豌豆（Pisum sativum L.）品种‘San Isidro’对水分亏缺及油菜素甾醇施用处理的生理响应

《Stresses》：Physiological Response of the Pea Crop (Pisum sativum L.) Variety ‘San Isidro’ to Water Deficit and the Application of Brassinosteroids

　　

豌豆是一种因其蛋白质贡献而具有重要经济和营养意义的作物。然而，其生产力受到水分亏缺的影响，而由于气候变率上升，水分亏缺正日益频繁。油菜素甾醇（BRs）是调节多种多样生理过程的植物激素，能够缓解水分胁迫的影响。本研究的目的是评价‘San Isidro’豌豆品种在开花期对水分亏缺及BRs施用的生理响应。试验采用完全随机设计，共设5个处理：充分灌溉对照（CK）和4个水分胁迫处理（通过停止灌溉直至体积含水量达到5–9%，并维持21天），BR剂量分别为每株0、0.5、1.0和1.5 mg。平均而言，与充分灌溉对照相比，水分亏缺使地上部干生物量和荚干生物量分别降低82%和77%，使每株荚数（49%）和每枝荚数（41%）下降；同时显著降低了水势、净光合速率（A_n）、气孔导度（g_s）、蒸腾速率（E）和胞间CO₂浓度，而叶温升高。BRs施用（尤其是每株0.5 mg剂量）使百粒重较水分胁迫0-BR处理提高91.4%。尽管未检测到统计学显著差异，该剂量还使荚生物量和荚数分别增加130%和73%。BRs施用通过提高叶片中q_L（85 DAP）和托叶中Φ_PSII（95 DAP）、增强两个器官的ATP合酶活性（g_H⁺）以及促进气体交换（A_n、g_s、E）和水势的恢复，缓解了水分胁迫的影响。托叶在比叶片更多的生理变量中表现出显著差异，提示其可能具有更高的敏感性；然而，需要正式的器官×处理交互作用分析来证实这一点。需要指出，试验设计仅包含一个充分灌溉对照，未包含水分状况×BR剂量的因子组合；因此，研究结论的范围仅限于评估水分胁迫条件下BRs的作用。未来需要采用完整因子设计的研究，以完全厘清水分状况与BR剂量之间的交互作用。

**论文解读：油菜素甾醇对豌豆水分亏缺响应的生理调控**

**研究背景与目的**
豌豆是世界范围内重要的豆科作物，因其籽粒富含蛋白质（22%–25%）及多种矿质养分而具有突出的经济和营养价值。在哥伦比亚，豌豆是安第斯地区小农的重要收入来源，但近年来种植面积和产量持续下降，2024年单产较2020年明显降低。气候变化导致温度升高、降水格局改变，水分亏缺日益频繁，成为限制豌豆生产的主要非生物胁迫之一。水分亏缺会引发气孔关闭、光合速率下降、生物量积累减少和结荚数降低，最终严重减产。油菜素甾醇（BRs）是一类多效植物激素，能调节细胞伸长、光合作用、抗氧化防御等过程，在干旱条件下可缓解胁迫损伤。然而，BRs在开花期水分亏缺下对豌豆‘San Isidro’品种生理和产量性状的调控作用尚需系统评价。为此，研究人员在哥伦比亚UPTC‘La María’农场温室中，以‘San Isidro’豌豆为材料，评估了水分亏缺条件下叶面施用不同剂量BRs对作物生理响应的影响。

**研究设计与关键技术方法**
研究采用完全随机设计，设5个处理：充分灌溉对照（CK）和4个水分胁迫处理（BR剂量分别为0、0.5、1.0、1.5 mg/株），每处理8次重复，共40个试验单元，每单元8盆，每盆3株，共960株。水分胁迫在初花期通过停止灌溉诱导，直至基质体积含水量降至5%–9%并维持21天，之后恢复正常灌溉。BRs采用叶面喷施一次。主要测定指标包括：地上部干质量、荚干质量、产量构成因子（荚数、种子数、百粒重等）；采用MultispecQ 2.0调制荧光仪测定叶绿素荧光参数（Φ_PSII、q_L、LEF等）和电致变色参数（ECSt、ECSτ、g_H⁺、vH⁺）；使用CIRAS-4便携式气体交换系统测定净光合速率（A_n）、气孔导度（g_s）、蒸腾速率（E）和胞间CO₂浓度（C_i）；采用Scholander压力室测定水势（Ψ_h）。统计分析采用方差分析和Tukey多重比较。

