干旱脅迫對花生生理特性與產質量的影響

劉海東， 陳慶政， 林秀芳， 祁俊程， 葉萬余， 吳春玲

(賀州市農業科學院， 廣西 賀州 542800)

0 引言

【研究意義】我國花生種植區域大部分處在干旱和半干旱亞熱帶濕潤生態脆弱地帶，氣候特點為夏季盛行東南季風，雨熱同季。近幾年我國南方雨水多集中在5—9月，導致花生苗期和開花下針期常受到干旱脅迫的影響，從而影響花生的產質量。因此，研究緩解逆境(如干旱)對花生脅迫的栽培措施，對促進其品種選育和資源保護具有現實意義?！厩叭搜芯窟M展】前人研究表明，作物在干旱逆境中其生理特性發生變化[1]，葉片抗氧化酶(SOD、POD和CAT等)保護機制啟動，清除因過氧化作用而產生的自由基[2]；游離脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白等含量也發生變化[3]；劉元軍等[4-6]研究發現，干旱影響植株的形態特征包括株高、分枝(分蘗)和根系形態等；厲廣輝等[7-8]認為，干旱會導致葉片嚴重萎蔫，影響作物光合作用及葉面積指數，從而影響作物生長和干物質積累；劉宇等[9-12]研究苗期干旱對花生抗病相關基因PnAG_3的表達及耐旱生理指標的影響提出，干旱不利于作物從營養生長到生殖生長順利過渡阻礙品質形成基因的高效表達，影響營養物質的形成，從而導致品質不佳，經濟價值不高?！狙芯壳腥朦c】目前，雖已有花生種植技術的研究報道，但有關其抗逆(旱)性的研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】探究不同程度干旱脅迫(輕度、中度和重度)處理對花生苗期和開花下針期生理響應、形態變化及產質量的影響，以期為干旱及半干旱地區花生抗旱栽培提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 花生 賀油16，由賀州市農業科學院油料作物研究所選育；桂花1026，購自廣西壯族自治區農業科學院經濟作物研究所。

1.1.2 肥料 三元緩釋復合肥(N∶P2O5∶K2O=15∶15∶15)，購自挪威雅苒肥料公司。

1.1.3 儀器設備 TZS-2X土壤水分測量儀，浙江托普；SPAD-502葉綠素儀，日本美能達；LI6400XT光合作用測定儀，美國LI-COR；CI-203手持式激光葉面積儀，美國CID；Infratec TM 1241 Grain Analyzer近紅外品質分析儀，美國FOSS。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，設4個處理：CK，土壤相對含水量80%；T1，土壤相對含水量30%(重度干旱)；T2，土壤相對含水量50%(中度干旱)；T3，土壤相對含水量70%(輕度干旱)。分別在花生苗期(記為S1)和開花下針期(記為S2)干旱處理5 d和10 d。每處理3次重復，共24箱。

1.3 試驗方法

試驗于2021年在賀州市農業科學院試驗基地溫室大棚進行。采用箱體(160 cm×100 cm×60 cm)栽培，播種前將土樣破碎和翻曬，混勻稱取160 kg土壤平鋪在箱體內，土壤厚度約55 cm，土壤類型為壤土，全氮2.03 g/kg、全磷2.08 g/kg、全鉀6.23 g/kg、交換性鈣6.73 cmol/kg、pH 5.7。3月10日播種，每箱種植花生4行，每行5穴，每穴3粒，行株距30 cm×15 cm。出苗后間苗，每穴保留生長一致的壯苗2株。行間開10 cm深溝施入底肥600 kg/hm2，后期無追肥。4月1日在花生苗期(S1)干旱處理5 d，5月10日在開花下針期(S2)干旱處理10 d，干旱處理期滿立即復水與CK保持同等水平，全程用土壤水分測量儀控制土壤含水量，7月8日收獲。全生育期田間管理參照大田生產。

1.3.1 光合特性測定 在晴天上午9:00—11:00，選擇花生生長及受光方向一致的倒3葉，采用便攜式SPAD葉綠素儀測定葉綠素；用便攜式光合作用測定儀測定花生葉片凈光合速率(Pn)和蒸騰速率(Tr)。

1.3.2 農藝性狀測定 在苗期和開花下針期干旱處理復水前，每箱取植株4株測量主莖高、側枝長、主根長、總分枝數和結果枝數等，用葉面積掃描儀測定植株葉面積。將植株放入鼓風干燥箱內105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重，測定花生植株干物重。

