田夢(mèng)平 謝小龍 杜權(quán) 馬夢(mèng)雨 吳廷娟 馮衛(wèi)生

摘要：探究懷地黃不同種質(zhì)資源的抗旱性，為栽培區(qū)域提供抗旱品種和培育高抗旱性地黃新品種提供依據(jù)。以16份懷地黃主要種質(zhì)資源為材料，采用盆栽控水法進(jìn)行干旱脅迫，試驗(yàn)包括正常供水（CK）和6 d不澆水2個(gè)處理。測(cè)定參試懷地黃種質(zhì)資源的5個(gè)抗旱生理指標(biāo)，采用主成分分析、隸屬函數(shù)法、相關(guān)分析以及聚類分析對(duì)其抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，在干旱脅迫下，16份懷地黃種質(zhì)資源葉片的SOD活性、POD活性、可溶性蛋白含量、Pro含量、相對(duì)電導(dǎo)率與對(duì)照組相比均有不同程度的提高，5個(gè)生理指標(biāo)的增幅范圍分別為4.82%～119.78%、13.58%～102.94%、1.12%～75.81%、2.90%～78.88%、3.45%～123.68%。16份懷地黃種質(zhì)資源中，抗旱性由強(qiáng)到弱依次為北京1號(hào)>獅子頭>金線釣魚>懷豐>9302>噸王>83撫育>沁懷1號(hào)>郭里茂>85-5>新科>紅薯王>金九>北京3號(hào)>金狀元>三塊。相關(guān)分析表明，抗旱指數(shù)與SOD活性相對(duì)變化率呈顯著正相關(guān);與可溶性蛋白含量相對(duì)變化率呈極顯著正相關(guān)。聚類分析表明，16份懷地黃種質(zhì)資源被劃分4個(gè)類群，其中類群Ⅰ中的北京1號(hào)和獅子頭2份種質(zhì)資源為強(qiáng)抗旱資源;類群Ⅱ中的金線釣魚為較抗旱資源;類群Ⅲ中的三塊為弱抗旱資源;類群Ⅳ為中等抗旱資源，數(shù)量最多，占總數(shù)75.00%。綜上，供試的16份懷地黃種質(zhì)資源在抗旱性上有顯著差異，可為地黃抗旱品種的培育提供親本材料。

關(guān)鍵詞：懷地黃;種質(zhì)資源;抗旱性;生理指標(biāo);隸屬函數(shù);主成分分析;相關(guān)分析

中圖分類號(hào)：S567.23+9.01 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2021）21-0153-06

收稿日期：2021-05-10

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：2017YFC1702800）;中央引導(dǎo)地方科技發(fā)展專項(xiàng)（編號(hào)：171100310500）。

作者簡(jiǎn)介：田夢(mèng)平（1995—），女，河南商城人，碩士研究生，研究方向?yàn)橹兴庂Y源。E-mail：tmpmengping@163.com。

通信作者：謝小龍，博士，副教授，主要從事中藥資源與栽培研究。E-mail：xiaolongxie@126.com。

地黃源于玄參科植物地黃（Rehmannia glutinosa Libosch.）的新鮮或干燥塊根，以栽培品入藥，以舊稱“懷慶府”的河南省焦作地區(qū)（溫縣、沁陽(yáng)、武陟、博愛(ài)、孟縣、修武等地）為道地產(chǎn)區(qū)，其所產(chǎn)地黃習(xí)稱為“懷地黃”[1-3]。在地黃栽培過(guò)程中，水分調(diào)控至關(guān)重要，懷地黃產(chǎn)區(qū)農(nóng)民總結(jié)出素有“三澆三不澆”的經(jīng)驗(yàn)，以合理地對(duì)地黃生產(chǎn)田的水分進(jìn)行調(diào)控[4]。地黃根系少，吸水能力差，過(guò)分的干燥、潮濕的氣候和不良的排水環(huán)境，都不利于地黃的生長(zhǎng)發(fā)育，容易引起病害，關(guān)鍵時(shí)期水分供應(yīng)不足，會(huì)嚴(yán)重影響地黃的產(chǎn)量和品質(zhì)[5]。因此，明確地黃在干旱脅迫下的生理變化情況，篩選抗旱性強(qiáng)的地黃種質(zhì)資源，對(duì)提高地黃產(chǎn)量和質(zhì)量有重要意義。

