持續(xù)干旱脅迫對(duì)青薯9號(hào)幼苗生長及生理特性的影響

鄧仁菊，盧揚(yáng)，曾憲浩，何天久，潘建梅，雷尊國

(貴州省生物技術(shù)研究所，貴州貴陽550006)

持續(xù)干旱脅迫對(duì)青薯9號(hào)幼苗生長及生理特性的影響

鄧仁菊，盧揚(yáng)，曾憲浩，何天久，潘建梅，雷尊國*

(貴州省生物技術(shù)研究所，貴州貴陽550006)

為青薯9號(hào)馬鈴薯新品種在貴州干旱石漠化地區(qū)的推廣應(yīng)用提供參考，采用盆栽模擬干旱試驗(yàn)研究持續(xù)干旱脅迫對(duì)青薯9號(hào)幼苗生長及生理特性的影響。結(jié)果表明:在不同干旱脅迫條件下，輕度干旱脅迫對(duì)青薯9號(hào)幼苗株高和地上部生物量的影響不明顯，但隨著干旱脅迫程度增加和持續(xù)時(shí)間的延長，幼苗生長受抑制程度明顯;相對(duì)電解質(zhì)滲出率(REC)和丙二醛(MDA)含量均隨干旱脅迫程度增加和持續(xù)時(shí)間的延長呈逐漸增加趨勢，在持續(xù)干旱第20天，輕度干旱脅迫、中度干旱脅迫和重度干旱脅迫青薯9號(hào)葉片的REC和MDA含量分別比對(duì)照增加34.5%和39.7%、124.5%和116.3%、177.0%和152.0%。在整個(gè)干旱脅迫過程中，青薯9號(hào)葉片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸(Pro)含量均顯著高于對(duì)照，其中，Pro含量隨干旱持續(xù)時(shí)間的延長呈先升高后降低趨勢，并在輕度干旱脅迫第15天達(dá)最大值，中度和重度干旱脅迫第10天達(dá)最大值;超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)在輕度干旱脅迫下呈逐漸增加趨勢，而在中度和重度干旱脅迫下隨持續(xù)時(shí)間的延長呈先升高后降低趨勢，即在長期輕度、短期中度和重度干旱脅迫下，青薯9號(hào)幼苗可以通過提高細(xì)胞抗氧化酶活性來清除體內(nèi)多余活性氧，維持膜穩(wěn)定性，但隨脅迫強(qiáng)度的增加和脅迫時(shí)間的延長，抗氧化酶活性明顯降低，膜脂過氧化酶增強(qiáng)，植株受到嚴(yán)重傷害。

馬鈴薯;干旱脅迫;幼苗生長;生理特性;青薯9號(hào)