1.3.3 生理特性測定 在苗期和開花下針期干旱處理復水前，每箱取頂部倒3葉4片放入―80℃超低溫冰箱保存。用愈創木酚法測定過氧化物酶(POD)[13]，雙氧水法測定過氧化氫酶(CAT)[14]，茚三酮法測定游離脯氨酸[15]，用近紅外品質分析儀測定其水分、脂肪和和蛋白質等指標。

1.3.4 經濟性狀測定 于收獲期對剩余植株進行摘果稱重，晾曬后對莢果和籽粒進行考種，調查單仁果數、雙仁果數和秕果數等指標。

1.4 數據統計與分析

采用Office 2010和SPSS 26.0對試驗數據進行統計分析與繪圖，用LSD法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同程度干旱脅迫處理各生長時期花生葉片光合特性的變化

由圖1可知，干旱脅迫處理各生長時期花生葉片光合特性指標的變化存在差異，且隨干旱程度增加，SPAD值、凈光合速率和蒸騰速率逐漸降低。

注：不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.1.1 葉綠素含量 各處理S1時期2個品種的SPAD值分別為17.89～60.61和16.98～68.32，S2時期分別為25.63～77.52和40.71～87.45，均為CK>T3>T2>T1。賀油16：S1時期T3和CK顯著高于其他處理；S2時期T1、T2和T3分別較CK顯著降低66.94%、48.54%和20.73%。桂花1026：S1時期各處理間均呈顯著差異；S2時期T1、T2和T3分別較CK顯著降低53.45%、41.42%和20.71%。

2.1.2 凈光合速率 各處理S1時期2個品種的凈光合速率分別為7.12～22.31 mol/(m2·s)和11.25～25.71 mol/(m2·s)，S2時期分別為5.21～27.89 mol/(m2·s)和9.51～29.51 mol/(m2·s)，均為CK>T3>T2>T1。賀油16：S1和S2時期不同處理間均呈顯著差異，S1時期T1、T2和T3分別較CK顯著降低68.09%、40.61%和17.30%；S2時期T1、T2和T3分別較CK顯著降低81.32%、59.38%和22.16%。桂花1026：S1、S2時期T3和CK顯著高于其他處理，S1時期T1、T2和T3分別較CK降低56.24%、38.66%和7.20%；S2時期T1、T2和T3分別較CK降低67.77%、55.54%和3.70%。

2.1.3 蒸騰速率 各處理S1時期2個品種的蒸騰速率分別為0.91～4.02 mmol/(m2·s)和0.88～4.65 mmol/(m2·s)，S2時期分別為0.52～5.46 mmol/(m2·s)和0.66～5.98 mmol/(m2·s)，均為CK>T3>T2>T1。賀油16和桂花1026的S1和S2時期不同處理間均呈顯著差異，S1時期T1、T2、T3較CK分別顯著降低77.36%、55.72%、20.40%和81.08%、58.07%、38.28%；S2時期T1、T2、T3較CK分別顯著降低90.48%、63.55%、12.45%和88.96%、55.69%、16.22%。

2.2 不同程度干旱脅迫處理花生農藝性狀的變化

從表1看出，不同處理S1和S2時期2個品種的農藝性狀指標變化存在差異。

表1 不同程度干旱脅迫處理各生長時期花生的農藝性狀

2.2.1 主莖高 賀油16 S1時期為10.21～15.10 cm，T1、T2和T3分別較CK顯著降低32.38%、26.36%和12.12%；S2時期為15.65～40.52 cm，T1、T2和T3分別較CK顯著降低61.38%、50.29%和26.68%。桂花1026 S1時期為12.22～17.45 cm，T1、T2和T3分別較CK顯著降低29.97%、28.20%和9.63%；S2時期為20.64～42.77 cm，T1、T2和T3分別較CK顯著降低51.74%、47.72%和21.79%。

2.2.2 側枝長 賀油16 S1時期為11.31～17.21 cm，T1、T2和T3分別較CK顯著降低34.28%、31.55%和10.23%；S2時期為18.52～34.79 cm，T1、T2和T3分別較CK顯著降低49.76%、40.73%和18.17%。桂花1026 S1時期為13.11～16.85 cm，T1、T2和T3分別較CK顯著降低22.10%、21.01%和14.96%；S2時期為21.87～40.55 cm，T1、T2和T3分別較CK顯著降低45.23%、46.07%和14.70%。

