馬鈴薯不同品種抗旱評價及生化指標(biāo)

姜波，張曉莉，任珂，王貴平，宋景榮，于曉剛，劉秩汝，安光日，王華

（呼倫貝爾市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古扎蘭屯162650）

馬鈴薯不同品種抗旱評價及生化指標(biāo)

姜波*，張曉莉，任珂，王貴平，宋景榮，于曉剛，劉秩汝，安光日，王華

（呼倫貝爾市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古扎蘭屯162650）

試驗選擇內(nèi)蒙古推廣種植的10個馬鈴薯品種，采用防雨棚盆栽設(shè)計進行水分脅迫處理，測定產(chǎn)量和植株葉片脯氨酸、丙二醛含量、根系的α-萘胺氧化力3項生化指標(biāo)，分析不同品種處理的變化程度，并結(jié)合產(chǎn)量測定的抗旱系數(shù)，分析品種的抗旱能力。結(jié)果表明，‘蒙薯13’、‘蒙薯12’和‘蒙薯19’抗旱性最強，‘費烏瑞它’、‘蒙薯21’、‘蒙薯10’和‘大西洋’抗旱性中等，‘蒙薯14’、‘蒙薯20’和‘內(nèi)薯7號’抗旱性最弱。水分脅迫處理與對照相比，葉片脯氨酸和丙二醛含量表現(xiàn)升高趨勢，根系的α-萘胺氧化力表現(xiàn)降低趨勢，且這3項指標(biāo)與抗旱系數(shù)的相關(guān)性均達到了顯著水平，在馬鈴薯品種的抗旱性評價中起到了重要的作用，均可作為馬鈴薯抗旱性評價的指標(biāo)。

抗旱性；抗旱系數(shù)；脯氨酸；丙二醛；α-萘胺氧化力

水資源不足已成為目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的世界性問題，馬鈴薯作為喜水農(nóng)作物，其產(chǎn)量和品質(zhì)更是受到一定影響[1]。內(nèi)蒙古70%左右的馬鈴薯種植區(qū)都分布在干旱半干旱區(qū)域，其嚴(yán)重缺乏水分影響著馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]，繼而影響了整個產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展，所以抗旱品種的選育及評價變得尤為重要。為此，本試驗選擇了10個當(dāng)?shù)赝茝V品種，研究其抗旱能力，并通過測定水分脅迫后生理生化指標(biāo)的變化，揭示抗旱機理，為當(dāng)?shù)伛R鈴薯抗旱品種選育及種植選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料來自呼倫貝爾市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，均為馬鈴薯脫毒小薯，分別為‘蒙薯10’、‘蒙薯12’、‘蒙薯13’、‘蒙薯14’、‘蒙薯19’、‘蒙薯20’、‘蒙薯21’、‘大西洋’、‘費烏瑞它’和‘內(nèi)薯7號’，均為當(dāng)?shù)赝茝V中晚熟品種。

1.2 試驗設(shè)計與方法

試驗在呼倫貝爾市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所網(wǎng)棚內(nèi)進行，為便于水分脅迫處理，試驗采用防雨棚盆栽設(shè)計，正常澆水對照和水分脅迫處理，2016年5月15日播種，9月12日收獲。每個品種10盆，合計200盆，隨機排列，供試土壤為院內(nèi)試驗地耕層土，一次性施肥，盆深×直徑為35 cm×35 cm，每盆施尿素18 g（N 46%）、磷酸二銨50 g（P 46%）、硫酸鉀9.2 g（K 50%），植株前期正常栽培管理，現(xiàn)蕾期（7月8日）開始進行人工控制土壤水分，持續(xù)到成熟收獲，對照保持在田間持水量的70%～80%，水分脅迫處理保持田間持水量的35%～45%（烘干稱重法測定），每隔1 d上午取土樣，傍晚澆水，控水1周后開始取樣，分別于7月15和17日取植株葉片2次測定脯氨酸及丙二醛含量，7月19日取植株根系測定α-萘胺氧化力。

1.3 測定及分析方法

脯氨酸含量按白寶璋和湯學(xué)軍[3]的方法測定；丙二醛含量按李合生等[4]的方法測定；根系α-萘胺氧化力參考武新娟[5]的方法測定。另外抗旱系數(shù)的計算公式為[5]：抗旱系數(shù)=干旱脅迫處理產(chǎn)量/非脅迫處理產(chǎn)量?？购迪禂?shù)的分級標(biāo)準(zhǔn)為抗旱系數(shù)＞0.3為抗旱；抗旱系數(shù)在0.1～0.3為中抗；抗旱系數(shù)＜0.1為低抗?？购抵笖?shù)=旱地產(chǎn)量×抗旱系數(shù)/各品種旱地產(chǎn)量平均值。

試驗數(shù)據(jù)處理及作圖均使用Excel2003進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫下不同馬鈴薯品種塊莖產(chǎn)量

