王沛琦，胡尊紅，楊謹，李學芬，胡學禮*，劉旭云*

1.云南省農(nóng)業(yè)科學院 經(jīng)濟作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南鴻翔中藥科技有限公司，云南 昆明 650033

紅花CarthamustinctoriusL.為菊科紅花屬1年生草本植物[1]，別名刺紅花、菊紅花、草紅花，花瓣及紅花籽油皆可入藥。其栽培歷史悠久，全球均有分布，在我國主要分布于新疆、云南、河南、山東、四川等地[2]。

紅花在我國主要種植于干旱及半干旱山區(qū)。降雨量稀少和季節(jié)性干旱是限制紅花產(chǎn)量及品質(zhì)的最重要因素。近幾年，國內(nèi)紅花研究主要集中在資源多樣性分析[3-5]、組織培養(yǎng)[6-7]、色素提取[8-9]、遺傳多樣性分析[10-11]、藥用物質(zhì)提取及測試分析[12]、臨床醫(yī)學作用[13-14]等方面，對其抗旱性的研究報道較少。本研究以羥基紅花黃色素A質(zhì)量分數(shù)>2.0%、山柰素質(zhì)量分數(shù)>0.085%的10個藥用型紅花為材料，采用盆栽控水法研究不同干旱處理下紅花的生理生化指標變化，為培育高產(chǎn)耐旱的藥用型紅花品種和紅花的抗旱栽培提供依據(jù)。

1 材料

供試材料10份，由云南省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所特色作物研究中心提供，供試材料信息見表1。

表1 紅花供試材料信息

Li-6400型便攜式光合測定儀(北京力高泰科技有限公司)。過氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、丙二醛(MDA)測定試劑盒均購于南京建成生物工程研究所；水為純凈水。

2 方法

試驗于2017年9月在云南省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所大棚內(nèi)進行。供試材料種植在高23 cm、直徑35 cm的圓形塑料盆內(nèi)，每盆裝混合基質(zhì)[營養(yǎng)土-酸性紅土(1∶1)]8 kg。當苗期植株長至4片真葉時進行干旱處理，每天8：00和18：00采用稱質(zhì)量法補水控水并記錄，維持土層的平均土壤相對含水量75%(對照)、60%(輕度干旱)、45%(中度干旱)、30%(重度干旱)4個梯度。采用完全隨機區(qū)組設計，4個處理，每個處理重復3次。處理后每重復選取3株，在第十天選擇從下往上的第二葉位葉片，測定光合參數(shù)及各相關(guān)生理生化指標。

在紅花幼苗期，對不同處理植株的凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)、胞間二氧化碳濃度(Ci)、SOD活性、POD活性、MDA 含量指標進行測量。SOD、POD活性及MDA含量按照試劑盒提供的操作步驟進行測定。光合指標使用便攜式光合測定儀測定，測定時間為9：00—11：00，設定光強為1200 μmol·m-2·s-1，溫度為25 ℃，大氣二氧化碳濃度為400 μmol·mol-1，取紅花植株的倒數(shù)第二葉位葉進行測定，每株均3次讀數(shù)，求其平均值。

實驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010進行整理、SPSS 22.0軟件進行方差分析、主成分分析等相關(guān)統(tǒng)計分析。

參照侯建華等[15]模糊數(shù)學隸屬函數(shù)法，計算各種質(zhì)相關(guān)指標的隸屬函數(shù)值。

指標與抗旱性呈正相關(guān)：U(Xj)=(Xj-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(1)

指標與抗旱性呈負相關(guān)：U(Xj)=1-(Xj-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(2)

式中，X代表種質(zhì)，j代表用于隸屬函數(shù)分析的第j項指標；Xj代表某紅花種質(zhì)第j項指標的相對值，Xjmin為全部紅花種質(zhì)第j項指標的最小值，Xjmax為全部紅花種質(zhì)第j項指標的最大值。最后，求出各紅花種質(zhì)隸屬函數(shù)值的平均值。

3 結(jié)果

3.1 干旱脅迫對紅花植株形態(tài)的影響

在輕度干旱脅迫下，紅花地上部分植株形態(tài)變化不明顯，部分紅花品種(系)根系較對照增長0.8～1.7 cm；在中度干旱脅迫下，紅花地上部分植株形態(tài)變化同樣不明顯，其根系長度與對照差異不大；在重度干旱脅迫下，剛開始紅花地上部分植株形態(tài)變化不明顯，在干旱處理6 d后部分紅花品種(系)的葉子基部出現(xiàn)少量發(fā)黃及萎蔫，根系長度較對照稍短(圖1)。

注：A.對照；B.輕度干旱；C.中度干旱；D.重度干旱(第二天)；E.重度干旱(第六天)。圖1 干旱脅迫試驗照片

3.2 干旱脅迫對紅花光合指標的影響

10個紅花品種(系)無論在正常條件還是在干旱脅迫下，其Pn差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。隨著干旱脅迫程度的加劇，10個紅花品種(系)的Pn與對照相比都有較大幅度的下降。其中，BXY1728、BXY2110、BXY2057、BXY750、BXY1466下降較快，特別是在中度及重度干旱脅迫時；BXY1465、BXY512、BXY1466下降較平緩(圖2)。

