甘薯耐旱性品種苗期篩選及耐旱性指標(biāo)研究

袁振等

摘要：

為實(shí)現(xiàn)甘薯耐旱性品種的快速篩選，本試驗(yàn)采用室內(nèi)PEG模擬連續(xù)干旱法對(duì)22個(gè)甘薯品種（系）進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：濟(jì)薯21、12057、11001和零9281等品種（系）的根系持水力、根系活力和幼苗成活率較高，具有較強(qiáng)的苗期耐旱性；通過統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，根系持水力、薯苗質(zhì)量和含水量、根系活力等可作為重要的苗期耐旱性篩選指標(biāo)；干旱脅迫下根系的持水能力和采苗后薯苗狀況是影響甘薯苗期耐旱性的重要因素。在生產(chǎn)上，選用耐旱性品種和采用壯苗是抵御干旱脅迫的重要措施。

關(guān)鍵詞：甘薯；干旱脅迫；苗期

中圖分類號(hào)：S531.037文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A文章編號(hào)：1001-4942（2015）03-0022-06

Seedling Screening of Drought Resistance Varieties

of Sweetpotato and Drought Resistance Index Research

Yuan Zhen1，Wang Baoqing2，Jiang Yao1，Xie Beitao2，Dong Shunxu2，

Zhang Haiyan2，Duan Wenxue2，Wang Qingmei2，Zhang Liming3*

（1.Qingdao Agricultural University， Qingdao 266109，China；2. Crop Research Institute， Shandong Academy

of Agricultural Sciences，Jinan 250100，China；3. Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan 250100，China）

AbstractIn order to screen drought resistance varieties of sweetpotato rapidly，22 sweetpotato varieties （lines） were studied by indoor simulated continuous drought method with PEG. The results showed that the roots water retention，root activity and seedling survival rate of Jishu21，12057，11001 and 09281 were higher，which implied strong drought resistance in seedling stage. Through statistical analysis， the roots water retention，seedling quality，water content of seedling and root activity could be used for important screening indexes of drought resistance in seedling. The water retention capacity of roots under drought stress and seedling status after cutting were the important factors influencing the sweetpotato seedling drought resistance. In production， selecting drought tolerance varieties and strong seedlings are important measures to resist drought stress.

Key wordsSweetpotato； Drought resistance； Seedling

甘薯（Ipomoea batatas Lam.）廣泛分布在世界上111個(gè)國(guó)家和地區(qū)，不僅是世界上第五大食物能源供應(yīng)作物[1]，也是我國(guó)第四大糧食作物，在維護(hù)糧食安全和緩解能源危機(jī)方面的重要性日益凸顯[2]。2013年，我國(guó)甘薯種植面積達(dá)352.5×104 hm2，總產(chǎn)達(dá)7 909.0×104 t，分別占世界的42.8%和71.4%[3]。

干旱造成的農(nóng)作物損失在所有的非生物脅迫中占首位[4]。雖然甘薯根系發(fā)達(dá)較耐旱，但甘薯不同于其它作物，一方面甘薯栽插的是幼嫩的薯苗，對(duì)土壤水分狀況非常敏感，遭受干旱脅迫后地上部易枯萎，地下部根系的形成受阻；另一方面，甘薯一般種植在丘陵山區(qū)及無灌溉條件的旱作區(qū)，多依靠自然降水滿足生長(zhǎng)發(fā)育的水分需求，一旦發(fā)生嚴(yán)重的干旱脅迫，沒有足夠的人工水源補(bǔ)充。因此，薯苗質(zhì)量和耐旱性的優(yōu)劣對(duì)薯苗成活率至關(guān)重要，而這些方面又與其品種的特性息息相關(guān)。

