拉贾斯坦邦干旱条件下藜麦基因型的农艺表现与胁迫抗性

《Discover Agriculture》：Agronomic performance and stress resilience of quinoa genotypes under arid conditions of Rajasthan

　　

藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）是一种高营养且气候适应性的伪谷物，原产于安第斯地区，已成为全球边际环境（包括印度炎热干旱地区）中有前景的栽培作物。本研究旨在评估在拉贾斯坦邦那高尔地区的农业气候条件下，2022–2023年拉比季中24个藜麦基因型的表现。研究人员评估了农艺形态性状、产量组分以及生化特性，包括总酚含量（total phenolic content）、水分含量和灰分含量。在基因型间检测到显著变异：株高范围为61.83 cm至130.53 cm，一级分枝数（13.80至23.84），花序长度（19.1至35.13 cm），以及籽粒产量（560 kg/ha至1960 kg/ha）。聚类分析将基因型分为两个不同的组，其中Cluster 1基因型（如EC896062和EC896218）表现出优越的农艺和营养性状。EC896079和EC896201表现出早期且稳定的开花行为，以及加工样品中的高水分含量。相比之下，EC896109和EC896062在加工后表现出较高的酚类保留，而EC896069和SHQ4在加工后表现出较高的灰分含量。研究得出结论，当在11月至4月生长季种植时，藜麦可在拉贾斯坦邦的盐碱和干旱易发条件下有效栽培。基因型EC896062和EC896218被鉴定为最有前景的品系，兼具高产潜力和优良籽粒品质性状，可作为未来育种计划中用于增强藜麦在干旱环境中的适应性和营养价值的亲本材料。

**论文解读：拉贾斯坦邦干旱条件下藜麦基因型的农艺性能与胁迫抗性**

**研究背景与问题**
藜麦（Chenopodium quinoa Willd.）原产于安第斯地区，是一种高营养且气候适应性的伪谷物，被美国国家科学院视为“黄金谷物”，并因其富含蛋白质、必需氨基酸、纤维、矿物质及无麸质特性而受到国际关注。其天然分布从哥伦比亚北部延伸至智利南部，可适应从海平面至4000米海拔的广泛范围。近年来，藜麦栽培在全球扩展，但主产国仍为玻利维亚和秘鲁。藜麦对极端环境条件（如干旱、高土壤盐度、霜冻和低温）具有耐受性，使其成为边际环境中的理想作物。在印度，尽管喜马拉雅地区和北部平原已有成功栽培，但藜麦的消费仍非常有限，大部分人群对其健康益处认识不足。拉贾斯坦邦作为炎热干旱地区，面临盐碱和干旱胁迫，传统作物产量受限。然而，藜麦作为“兼性”盐生植物，能有效克服非生物胁迫，但其基因型间的耐盐性差异显著，且生长阶段间也存在差异。目前，针对该地区藜麦基因型的系统评估尚不充分，主要限制因素包括对温度、霜冻、光周期、生长周期长度以及皂苷苦味的敏感性。因此，开展这项研究旨在评估24个藜麦基因型在那高尔地区农业气候条件下的表现，鉴定适合高产农艺性状和优质籽粒的种质资源，为后续育种计划提供亲本材料。

**研究方法**
研究人员于2022–2023年拉比季在拉贾斯坦邦那高尔农业研究农场（27.19°N，73.75°E，海拔302米）进行田间试验。土壤为砂质至砂壤土，碱性（pH 8.2），电导率1.25 dS/m，低有机碳（0.18），有效氮（168.95 kg/ha）、有效磷（P₂O₅ 18.1 kg/ha）中等，有效钾（K₂O 158.50 kg/ha）中等。试验采用随机完全区组设计，3次重复，小区面积4 m × 3 m，株距15 cm，行距45 cm，南北行向。种子于2022年11月7日播种，播量15 kg/ha，播前施入8–10吨/公顷腐熟农家肥，并施推荐剂量肥料（60 kg N、40 kg P₂O₅、40 kg K₂O/ha）。灌溉采用喷灌2–3次。主要技术方法包括：农艺性状调查（株高、一级分枝数、花序长度、每株花序数、籽粒产量）；生化特性测定（总酚含量采用Folin-Ciocalteu试剂法，以没食子酸当量GAE表示；水分含量采用105℃烘箱干燥法；灰分含量采用550℃高温马弗炉灰化法）；统计分析采用方差分析（ANOVA）和聚类分析（K-means，基于平方欧氏距离7.25），主成分分析（PCA）可视化。样本来源：24个基因型种子来自印度农业研究理事会（ICAR）国家植物遗传资源局。

