干旱胁迫对中亚大麦农艺性状、产量和品质的影响

王 仙，聂石辉，向 莉，张金汕，李 鹏,，方伏荣

(1.新疆农业科学院粮食作物研究所，乌鲁木齐 830091；2.新疆农业科学院奇台麦类试验站，新疆奇台 831800； 3.新疆农业大学农学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】大麦(HordeumvulgareL.)富含多种功能活性物质如黄酮类、多酚类物质[1]。而黄酮类物质和一些酚类物质对植物抗干旱胁迫具有重要作用[2-3]，不同植物、不同强度干旱胁迫下黄酮类等植物次生代谢物含量不尽相同[4-5]。不同品种大麦间多酚、黄酮的含量差别分别达 3.6倍 和2.1 倍[6]，研究干旱胁迫下大麦黄酮及多酚物质变化，为提高大麦抗旱能力提供新途径。【前人研究进展】大麦的消费量虽远低于小麦和稻，但其籽粒中含有多酚、黄酮等功能成分，具有丰富的营养价值[7]，具有抗氧化、抑菌活性等功能[8-9]。干旱是危害全球作物生产最严重也是最复杂的环境因素[10]，干旱危害作物生命周期中的各个生长发育阶段，常导致生殖发育异常、小穗/籽粒不育、产量和品质下降等[11]。肖亚等[12]研究发现，参试的国际干旱地区农业研究中心(ICARDA)的大麦品种功能成分含量多样性丰富，其籽粒黄酮含量极显著高于中国西南大麦。普晓英等[13]研究表明，外国大麦籽粒(112.68±16.24)mg/100g黄酮含量低于中国大麦籽粒(125.08±19.00)mg/100 g，不同品种间黄酮含量差异大。张金汕等[14]表明中亚引进资源变现出广泛的品种特异性。【本研究切入点】不同地域引进的大麦资源存在很大差异，不同地区的大麦均有不同的特异性和优良性状的挖掘潜力。从中亚国家收集和引入大麦资源相关研究少见报道。亟需研究干旱胁迫对中亚大麦农艺性状、产量和品质的影响。【拟解决的关键问题】以12个不同抗旱性的中亚大麦种质资源为研究对象，设3个水分处理，测定大麦株高、穗长、穗粒数、千粒重、产量、籽粒总黄酮含量和总多酚含量。分析不同干旱胁迫条件下对中亚大麦农艺性状、产量和品质的影响，利用和挖掘特有大麦种质，为大麦耐旱育种、干旱条件下大麦产量和品质的提高提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

筛选12份抗旱性不同的中亚大麦品种为参试材料。表1

试验于2019年在新疆农业科学院奇台麦类试验站(43°59'57″N，89°45'23″E，海拔822 m)进行，年度平均气温6.6℃，全生育期降水量183 mm，日照2 833 h，滴灌地，壤土，前茬小麦，肥力中等。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用滴灌，设3种干旱处理，G1为全生育期灌水4次(出苗期、拔节期、孕穗期和灌浆期各浇水1次，总灌水量3 000 m3/hm2)，G2为全生育期灌水2次(出苗期和孕穗期各浇水1次，总灌水量1 500 m3/hm2)，G3为全生育期灌水1次(出苗期浇水1次，总灌水量750 m3/hm2)。采用随机区组设计，3次重复，小区面积2 m2。完熟收获后籽粒去除杂质，粉碎后放入4℃冰箱，备用。

表1 12份供试材料Table 1 12 test materials

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 农艺性状

成熟期测定株高、穗长、穗粒数、千粒重，每个品种(系)取5株的平均值为1次重复，测定3次重复，并称量小区产量。

1.2.2.2 总黄酮含量

采用超声波提取法，参考王仙等[15]的方法。准确称取1.00 g大麦粉置试管中，加入95%乙醇55 mL，50℃超声时间22 min。离心，取上清液浓缩，定容至10 mL，待测。精确称取烘干至恒重的芦丁标准品5.00 mg，用质量分数为60%的乙醇定容至50 mL作为对照品标准溶液。分别吸取对照品标准溶液0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mL于10 mL容量瓶中，加入质量分数5%的亚硝酸钠溶液0.3 mL，摇匀，放置6 min；各加入质量分数10%的硝酸铝溶液0.3 mL，摇匀，放置6 min；各加入l mol/L氢氧化钠溶液4.0 mL，分别用质量分数30%的乙醇定容至刻度，摇匀，放置15 min，在510 nm波长下测定吸光度，以吸光度A为纵坐标，浓度C为横坐标绘制标准曲线，获得芦丁标准品回归方程为A = 6.790 5 C + 0.016 1(R2=0.999 7)，在质量浓度0.001～0.200 mg/mL范围内线性关系良好。在相同条件下测定12个大麦品种籽粒中总黄酮吸光度值，3次重复测定，并采用上述回归方程计算其总黄酮质量分数。