2.2.3 總分枝數 賀油16 S1時期為2.89～5.01條，T1、T2和T3分別較CK降低39.92%、42.32%和7.78%；S2時期為5.74～9.75條，T1、T2和T3分別較CK顯著降低41.13%、31.80%和20.92%。桂花1026 S1時期為4.01～6.23條，T1、T2和T3分別較CK顯著降低30.66%、35.64%和9.31%；S2時期為6.25～10.18條，T1、T2和T3分別較CK顯著降低38.61%、29.08%和13.06%。

2.2.4 主根長 賀油16 S1時期為5.45～8.74 cm，T1、T2和T3較CK顯著增加60.37%、55.05%和12.29%；S2時期為9.02～15.21 cm，T1、T2和T3較CK顯著增加68.63%、49.11%和12.08%。桂花1026 S1時期為7.31～9.89 cm，T1、T2和T3較CK顯著增加35.29%、33.65%和17.37%；S2時期為11.86～16.22 cm，T1、T2和T3較CK顯著增加36.76%、20.66%和3.29%。

2.2.5 總葉片數 賀油16 S1時期為8.11～15.04片，T1、T2和T3分別較CK顯著降低46.08%、45.41%和21.94%；S2時期為20.87～30.57片，T1、T2和T3分別較CK顯著降低30.55%、31.73%和16.23%。桂花1026 S1時期為8.55～15.11片，T1、T2和T3分別較CK顯著降低43.41%、38.05%和8.21%；S2時期為24.95～36.64片，T1、T2和T3分別較CK顯著降低31.91%、22.19%和11.44%。

2.2.6 葉面積指數 賀油16 S1時期為0.32～0.81，T1、T2和T3分別較CK顯著降低60.49%、53.09%和35.80%；S2時期為3.44～5.78，T1、T2和T3分別較CK顯著降低40.48%、31.14%和16.09%。桂花1026 S1時期為0.53～0.88，T1、T2和T3分別較CK降低39.77%、21.59%和9.09%；S2時期為4.75～6.65，T1、T2和T3分別較CK顯著降低28.57%、24.66%和7.22%。

2.2.7 植株干物重 賀油16 S1時期為12.21～17.75 g，T1、T2和T3分別較CK顯著降低31.21%、26.99%和14.70%；S2時期為21.62～33.21 g，T1、T2和T3分別較CK顯著降低34.90%、29.12%和20.11%。桂花1026 S1時期為13.3～17.76 g，T1、T2和T3分別較CK顯著降低25.11%、21.06%和5.18%；S2時期為28.54～36.43 g，T1、T2和T3分別較CK顯著降低21.66%、21.08%和11.64%。

2.3 不同程度干旱脅迫處理花生葉片抗氧化酶活性的變化

由圖2可知，不同處理S1和S2時期2個品種的過氧化物酶(POD)和過氧化氫酶(CAT)差異明顯。

2.3.1 過氧化物酶活性 賀油16：各處理S1時期過氧化物酶活性為12.28～27.46 U/(min·g·FW)，依次為T2>T3>CK>T1。其中，T2活性達最高，較CK顯著增加33.69%；T1較CK顯著降低40.21%。S2時期為24.65～41.22 U/(min·g·FW)，依次為T2>T3>CK>T1。T2活性達最高，較CK顯著增加10.42%；T1較CK顯著降低33.97%。桂花1026：各處理S1時期為20.43～41.15 U/(min·g·FW)，依次為T2>T3>CK>T1。T2活性達最高，較CK顯著增加17.20%；T1較CK顯著降低41.81%。S2時期為36.62～55.27 U/(min·g·FW)，依次為T2>T3>CK>T1。T2活性達最高，較CK顯著增加9.84%；T1較CK顯著降低27.23%。表明，花生苗期和開花下針期葉片過氧化物酶活性在中度干旱脅迫下活性最強。

圖2 不同程度干旱脅迫處理各生長時期花生葉片的抗氧化酶活性

2.3.2 過氧化氫酶活性 賀油16：各處理S1時期過氧化氫酶活性為12.87～17.11 U/(min·g·FW)，依次為T2>T3>CK>T1。其中，T2活性最高，較CK顯著增加26.93%；T1較CK顯著降低4.53%。S2時期為22.37～37.55 U/(min·g·FW)，依次為T2>T3>CK>T1。T2活性最高，較CK顯著增加23.81%；T1較CK顯著降低26.25%。桂花1026：各處理S1時期為13.32～17.99 U/(min·g·FW)，依次為T2>CK>T3>T1。T2活性最高，較CK顯著增加16.44%；T1較CK顯著降低13.79%。S2時期為28.04～42.28 U/(min·g·FW)，依次為T2>T3>CK>T1。T2活性最高，較CK顯著增加20.77%；T1較CK顯著降低19.91%。表明，花生苗期和開花下針期葉片過氧化氫酶活性在中度干旱脅迫下活性最強。