馬鈴薯結(jié)薯期是整個生育期需水量最大的時期，塊莖膨大從馬鈴薯現(xiàn)蕾期開始，開花期塊莖膨大速度最快，這個時期對水分也最敏感，需水量為整個生育期的一半，在此時進行水分脅迫，將直接降低馬鈴薯的產(chǎn)量，所以不同品種產(chǎn)量與對照相比，降低幅度越小，其品種抗旱性也就越強。表1為不同品種的塊莖產(chǎn)量結(jié)果分析，對各品種的水分脅迫處理和對照產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行分析，評價結(jié)果為品種‘蒙薯13’、‘蒙薯12’和‘蒙薯19’抗旱性強，‘費烏瑞它’、‘蒙薯21’、‘蒙薯10’和‘大西洋’抗旱性中等，‘蒙薯14’、‘蒙薯20’和‘內(nèi)薯7號’抗旱性則弱。

表1 不同品種的塊莖產(chǎn)量結(jié)果及抗旱評價Table 1 Tuber yield and drought tolerance of different varieties

2.2 水分脅迫下不同馬鈴薯品種脯氨酸含量變化

植物葉片的脯氨酸含量在受到水分脅迫時十分敏感，積累量越大其抗旱能力越強。參試馬鈴薯品種脅迫處理和未處理對照的脯氨酸含量變化見圖1，可以看出水分脅迫處理后所有品種的脯氨酸含量均有所增加，且增加幅度很大，均達到2倍以上，‘蒙薯13’含量最高，為234 μg/g，但增加幅度最大的是‘蒙薯12’，由32 μg/g增加至197 μg/g，增加了5倍多。含量較低的‘蒙薯10’和‘蒙薯14’，也分別達到了102和103 μg/g。綜合分析正常澆水各品種的脯氨酸含量在32～54 μg/g，水分脅迫后的含量在102～234 μg/g，充分說明了脯氨酸含量對水分脅迫的敏感度。

圖1 不同馬鈴薯品種脯氨酸含量Figure 1 Proline contents of different potato varieties

圖2為水分脅迫后馬鈴薯脯氨酸含量與抗旱系數(shù)的相關(guān)性分析散點圖，R2=0.613＞R20.01= 0.585，說明葉片脯氨酸含量與抗旱系數(shù)呈極顯著正相關(guān)。所以認(rèn)為脯氨酸含量的變化可以作為馬鈴薯抗旱性評價的指標(biāo)之一。

2.3 水分脅迫下不同馬鈴薯品種丙二醛含量變化

圖2 脯氨酸含量與抗旱系數(shù)的相關(guān)性Figure 2 Correlationbetweenprolinecontentsanddroughttoleranceindex

丙二醛是植物抗逆性的表現(xiàn)指標(biāo)之一，是膜質(zhì)的過氧化行為產(chǎn)物，其含量的多少代表著抗逆性的強弱。各品種馬鈴薯經(jīng)過干旱處理后和未處理對照葉片的丙二醛含量變化見圖3。脅迫處理后所有品種葉片的丙二醛含量均有所升高，‘內(nèi)薯7號’的升高程度達到了2.2倍。而處理后丙二醛含量最高的品種是‘蒙薯20’，升高程度也達到了對照的1.5倍，說明這2個品種的抗旱能力均表現(xiàn)較差，‘蒙薯13’變化幅度最小，基本穩(wěn)定，說明受水分脅迫影響較小。同樣綜合觀察正常澆水各品種的丙二醛含量在5.08～9.30 μg/g，水分脅迫后的含量在7.81～13.99μg/g，整體升高趨勢明顯。

圖4為水分脅迫后馬鈴薯丙二醛含量與抗旱系數(shù)的相關(guān)性分析散點圖，R2=0.403＞R20.05= 0.399，說明葉片丙二醛含量與抗旱系數(shù)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。所以認(rèn)為丙二醛含量也可以作為評價馬鈴薯抗旱性的有效指標(biāo)之一。

圖3 不同馬鈴薯品種丙二醛含量Figure 3 Malondialdehyde content of different potato varieties

圖4 丙二醛含量與抗旱系數(shù)的相關(guān)性Figure 4 Correlation between malondialdehyde content and drought tolerance index

2.4 水分脅迫下不同馬鈴薯品種α-萘胺氧化力變化

植物根的α-萘胺氧化力過程認(rèn)為是在過氧化物酶的催化下進行的，所以測定α-萘胺氧化力的強弱代表了過氧化物酶的活性，而過氧化物酶的活性越強則植株的抗旱能力越強。圖5為不同品種馬鈴薯水分脅迫處理和對照α-萘胺氧化力的變化，可以看出水分脅迫處理后所有品種根系的α-萘胺氧化力均有一定程度的降低，‘蒙薯12’的變化幅度最小，正常澆水為15.83 μg/g，脅迫處理后為15.22 μg/g，其次是‘蒙薯13’處理前為15.01 μg/g，處理后為14.07 μg/g，變化幅度較大的品種是‘蒙薯14’和‘大西洋’，處理后分別降低了45%和40%。綜合分析正常澆水各品種的α-萘胺氧化力含量在11.12～20.70 μg/g，水分脅迫后的含量在6.08～15.22 μg/g，各品種降低程度不同，降低幅度越小其品種的根系活力受水分脅迫影響越小，抗旱性也相對較強。