前人關(guān)于甘薯的耐旱性研究較多，主要集中在甘薯種質(zhì)資源耐旱性鑒定、篩選等基礎(chǔ)性研究方面。鈕福祥等[5]從甘薯栽后45 d始進(jìn)行土壤連續(xù)干旱處理，以抗旱系數(shù)（旱池干產(chǎn)/對(duì)照池干產(chǎn)）為主要指標(biāo)，鑒定了60個(gè)甘薯品種的耐旱性。侯利霞等[6]從甘薯栽插澆窩水后就不再供水，持續(xù)土壤干旱70 d，以植株的成活率為主要指標(biāo)，鑒定了15個(gè)品種的耐旱性，并發(fā)現(xiàn)不能用甘薯的地上部生長(zhǎng)指標(biāo)作為品種耐旱性強(qiáng)弱的評(píng)價(jià)依據(jù)。張明生等[7]對(duì)水培15 d后的甘薯苗期根系進(jìn)行了PEG干旱處理，認(rèn)為干旱脅迫下15個(gè)甘薯品種的葉片相對(duì)含水量、丙二醛和SOD可作為室內(nèi)快速鑒定其耐旱性的指標(biāo)。謝世清等[8]在甘薯栽后40 d控制土壤水分達(dá)30%直至收獲，以抗旱系數(shù)為主要指標(biāo)，篩選到11個(gè)抗旱性較強(qiáng)的品種。張?jiān)蕜偟萚9]也對(duì)235份甘薯品種資源進(jìn)行了耐旱性篩選和綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)一批抗旱兼具優(yōu)良性狀的資源。前人關(guān)于甘薯耐旱性的篩選，從鑒定方法上看，干旱處理的方式、時(shí)間及持續(xù)期各不盡相同，田間鑒定時(shí)間長(zhǎng)、影響因素多，室內(nèi)鑒定又不能模擬田間土壤的干旱過程；從鑒定指標(biāo)上看，甘薯地上部葉片生理指標(biāo)受干旱處理和取樣時(shí)間、節(jié)位等影響較大，抗旱池（棚）中甘薯的地下部產(chǎn)量指標(biāo)隨機(jī)誤差較大，并不能真實(shí)地反映品種的產(chǎn)量水平。這些方法都有待改進(jìn)的地方。endprint

本試驗(yàn)在總結(jié)前人在甘薯耐旱性研究的基礎(chǔ)上，采用甘薯苗期水培方式探索模擬田間土壤干旱條件下以苗期地上部和地下部的生物學(xué)、生理性狀作為快速鑒定甘薯苗期耐旱性的指標(biāo)，旨在為甘薯耐旱性種質(zhì)篩選和耐旱性栽培提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試材料以山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育的為主，有濟(jì)薯22、濟(jì)薯25、濟(jì)黑1、Aya、濟(jì)薯21、濟(jì)薯26、濟(jì)薯27、徐薯18、零16、零9281、12169、零8123、11001、11027、12227、12172、11076、12173、12038、12057、零5052和零8196共22個(gè)品種（系）。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1材料培養(yǎng)于6月10日統(tǒng)一剪取采苗圃中上述甘薯品種（系）的植株大小一致（每棵苗質(zhì)量相差不超過0.5 g）、節(jié)間均勻、無病斑的薯苗各30株，用海綿條將薯苗固定在泡沫板上，在16∶00時(shí)定植于日光溫室的水培試驗(yàn)系統(tǒng)中生長(zhǎng)7 d，確保薯苗基部的3個(gè)節(jié)沒入營(yíng)養(yǎng)液中，溫室內(nèi)溫度（20～25）℃，自然光散射，水培箱內(nèi)連續(xù)24 h通氣。隨機(jī)區(qū)組排列，每個(gè)品種重復(fù)3次，每重復(fù)10株。

水培試驗(yàn)系統(tǒng)由定植系統(tǒng)、通氣系統(tǒng)和貯液系統(tǒng)組成。定植系統(tǒng)由塑料盆、泡沫板和海綿組成。塑料盆長(zhǎng)50 cm，寬40 cm，深10 cm，用于裝盛1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。泡沫板長(zhǎng)度、寬度與塑料盆相同，每一泡沫板打24個(gè)孔，橫向4排，每排6孔，離薯苗底端15 cm處用海綿包裹薯苗并將其裝入孔中。通氣系統(tǒng)由氣泵、注射針頭和乳膠軟管組成，主管內(nèi)徑8 mm，支管內(nèi)徑6 mm，注射器針頭規(guī)格為12號(hào)。貯液系統(tǒng)由3個(gè)塑料桶組成，每桶容積60 L，用于配制1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液。塑料盆、泡沫板和海綿等購自濟(jì)南市七里堡批發(fā)市場(chǎng)。