1.2.2.3 总多酚含量

采用超声波提取法，参考徐宏化等[16]的方法。准确称取1 g大麦粉置试管中，加入50%乙醇40 mL，70℃超声时间45 min。离心，取上清液浓缩，定容至10 mL，待测。

精密称取5 mg没食子酸于10 mL容量瓶中，用70%乙醇定容，制成浓度为0.5 mg/mL的没食子酸标准液。分别精密吸取0.02、0.04、0.06、0.08、0.10 mL标准液于10 mL容量瓶中，加入稀释50倍的福林酚试剂5 mL，振荡混匀，用20%的Na2CO3定容，暗处放置20 min。以70%乙醇为空白对照，同法操作，于765 nm波长处测定吸光值。以吸光值A为纵坐标，浓度C为横坐标绘制标准曲线，标准曲线为y= 69.105 1x- 0.021 0(R2=0.999 5)。在0.001～0.020 mg/mL，没食子酸浓度与吸光值有良好的线性关系。在相同条件下测定12个大麦品种籽粒中总多酚吸光度值，3 次重复测定，并采用上述回归方程计算其总多酚质量分数。

1.3 数据处理

采用Excel2013和DPS7.05软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对中亚大麦品种株高的影响

研究表明，C1、C3、C12在正常灌水时株高最大，在灌二水和一水干旱胁迫下，其株高显著下降。二水干旱胁迫下分别降低了7.84%、14.27%和12.91%，一水干旱胁迫分别降低了14.12%、24.32%和19.26%，C4、C5、C7、C10在灌二水和一水干旱胁迫下，株高显著低于全水时的株高，在一水较二水干旱胁迫下株高有所降低，但差异不显著。C6、C9、C11正常灌水和二水处理下，株高差异不显著；C8随着干旱胁迫增大，株高先显著降低后升高。图1

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)

2.2 干旱胁迫对中亚大麦品种产量的影响

研究表明，C3、C11的穗长先升高后显著降低，C1、C5、C7、C10在正常灌水和二水处理下的穗长相差不大，其他不同中亚大麦品种的穗长均显著降低。C2、C5在一水处理下穗粒数最多，C3、C6、C8、C9、C10、C11、C12在二水处理下穗粒数最多，显著高于另2个处理。随着灌水量的减少，所有参试品种的千粒重和产量均不断降低，其中C2、C5、C7的千粒重正常灌水与二水处理下相差不大，C8、C10、C12的千粒重二水与一水差异不显著；除C8、C12的产量在正常灌水和二水处理下减少不显著外，其他品种均随着灌水量的减少显著降低。表2

2.3 干旱胁迫对大麦籽粒品质的影响

研究表明，不同干旱胁迫处理下大麦籽粒总黄酮和总酚酸含量差异极显著。灌水量、品种、灌水量与品种互作对总黄酮含量的均方值分别为127.40、32.67和9.35，对总多酚含量的均方值分别为0.36、0.15和0.02。灌水量对总黄酮和总多酚含量的影响要大于品种间差异，总黄酮和总多酚含量的差异主要是由品种和灌水量互作引起的。表3

表2 不同干旱处理下各大麦品种产量变化Table 2 Effects of different drought treatments on the yield of Barley Varieties

表3 干旱胁迫下12个品种籽粒总黄酮和总多酚含量的方差Table 3 Variance analysis of total flavonoids andpolyphenols contents in grains of 12 varieties under drought stress

2.3.1 干旱胁迫对大麦籽粒总黄酮含量的影响

研究表明，随着干旱胁迫的增加，不同大麦品种籽粒总黄酮变化不同。正常灌水条件下，C9总黄酮含量最高，为6.92 mg/g，C6总黄酮含量最低，仅有1.32 mg/g,干旱胁迫下中亚大麦籽粒总黄酮含量均表现为显著升高(P<0.05)。干旱胁迫下C1、C2、C4、C5、C9总黄酮含量显著升高(P<0.05)，一水比正常灌水处理分别增加了28.18%、115.73%、121.65%和8.52%，其中C1和C5正常灌水和二水差异不大，C9二水和一水差异不大。干旱胁迫下C3、C6、C7、C10、C11，C12总黄酮含量先显著升高后降低，其中二水处理分别是正常灌水条件下的1.96、3.49、1.40、3.92、1.21和2.03倍，C12的总黄酮含量一水显著低于正常灌水处理，降低了20.63%。图2

2.3.2 干旱胁迫对大麦籽粒总多酚含量的影响

研究表明，不同大麦籽粒内总多酚含量随干旱胁迫加剧，呈现不同幅度的增减。正常灌水条件下，C7总多酚含量最高，为2.00 mg/g；C6总多酚含量最低，为0.08 mg/g。干旱胁迫下，除C7总多酚含量先升高7.49%后显著减低13.82%，C12总多酚含量先升高14.59%后减低2.34%，其他10个中亚大麦籽粒总多酚含量均表现为显著升高(P<0.05)，一水比正常灌水处理后的总多酚含量分别增加55.19%、122.91%、42.67%、46.21%、50.63%、62.74%、59.16%、27.37%、89.49%和19.98%，其中C1、C11正常灌水和二水差异不大，C3、C4、C6、C9、C10二水和一水差异不大，C2和C10正常灌水和一水差异最大。图3