馬鈴薯是對(duì)水分虧缺較敏感的作物之一［1－2］。干旱不僅影響馬鈴薯生長發(fā)育，還阻礙其營養(yǎng)生長和生殖生長［3－4］，而且對(duì)馬鈴薯塊莖品質(zhì)和產(chǎn)量都有一定影響［5－6］。目前，國內(nèi)外有關(guān)馬鈴薯抗旱生理研究的文獻(xiàn)較多［7－12］。李建武等［7］研究結(jié)果表明，干旱脅迫對(duì)馬鈴薯葉片的相對(duì)含水量、脯氨酸、可溶性蛋白、MDA含量及相關(guān)酶活性影響不同; Christina等［10］研究結(jié)果顯示，干旱脅迫對(duì)馬鈴薯薯塊產(chǎn)量的影響顯著，但對(duì)馬鈴薯葉片POD活性及花青素含量影響不大。前人的研究多是針對(duì)干旱和半干旱地區(qū)，而對(duì)西南等季節(jié)性干旱地區(qū)的研究很少。而不同地區(qū)因氣候、土壤等環(huán)境因子不同，同一品種在不同地區(qū)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)機(jī)理可能存在較大差異［12］。貴州立體氣候明顯，易出現(xiàn)夏秋連旱疊加和冬、初春連續(xù)干旱天氣。特別是在春作和冬作馬鈴薯生產(chǎn)區(qū)，經(jīng)常是前期遭遇持續(xù)低溫，后期又遭受頻繁的季節(jié)性干旱，嚴(yán)重影響馬鈴薯的出苗率和幼苗生長，導(dǎo)致后期產(chǎn)量和品質(zhì)下降，而目前未見該區(qū)域有關(guān)干旱脅迫對(duì)馬鈴薯生長及生理特征影響的研究報(bào)道。為此，筆者以馬鈴薯新品種青薯9號(hào)為試材，采用盆栽模擬干旱試驗(yàn)，研究持續(xù)干旱脅迫對(duì)其幼苗生長及生理特性的影響，以期為該青薯9號(hào)馬鈴薯新品種在貴州干旱石漠化地區(qū)的推廣應(yīng)用及馬鈴薯抗旱新品種的選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種為青薯9號(hào)脫毒種薯，該品種由青海省農(nóng)林科學(xué)院選育，2011年通過國家農(nóng)業(yè)部審定(國審薯2011001)，貴州省2012年引進(jìn)試種，并于2016年通過貴州品種審定委員會(huì)審定(黔審薯2016004號(hào))，該品種具有薯形好、產(chǎn)量高、抗病性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是目前貴州省主推馬鈴薯品種之一。供試土壤為貴州省農(nóng)科院試驗(yàn)地耕層風(fēng)干土，土壤肥力中等，壤土，田間最大持水量為46.2%。在進(jìn)行盆裝之前，每1000 kg風(fēng)干土混合50 kg硫酸鉀復(fù)合肥、500 kg的腐熟羊糞和100 kg腐殖土，拌施適量多菌靈和辛硫磷進(jìn)行消毒和殺蟲。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

參照焦志麗等［4］的方法，采用盆栽模擬水分脅迫法，于2015年在貴州省農(nóng)科院防雨大棚中進(jìn)行青薯9號(hào)的干旱脅迫試驗(yàn)。每盆裝拌好的風(fēng)干土5 kg，播種50 g左右的小整薯1個(gè)，各盆保持一定距離，避免冠層接觸而形成干擾。播種前澆足水，以保證正常出苗，出苗10 d后進(jìn)行不同程度的干旱脅迫試驗(yàn)。根據(jù)土壤含水量不同確定干旱脅迫強(qiáng)度。試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理:T1處理(輕度脅迫)，土壤含水量為田間最大持水量的60%;T2處理(中度脅迫)，土壤含水量為田間最大持水量的40%;T3處理(重度脅迫)，土壤含水量為田間最大持水量的20%;對(duì)照(CK)，正常供水，土壤含水量為田間最大持水量的80%。每處理15盆，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共計(jì)180盆。通過土壤水分監(jiān)測儀結(jié)合稱重法監(jiān)測數(shù)據(jù)補(bǔ)充盆中由于植株蒸騰和水分蒸發(fā)減少水分，以保證各處理土壤的田間持水量維持在相應(yīng)處理水平。隔天澆水1次，每次澆水時(shí)間為8:30－9:30。

1.3 田間取樣

分別在干旱脅迫的第5、10、15和20天，各處理隨機(jī)選取10株植株測定其株高和地上部鮮重，同時(shí)隨機(jī)選取15片倒4葉帶回實(shí)驗(yàn)室剪碎、研磨、混勻進(jìn)行各生理指標(biāo)測定。

1.4 指標(biāo)檢測

相對(duì)電解質(zhì)滲出率(REC)、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸(Pro)及丙二醛(MDA)含量，分別采用電導(dǎo)法［13］、蒽酮比色法［13］、考馬斯亮藍(lán)G-250染色法［13］、酸性茚三酮法顯色法［14］和硫代巴比妥酸比色法［14］進(jìn)行測定。超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(POD)活性測定參照南京建成生化公司的試劑盒測定方法。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel2010和DPSv7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，用單因素方差分析(One-way ANOVA)和最小顯著差異法(LSD)比較不同數(shù)據(jù)組間的差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同干旱脅迫對(duì)青薯9號(hào)幼苗生長的影響