旱害是指土壤水分缺乏或大氣濕度相對(duì)過(guò)低對(duì)植物的傷害，干旱會(huì)導(dǎo)致葉片和嫩莖萎蔫，氣孔開度減小[6]。此外，逆境脅迫還會(huì)導(dǎo)致一系列代謝危害，如活性氧大量積累、膜功能紊亂、抑制蛋白合成、脂類含量降低等[7]。當(dāng)植物遭受脅迫時(shí)，植物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生可溶性糖、脯氨酸（Pro）、甜菜堿等物質(zhì)來(lái)調(diào)節(jié)滲透壓，植物抗氧化酶系統(tǒng)如過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化物可以解除胞內(nèi)活性氧毒害，進(jìn)而維持植物在逆境脅迫條件下的正常生長(zhǎng)需要[8-10]。目前，關(guān)于干旱脅迫下地黃生理變化的研究鮮有報(bào)道。因此，本研究以16份懷地黃主要種質(zhì)資源為材料，對(duì)干旱脅迫下地黃苗期葉片的生理指標(biāo)進(jìn)行分析，采用隸屬函數(shù)法對(duì)各種質(zhì)資源的抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，為篩選高抗旱性地黃品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所用16份懷地黃種質(zhì)資源均來(lái)自溫縣地黃種質(zhì)資源圃，具體名稱見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

干旱脅迫采用盆栽模擬干旱法， 在河南中醫(yī)藥大學(xué)藥用植物園進(jìn)行。塑料盆深8 cm、開口直徑13.5 cm、底部直徑8.5 cm。培養(yǎng)基質(zhì)為溫縣黃河沙壤土和營(yíng)養(yǎng)土，按3 ∶2的體積比充分混合均勻，每個(gè)盆內(nèi)施入10 g復(fù)合肥。2020年7月15日進(jìn)行種植，每盆播種2塊大小一致的種栽，每個(gè)品種25盆，至地黃苗期時(shí)，進(jìn)行干旱脅迫試驗(yàn)。干旱脅迫采用盆栽模擬干旱法，試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)處理，對(duì)照組（CK）正常供水，干旱處理組進(jìn)行不澆水處理，脅迫6 d后，取相同葉位葉片進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定。

1.3 生理指標(biāo)測(cè)定方法

SOD活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT，nitro-blue tetrazolium） 法[11-12];POD活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[11，13];可溶性蛋白含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán) G-250染色法[11，14];Pro含量測(cè)定采用酸性茚三酮顯色法[11，15];相對(duì)電導(dǎo)率測(cè)定采用浸泡法[11，16]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，運(yùn)用SPSS 21.0進(jìn)行主成分分析、隸屬函數(shù)分析、相關(guān)分析以及聚類分析。為避免參試材料間因基礎(chǔ)性狀不同對(duì)結(jié)果造成的影響，采用各指標(biāo)的相對(duì)變化率進(jìn)行評(píng)價(jià)[17]。

相對(duì)變化率=（測(cè)定值-對(duì)照測(cè)定值）/對(duì)照測(cè)定值×100%。

相對(duì)變化率主成分分析：將單項(xiàng)綜合指標(biāo)的相對(duì)變化率進(jìn)行主成分分析，將原來(lái)單個(gè)綜合指標(biāo)轉(zhuǎn)化成新的綜合指標(biāo)。

隸屬函數(shù)計(jì)算[18-19]：將每個(gè)品種的各綜合指標(biāo)分別用下列公式求出相應(yīng)的隸屬值，公式為U（Xj）=（Xj-Xmin）/（Xmax-Xmin），j=1，2，…，n。式中：Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo);Xmax表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最大值;Xmin表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值。

權(quán)重的確定[18，20]：根據(jù)綜合指標(biāo)的綜合特征值求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重。Wj=Pj/∑nj=1Pj，j=1，2，…，n。式中：Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的重要程度;Pj為各資源第j個(gè)綜合指標(biāo)的特征值。

綜合評(píng)價(jià)：抗旱指數(shù)：D=∑nj=1[U（Xj）×Wj]，j=1，2，…，n。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下懷地黃種質(zhì)資源葉片生理變化情況