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)

注：不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)

2.3.3 不同干旱处理下各指标相关性

研究表明，各性状均至少与一个其他性状呈显著或极显著相关，说明各性状间存在一定程度的相关性。其中总黄酮含量与产量呈显著正相关，相关系数为0.34；与总多酚含量、株高、穗长、穗粒数呈不显著正相关，与千粒重呈不显著负相关；总多酚含量与穗长和产量呈极显著负相关，相关系数分别为0.44和0.48，与穗粒数呈不显著正相关，与株高和千粒重呈不显著负相关。表4

表4 供试中亚大麦材料各指标的相关性Table 4 Correlation of each index of all indexes in tested barley from Central Asian

3 讨 论

3.1 干旱胁迫对中亚大麦农艺性状的影响

目前对于引进大麦的研究多集中在对种质资源的鉴定筛选、遗传多样性研究等方面，相关研究表明，引进的不同地区的大麦资源均有不同的特异性和优良性状的挖掘潜力[12,14,17-18]，对中亚大麦抗旱性研究还少见报道。

冉生斌等[19]研究表明，干旱胁迫后，不同基因型啤酒大麦的株高、穗长、穗粒数、千粒重、生物产量等指标均比灌水处理显著降低，降低幅度品种间差异明显。研究发现，随着干旱胁迫的增加，不同中亚大麦品种的株高、穗长、穗粒数、千粒重和产量变化不同，不同基因型大麦对干旱胁迫的响应不同。

3.2 干旱胁迫对中亚大麦总黄酮含量的影响

范敏等[20]研究表明，干旱胁迫促进了马铃薯黄酮合成基因的表达，使黄酮含量升高，说明黄酮参与了马铃薯的抗旱反应；叶梅荣等[2]表明黄酮是植物抗干旱胁迫的主要物质。谭茂玲等[21]表明干旱胁迫会增加苦荞麦各器官的总黄酮质量分数。Iris[22]和岳凯[23]等研究表明一定逆境条件下可以提高藜麦种子内黄酮含量。

研究表明，干旱胁迫可不同程度的增加中亚大麦籽粒总黄酮含量，对C3、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12而言，适度干旱可使其总黄酮含量显著增加。对C1、C2、C4、C5，重度干旱处理下，其总黄酮含量显著增加。

3.3 干旱胁迫对中亚大麦总多酚含量的影响

植物多酚是植物体内重要的次生代谢物和唯一的分子防御物质,其生态作用在某些方面可以抵御和防止极端干旱对植物的不利影响[24]。大麦的多酚类物质含量比小麦和稻等其他常见粮食作物更高，总多酚含量一般为1 200～1 500 mg/100g干重[25]。岳凯[23]发现，随干旱胁迫加剧，不同藜麦种子内多酚含量增加，但在重度胁迫下多酚含量减少。刘敏洁等[26]发现老芒麦幼苗叶片总酚含量在干旱胁迫下不断增加，并且在胁迫后期中度干旱下的增幅更大。研究从次生代谢角度，进行了干旱胁迫对中亚大麦籽粒总多酚含量的影响研究，随着干旱胁迫的加强，大多数中亚大麦品种的多酚含量均不同程度的有所增加，可能与各试验材料的抗旱性不同有关。

4 结 论

干旱胁迫对测定的指标均有显著影响，随着干旱胁迫增加，所有参试材料的株高、穗长、穗粒数、千粒重和产量均呈逐渐下降的趋势；各参试品种总黄酮含量与产量呈显著正相关，相关系数为0.34，与总多酚含量、株高、穗长、穗粒数呈不显著正相关，与千粒重呈不显著负相关；总多酚含量与穗长和产量呈极显著负相关，与穗粒数呈不显著正相关，与株高和千粒重呈不显著负相关。干旱胁迫可不同程度的增加中亚大麦籽粒总黄酮和总多酚含量，干旱胁迫下C3、C6、C7、C10、C11，C12总黄酮含量先显著升高后降低，其中适度干旱分别是正常灌水条件下的1.96、3.49、1.40、3.92、1.21和2.03倍，C1、C2、C4、C5、C9总黄酮含量一水比正常灌水处理显著升高，增幅为8.52%～121.65%；随着干旱胁迫的增加，C7总多酚含量先升高后显著减低，C12总多酚含量先升高后减低，其他10个中亚大麦籽粒总多酚含量均表现为显著升高，一水比正常灌水处理后的总多酚含量增幅为19.98%～122.91%。