注：不同小寫字母表示P<0.05；下同。圖2 干旱脅迫對不同紅花品種(系)幼苗Pn的影響

干旱脅迫下，10個紅花品種(系)的Tr，不同程度上低于對照，意味著干旱對不同紅花品種(系)的Tr抑制程度不同。隨著干旱脅迫程度的加劇，10種紅花品種(系)葉片的Tr都有較大幅度的下降，但不同處理間下降的趨勢不同，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。與對照相比輕度干旱與中度干旱時Tr下降幅度較大，重度干旱脅迫時5個材料下降緩慢，其余5個材料較中度干旱脅迫時略有上升(圖3)。

圖3 干旱脅迫對不同紅花品種(系)幼苗Tr的影響

干旱脅迫下，10 個紅花品種(系)的Gs均低于對照，且各品種(系)間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。隨干旱脅迫程度的加重，10種紅花品種(系)葉片的Gs都有較大幅度的下降，在重度干旱下BXY1465、BXY512、BXY426的下降幅度較小，BXY750、BXY1728、BXY2110與對照相比下降幅度最大，分別為93.24%、93.19%、91.44%，說明干旱條件下，不同品種(系)的紅花植株葉片調(diào)節(jié)氣孔開度程度不同(圖4)。

圖4 干旱脅迫對不同紅花品種(系)幼苗Gs的影響

隨著干旱脅迫程度的加重，10種紅花品種(系)葉片的胞間Ci在輕度干旱脅迫時與對照相比呈下降趨勢，BXY426的降幅最低，BXY512次之，BXY2110與BXY750的降幅最大，說明在輕度干旱時，BXY426的葉肉細胞中含有充足的二氧化碳，能夠維持較高的光合速率。當在中度及重度干旱脅迫時與輕度干旱相比呈緩慢升高趨勢，且與對照相比變化不大(圖5)。

圖5 干旱脅迫對不同紅花品種(系)幼苗Ci的影響

3.3 干旱脅迫對紅花生理指標的影響

MDA含量是植物膜脂質(zhì)過氧化程度的一個指標，其高低可以直接反映植物遭受逆境傷害程度的大小。干旱脅迫對10個紅花品種(系)MDA含量的影響見圖6。由圖6可知，隨著干旱脅迫程度的加重，10個紅花品種(系)與對照相比MDA含量逐漸增大，其中BXY1805、BXY1728、BXY750、BXY2110、BXY1859增幅較大，BXY1465增幅最小。

圖6 干旱脅迫對不同紅花品種(系)MDA含量的影響

植物在逆境條件下保持較高的抗氧化酶活性，能有效地清除活性氧或降低活性氧產(chǎn)生，從而緩解活性氧積累對植物造成傷害，提高抗逆性。SOD和POD的活性大小可以反映植物本身對O2-和 H2O2等活性氧的清除能力。干旱脅迫對紅花材料幼苗期葉片抗氧化酶活性的影響見圖7～8。從圖中可以看出，10個紅花材料的SOD、POD 活性在不同干旱脅迫下差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。隨著干旱脅迫程度的加重，10種紅花品種(系)葉片的SOD值總體呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢。其中，BXY1805及BXY2110在輕度干旱脅迫時SOD值達到最大，在中度干旱時開始下降，其余品系均在重度干旱時SOD值才呈下降趨勢。POD總體呈現(xiàn)出先升高后下降的趨勢，在輕度干旱時增幅不大。

圖7 干旱脅迫對不同紅花品種(系)SOD活性的影響

圖8 干旱脅迫對不同紅花品種(系)POD活性的影響

3.4 紅花品種(系)耐旱性綜合評價

在中度干旱脅迫時，紅花品種(系)的各項指標變化較為明顯，能較好地反映其耐干旱的能力。7個測量指標的主成分分析結(jié)果見表2。原先的7個指標轉(zhuǎn)換成了2個主成分，這2個主成分的累積貢獻率為87.530%，包含了測量指標的絕大部分信息，2個主成分CI1、CI2的貢獻率分別為70.570%、16.960%。在第一主成分CI1中，載荷較高且符號為正的是Gs與Tr，在第二主成分CI2中，載荷較高且符號為正的是POD。綜合分析后得出Gs、Tr及POD對紅花品種(系)的耐旱性評價提供了重要的參考作用，可以作為紅花品種(系)抗旱評價的綜合指標。

表2 紅花7個測量指標的主成分分析

抗旱性隸屬函數(shù)法通過計算各性狀的隸屬函數(shù)值，可以綜合多個指標對植物的抗旱性進行評價。本研究對干旱脅迫下測定的7個指標的隸屬函數(shù)值進行計算，并求出均值，對不同紅花品種(系)的抗旱性進行綜合評價。結(jié)果如表3所示，紅花品種(系)的抗旱強弱順序為BXY512、BXY426、BXY1465、BXY1466、BXY1805、BXY1859、BXY750、BXY2057、BXY1728、BXY2110。

