个品种(吉林小粒2号、吉林小粒5号、吉林小粒7号、垦农小粒1号、通农14、吉青小粒1号、辽小粒豆1号、辽小粒豆2号、蒙豆6号、吉黑6号、营小粒1号、公小1号)全部死亡，可视为极不耐涝品种；另外较耐涝品种4个，中度耐涝品种7个，较不耐涝品种10个，不耐涝品种9个。

表3 44份小粒大豆品种耐涝性鉴定结果Table 3 The relative mortality and waterlogging resistance grade of 44 small soybean varieties

注：HT-耐涝；LT-较耐涝；MT-中度耐涝；LS-较不耐涝；S-不耐涝；HS-极不耐涝。

2.3 淹水处理对大豆幼苗相关生理指标的影响

淹水处理7 d后，测定不同品种对照组和试验组(由于水淹后12个品种全部死亡，未测)在同时期的叶片细胞电解质渗出率、叶绿素含量、光合速率(表4)。将相对死苗率(相对死苗率越低耐涝性越强)、与相对电解质渗出率、相对叶绿素含量、相对光合速率做线性回归分析[17-19]。

表4 淹水处理后大豆幼苗相关生理指标统计表Table 4 StatisticalTable of related physiological indicators of soybean seedlings after flooding treatment

续表4 淹水处理后大豆幼苗相关生理指标统计表 Continue toTable 4 StatisticalTable of related physiological indicators of soybean seedlings after flooding treatment

表4中的相对值均是试验组比对照组。由表4中相对光合速率可知，32份材料中有96.88%的品种相对值小于1，表明淹水处理后豆苗的光合速率比正常生长的豆苗低；由表4中相对叶绿素含量可知，32份材料中有93.75%的品种相对值小于1，表明淹水处理后的豆苗比正常生长的豆苗叶绿素含量低，叶片都有一定的失绿。叶绿素是影响植物光合作用的主要色素，淹水处理后可能破坏了叶片细胞的叶绿体，使叶绿素分解，进而使光合速率降低。由表4中的相对电解质渗出率可知，32份品种相对值均大于1，表明淹水处理后叶片细胞的细胞质膜受到破坏，细胞质膜透性变大，从而使电解质渗出率变大。

2.3.1 淹水处理对大豆幼苗叶片细胞电解质渗出率的影响

电解质渗出率的高低反映了叶片细胞的受破坏程度[20-21]。由表4和图1可知，与对照组相比，试验组叶片细胞的电解质渗出率普遍升高。

图1 电解质渗出率与耐涝性的关系

由图1可知，相对电解质渗出率和相对死亡率呈正相关，即相对电解质渗出率和耐涝性呈负相关。耐涝性强的品种升高幅度小，耐涝性弱的品种升高幅度大，即耐涝性越强的品种叶片细胞的受害程度越小。

2.3.2 淹水处理对大豆幼苗叶片叶绿素含量的影响

叶绿素是将光能转化成化学能的主要色素[22-23]。由表4和图2可知,试验组与对照组相比叶绿素含量普遍降低。由图2可知,相对叶绿素含量和相对死苗率呈负相关，即相对叶绿素含量和耐涝性呈正相关。耐涝性强的品种下降幅度小，耐涝性弱的品种下降幅度大，即耐涝性越强的品种叶绿素膜系统受损程度越小。

图2 叶绿素含量与耐涝性的关系

2.3.3 淹水处理对大豆幼苗叶片光合速率的影响

光合速率反映了植物将光能转化成化学能的能力[23-24]。由表4和图3可知,试验组与对照组相比光合速率普遍降低。由图3可知,相对光合速率和相对死苗率呈负相关，即相对光合速率和耐涝性呈正相关。耐涝性强的品种下降幅度小，耐涝性弱的品种下降幅度大，即耐涝性越强的品种光合速率受影响程度越小。