2.4 不同程度干旱脅迫處理花生成熟期籽粒品質的變化

從表2看出，不同程度干旱脅迫處理花生成熟期籽粒的品質存在差異。賀油16：水分4.47%～4.52%，各處理間差異不顯著；蛋白質23.32%～33.11%，T2和T3分別較CK增加13.31%和6.95%，T1較CK顯著降低20.19%；脂肪30.65%～49.17%，T1、T2和T3分別較CK顯著降低37.67%、24.47%和6.71%；油酸28.72%～39.72%，T1、T2和T3分別較CK顯著降低27.69%、19.13%和15.56%；亞油酸27.44%～35.95%，T1、T2和T3分別較CK顯著降低23.67%、17.52%和11.40%；油亞比1.04～1.11，T1、T2和T3與CK呈顯著性差異。桂花1026：水分4.47%～4.69%，各處理間差異不顯著；蛋白質22.55%～27.43%，T2和T3分別較CK增加9.20%和6.09%，T1較CK顯著降低10.23%；脂肪29.33%～48.15%，T1、T2和T3分別較CK顯著降低39.09%、34.06%和12.54%；油酸30.34%～44.91%，T1、T2和T3分別較CK顯著降低32.44%、22.85%和9.22%；亞油酸28.21%～35.20%，T3較CK顯著增加4.86%，T1和T2分別較CK顯著降低15.97%和9.98%；油亞比1.08～1.34，T1、T2和T3與CK呈顯著性差異，T2和T3差異不顯著。綜上得出，不同程度干旱處理對花生成熟籽粒水分含量和油亞比無顯著影響，隨干旱程度加劇，蛋白質含量先增后減，脂肪、油酸和亞油酸含量均下降。

表2 不同程度干旱脅迫處理花生成熟期籽粒的品質

2.5 不同程度干旱脅迫處理花生葉片游離脯氨酸含量的變化

從圖3看出，不同程度干旱脅迫處理花生葉片的游離脯氨酸含量不同。賀油16：S1和S2時期各處理游離脯氨酸分別為77.05～349.97 μg/g和162.44～436.22 μg/g，均為T2>T1>T3>CK。T1、T2、T3分別較CK顯著增加226.68%、354.21%、59.85%和90.98%、168.54%、30.25%。桂花1026：S1和S2時期各處理分別為189.43～601.17 μg/g和217.87～680.10 μg/g，均為T2>T1>T3>CK。T1、T2、T3分別較CK顯著增加147.75%、217.36%、18.01%和127.78%、212.16%、48.40%。表明，花生苗期和開花下針期葉片游離脯氨酸含量在中度干旱脅迫下含量最高。

圖3 不同程度干旱脅迫處理花生各生長時期葉片的游離脯氨酸含量

2.6 不同程度干旱脅迫處理花生成熟期莢果經濟性狀的變化

由表3可知，不同程度干旱脅迫處理花生成熟期莢果的經濟性狀存在明顯差異。賀油16：單株果數6.72～12.33個，T1和T2分別較CK顯著降低5.61個和3.62個；飽果率69.46%～85.24%，T1、T2和T3分別較CK顯著降低18.51%、16.55%和5.65%；百仁重51.51～66.96 g，T1、T2和T3分別較CK顯著降低15.45 g、5.71 g和1.19 g；單株產量15.45～28.21 g，T1、T2和T3分別較CK減產45.23%、17.23%和2.76%。桂花1026：單株果數7.12～14.56個，T1和T2分別較CK顯著降低7.44個和5.90個；飽果率67.90%～77.85%，T1和T2分別較CK顯著降低12.78%和8.52%，T3降低1.01%；百仁重54.62～68.66 g，T1和T2分別較CK顯著降低14.04 g和3.24 g，T3降低0.45 g；單株產量15.47～29.33 g，T1、T2和T3分別較CK顯著減產47.26%、13.37%和6.85%。