表3 紅花供試材料的隸屬函數(shù)值

4 討論

4.1 干旱脅迫對紅花植株形態(tài)的影響

干旱是對農(nóng)作物影響最大的災害之一。近些年，隨著全球變暖，旱災在全球范圍內(nèi)頻發(fā)[16]。農(nóng)作物對干旱脅迫的形態(tài)適應表現(xiàn)為以下幾方面：首先，植株的幼葉從老葉奪取水分導致老葉逐漸卷曲死亡，使光合面積減少；其次，干旱會影響植株生物量的分配，隨著水分的減少，地上部分生物量逐漸減少，地下部分生物量逐漸增大，以此適應干旱脅迫[17]。本研究中紅花資源在干旱脅迫下的表現(xiàn)為幼苗矮小，葉子發(fā)黃及萎蔫，隨著干旱程度的增加根系長度較對照由長變短，在重度干旱脅迫下根部變軟。

4.2 干旱脅迫對紅花幼苗光合指標的影響

光合作用是植物生長的基礎，是反映植物耐旱強弱的生理特征之一[18]。許多研究表明，Pn降低有氣孔限制和非氣孔限制兩方面的原因[19]。本研究中在干旱脅迫下，紅花Pn、Gs、Tr隨著干旱程度增加而下降，Ci隨著干旱程度增加先下降后上升。在輕度干旱脅迫下紅花Pn下降的同時Gs、Tr、Ci明顯降低，表明輕度干旱脅迫下氣孔限制是紅花光合作用降低的主要因素；在中度及重度干旱下，Pn、Gs、Tr下降，但Gi呈上升趨勢，與對照相比變化不大，表明在中度和重度干旱脅迫下Pn的降低是非氣孔限制起著主要作用，這與韓瑞宏等[20]對紫花苜蓿在干旱脅迫下的光合生理響應的研究結(jié)果一致。非氣孔限制的具體限制原因還需通過對葉片葉綠體的超微結(jié)構(gòu)進行觀察后確定。

4.3 干旱脅迫對紅花幼苗生理指標的影響

植株在干旱脅迫下，會導致細胞膜發(fā)生過氧化作用，破壞細胞膜，MAD的含量變化可以直觀的反映膜脂過氧化損傷的程度，MAD的含量越高，則膜脂過氧化越嚴重[21]。本研究中，隨著干旱脅迫的加劇，MAD含量較對照逐漸增加，在重度干旱脅迫時達到最大值，說明干旱脅迫的程度越嚴重，紅花幼苗葉片膜脂過氧化程度越高，酶保護系統(tǒng)受到破壞越嚴重。

相關(guān)研究表明，SOD及POD的活性與植物的抗逆性有關(guān)，植物干旱脅迫在耐受范圍時，酶活性升高以此清除活性氧適應干旱脅迫，當干旱脅迫超出耐受范圍時，保護酶活性下降，植物受到傷害。本研究結(jié)果表明，在干旱脅迫下紅花幼苗葉片的SOD、POD活性都發(fā)生了明顯變化，但變化趨勢存在一定差異。在輕度和中度干旱脅迫下SOD活性總體表現(xiàn)出升高的趨勢，而POD活性在輕度干旱脅迫下表現(xiàn)出升高趨勢，在中度干旱脅迫下總體表現(xiàn)為下降趨勢；在重度干旱脅迫下，SOD、POD的活性均降低，不同品系間下降幅度不同，但SOD的活性均高于對照，POD的活性均低于對照，且不同處理間差異有統(tǒng)計學意義，這與干旱脅迫對菊芋的研究結(jié)果相類似[22]。

4.4 紅花品種(系)抗旱性綜合評價

干旱脅迫下，植物的很多方面會受到影響，靠單一指標評價抗旱性較片面，所以采用多個指標綜合評價才能正確反映植物的抗旱能力。本研究利用模糊隸屬函數(shù)法結(jié)合主成分分析對10個紅花品種的抗旱性進行綜合評價，篩選出了2個主成分，其中Gs、Tr及POD在紅花的抗旱性評價中起到主要作用。

本研究選用了7 個指標對藥用型紅花的抗旱性進行了鑒定，篩選出綜合抗旱性較強的BXY512、BXY426、BXY1465、BXY1466、BXY1805紅花品種(系)，適宜在較干旱地區(qū)種植。初步了解了不同藥用型紅花品系的抗旱能力，為下一步培育具有較強抗旱能力的藥用型紅花新品種提供了一定的理論依據(jù)。但紅花對干旱脅迫的響應是十分復雜的，受許多因素的影響。本研究只是從生理生化方面做了初步研究，在今后藥用型紅花的抗旱性評價中，仍需結(jié)合分子生物學等手段對藥用型紅花的抗旱性及抗旱機制展開進一步深入研究。