2.1.1 葉片 SOD活性變化

由圖1可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質(zhì)資源的SOD活性與對(duì)照組相比，均有不同程度的增加，且均達(dá)到顯著性水平（P<0.05））。其中，北京1號(hào)的增幅最大，高達(dá)119.78%;金九、金狀元、83撫育、9302、紅薯王的增幅較高，范圍為31.29%～49.23%;其余9份種質(zhì)資源的增幅均比較小，低于30%;三塊的增幅最小，僅為4.82%。

2.1.2 葉片POD活性變化

由圖2可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質(zhì)資源的POD活性與對(duì)照組相比，均有不同程度的增加，除9302外，均達(dá)到顯著水平（P<0.05）。其中，噸王的增幅最大，達(dá)102.94%;其次是獅子頭和北京3號(hào)，增幅分別為96.14%和62.66%;其余13份種質(zhì)資源增幅較小，增幅為13.58%～37.94%;其中增幅最小的種質(zhì)資源是9302。

2.1.3 葉片可溶性蛋白含量變化

由圖3可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質(zhì)資源的可溶性蛋白含量與對(duì)照組相比，均有不同程度的增加，且均達(dá)到顯著性水平（P<0.05）。其中，金線釣魚的增幅最大，達(dá)75.83%;其次為獅子頭和9302，增幅分別為53.37%和48.22%;北京1號(hào)、懷豐、沁懷1號(hào)的增幅均在37%左右;其余10份種質(zhì)資源增幅較小，在30%以內(nèi);增幅最小的種質(zhì)資源是金九，僅為1.12%。

2.1.4 葉片Pro含量變化

由圖4可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質(zhì)資源Pro含量與對(duì)照組相比，均有不同程度的增加，除懷豐和三塊2份種質(zhì)資源外，均達(dá)到顯著性水平（P<0.05）。其中，85-5的增幅最大，達(dá)78.88%;北京1號(hào)、新科、紅薯王的增幅較大，范圍為44.48%～49.62%;噸王、83撫育、獅子頭、郭里茂增幅范圍為27.84%～35.52%;其余8份種質(zhì)資源增幅均小于20%，增幅最小的種質(zhì)資源是金線釣魚，為2.90%。

2.1.5 葉片相對(duì)電導(dǎo)率變化

由圖5可知，在干旱脅迫下，懷地黃各種質(zhì)資源的相對(duì)電導(dǎo)率與對(duì)照組相比，均有不同程度的增加，除北京1號(hào)、懷豐、金線釣魚3份種質(zhì)資源外，均達(dá)到顯著性水平（P<0.05）。其中，北京3號(hào)增幅最大，達(dá)123.68%;其次是金狀元，增幅為109.97%;噸王、85-5、三塊、新科的增幅較大，范圍為61.13%～81.02%;83撫育、9302、獅子頭、紅薯王的增幅范圍為27.03%～44.78%;其余5份種質(zhì)資源增幅較小，范圍為3.45%～16.76%;增幅最小的種質(zhì)資源是沁懷1號(hào)。

2.2 懷地黃不同種質(zhì)資源抗旱性綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 生理指標(biāo)相對(duì)變化率主成分分析

供試懷地黃種質(zhì)資源5個(gè)抗旱生理指標(biāo)相對(duì)變化率的主成分分析（表2）表明，前3個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率分別為29.692%、24.005%、22.530%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為76.227%。這表明前3個(gè)綜合指標(biāo)可以概括5個(gè)原有指標(biāo)的絕大部分信息，可以用這3個(gè)綜合指標(biāo)對(duì)地黃品種的抗旱性進(jìn)行概括分析。第1主成分（F1）得分系數(shù)最大的指標(biāo)是可溶性蛋白含量，第2主成分（F2）得分系數(shù)最大的指標(biāo)是Pro含量，第3主成分（F3）得分系數(shù)最大的指標(biāo)是POD活性。它們對(duì)應(yīng)的特征向量表達(dá)式分別為：F1=0.153×SOD活性+0.148×POD活性+0.661×可溶性蛋白含量-0.173×Pro含量-0.452×相對(duì)電導(dǎo)率，F(xiàn)2=0.597×SOD活性+0.043×POD活性-0.087×可溶性蛋白含量+0.683×Pro含量-0.070×相對(duì)電導(dǎo)率，F(xiàn)3=-0.002×SOD活性+0.900×POD活性+0.268×可溶性蛋白含量+0.047×Pro含量+0.240×相對(duì)電導(dǎo)率。