1.2.2干旱處理基于汪寶卿等[10]研究的田間土壤干旱過程，梯度干旱處理參考陳京[11]的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并略有改動(dòng)。采用PEG-6000模擬土壤梯度干旱過程，用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液溶解并配置含有5%（W/V）、10%、20%和30%的 PEG-6000溶液，將正常生長(zhǎng)7 d的薯苗轉(zhuǎn)入5% PEG-6000溶液中生長(zhǎng)3 d后轉(zhuǎn)入10% PEG-6000溶液中生長(zhǎng)3 d，再轉(zhuǎn)入20% PEG-6000溶液中生長(zhǎng)3 d，最后轉(zhuǎn)入30% PEG-6000溶液中生長(zhǎng)3 d。

1.2.3測(cè)定項(xiàng)目及方法采苗后，立即稱量薯苗的鮮重并測(cè)定干重。干旱處理過程中，每一株的落葉分別編號(hào)、收集、烘干，并記錄重量。干旱處理結(jié)束后，統(tǒng)計(jì)幼苗存活率，每重復(fù)取3株測(cè)定甘薯各品種（系）的莖葉和根系的鮮重、干重、含水量，并計(jì)算根系持水力和根系活力。

苗期根鮮重（g）用電子稱稱量，后放入烘箱105℃烘30 min，再80℃烘至恒重，稱量苗期根干重（g）。

根系持水力測(cè)定參考胡文海等[12]的方法。干旱處理結(jié)束后，立即分離莖葉和根，將其置于室內(nèi)自然脫水，每天稱重3次，每隔24 h記錄鮮重，直至材料達(dá)到恒重為止，然后將其置于80℃烘箱內(nèi)烘干稱重，稱重精度為0.0001 g。持水力大小以失水率進(jìn)行比較，失水率小的持水力高。失水率計(jì)算公式：

D（%）=（F-H）/W×100

式中D為失水率，F(xiàn)為材料初始鮮重，H為稱重時(shí)間點(diǎn)的鮮重，W為材料含水量（不包括材料殘留水）。

持水力=1-失水率

根系活力測(cè)定采用TTC還原法[13]。

在進(jìn)行相關(guān)性、灰色關(guān)聯(lián)度和主成分分析時(shí)，將成活率定義為Y（母序列），各指標(biāo)定義為Xi=[Xi（1），Xi（2） ，Xi（3）…Xi（16）]=[薯苗莖葉鮮重、薯苗莖葉干重、薯苗莖葉干重/鮮重、薯苗莖葉含水量、干旱處理后莖葉鮮重、干旱處理后莖葉干重、干旱處理后莖葉干重/鮮重、干旱處理后莖葉含水量、干旱處理后根系鮮重、干旱處理后根系干重、干旱處理后根系干重/鮮重、干旱處理后根系含水量、干旱處理后根系活力、干旱處理結(jié)束后24 h根系持水力、干旱處理結(jié)束后48 h根系持水力、干旱處理結(jié)束后72 h根系持水力]?；疑P(guān)聯(lián)度分析中，設(shè)定分辨系數(shù)為0.5。

1.3數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

所有數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05完成。

2結(jié)果與分析

2.1不同甘薯品種（系）的根系持水力分析

如圖1所示，22個(gè)供試材料在干旱處理結(jié)束后24 h，濟(jì)薯21、零9281和12057三個(gè)品種（系）的根系持水力達(dá)到或超過70%；干旱處理結(jié)束后48 h，根系持水力超過50%的品種（系）依次為濟(jì)薯21、12057、零9281和11001；干旱處理結(jié)束后72 h，根系持水力在40%以上的品種（系）依次為濟(jì)薯21、12057、11001和零9281。可見，上述品種（系）苗期根系的耐旱性較強(qiáng)。

2.2不同甘薯品種（系）的根系活力分析

如圖2所示，干旱處理結(jié)束后根系活力測(cè)定表明，供試各品種（系）中濟(jì)薯21、零9281、11001、12057和濟(jì)薯26的根系活力較高，耐旱性較強(qiáng)；而濟(jì)黑1和Aya的根系活力最低，耐旱性最差；其余品種（系）的根系活力介于上述兩類品種（系）之間，苗期根系耐旱性較差。

