干旱胁迫下不同品种大豆籽粒发育期蛋白质含量积累的研究

吕新云 赵晶云 任小俊 马俊奎

摘要 [目的]探索干旱脅迫下不同耐旱大豆品种籽粒发育期蛋白质合成与积累的规律。[方法]以耐旱品种晋豆21与敏感品种濉科46为试验材料，利用集水槽设置干旱胁迫，研究两者在不同处理后，大豆籽粒蛋白质含量的积累规律并评价了相关农艺性状。[结果]晋豆21与濉科46的4个农艺性状（包括株高、主茎节数、有效分枝数和单株荚粒重）的变异系数介于6.08%～46.75%，其中晋豆21的株高变异系数最小，濉科46的有效分枝数变异系数最大，晋豆21的农艺性状指标受干旱影响较小。濉科46在不同处理下含水量变化不同，但晋豆21则表现出基本一致的变化。与正常情况相比，晋豆21干旱处理后蛋白质含量积累规律基本一致，都表现为先增加后减少至趋于稳定，基本呈凹形曲线分布;濉科46则存在明显差异，干旱处理条件下，籽粒蛋白质含量峰值比正常浇灌晚20 d。[结论]晋豆21抗旱性强，其蛋白质合成与积累受干旱胁迫制约相对较小，可作为创新选育优良抗旱品种的亲本。

关键词 大豆;干旱;籽粒发育期;蛋白质;积累

中图分类号 S565.1文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）05-0050-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.05.013

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Accumulation of Protein Content of Different Soybean Varieties during Grain Development Period under Drought Stress

L Xin-yun， ZHAO Jing-yun，REN Xiao-junet al

（Institute of the Industrial Crop，Shanxi Agricultural University，Fenyang，Shanxi 032200）

Abstract [Objective]To explore the laws of protein synthesis and accumulation during grain development of different drought tolerance soybean varieties under drought stress.[Method]The drought-tolerant variety Jindou 21 and the sensitive variety Suike 46 were used as test materials，and the water collecting trough was used to set up drought stress，and the accumulation rules of soybean grain protein content after different treatments were studied and related agronomic traits were evaluated.[Result]The coefficient of variation of 4 agronomic traits （including plant height，number of main stem nodes，number of effective branches，and pod weight per plant） of Jindou 21 and Suike 46 was between 6.08% and 46.75%，among which Jindou 21 had the smallest coefficient of variation in plant height，and the effective branch number of Suike 46 had the largest variation coefficient.The agronomic traits of Jindou 21 were less affected by drought.The water content of Suike 46 changed differently under different treatments，but Jindou 21 showed basically the same changes.Compared with the normal condition，the accumulation of protein content of Jindou 21 showed a basically consistent change after drought treatment，which first increased and then decreased to stable，basically showing a concave curve distribution; while Suike 46 had obvious difference，and the peak value of grain protein content under drought treatment was 20 days later than that under normal irrigation.[Conclusion]Jindou 21 has strong drought resistance，and its protein synthesis and accumulation are relatively less restricted by drought stress，so it can be used as a parent for innovative breeding of drought resistant varieties.

Key words Soybean;Drought;Grain development period;Protein;Accumulation

干旱是限制作物生长发育的主要环境因子，对农作物产量的影响相当于其他不利因子的总和，为此，创新、筛选、培育优良的抗旱品种，提高作物自身的耐旱力，已经是旱作农业发展的理性选择和战略举措[1]。大豆作为重要的粮油作物被广泛种植，是人类食用和动物养殖的主要植物蛋白来源[2]。国内外研究表明，与其他作物相比，大豆根系不发达，生长需水量高，是对水分敏感的作物。干旱胁迫不仅导致大豆生理、生化各项指标发生相应变化，也使植株表型指标产生显著差异[3]。其中，郭数进等[4]以晋大70（抗旱型）和晋豆26（敏感型）2个品种为材料设置水分梯度，研究发现，干旱胁迫下大豆的光合作用强度受到影响，表现为光合能力下降。赵立琴[5]于2011—2013年采用PEG600营养液浇灌不同时期的大豆植株模拟干旱胁迫，研究结果表明干旱胁迫对大豆干物质积累有较大的影响。乔亚科等[6]以野生、半野生和栽培大豆为供试材料进行研究，结果表明干旱胁迫下大豆的相关农艺性状受到影响，主要表现在株高、主茎节数、分枝数、单株荚数和百粒重上。杨婷婷等[7]于2018年以150份大豆种质资源为研究对象，进行了抗旱性的田间试验，结果表明干旱胁迫严重影响了大豆的生长发育，其中株高、茎段数、单株荚数、单株生物量、单株粒数和单株种子量等6个指标与干旱系数呈显著正相关。