從圖1看出，在不同干旱脅迫下，隨著干旱脅迫程度加重和干旱持續(xù)時(shí)間的延長，青薯9號(hào)幼苗生長受抑制作用明顯。在持續(xù)干旱第5天，T1處理幼苗的株高、地上部鮮重與對(duì)照差異不顯著(P＞0.05)，而T2處理和T3處理則顯著低于對(duì)照(P＜0.05);在持續(xù)干旱第10天，T1處理、T2處理和T3處理幼苗的株高和生物量均與對(duì)照差異顯著(P＜0.05);在持續(xù)干旱第20天，T1處理、T2處理、T3處理的株高分別比對(duì)照低12.8%、28.4%和40.3%，地上部生物量分別比對(duì)照低10.9%、33.5%和53.1%。表明，干旱脅迫程度的強(qiáng)弱及持續(xù)時(shí)間長短與青薯9號(hào)的生長密切相關(guān)。

2.2 不同干旱脅迫青薯9號(hào)葉片REC及MDA的含量變化

圖1 不同干旱脅迫條件下青薯9號(hào)幼苗的株高及地上部生物量Fig.1 Plant height and overground biomass of Qingshu 9 seedlings under different drought stress

從圖2A看出，在不同干旱脅迫下，青薯9號(hào)葉片的REC含量隨干旱脅迫程度的增加和持續(xù)時(shí)間的延長而升高，除T1處理在持續(xù)干旱第5和10天，T2處理在持續(xù)干旱第5天，與對(duì)照差異不顯著(P＞0.05)外，其余處理均顯著高于對(duì)照，且T1處理、T2處理和T3處理間差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)。

從圖2B看出，在整個(gè)脅迫處理過程中，青薯9號(hào)葉片的MDA含量，除T1處理在持續(xù)干旱第5天和第10天與對(duì)照差異不顯著(P＞0.05)外，其余處理與對(duì)照差異均達(dá)顯著水平(P＜0.05)。其中，在持續(xù)干旱第10天，T1處理、T2處理和T3處理的MDA含量分別比對(duì)照升高3.9%、29.5%和66.3 %;在持續(xù)干旱第20天，T1處理、T2處理和T3處理的MDA含量分別比對(duì)照升高39.7%、116.3%和152.0%。說明，持續(xù)中度和重度干旱脅迫可對(duì)青薯9號(hào)葉片的細(xì)胞膜造成嚴(yán)重傷害。

2.3 不同干旱脅迫對(duì)青薯9號(hào)葉片可溶性糖、可溶性蛋白和Pro含量的影響

從圖3A看出，在不同干旱脅迫下，青薯9號(hào)葉片的可溶性糖含量各處理均高于對(duì)照，除T1處理在第20天與對(duì)照差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)外，其余處理與對(duì)照差異均不顯著(P＞0.05)，而T2處理和T3處理均與對(duì)照差異達(dá)顯著水平(P＜0.05)，且在脅迫第20天，其可溶性糖含量分別比對(duì)照升高52. 2%和81.3%。

從圖3B可知，在整個(gè)脅迫處理過程中，青薯9號(hào)葉片的可溶性蛋白含量均顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，特別是T2處理和T3處理在干旱脅迫下的可溶性蛋白含量與對(duì)照差異達(dá)極顯著水平(P＜0.01)，且在干旱脅迫第15天，T2處理和T3處理的可溶性蛋白含量達(dá)最大值，分別比對(duì)照升高203.8%和221.2%。

從圖3C看出，在不同干旱脅迫下，青薯9號(hào)葉片的脯氨酸(Pro)含量各處理均顯著高于對(duì)照(P＜0.05)，且隨持續(xù)時(shí)間的延長呈先增高后降低趨勢，T1處理在干旱脅迫第15天達(dá)最大值;T2處理和T3處理則均在第10天達(dá)最大值。