2.3耐旱性指標(biāo)的相關(guān)性分析

2.4耐旱性指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析

甘薯耐旱性指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果如表2所示。與幼苗成活率關(guān)聯(lián)度最高的指標(biāo)是干旱處理結(jié)束后24 h根系持水力，關(guān)聯(lián)度達(dá)到0.4521。灰色關(guān)聯(lián)度排名前6位的指標(biāo)依次為：干旱處理結(jié)束后24 h根系持水力>干旱處理結(jié)束后48 h根系持水力>根系活力>干旱處理后莖葉干重>干旱處理結(jié)束后72 h根系持水力>薯苗莖葉干重。

2.5耐旱性指標(biāo)的主成分分析endprint

甘薯耐旱性指標(biāo)的主成分分析如表3所示。主成分1的特征向量中，干旱處理結(jié)束后24、48、72 h的根系持水力3個(gè)指標(biāo)值較高，主成分1的貢獻(xiàn)率達(dá)到50.22%，主要反映了根系持水力指標(biāo)特征。主成分2的特征向量中，采苗后薯苗莖葉鮮重和薯苗莖葉干重值較高（0.4874、0.4857），主成分2的貢獻(xiàn)率達(dá)到20.72%，主要反映了薯苗質(zhì)量指標(biāo)特征。主成分3中薯苗莖葉含水量的特征向量較高（0.6313），主成分3的貢獻(xiàn)率為13.47%，主要反映了薯苗水分指標(biāo)特征。主成分4的貢獻(xiàn)率為8.03%，其中根系活力的特征向量較高（0.4196），主要反映了根系的生理活性指標(biāo)特征。

3結(jié)論與討論

肖利貞等[14]研究發(fā)現(xiàn)，地上部葉片的萎蔫是對(duì)水分脅迫的一種積極響應(yīng)。因此，通過測(cè)定干旱脅迫下的地上部尤其是葉片的形態(tài)、生理指標(biāo)，并以此作為甘薯耐旱性的篩選指標(biāo)可能并不準(zhǔn)確。與以往的甘薯干旱研究指標(biāo)不同，本研究首次采用地下部根系的相關(guān)生物學(xué)和生理性狀作為甘薯苗期耐旱性的鑒定指標(biāo)，并且綜合考慮苗子質(zhì)量對(duì)苗期耐旱性的影響。

為了明確耐旱性指標(biāo)之間的關(guān)系，本試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。相關(guān)性分析只能解釋兩兩之間的關(guān)系，因此進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)度和主成分分析。結(jié)果表明，根系持水力的關(guān)聯(lián)度和貢獻(xiàn)度最高，這說明甘薯組織的持水或抗脫水能力是甘薯耐旱性的主要因素，這與張明生等[15]的研究結(jié)論一致。同時(shí)，我們還在主成分分析中發(fā)現(xiàn)，除了根系持水力外，還有薯苗莖葉鮮重、薯苗莖葉干重、薯苗莖葉含水量3個(gè)指標(biāo)對(duì)植株耐旱性的貢獻(xiàn)率累計(jì)達(dá)到34.19%，這些都是采苗后薯苗的性狀，說明薯苗質(zhì)量和水分狀況是影響耐旱性的重要因素。以前的文獻(xiàn)中很少有研究涉及到薯苗對(duì)品種耐旱性的影響，這對(duì)生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義，選用耐旱性品種和采用壯苗是抵御苗期干旱脅迫的重要措施。

總之，本試驗(yàn)篩選出苗期耐旱性較強(qiáng)的甘薯品種（系）有濟(jì)薯21、12057、11001和零9281等，分析了根系性狀在苗期耐旱性研究中的重要性，明確了根系持水力、薯苗質(zhì)量和含水量以及根系活力等作為重要的苗期耐旱性篩選指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)干旱脅迫下的根系持水能力和采苗后的薯苗狀況是影響甘薯苗期耐旱性的重要因素。本試驗(yàn)采用的連續(xù)干旱法簡(jiǎn)便、快速，能在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的品種資源進(jìn)行苗期耐旱性篩選。篩選出的品種（系）只能說明具備了耐旱性的潛質(zhì)，但并不能說明其具備了高產(chǎn)性的可能，因此，對(duì)品種選育而言，除苗期的耐旱性篩選外，還必須進(jìn)行產(chǎn)量驗(yàn)證，這將在下一步的試驗(yàn)中完善。

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