高粱耐旱种质资源表型特征与生理机制解析：BS-718的优异抗旱性及其育种潜力

《Tropical Plant Biology》：Phenotypic Characterization of Growth and Yield Parameters of Selected Grain Forage Sorghum Accessions for Drought Tolerance

本研究针对干旱胁迫下高粱产量不稳定的问题，通过双年度实验系统评估了26份籽粒饲用高粱种质资源的农艺性状和抗旱性。研究人员采用多变量统计分析筛选出高产早熟材料（BS-718、BS-746、BS-749），并通过生理生化指标验证其抗旱机制。结果表明，BS-718在60%田间持水量条件下能维持较高的相对含水量（RWC）、光合色素稳定性及气体交换效率，减产幅度最小（17.49%），且AMMI模型显示其具有优异的基因型-环境互作稳定性。该研究为耐旱高产高粱品种选育提供了关键种质资源和理论依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱胁迫已成为制约农作物生产的主要非生物逆境因素。作为全球第五大谷类作物，高粱（Sorghum bicolor）因其卓越的抗逆性和适应性，在边际土壤和干旱地区具有重要栽培价值。然而，干旱胁迫会导致高粱光合作用受阻、水分代谢失衡及产量显著下降，选育高产耐旱品种成为保障粮食安全的关键。尽管前人已对高粱耐旱性展开研究，但同时整合表型组学、多变量统计和生理生化验证的系统研究仍较为缺乏，尤其针对籽粒饲用型高粱种质资源的双年度筛选策略尚未见报道。

为解析高粱基因型间耐旱性差异机制，Md Arifur Rahman Khan等人在《Tropical Plant Biology》发表了题为“Phenotypic Characterization of Growth and Yield Parameters of Selected Grain Forage Sorghum Accessions for Drought Tolerance”的研究论文。该研究通过两阶段实验设计，首次将大规模表型筛选与靶向生理验证相结合，揭示了高粱种质BS-718的优异抗旱特性。

研究团队首先在正常水分条件下评估27份材料（26份种质+对照品种BARI Jowar-1）的11项农艺性状，发现千粒重（TGW）、单株籽粒产量（GY）等性状具有高遗传力（H2≥99.85%）和高遗传进展（GAM≥49.79%），表明其受强遗传控制。通过主成分分析（PCA）和K-means聚类，筛选出BS-718、BS-746、BS-749三个高产早熟种质。第二阶段通过设置60%田间持水量（FC）干旱胁迫，发现BS-718能维持较高气孔导度（g_s降低13.25%）、光合速率（P_n降低17.80%）及相对含水量（RWC降低16.07%），且叶绿素a降解率（13.70%）显著低于对照品种BARI Jowar-1（40.07%）。干旱下BS-718的籽粒产量降幅最小（17.49%），而BARI Jowar-1减产达43.56%。AMMI模型进一步证实BS-718具有稳定的基因型-环境互作特性。

关键技术方法包括：①随机完全区组设计（RCBD）的田间试验；②土壤水分重力法监测与60%FC胁迫控制；③光合气体交换参数（g_s/P_n/C_i）便携式测定系统；④叶片水分势（LWP）与相对含水量（RWC）生理指标检测；⑤光合色素（叶绿素a/b、类胡萝卜素）分光光度法量化；⑥多变量统计（PCA、热图聚类、AMMI模型）分析基因型-性状关联。

农艺性状遗传变异分析

方差分析表明所有农艺性状在基因型间存在显著差异（p<0.05）。BS-718、BS-746、BS-749在PCA biplot中与GY、GP（每穗粒数）向量紧密关联，且K-means聚类显示其兼具高GY和短生育期（DM）特征。

干旱胁迫下生理响应

干旱胁迫导致所有材料g_s、P_n、蒸腾速率（E）下降，胞间CO₂浓度（Ci_s降幅（13.25%）仅为BARI Jowar-1（55.43%）的1/4，且内在水分利用效率（WUE_int）降幅最低（-15.86%）。

光合色素与水分状态

BS-718的RWC（84.21%）、总叶绿素（3.72 mg/g FW）在干旱下保持最高，而BARI Jowar-1的RWC降至61.74%。热图显示BS-718的色素降解率和水分损失率均最低。

产量性状稳定性

BS-718在干旱下穗长（PL）和GY降幅最小（11.44%、17.49%），AMMI1双标图显示其位于高产量-低互作区间，而BARI Jowar-1表现最不稳定。

该研究通过整合表型组学与生理验证，明确BS-718通过维持水分平衡、光合机构稳定性及碳同化效率实现抗旱高产。其高遗传力性状（GY、GP、TGW）为分子标记开发提供基础，双阶段筛选策略为作物抗逆育种提供新范式。BS-718作为耐旱基因源，对应对气候变化下粮食安全挑战具有重要实践意义。