解锁鹰嘴豆耐旱 “密码”：抗坏血酸表型助力培育耐旱优种，提升产量有新招！

为解决鹰嘴豆因干旱减产的问题，印度研究人员开展通过 AsA 表型提升其耐旱性的研究。结果发现高 AsA 含量基因型耐旱性强、产量高。该研究为培育耐旱鹰嘴豆品种提供依据，值得科研人员一读。

　　

在广袤的农业天地里，鹰嘴豆（Cicer arietinum L.）可是个 “明星选手”，它是全球第三大重要豆类作物，在 50 多个国家都有种植，印度更是贡献了全球 70% 的产量 。鹰嘴豆 “出生” 在土耳其和叙利亚北部炎热干旱的地区，这也造就了它能在半干旱环境生长的本领。不过，全球气候越来越极端，降雨变得捉摸不定，干旱和高温时不时就来 “捣乱”，这让鹰嘴豆的日子不太好过。就拿干旱来说，它能让鹰嘴豆减产 40 - 45%，这可太让种植户们头疼了。

干旱为啥会让鹰嘴豆减产呢？原来，土壤里水分一少，植物细胞里就会产生一堆活性氧物质（ROS，比如过氧化氢、单线态氧等） 。这些 ROS 可不安分，它们会疯狂氧化植物细胞里的脂质、蛋白质、DNA 等，把细胞搅得 “天翻地覆”，严重时还会让植物死亡。为了抵抗这些 “小恶魔”，植物进化出了自己的防御系统，其中抗坏血酸（AsA，也就是我们常说的维生素 C）可是个关键 “卫士”。它不仅能清除 ROS，还能调节植物的光合作用、细胞分裂等重要生理过程，在应对干旱等非生物胁迫时作用巨大。

但问题来了，随着干旱情况在气候变化下越来越严重，现有的鹰嘴豆品种在干旱面前有点 “力不从心”。所以，培育耐旱的鹰嘴豆新品种迫在眉睫。有研究人员就想到，既然 AsA 在植物应对干旱时作用这么大，那能不能通过研究鹰嘴豆的 AsA 含量来提高它的耐旱能力呢？于是，带着这样的疑问，印度相关研究人员开启了探索之旅。他们的研究成果发表在了《Scientific Reports》期刊上，论文题目是《Enhancing drought tolerance in chickpea (Cicer arietinum L.) through ascorbic acid phenotyping》。经过一系列研究，他们发现那些天生能产生更多 AsA 的鹰嘴豆基因型，在干旱条件下产量表现更出色，像 BDNG - 2018 - 15 和 PG - 1201 - 20 这两个品种，在干旱时产量减少得很少。这一发现为鹰嘴豆的育种工作提供了新方向，有望培育出更能适应干旱环境的品种。

为了开展这项研究，研究人员用到了几个关键技术方法。首先是土壤水分测量，他们用 gravimetric method 测定土壤持水能力（FC），通过每天称重花盆来监控水分变化。其次，利用自动化系统控制灌溉和监测用水，精确掌握土壤水分情况。另外，采用分光光度法来测量 AsA 水平，还通过统计分析（如 ANOVA 和 Duncan’s multiple range test）来处理实验数据 。

下面来看看具体的研究结果。

1. Protocol standardization for estimating endogenous ascorbic acid：研究人员先在实验室 “小试牛刀”，用两个鹰嘴豆品种 Vijay（耐旱）和 Vishal（不耐旱）做实验。他们发现，在土壤湿度 60% FC 时，充分浇水的植株初始 AsA 含量是 203.94 μg g?1 FW。随着土壤湿度下降，AsA 含量开始上升，到 30 ± 1% FC 时达到峰值 284.97 μg g?1 FW 。当湿度降到 20% FC 时，即使再浇水，植株也活不了啦。后续重复实验也证实了这一结果，说明 30 ± 1% FC 就是 AsA 含量达到峰值的关键湿度。
2. Efficacy of method for differentiating drought - tolerant and drought - sensitive genotypes：对比 Vijay 和 Vishal 这两个品种，在不同土壤湿度下，Vijay 积累的 AsA 都比 Vishal 多。在 60% FC 时，Vijay 的 AsA 含量是 234.29 μg g?1 FW，Vishal 只有 173.59 μg g?1 FW。从 60% FC 到 30 ± 1% FC，两个品种的 AsA 积累都在增加，Vijay 达到 324.67 μg g?1 FW，Vishal 达到 245.27 μg g?1 FW，之后湿度降到 20% FC 时又开始下降。这就表明，通过观察不同湿度下 AsA 的积累情况，能区分出耐旱和不耐旱的品种。
3. Genetic variation in endogenous AsA accumulation：研究人员对 104 个鹰嘴豆基因型进行大筛查，发现它们在 30% FC 时，叶片中 AsA 含量差异很大。从中选出了两个 AsA 含量高的品种 BDNG - 2018 - 15（367.12 μg g?1 FW）和 PG - 1201 - 20（361.25 μg g?1 FW），还有两个含量低的品种 C - 19159（179.87 μg g?1 FW）和 C - 19294（186.28 μg g?1 FW） 。种子中的 AsA 含量也有差异，而且和叶片中的变化趋势相似，不过种子里的 AsA 含量比新鲜叶片低很多，大约只有叶片的三分之一。
4. Yield attributes under field conditions：研究人员又在田间开展实验，观察不同品种在干旱和正常浇水条件下的产量表现。结果发现，干旱对所有品种的产量都有负面影响。但 AsA 含量高的品种，像 PG - 1201 - 20 和 BDNG - 2018 - 15，无论是在干旱还是正常条件下，干生物量、荚果数、每荚粒数、百粒重和单株种子产量都比 AsA 含量低的品种表现好。比如，PG - 1201 - 20 在干旱时荚果数下降最少，BDNG - 2018 - 15 的百粒重最高。
5. Stress indices in AsA - rich and AsA - poor genotypes：通过多元分析和主成分分析，研究人员发现 AsA 含量高的品种和含量低的品种在压力指数上有明显差异。AsA 含量高的品种，像 BDNG - 2018 - 15、PG 1201 - 20 和 Vijay，在一些压力指数（如 GM、RDI 等）上表现更好，说明它们更能抵抗干旱。而且，AsA 含量高的品种在干旱时，抗坏血酸过氧化物酶（APX）活性也更高，这有助于它们清除 ROS，更好地应对干旱。

综合研究结果和讨论部分，这项研究意义重大。以前，虽然知道 AsA 在植物应对干旱时很重要，但缺乏标准化的表型分析方法，很难将其应用到遗传改良中。这次研究建立了一套将 AsA 水平纳入筛选耐旱鹰嘴豆品种的实验方案，通过精确控制土壤湿度和光照条件，找到了测量 AsA 含量的最佳时机和方法，而且分光光度法成本低、易操作，适合推广。研究还发现 AsA 含量和鹰嘴豆的耐旱性密切相关，AsA 含量高的品种在干旱时产量损失小，这为鹰嘴豆育种提供了重要的理论依据和实践指导。育种人员可以利用这些发现，选择 AsA 含量高的品种进行杂交育种，培育出更耐旱的鹰嘴豆品种，帮助种植户减少干旱带来的损失，保障鹰嘴豆的产量，为农业可持续发展贡献力量。