随着世界人口的不断增长和人们生活水平的不断提高，优质植物蛋白的需求量也随之增加。大豆是一种功能性的经济作物，大豆产业已经成为一项重要的产业[8]。大豆蛋白的相关科学与技术研究具有重要意义。张代军等[9]以3代高油大豆品种进行试验，发现大豆蛋白质的形成与脂肪的形成息息相关，在脂肪形成不利的年份，蛋白质形成有所上升;在有利于形成脂肪的年份，大豆蛋白质含量积累呈现凹形曲线分布。张志民等[10]认为，大豆蛋白质含量是一个数量性状，而且以加性效应为主，并存在母体效应，干旱是大豆籽粒蛋白积累的重要影响因素，并且干旱的强度直接影响蛋白质的含量。目前，关于干旱胁迫对大豆籽粒发育期蛋白质含量积累的影响尚无统一认识。该试验以耐旱品种晋豆21和敏感品种濉科46为试验材料，通过凯氏定氮法[11-13]对2个试验材料籽粒不同发育时期的蛋白质含量进行测定，分析整理得到干旱胁迫下不同耐旱品种大豆籽粒发育时期蛋白质含量的积累规律，对选育适宜半干旱和干旱地区种植的优质抗旱大豆品种具有积极意义，也为干旱胁迫下研究大豆籽粒蛋白质的合成与积累提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 晋豆21由山西省农业科学院经济作物研究所选育，由集水槽法鉴定抗旱级数为一级，为公认的耐旱品种。濉科46为黄淮海地区大豆品系多点鉴定供试材料，经集水槽法鉴定抗旱级数为五级，属敏感品种。

1.2 试验设计 试验于2019年在山西省农业科学院经济作物研究所试验基地进行，将2个品种分别进行水处理和旱处理。同一块试验地分区种植，中间设置4.5 m隔离带，行间50 cm，并放置25 cm PVC集水槽[14]，通过收集大豆生长期间的自然降水設置干旱胁迫。水处理即正常灌溉，在同等土壤条件下，遇旱浇水，确保田间生长不干旱。供试品种单行种植，保证顺利出苗，每个处理3次重复。从大豆开花开始挂牌，记为开花后0 d[15]，之后，每隔10 d，取下角果，放入EP管中置于液氮罐内带回实验室检测。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 农艺性状分析。根据邱丽娟等[16]的规范标准，供试植株结荚成熟后，每个处理随机选取5株进行室内考种，包含株高、主茎节数、有效分枝数和单株荚粒重等农艺性状，分析供试材料基本的形态建成情况。

1.3.2 含水量测定。利用样品鲜重与干重计算样品绝对含水量，样品含水量=（鲜重-干重）/鲜重×100%。干重是将样品置于烘焙箱65 ℃恒温烘至重量不再变化时的重量。

1.3.3 蛋白质含量测定及数据处理。由凯氏定氮法测定样品中的蛋白质含量，通过整理分析数据，得到不同处理下晋豆21与濉科46的蛋白质含量。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对成熟期不同品种大豆农艺性状的影响 表1表明，晋豆21和濉科46在集水槽设置的干旱处理与正常灌溉水处理下的变异系数为6.08%～46.75%，其中晋豆21的株高变异系数最小（旱处理为6.67%、水处理为6.08%），濉科46的有效分枝数变异系数最大（旱处理为40.63%、水处理为46.75%）。干旱条件下大豆的农艺性状发生了很大的变化，但与濉科46相比，晋豆21在不同处理下株高变化不大，单株荚重受干旱影响甚小，说明晋豆21 的生长能力受干旱胁迫限制小，具有较强的应旱力。

2.2 干旱胁迫对不同品种大豆籽粒发育期含水量的影响 由表2可知，与正常灌溉相比，干旱胁迫严重影响了晋豆21与濉科46大豆籽粒发育过程中的含水量变化。其中，濉科46籽粒含水量受干旱影响强度更大。干旱条件下，濉科46的含水量峰值晚于正常条件，出现在开花后30 d，后期含水量下降速率缓慢。晋豆21表现为花后20 d 2个处理下的籽粒含水量均急剧下降，说明在开花后0～20 d期间，晋豆21籽粒体积增长较快，各种生理生化反应消耗了大量水分;而开花后30～50 d籽粒含水量下降速度缓慢;开花后50～60 d旱处理下的籽粒含水量反增，这可能与进入成熟期种子减少失水应对干旱有关;之后籽粒含水量下降，以达到种子储存标准。

2.3 干旱胁迫对不同品种大豆籽粒发育期蛋白质含量的影响 利用凯氏定氮法对不同处理下开花后0～80 d的晋豆21与开花后0～70 d的濉科46籽粒进行蛋白质含量检测，得到了2个处理下大豆籽粒不同发育时期的样品蛋白质含量（表3）。

表3表明，干旱胁迫不同程度地影响了两者的蛋白质合成与积累。旱处理下晋豆21籽粒蛋白质含量明显低于正常浇灌，但变化趋势与正常浇溉基本保持一致，均大致呈凹型曲线分布。在开花后0～30 d，2个处理大豆籽粒蛋白质含量均上升，但旱处理后的大豆籽粒蛋白质含量上升速率较快，在这个时期大豆种子完成形态建成，籽粒体积不断增大，内部合成与代谢相关的蛋白质。开花后30～60 d，大豆籽粒蛋白质含量均先减少后缓慢增加，这个时期为大豆种子灌浆期，结构蛋白合成减少，大量合成贮藏蛋白。开花后60～80 d，大豆籽粒大量脱水，体积明显缩小，进入成熟期，大豆籽粒蛋白质含量则缓慢增加趋于稳定。