2.4 不同干旱脅迫下青薯9號(hào)葉片的SOD和POD酶活性

從圖4A看出，在不同干旱脅迫下，青薯9號(hào)葉片的超氧化物岐化酶(SOD)活性各處理均呈先升高后降低趨勢，且T2處理和T3處理的變幅較大，并均在第10天達(dá)最大值，分別比對(duì)照升高83.1%和141.2%;T1處理SOD活性的變幅趨于平緩，并在第15天達(dá)最大值，比對(duì)照升高22.0%;在干旱脅迫第20天，除T1處理的SOD活性顯著高于對(duì)照外，其余處理均比對(duì)照低。

圖2 不同干旱脅迫條件下青薯9號(hào)葉片的REC和MDA含量Fig.2 REC and MDA content in leaves of Qingshu 9 seedlings under different drought stress

圖3 不同干旱脅迫條件下青薯9號(hào)葉片的可溶性糖、可溶性蛋白和Pro含量Fig.3 Soluble sugar，soluble protein and Pro content in leaves of Qingshu 9 seedlings under different drought stress

圖4 不同干旱脅迫條件下青薯9號(hào)葉片的SOD和POD酶活性Fig.4 Leaf SOD and POD activity of Qingshu 9 seedlings under different drought stress

從圖4B可知，在整個(gè)干旱過程中，除T1處理前10 d的過氧化物酶(POD)活性與對(duì)照差異不顯著(P＞0.05)外，其余處理的POD活性均顯著高于對(duì)照(P＜0.05)。T2處理和T3處理的POD活性呈現(xiàn)出與SOD相似的變化趨勢，但到達(dá)最高點(diǎn)的時(shí)間不同，即分別在干旱脅迫的第10和15天達(dá)最大值。

3 結(jié)論與討論

(1)干旱脅迫下植物最直觀的表現(xiàn)是植株生長勢減弱，葉面積的生長率、葉片數(shù)量和生物產(chǎn)量等顯著降低。研究表明，不同干旱脅迫程度對(duì)青薯9號(hào)幼苗的生長均存在一定影響，但短時(shí)間(5 d)內(nèi)輕度干旱脅迫對(duì)幼苗生長的影響不明顯。而隨著干旱脅迫程度的加重和脅迫時(shí)間的延長，對(duì)馬鈴薯生長的抑制作用越來越明顯，其株高和地上部生物量均明顯低于對(duì)照?？赡苁怯捎谒侄倘币种屏思?xì)胞的生長和分化，頂端分生組織或側(cè)生分生組織發(fā)育緩慢［15］。通過形態(tài)觀察表明，在干旱脅迫10 d左右，重度干旱脅迫處理的幼葉開始出現(xiàn)萎蔫，在干旱脅迫第20天，部分植株出現(xiàn)整株萎蔫，甚至死亡。說明，長時(shí)間重度干旱脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗生長的影響極大。

(2)研究結(jié)果顯示，輕度干旱脅迫初期(5 d左右)，青薯9號(hào)幼葉的REC和MDA含量與對(duì)照差異不明顯;隨干旱脅迫程度加重和持續(xù)時(shí)間延長，葉片REC和MDA含量顯著增加。在干旱脅迫第20天，中度和重度干旱脅迫下的REC分別比對(duì)照高124.5 %和177.0%，MDA含量分別比對(duì)照高116.3%和152.0%。表明，長時(shí)間重度干旱脅迫，使馬鈴薯幼葉細(xì)胞的膜系統(tǒng)已遭到嚴(yán)重破壞，進(jìn)而大大降低了植物細(xì)胞膜的選擇透過性。

(3)在整個(gè)干旱脅迫處理過程中，青薯9號(hào)葉片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均不同程度的高于對(duì)照。隨脅迫強(qiáng)度的增加和時(shí)間的延長，可溶性糖含量呈逐漸增加的變化趨勢，可溶性蛋白含量呈先增加后趨于平緩的變化趨勢，脯氨酸含量則呈先增加后降低變化趨勢。說明，不同滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)對(duì)干旱脅迫的敏感度和生理響應(yīng)不一致，但這些滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的變化大都在較短的時(shí)間內(nèi)完成，有利于幼苗對(duì)干旱脅迫的適應(yīng)，減輕生理反應(yīng)過分滯后對(duì)其造成的傷害。