**研究结果**

**2.1 油菜素甾醇对产量表现、生物量和同化物分配的影响**
方差分析显示，处理间地上部干质量（SDM）和荚干质量（PDM）差异显著，充分灌溉对照最高，水分胁迫处理平均分别降低82%和77%。BRs施用虽在数值上增加了SDM和PDM（1.0 mg处理SDM最高，0.5 mg处理PDM最高），但与0-BR水分胁迫处理相比未达显著水平。每株荚数和每枝荚数在水分胁迫下显著减少49%和41%，BRs处理较0-BR胁迫处理平均增加59%和54%。每株种子数和每枝种子数在水分胁迫下显著降低60%和53%，BRs处理则较0-BR增加73%和87%。百粒重受水分亏缺影响平均降低50%，但0.5 mg BRs处理使百粒重达34.59 g，较0-BR处理（18.07 g）提高91.4%。

**2.2 生理、光化学和ATP合酶活性的响应**
叶片和托叶的测量结果显示，多数叶倾角和厚度指标在处理间无显著差异，但托叶厚度在108 DAP时差异显著。叶温差（LTD）在108 DAP时显著，BRs处理较0-BR胁迫处理降低5.45%–21.68%。托叶SPAD值在108 DAP时显著，1.0 mg处理最高。叶片ECSt在108 DAP时差异显著，BRs处理较0-BR平均降低45%；托叶ECSt在85和95 DAP时差异显著。叶片ECSτ在108 DAP时BRs处理平均降低38.8%，托叶ECSτ平均降低60%。叶片g_H⁺在85和108 DAP时显著提高，1.5 mg处理在85 DAP较0-BR高46%，108 DAP时BRs处理平均高62%；托叶g_H⁺在95 DAP时0.5和1.0 mg处理较0-BR高453%。Φ_PSII在托叶95 DAP时显著，0.5和1.0 mg处理较0-BR提高144.6%。叶片q_L在85 DAP时仅0.5 mg处理较0-BR显著提高145.3%。托叶ΦNPQ、ΦNO、Fv′/Fm′和NPQt在部分时点存在差异，但趋势不完全一致。托叶LEF在108 DAP时BRs处理平均较0-BR低37.6%。

**2.3 叶片和托叶中的气体交换与水势调控**
气体交换测定表明，水分胁迫显著降低叶片和托叶的A_n（分别降低70%和65%）、g_s（降低72.7%和75.4%）及E（降低71.3%和72.1%）。BRs施用显著缓解了这些下降，其中1.5 mg处理在两个器官中均表现出最高的A_n（叶片23.09 μmol CO₂ m^?2 s^?1，托叶21.45 μmol CO₂ m^?2 s^?1），较0-BR胁迫处理提高130%和154%。C_i的变化与A_n和g_s趋势一致，0-BR胁迫处理最低。水势在80和108 DAP时处理间差异显著，BRs处理水势较高，0.5 mg处理在108 DAP达?0.7925 MPa，而0-BR为?1.455 MPa，表明BRs促进了胁迫解除后的水分恢复。

**讨论总结**
BRs通过维持光化学效率和ATP合酶活性，提高了叶片q_L和托叶Φ_PSII，并增强两个器官的g_H⁺，从而减轻光抑制并改善能量供应。BRs还通过提高气孔导度和蒸腾速率降低叶温，维持较高的胞间CO₂浓度和净光合速率，并促进水势恢复。托叶在多个生理变量中表现出比叶片更明显的响应，提示其可能具有器官特异性敏感性，但实验未进行器官×处理交互作用的正式检验，因此该推断需进一步验证。研究存在设计局限：仅设一个水分充足对照且未包含BRs×水分状况因子组合，无法区分BRs在无胁迫下的作用；温室高温（有时达45°C）也可能叠加热胁迫。未来需采用完全因子设计以分离各因素效应。

**研究结论**
油菜素甾醇（BRs）的施用缓解了水分亏缺对‘San Isidro’豌豆产量的负向影响，提高了干质量、荚数和种子数以及百粒重。此外，这些处理改善了植株水分状态并促进了胁迫后恢复。BRs提高了叶片q_L（85 DAP）和托叶Φ_PSII（95 DAP），表明对光合机构特定组分具有保护作用。BRs还提高了光合速率、气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度，从而提高了气体交换效率；同时降低了叶温，反映了气孔调节的改善。托叶在较多生理变量中表现出显著响应，提示其可能对BRs更为敏感；然而，由于缺乏正式的器官×处理交互分析，尚不能对敏感性差异作出确定性结论。BRs剂量对不同性状的影响不一致，没有单一剂量在所有变量中均表现最优，因此需要进一步研究以确定实际应用中的具体推荐剂量。由于研究未采用包含充分浇水+BRs处理的因子设计，研究结论仅限于水分胁迫条件下BRs效应的评价。