图3 光合速率与耐涝性的关系

2.3.4 淹水处理对大豆幼苗相关生理指标影响程度的比较

采用灰色关联分析法分析相对死苗率与相关生理指标之间的关系(表5)。关联度大的数列与参考数列的关系较为密切，相对电解质渗出率与相对死苗率的关联度为0.424 9，是所有测定的生理指标中关联最大的生理指标，因此耐涝性和电解质渗出率关联性最大。其他生理指标与相对死苗率的关联大小顺序为：相对叶绿素含量和相对光合速率。

表5 相对死苗率与相关生理指标的关联系数Table 5 Correlation coefficient between relative mortality rate and related physiological indicators

2.4 聚类分析

用系统聚类分析法将数据进行标准化处理[24]，选用欧式距离，离差平方和法对相对死苗率和3种生理指标进行聚类分析。其分析结果如图4所示。

图4 基于相对死苗率和3种生理指标的聚类分析结果

由图4可知，将水淹后成活的32个品种分成不耐涝类群(占59.37%)和耐涝类群(占40.63%)。其中，不耐涝类群包括2个亚类群：较不耐涝亚类群11个品种(占34.37%)，分别是吉林小粒3号、吉育103、吉林小粒8号、吉育107、吉育101、绥小粒2号、吉育105、龙小粒1号、吉育109、合丰54、吉育102；不耐涝亚类群8个品种(占25.00%)，

分别是吉林小粒1号、延农小粒1号、吉林小粒6号、吉科豆11、龙小粒2号、吉林小粒4号、合丰58、通农15。第二大类群(耐涝类群)13个品种，分别是吉育108、敦化东农690、东农50、吉育106、吉大豆9号、吉育113、东农690、吉育111、吉科豆10、绥小粒1号、吉育104、吉育115、吉育110。

3 讨论与结论

大豆在不同生长时期的耐涝性机制不同，因此鉴定方法和指标也不尽相同。有学者曾用成株期植株的存活率作为耐涝的鉴定指标，但是若在成株期遭受短期涝害，植株尚不致死，况且存活的不同基因型的植株受害程度也有差异。目前对大豆苗期和生殖生长期耐涝性鉴定主要是在盆栽或大田环境中人工创造涝害条件下进行[25-26]，包括植株完全或部分被淹没，淹水处理时间和环境差异很大。所以，还应该创造建立易于控制环境因素的标准化平台用于鉴定试验，使鉴定结果更准确。

该试验是在大豆幼苗期对植株进行全淹处理，所以采用相对死苗率作为鉴定指标较适用，其耐涝鉴定结果相对可靠。但此方法易受植株生长时期和生长状况、环境和温度的影响，使排水时期不易把握，需要一定的经验。王芳的方法水淹时间是5～7 d，但本试验与她的植株生长时期和生长状况、环境和温度均不相同，所以经过1次预试验摸索出当前环境和温度下的最佳水淹时间为1.5 d。另外，退水后的小气候(气温的高低)也影响试验结果，经过预试验摸索，确定在太阳落山后退水较适宜。

本试验测定了淹水处理对大豆叶片叶绿素含量、电解质渗出率和光合速率的影响，淹水处理导致细胞失水细胞破碎，从而使电解质渗出率升高。淹水处理破坏了叶绿体结构，造成叶片光合器官损伤、叶绿素含量降低、叶肉细胞光合活性下降，从而导致叶绿素含量下降，光合速率下降。根据灰色关联分析的结果得出，光合速率是和耐涝性关联性最强的因素。

综合上述研究结果，从44份小粒大豆品种中筛选出吉育108、敦化东农690等2份高度耐涝材料和东农50、吉育106、吉大豆9号、吉育113、东农690、吉育111、吉科豆10、绥小粒1号、吉育104、吉育115、吉育110等11份较耐涝材料，可以作为小粒大豆耐涝育种的基础材料。下一步需对这批材料进行进一步研究，测定与抗逆相关的酶活性，发掘定位其耐涝基因，揭示其耐涝的生理、生化和遗传的机制，以便更好地利用这批材料，为耐涝育种提供基础数据。