(4)研究結(jié)果表明，在輕度干旱脅迫下，青薯9號(hào)葉片的SOD和POD活性呈逐漸增加趨勢，且始終高于對(duì)照，而中度和重度脅迫下，這2種酶的活性隨持續(xù)時(shí)間延長呈先增加后降低趨勢。說明在輕度和短期中度、重度干旱脅迫下，馬鈴薯幼苗可以通過提高細(xì)胞抗氧化酶活性，有效清除活性氧對(duì)膜脂的損傷，維持膜的穩(wěn)定性，但隨著脅迫強(qiáng)度的加大和脅迫時(shí)間的延長，抗氧化酶活性明顯降低，膜脂過氧化增強(qiáng)，透性增大，植株受到嚴(yán)重傷害，與焦志麗等［4，16－19］研究結(jié)果相似。

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(責(zé)任編輯 陳靜)

Effects of Persistence Drought on Grow th and Physiological Characteristics of Potato Seedlings

DENG Ren-ju，LU Yang，ZENG Xian-hao，HE Tian-jiu，PAN Jian-mei，LEIZun-guo*
(Guizhou Institute of Biological Technology，Guizhou Guiyang 550006，China)

The effects of persistence droughton growth and physiological characteristics of Qingshu 9 seedlingswere studied by a pot simulated droughtmethod to provide a reference for popularization and application of Qingshu 9，a new potato variety，in droughtand stony desertification areas，Guizhou.Results:Mild drought stress has no obvious effect on plant height and overground biomass of potato seedlings but seedling growth is obviously inhibited with increase of drought stress degree and prolongation of drought duration.Leaf REC and MDA content presents a gradual rising trend with increase of drought stress degree and prolongation of drought duration.Leaf REC and MDA content undermild，moderate and heavy drought stress for 20d drought duration is34.5%and 39.7%，124.5%and 116.3%，177.0%and 152.0%respectively.Leaf soluble sugar，soluble protein and proline content is significantly higher than CK during the process of drought stress.The proline content presents a first rising and then declining trend with prolongation of drought duration.Leaf proline content reaches themaximum undermild drought stress after 15d drought duration and undermoderate and heavy drought stress after10d drought duration. Leaf SOD and POD content presents a gradual rising trend under mild drought stress but a first rising and then declining trend with prolongation of drought duration undermoderate and heavy drought stress.Qianshu 9 seedlings can remove internal surplus active oxygen by raising cell autioxidant enzyme activity to maintain membrane stability but seedlings suffer severe damage with increase of drought stress degree and prolongation of drought duration because its decrease of autioxidant enzyme activity and increase of membrane lipid peroxidase.

Potato;Drought stress;Seedling growth;Physiological characteristics;Qingshu 9

S532

A

1001－4829(2017)2－0291－05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.009

2016－04－02

國家星火計(jì)劃項(xiàng)目“貴州脫毒馬鈴薯種薯擴(kuò)繁及優(yōu)質(zhì)鮮薯周年生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化示范”(2011GA820001);貴州省科技重大專項(xiàng)“科特派特色優(yōu)質(zhì)馬鈴薯創(chuàng)業(yè)鏈技術(shù)服務(wù)與示范”［黔科合重大專項(xiàng)字(2013)6010-6］;貴州省科技創(chuàng)新人才團(tuán)隊(duì)建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目“貴州省馬鈴薯育種及逆境栽培創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”［黔科合人才團(tuán)隊(duì)(2013)4003］;貴州省科研機(jī)構(gòu)服務(wù)企業(yè)行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目“馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化集成技術(shù)服務(wù)威寧縣馬鈴薯產(chǎn)業(yè)科技示范園區(qū)”［黔科合服企(2015)4005］

鄧仁菊(1982－)，女，副研究員，博士，從事薯類作物育種與生理栽培研究，E-mail:xiaoju63@163.com，*為通訊作者:雷尊國(1963－)，男，研究員，從事馬鈴薯育種、栽培及產(chǎn)業(yè)化示范研究，E-mail:leizunguo916@sina.com。