2.2.2 抗旱綜合指標(biāo)隸屬函數(shù)分析 根據(jù)各主成分（F1、F2、F3）的特征值求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.442、0.309、0.249，根據(jù)綜合評(píng)價(jià)公式求出各懷地黃種質(zhì)資源抗旱指數(shù)D值。16份種質(zhì)資源抗旱能力強(qiáng)弱排序依次為北京1號(hào)>獅子頭>金線釣魚>懷豐>9302>噸王>83撫育>沁懷1號(hào)>郭里茂>85-5>新科>紅薯王>金九>北京3號(hào)>金狀元>三塊，即北京1號(hào)抗旱性最強(qiáng)，三塊抗旱性最弱（表3）。

2.2.3 抗旱指數(shù)與各生理指標(biāo)相對(duì)變化率相關(guān)性分析

抗旱指數(shù)與各生理指標(biāo)相對(duì)變化率相關(guān)性分析（表4）表明，抗旱指數(shù)與SOD活性相對(duì)變化率呈顯著正相關(guān)，與可溶性蛋白含量相對(duì)變化率呈極顯著正相關(guān)，這表明在苗期，地黃主要通過(guò)提高SOD活性和可溶性蛋白含量來(lái)抵抗干旱脅迫。此外，抗旱指數(shù)除與相對(duì)電導(dǎo)率相對(duì)變化率的相關(guān)系數(shù)為負(fù)值外，其余均為正值，這與植物遭受干旱脅迫時(shí)，植物生理指標(biāo)的變化趨勢(shì)相符。

2.2.4 抗旱性聚類分析

基于抗旱指數(shù)對(duì)供試地黃種質(zhì)資源作聚類分析，結(jié)果（圖6）表明，16份懷地黃種質(zhì)資源被劃分為4個(gè)類群。類群Ⅰ抗旱指數(shù)均值為0.686，是強(qiáng)抗旱資源，包括北京1號(hào)和獅子頭2份種質(zhì)資源，占總數(shù)12.5%;類群Ⅱ抗旱指數(shù)均值為0.518，是較強(qiáng)抗旱資源，包括金線釣魚1份種質(zhì)資源，占總數(shù)6.25%;類群Ⅲ抗旱指數(shù)為0.045，是弱抗旱種質(zhì)資源，包括三塊1份種質(zhì)資源，占總數(shù)6.25%;類群Ⅳ包含種質(zhì)資源最多，占總數(shù)75.00%，抗旱指數(shù)均值為0.293，是中等抗旱資源，包括噸王、9302、懷豐、金九、紅薯王、北京3號(hào)、金狀元、新科、83撫育、沁懷1號(hào)、郭里茂、85-5等12份種質(zhì)資源。

綜上所述，16份種質(zhì)資源的抗旱性分為強(qiáng)抗旱、較強(qiáng)抗旱、中等抗旱、弱抗旱4個(gè)等級(jí)，其中類群Ⅰ的北京1號(hào)和獅子頭2份強(qiáng)抗旱種質(zhì)資源和類群Ⅱ的金線釣魚1份較抗旱種質(zhì)資源可為抗旱地黃品種的培育提供優(yōu)質(zhì)素材。

3 討論與結(jié)論

在植物生長(zhǎng)史中，幼苗是最關(guān)鍵的階段之一。在植物不同生育期中，幼苗期一般對(duì)外界環(huán)境忍耐力最小，抗性最弱[21-23]。因此，本研究選擇在幼苗期對(duì)懷地黃種質(zhì)資源的抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