濉科46在不同处理下大豆籽粒蛋白质含量变化存在明显差异。水处理条件下，大豆籽粒蛋白质含量在开花后0～20 d迅速增加，后减少，再趋于稳定。干旱条件下，濉科46籽粒蛋白质含量在前期（开花后0～10 d）出现下降，后期缓慢增加，最后趋于稳定;同时，大豆籽粒蛋白质含量在开花后40 d达到峰值，晚于正常浇灌20 d，说明减少水分的供应可能利于蛋白质的合成，而晋豆21并未表现出此现象，反映晋豆21对干旱胁迫敏感度低，干旱处理后其大豆籽粒蛋白质含量变化仍与正常情况相对应。

3 结论

大豆籽粒蛋白质的合成与积累是多个基因共同表达与调控的结果，也受多种因素的影响。正常生长状态下，大豆籽粒蛋白质含量表现出先增加后趋于稳定的变化趋势，大致呈凹型曲线分布。不同品种面临干旱胁迫时，大豆籽粒蛋白质含量发生了不同的变化。敏感品种濉科46在干旱条件下，成熟期大豆农艺性状指标受到严重影响，大豆籽粒含水量与蛋白质含量变化与正常浇灌存在明显差异，在旱情发生严重的情况下，需保证供水充足，以确保产量。耐旱品种晋豆21旱处理后，农艺性状变化不大，含水量变化基本相对应，籽粒蛋白质积累规律仍与正常情况基本一致，说明其具有较强的抗旱性，种子内部也具备相对完善的抗旱机制，可作为抗旱育种的优质种质资源。大豆抗旱性属于复杂的生物性状，受多个基因精细严谨调控。晋豆21的强抗旱性已得到认可，但其因种子细小，推广种植受到制约，应从基因表达水平上进一步研究其抗旱机制，为后期探究、筛选、创制新的优质抗旱品种提供基础。

安徽農业科学2021年

参考文献

[1]张永芳，钱肖娜，王润梅，等.不同大豆材料的抗旱性鉴定及耐旱品种筛选[J].作物杂志，2019（5）：41-45.

[2] LEI Z T，DAI X B，WATSON B S，et al.A legume specific protein database （LegProt） improves the number of identified peptides，confidence scores and overall protein identification success rates for legume proteomics[J].Phytochemistry，2011，72（10）：1020-1027.

[3] 刘艮舟，盖钧镒，马育华.江淮下游大豆地方品种抗旱性鉴定的初步研究[J].南京农业大学学报，1989，12（1）：15-21.

[4] 郭数进，杨凯敏，霍瑾，等.干旱胁迫对大豆鼓粒期叶片光合能力和根系生长的影响[J].应用生态学报，2015，26（5）：1419-1425.

[5] 赵立琴.干旱胁迫对大豆抗旱生理指标及产量和品质影响[D].哈尔滨：东北农业大学，2014.

[6] 乔亚科，杨晓倩，乔潇，等.大豆基于形态及生理指标的抗旱性评价及相关性分析[J].大豆科学，2014，33（5）：667-673.

[7] 杨婷婷，张海生，古晓红，等.大豆抗旱种质资源筛选及利用[J].湖北农机化，2019（12）：36-37.

[8] 吕新云.GmLEC1与GmFUS3在大豆种子发育过程中的表达及其与贮藏蛋白合成的关系[D].太谷：山西农业大学，2016.

[9] 张代军，周顺启，栾怀海，等.高油大豆品种蛋白质和油份积累规律的研究[J].大豆科学，2005，24（4）：301-304.

[10] 张志民，周青，郑丽敏，等.大豆蛋白质遗传和生育期间积累规律的研究进展[J].大豆科技，2017（1）：36-39.

[11] 王章存，姚惠源.凯氏定氮法测定大米蛋白质时蛋白系数的确定[J].食品科学，2004，25（1）：158-160.

[12] 刘期成.试析食品中蛋白质含量的测定方法——凯氏定氮法[J].城市技术监督，2000（7）：47.

[13] 戴飞，吴贝贝，关敬媛，等.凯氏定氮法测定固体饮料中蛋白质含量的不确定度评定[J].安徽农业科学，2017，45（7）：76-78.

[14] 马俊奎，刘小荣，周伟，等.集水槽法在大豆抗旱性鉴定中的应用研究[J].大豆科学，2016，35（5）：766-771.

[15] HAJDUCH M，GANAPATHY A，STEIN J W，et al.A systematic proteomic study of seed filling in soybean.Establishment of high-resolution two-dimensional reference maps，expression profiles，and an interactive proteome database[J].Plant physiology，2005，137（4）：1397-1419.

[16] 邱丽娟，常汝镇.大豆种质资源描述规范和数据标准[M].北京：中国农业出版社，2006：58-75.