**研究结果**
**3.1 聚类分析**
聚类分析将24个基因型分为两类：Cluster 1包含9个材料（37.5%），平均株高116.36 cm，一级分枝20.97，花序长度26.14 cm，每株花序数25.53，籽粒产量11.5 q/ha，农艺性状优于Cluster 2；Cluster 2包含15个材料（62.5%），平均株高92.16 cm，一级分枝18.18，花序长度22.92 cm，每株花序数21.41，籽粒产量10.7 q/ha。两类群间分离良好，PC1方向差异显著，表明K-means算法有效捕捉了数据真实结构。

**3.2 农艺性状**
**3.2.1 花芽萌发**：EC896237于1月3日最早出现花芽萌发（10.8），其次为EC896246（13.2）和EC896219（9.6），表明早期且持续的花芽发育。EC896069（0.1）和EC896276（0.3）花芽萌发极少。HIMSHAKTI和EC896246逐渐增加并持续萌发，于1月14–28日达到峰值，表明稳定开花性能。SHQ1–SHQ5花芽萌发低且均匀，可能为晚熟或反应迟钝型。

**3.2.2 50%开花天数**：EC896079（104天）、EC896069（77.2天）和EC896201（64.4天）表现出较高的开花响应，且开花早且持续。EC896219、EC896208、SHQ2和SHQ5为中等至低响应者，趋势稳定，不适合当前生长条件。

**3.2.3 成熟期**：大多数基因型在3月成熟（如EC896079达81株，EC896069达74株），而1月成熟植株较少（EC896079仅14株，EC896069仅27株）。SHQ2未见成熟，SHQ1和EC896064成熟植株最少。

**3.2.4 产量及产量构成性状**：株高范围61.83–130.53 cm，EC896213最高（130.53 cm），SHQ3最低（61.83 cm）。一级分枝数13.80–23.84。花序长度19.10–35.13 cm，EC896208最长（35.13 cm），EC86098最短（19.10 cm）。每株花序数无显著差异，EC896109最高（29.27），SHQ5最低（14.89）。籽粒产量差异显著，EC896218最高（1960 kg/ha），SHQ5最低（560 kg/ha）。

**3.3 生化性状**
**3.3.1 酚含量**：未加工种子中酚含量范围0.32–0.51 mg/g GAE，平均0.42 mg/g GAE；加工后为0.25–0.41 mg/g GAE，平均0.35 mg/g GAE。EC896062、EC896097、EC896109、EC896218、EC896246在加工前酚含量高于0.48 mg/g GAE，EC896218最高；加工后SHQ5和EC896276仍保持较高酚含量（约0.4 mg/g GAE），表明酚类保留性较好。EC896069、EC896275和SHQ5在加工前后差异较小，显示良好的酚稳定性。

**3.3.2 水分含量**：大多数加工样品水分低于未加工样品。未加工样品中EC896079水分最高（约10.5%），SHQ3和SHQ4最低（6%）；加工样品中EC896098和SHQ5水分较高（约9.5%），SHQ3和SHQ4最低（5.5%）。EC896109和EC896079加工后水分显著下降。

**3.3.3 灰分含量**：EC896079（5.3%）、EC896276（5.1%）和SHQ4（5.3%）灰分最高，EC896079超过5.2%；加工后SHQ5和SHQ4仍保持较高灰分（约4.2–4.5%），表明矿物保留较好。SHQ5、SHQ4和EC896213在加工前后灰分变化最小。

**讨论与结论**
聚类分析为种质资源分类提供了补充方法，高产量基因型（Cluster 1）表现出较少有效分枝但更多花序数，表明资源分配高效。早花基因型（如EC896237和HIMSHAKTI）更适合短生长季或早收。株高变异源于遗传结构差异，与文献报道一致，但本研究结果低于Shams（2014）的报道，可能因氮肥施用差异（60 kg N/ha vs 214.2 kg N/ha）。花序长度是影响产量的关键性状，与籽粒产量正相关。生化分析表明，酚类物质具有高结构稳定性，加工后酚含量降低，但部分基因型保留性较好；水分含量低于12%有利于贮藏，与文献结果一致；灰分含量与产量负相关。

**结论**：本研究表明，在拉贾斯坦邦炎热干旱极端环境（高盐度、干旱）下，若生长季为11月至4月，藜麦可实现高籽粒产量和优良品质。EC896062、EC896218等6个基因型表现优异，其中EC896062和EC896218在酚、灰分、水分、株高、一级分枝、每株花序数和籽粒产量方面均为最佳，可作为培育高产优质、适应全球炎热干旱地区土壤气候条件的最有前景的亲本基因型。因此，藜麦是一种有前途的气候智能型作物，本研究评估的基因型在雨养条件下表现良好，有必要进一步研究其在盐碱和干旱胁迫下的全产量潜力。