基于指标筛选鹰嘴豆耐旱基因型，助力干旱地区农业发展

为解决鹰嘴豆干旱减产问题，研究人员筛选耐旱基因型，发现 BDG75 等基因型耐旱，对育种意义重大。

　　鹰嘴豆，这种富含蛋白质的豆类，在热带和亚热带地区广泛种植，是许多人餐桌上的常客。然而，它的生长却面临着一个严峻的挑战 —— 干旱。在那些气候干燥、降水稀少的地区，鹰嘴豆常常因为缺水而生长不良，产量大幅下降。据统计，超过 50% 的鹰嘴豆产量变化是由水分亏缺导致的。在印度，传统的鹰嘴豆种植季节，土壤水分不断减少，气温持续上升，这使得鹰嘴豆在营养生长和生殖生长阶段都频繁遭受干旱胁迫，不仅植株生长矮小，结瘤能力受损，花和荚的形成也明显减少，严重影响了农民的收入。因此，寻找耐旱的鹰嘴豆基因型，提高其在干旱条件下的产量，成为了农业领域亟待解决的重要问题。

为了攻克这一难题，来自印度农业研究委员会国家非生物胁迫管理研究所（ICAR-National Institute of Abiotic Stress Management）等机构的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为鹰嘴豆的抗旱育种提供了重要的理论依据和实践指导。

在这项研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们进行了为期两年（2020 - 2021 和 2021 - 2022）的田间试验，地点位于印度马哈拉施特拉邦巴拉马蒂的 ICAR - 国家非生物胁迫管理研究所研究农场。试验采用裂区设计，设置了灌溉（对照）和水分胁迫（干旱）两种处理，对 25 个鹰嘴豆基因型进行研究。其次，研究人员通过测定土壤水分含量，了解干旱胁迫对土壤湿度的影响。在开花期开始对所有基因型进行干旱处理，通过控制灌溉次数来模拟干旱条件，并定期测量不同深度土壤的水分含量。此外，他们还测定了单株种子产量（SY），并基于干旱胁迫（Ys）和对照（Yc）条件下的种子产量计算了多种胁迫指数，如胁迫耐受指数（STI）、产量稳定性指数（YSI）等。最后，运用了统计分析方法，包括方差分析（ANOVA）、相关性分析、主成分分析（PCA）、聚类分析和双标图分析等，来揭示不同基因型、处理和年份之间的差异以及各指标之间的关系。

下面来看具体的研究结果：

1. 土壤水分含量变化：研究期间，干旱处理下土壤水分含量（SMC）变化显著，在 2020 - 2021 年，0 - 15 cm 深度土壤水分含量范围为 34.95% - 8.1%，15 - 30 cm 深度为 37.89% - 8.10%；2021 - 2022 年，0 - 15 cm 深度为 34.33% - 6.93%，15 - 30 cm 深度为 36.14% - 6.35%。这表明干旱处理有效模拟了干旱环境，对鹰嘴豆生长产生了水分胁迫。
2. 基因型在不同条件下的表现：方差分析显示，基因型、胁迫处理、年份之间及其交互作用均显著影响种子产量。在不同年份，不同基因型在对照和干旱胁迫条件下表现各异。例如，2020 - 2021 年，JG74、JG16 和 BGD103 在最佳条件下表现优异；BDG103、BDG75 和 ICCV92944 在干旱胁迫下产量较好。2021 - 2022 年，JG16、Pusa240 和 JG74 在正常条件下表现突出；BDG75、JG16 和 BGD103 在胁迫条件下产量较高。
3. 胁迫耐受指数分析：通过计算 12 个与胁迫耐受相关的指数，发现 BDG75、BGD103、JG74 和 JG16 等基因型在胁迫条件下表现良好，它们的 STI、MRP 和 REI 值较高，而胁迫敏感性指数（SSI）和产量减少百分比（PYR）值较低。相反，ICCV96030、JG63 等基因型的 STI、MRP 和 REI 值较低。
4. 基因型排名：基于各指标计算平均秩、秩标准差和秩和（RS）对基因型进行排名，结果显示 BGD103 排名第一，是最耐旱的基因型，其次是 BDG75 和 Vijay；而 GG2、Pusa240 等基因型的 RS 和秩标准差较高，对干旱胁迫更敏感。
5. 相关性分析：关联分析表明，胁迫条件下的产量（Ys）与 STI（r = 0.97）、MRP（r = 0.96）呈显著正相关，与相对产量下降（RDY，r = - 0.96）呈显著负相关。最佳条件下的产量（Yc）也与 STI（r = 0.92）等呈正相关。这说明这些指数在评估基因型在不同条件下的表现时相互关联。
6. 聚类分析：聚类分析将 25 个鹰嘴豆基因型分为三组。第一组包括 BDG75、BGD103 等基因型，它们具有高 STI、MRP 和 REI 值，耐旱性强；第二组包括 ICCV96030、JG63 等基因型，其 STI、YSI 等值低，对干旱敏感；第三组包括 PG5、Pusa240 等基因型，指标值处于中间，为中度耐受。
7. 主成分和双标图分析：主成分分析（PCA）显示，PC1 和 PC2 解释了总变异的 99.3%。PC1 适合识别耐旱和高产基因型，PC2 中 STI、REI 等指数系数显著。双标图分析进一步证实，耐旱基因型 BGD103、JG16 等的 STI、REI 和 MRP 值较高，而对干旱敏感的基因型靠近 SSPI、RDY 等指标。

研究结论和讨论部分表明，本研究通过多种分析方法，有效区分了耐旱和敏感的鹰嘴豆基因型。BDG75、BGD103、ICCV4958、JG16 和 JG74 是在干旱胁迫下表现最佳的基因型，它们的高 STI、MRP 和 REI 值使其对干旱胁迫耐受性最强。STI 和 REI 在筛选耐旱鹰嘴豆基因型时能提供更可靠的信息，有助于育种者更高效地筛选耐旱品种。然而，不同指标在鉴定耐旱基因型时存在不一致性，因此综合运用排名方法、相关性研究、PCA 和双标图分析比单独使用指标更能有效区分敏感和耐受基因型。此外，环境因素对鹰嘴豆产量影响重大，即使存在基因型差异，干旱仍显著影响豆荚产量。本研究为鹰嘴豆抗旱育种提供了关键信息，有助于培育适应干旱环境的鹰嘴豆品种，提高干旱地区鹰嘴豆产量，保障农民收益，对全球鹰嘴豆产业发展具有重要意义。