表3 不同程度干旱脅迫處理花生成熟期莢果的經濟性狀

3 討論

干旱或半干旱地區花生全生育期均會發生不同程度的水分虧缺現象，尤其在苗期和開花下針期受重度干旱脅迫對其產量及品質的形成影響較大。早期干旱影響花生植株生物量的積累和分枝的形成；導致花生植株葉片萎蔫，影響SPAD值和氣孔導度，進而影響其光合作用和蒸騰作用。前人研究表明，輕度干旱能夠促進植株根系生長，刺激其增強對體內水分虧缺的敏感度，后期復水能有效提高水分利用效率，使植株很快恢復至對照水平，甚至超過對照[16]?；ㄉ缙诎l生中度干旱時，植株生長明顯減緩，頂葉停滯舒展，進入應激狀態；開花下針期干旱，會減少花粉的形成，花針生長減緩，葉面積指數下降，而由于植株損傷未達到不可逆程度，后期復水植株也能恢復至對照水平[17]。重度干旱持續時間長短對植株造成損傷程度不同。重度干旱會導致植株光合系統損傷加重，由于蒸騰速率加劇，植株會通過加速部分器官死亡來延長自身存活時間，且持續重度干旱對植株器官功能造成的損傷是不可逆的，因此，后期復水植株難以恢復至對照水平[18-19]。研究表明，其主莖高、側枝長、總分枝數、葉面積指數和植株干物重等豐產特征變化明顯，從而影響單株果數和飽果率，但適度的干旱脅迫促進根系生長，增強了其復水后的吸水吸肥能力；隨著干旱程度加劇，花生植株葉片SPAD值、凈光合速率和蒸騰速率均下降，與趙長星等[16-17]的研究結果一致。

干旱脅迫能夠提高葉片抗氧化酶的活性，但長期重度干旱，葉片失水過多，葉溫增高，其保護酶活性也會隨之降低，且膜脂過氧化形成的最終產物丙二醛會抑制蛋白質合成，對細胞膜造成損傷[20]。當植物遭受干旱脅迫，其細胞會通過調節自身滲透壓來吸收水分，游離脯氨酸和可溶性糖等物質的形成起到抗旱作用[5,21]。結合“源庫”關系可知，干旱影響花生品質主要是源生產能力受阻，使得植株的營養生長不能順利過渡至生殖生長，從而不利于其物質積累。研究結果表明，中度和輕度干旱處理結束，復水后均能提高成熟期花生籽粒的蛋白質含量，主要原因是干旱脅迫時期體內滲透調節需形成大量功能氨基酸，為后期蛋白質的形成提供了大量原材料；中度干旱處理有利于花生的根系生長、有效抑制無效分枝形成，光合作用下降，蒸騰速率提高，葉片通過保護酶活性增強和脯氨酸含量增加來增強其抗旱能力。干旱對花生生理、形態、產量及品質的影響是一個復雜的生理生化過程，植株抗旱能力是其內在物質調節響應的結果。研究綜合分析不同程度干旱脅迫對花生不同生育期光合特性、葉片酶活性和品質形成等方面的影響，可為大田生產的抗旱栽培技術提供參考。有關干旱脅迫對其光合作用相關酶活性、根系形態和營養元素吸收轉化等的影響仍需作進一步研究。

4 結論

賀油16和桂花1026在苗期和開花下針期隨著干旱脅迫逐步增加，葉片加速萎蔫，SPAD值、凈光合速率和蒸騰速率逐漸降低，均依次為CK>T3>T2>T1；植株干物重減少，均以T1最小，分別為12.21 g、21.62 g和13.30 g、28.54 g；主根長增加，均以T1最長，分別為8.74 cm、15.21 cm和9.89 cm、16.22 cm；總分枝數減少，S1時期以T2最少(2.89條和4.01條)，S2時期以T1最少(5.74條和6.25條)；POD和CAT除桂花1026 S1時期CAT外，均依次為T2>T3>CK>T1，游離脯氨酸均為T2>T1>T3>CK?；ㄉ墒炱谧蚜５乃指魈幚黹g差異均不顯著，蛋白質均以T2最高，分別為33.11%和27.43%，脂肪和油酸均以CK最高，分別為49.17%、48.15%和39.72%、44.91%，亞油酸分別以CK和T3最高，為35.95%和35.20%，油亞比分別為1.04～1.11和1.08～1.34，CK與其余處理均呈顯著性差異；莢果單株果數、飽果率和百仁重均以CK最高，分別為12.33個、14.56個，85.24%、77.85%和66.96 g和68.66 g；單株產量分別為15.45～28.21 g和15.47～29.33 g，T1、T2和T3分別較CK減產45.23%、17.23%、2.76%和47.26%、13.37%、6.85%。表明，輕度干旱對賀油16和桂花1026的生理特征和產質量無明顯影響；中度干旱促進賀油16和桂花1026植株生理特性產生積極響應，輕微減產但品質有所提高；重度干旱不利于賀油16和桂花1026的生長發育，且造成不可逆的損傷，從而導致產量和品質明顯下降。