圖6為水分脅迫后馬鈴薯根系α-萘胺氧化力與抗旱系數(shù)的相關(guān)性分析散點圖，R2=0.432＞R20.05=0.399，說明根系的α-萘胺氧化力與抗旱系數(shù)呈顯著正相關(guān)。所以認(rèn)為α-萘胺氧化力的變化也可以作為評價馬鈴薯抗旱能力的指標(biāo)之一。

圖5 不同馬鈴薯品種α-萘胺氧化力Figure 5 α-naphthyamine oxidation of different potato varieties

圖6 α-萘胺氧化力與抗旱系數(shù)的相關(guān)性Figure 6 Correlation between α-naphthyamine oxidation and drought tolerance index

3 討論

對于農(nóng)作物的抗旱性評價，最終目的就是要獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)與抗旱性相結(jié)合的材料，所以產(chǎn)量分析結(jié)果尤為重要[5]。利用產(chǎn)量評價農(nóng)作物的抗旱能力，其結(jié)果一向具有較高的準(zhǔn)確性，但同時也存在耗時較長的缺點。目前馬鈴薯抗旱性鑒定很多利用干旱脅迫下馬鈴薯生理生化指標(biāo)變化的差異來確定品種抗旱性，這些指標(biāo)與多種抗旱機制直接相關(guān)[6,7]。已經(jīng)有很多研究表明如脯氨酸、丙二醛、根系活力等與抗旱性的關(guān)系明確，適合作為抗旱性鑒定指標(biāo)[8-11]。宋志榮[9]對抗旱性不同的3個馬鈴薯品種在干旱條件下進行了生理生化指標(biāo)的測定，發(fā)現(xiàn)抗旱性強的品種丙二醛含量的增加幅度較小。武新娟[5]對不同馬鈴薯品種抗旱性評價研究中發(fā)現(xiàn)，脯氨酸、丙二醛和α-萘胺氧化力均與抗旱性顯著相關(guān)。

試驗通過對10個馬鈴薯品種塊莖膨大期進行水分脅迫，測定葉片脯氨酸、丙二醛含量、根系的α-萘胺氧化力及最終產(chǎn)量4個指標(biāo)，評價品種抗旱性，并分析指標(biāo)的變化與抗旱能力的相關(guān)性，得出結(jié)論，根據(jù)抗旱系數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)馬鈴薯品種‘蒙薯13’、‘蒙薯12’和‘蒙薯19’抗旱性最強，‘費烏瑞它’、‘蒙薯21’、‘蒙薯10’和‘大西洋’抗旱性中等，‘蒙薯14’、‘蒙薯20’和‘內(nèi)薯7號’抗旱性最弱。水分脅迫處理與對照相比，葉片脯氨酸含量升高，與抗旱系數(shù)相關(guān)性極顯著；丙二醛含量也表現(xiàn)為升高，與抗旱系數(shù)表現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)；而根系的α-萘胺氧化力降低，與抗旱系數(shù)呈顯著正相關(guān)，結(jié)果說明這3項指標(biāo)均可以作為馬鈴薯抗旱性評價的指標(biāo)。

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[3]白寶璋,湯學(xué)軍.植物生理學(xué)測試技術(shù)[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1993:76-157.

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Drought Tolerance and Biochemical Indexes of Different Potato Varieties

JIANG Bo＊,ZHANG Xiaoli,REN Ke,WANG Guiping,SONG Jingrong, YU Xiaogang,LIU Zhiru,AN Guangri,WANG Hua
(Hulunbuir Institute of Agricultural Sciences,Zhalantun,Inner Mongolia 162650,China)

ract:Potatoes,which were grown in pot in a rain-proof shed,of ten extensively cultivated varieties in Inner Mongolia were water stressed and evaluated for their yields and proline and malondialdehyde contents,and α-naphthyamine oxidation activity.Changes in traits of potato were measured and drought tolerance coefficient for yield was calculated,and drought tolerance of potatoes tested was analyzed.'Mengshu 13','Mengshu 12',and'Mengshu 19' were identified as high drought tolerance,'Favorita','Mengshu 21','Mengshu 10'and'Atlantic'as middle drought tolerance,and'Mengshu 14','Mengshu 20',and'Neishu 7'as low drought tolerance.Under water stress,malondialdehyde and proline contents in leaves of potato were increased,and α-naphthyamine in roots was decreased.The three physiological indexes were significantly correlated to drought tolerance index.Therefore,they are important in evaluation of potato drought tolerance,and could be used as indexes to evaluate the drought tolerance of potato.

rds:drought tolerance;drought coefficient;proline;malondialdehyde;α-naphthyamine oxidation

S532

A

1672－3635（2017）02-0071-06

2016-12-27

國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金（CARS-10-ES04）。

姜波（1966-），男，副研究員，主要從事馬鈴薯育種和高產(chǎn)栽培技術(shù)研究與開發(fā)推廣。

姜波，E-mail:zltjiangbo@163.com。