SOD和POD是植物體內(nèi)重要的抗氧化酶系統(tǒng)，干旱脅迫下，SOD和POD活性會(huì)增強(qiáng)，能有效清除細(xì)胞內(nèi)活性氧自由基，提高植物抗氧化能力[24-25]。本研究表明，干旱脅迫下，16份懷地黃種質(zhì)資源的SOD和POD活性均有不同程度的增加，其中SOD活性增幅最大的種質(zhì)資源是北京1號(hào)，增幅最小的是三塊，POD活性增幅最大的種質(zhì)資源是噸王，增幅最小的是9302。脯氨酸是一種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，植物受到脅迫時(shí)，脯氨酸會(huì)大量積累，來(lái)減緩脅迫造成的植物細(xì)胞生理代謝不平衡，進(jìn)而降低干旱帶來(lái)的傷害[26-28]。本研究表明，干旱脅迫下，16份懷地黃種質(zhì)資源的脯氨酸含量均有不同程度的增加，其中85-5的增幅最大，金線釣魚的增幅最小。干旱時(shí)，植物體內(nèi)蛋白減少，這可能與蛋白質(zhì)合成酶活性降低有關(guān)[29]，此外，干旱脅迫還可以誘導(dǎo)一些蛋白質(zhì)產(chǎn)生和積累，這類蛋白可以保護(hù)生物大分子，維持特定細(xì)胞結(jié)構(gòu)，改變細(xì)胞膜水分通透性，有利于滲透調(diào)節(jié)[18]。本研究表明，干旱脅迫下，16份懷地黃種質(zhì)資源的可溶性蛋白含量均有不同程度的增加，這表明，在一定程度上，地黃可以通過(guò)增加逆境蛋白含量來(lái)提高其抗旱性。當(dāng)植物細(xì)胞膜選擇透性遭受逆境破壞時(shí)，細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)外滲，外滲越多，相對(duì)電導(dǎo)率越高。本研究表明，干旱脅迫下，16份懷地黃種質(zhì)資源的相對(duì)電導(dǎo)率有不同程度的增加，增幅最大的是北京3號(hào)，增幅最小的是沁懷1號(hào)，在一定程度上，相對(duì)電導(dǎo)率增幅越大，抗性越弱。

植物的抗旱性是由多個(gè)生理指標(biāo)作用的結(jié)果，很難由某一個(gè)單獨(dú)指標(biāo)來(lái)界定[30-31]。因此，可以利用隸屬函數(shù)法對(duì)多個(gè)生理指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可靠性高。本試驗(yàn)使用隸屬函數(shù)法對(duì)16份懷地黃種質(zhì)資源的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，抗旱性由強(qiáng)到弱依次為北京1號(hào)>獅子頭>金線釣魚>懷豐>9302>噸王>83撫育>沁懷1號(hào)>郭里茂>85-5>新科>紅薯王>金九>北京3號(hào)>金狀元>三塊。

抗旱指數(shù)與各生理指標(biāo)相對(duì)變化率相關(guān)分析表明，抗旱指數(shù)與SOD活性呈顯著正相關(guān)，與可溶性蛋白含量呈極顯著正相關(guān)，這表明SOD活性和可溶性蛋白含量可能是評(píng)價(jià)地黃抗旱性的關(guān)鍵指標(biāo)。

聚類分析表明，16份懷地黃種質(zhì)資源共分為4個(gè)類群，其中，類群Ⅰ的北京1號(hào)和獅子頭為強(qiáng)抗旱種質(zhì)資源，類群Ⅱ的金線釣魚為較抗旱種質(zhì)資源?？购档燃?jí)排序和抗旱指數(shù)D值大小排序結(jié)果一致。

植物在不同生育期受到干旱脅迫后，其抗旱性是否表現(xiàn)的一致，會(huì)因植物種類的不同而變化。苗昊翠等研究了2個(gè)花生品種不同生育期的抗旱性，結(jié)果表明花育25號(hào)在4個(gè)不同生育期的抗旱性均高于花育33號(hào)[32];李顯航等研究了7個(gè)煙草品種不同生育期的抗旱性，研究表明不同品種在不同生育期抗旱性不同[33];張龍龍等研究發(fā)現(xiàn)，6個(gè)小麥品種在不同生育時(shí)期抗旱性不同[34]。本研究主要是對(duì)懷地黃種質(zhì)資源苗期抗旱性進(jìn)行比較。 因此，懷地黃種質(zhì)資源不同生育時(shí)期的抗旱性是否一致，不同生育期受到干旱脅迫后對(duì)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響程度如何，均需進(jìn)一步研究。

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