馬鈴薯新品種桂農薯1號冬種田間耐寒性鑒定

鄧英毅　鄭虛　熊軍　許娟　覃維治

摘要：【目的】利用馬鈴薯冬種期間發(fā)生的持續(xù)低溫霜凍條件，對選育的新品種桂農薯1號與廣西主栽品種費烏瑞它進行田間耐寒性調查比較，為指導馬鈴薯耐寒栽培及新品種推廣提供理論依據。【方法】2013年11月～2014年3月和2015年12月～2016年4月，分別對桂農薯1號和費烏瑞它在薯塊膨大初期和苗期受低溫脅迫后的田間寒害發(fā)生情況及寒害對產量的影響進行調查，并測定分析苗期遭受低溫脅迫時幼苗葉片的可溶性蛋白含量及過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性?！窘Y果】試驗期間試驗點陰雨霜凍天數分別有76和82 d，占冬季4個月總天數的63.9%和66.9%。桂農薯1號苗期和薯塊膨大初期受寒害程度低于對照品種費烏瑞它，耐寒性強，2014和2016年收獲期產量分別比費烏瑞它高61.0%和19.0%。在受低溫脅迫后的第5 d，桂農薯1號幼苗葉片中的可溶性蛋白含量及CAT、SOD和POD活性均顯著高于費烏瑞它（P<0.05）?！窘Y論】桂農薯1號耐寒性較強，在持續(xù)低溫霜凍條件下產量較高，在我國馬鈴薯秋冬種地區(qū)有廣闊的推廣應用前景。

關鍵詞： 桂農薯1號；費烏瑞它；耐寒性；產量；生理指標

中圖分類號： S532.01 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2017）01-0066-06

Abstract：【Objective】Under continuous low temperature and frost weather，the difference of field cold resistance between the new potato variety Guinongshu No.1 and main cultivar in Guangxi Favorita planted in winter was compared，in order to provide theoretical basis for cold-resistant cultivation and new variety promotion. 【Method】During November， 2013- March， 2014 and December， 2015-April， 2016， chilling injury in field of Guinongshu No.1 and Favorita at early period of tuber enlargement and seedling stage after low temperature stress were observed， and effects of chilling injury on yield were investigated. In addition，the soluble protein content， catalase（CAT） activity， superoxide dismutase（SOD） activity and peroxidase（POD） activity in leaf at seedling stage when the seedlings went through low temperature stress were detected. 【Result】During two experiment periods， rainy and frosty days were 76 and 82 days respectively， accounting for 63.9% and 66.9% of four winter months. During seedling stage and early period of tuber enlargement， Guinongshu No.1 suffered less chilling injury than Favorita， and showed stronger cold resistance. At harvest period in 2014， the yield of Guinongshu No.1 was 19.0% higher than that of Favorita， and 61.0% higher in 2016. Soluble protein content， CAT activity， SOD activity and POD activity in leaves of Guinongshu NO.1 were significantly higher than those of Favorita on the fifth day after low temperature stress（P<0.05）. 【Conclusion】 Guinongshu No.1 has strong cold resistance and high yield under continuous cold and frost weather. Therefore， it has promising application potential in the winter potato planting area in China.

Key words： Guinongshu No.1； Favorita； cold resistance； yield； physiological index

0 引言

【研究意義】馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是重要的主糧化作物之一，目前全球有160多個國家栽培馬鈴薯。我國秋冬種馬鈴薯主要分布在福建、廣西、廣東、浙江、四川、云南、貴州、湖南和湖北等?。▍^(qū)），面積大約為40萬ha（古秋霞等，2016）。馬鈴薯喜冷涼，但不耐低溫霜凍，秋冬種馬鈴薯在生長過程中常受到偶發(fā)性的短時低溫傷害，甚至持續(xù)性低溫霜凍災害。尤其近年來氣候變化反常，每年冬季低溫霜凍天氣均會給秋冬種馬鈴薯生產造成不同程度的危害和損失（廖銘燕和陳斌艷，2008），低溫霜凍已成為秋冬種馬鈴薯健康可持續(xù)發(fā)展的主要限制因子。因此，選育馬鈴薯新品種并進行田間耐寒鑒定，對馬鈴薯耐寒品種的篩選及馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展均具有重要意義。【前人研究進展】李飛等（2008）對馬鈴薯野生種Solanum acaule的25份后代與中薯3號進行了耐寒性比較，結果表明，中薯3號屬低溫霜凍敏感型，無冷馴化能力，不耐霜凍，25份S. acaule的無性系材料中強耐凍型、耐凍型和霜凍敏感型在冷馴化前的比例是2∶12∶11，經冷馴化后其比例變?yōu)?0∶12∶3。劉浩和張宗山（2008）對寧夏南部山區(qū)種植的18個馬鈴薯品種進行了耐寒性研究，結果表明，新大平、晉薯7號和內薯7號耐霜凍，其他品種不耐霜凍或中等耐霜凍。魏亮（2013）利用電導率法研究了115份馬鈴薯材料的抗寒性，發(fā)現抗寒性最強的品種是克新2號、晉薯2號、鄭薯6號和鄭薯5號，其半致死溫度均低于-3.5 ℃，115份材料可分為抗寒型、中間型和低溫敏感型三大類，分別占14.7%、29.6%和55.7%。周真珍等（2016）通過測定分析低溫脅迫下馬鈴薯品種大西洋和東農303的耐寒性相關生理指標得出，大西洋幼苗的抗寒性高于東農303。【本研究切入點】桂農薯1號為廣西農業(yè)科學院經濟作物研究所自主選育的耐寒型秋冬種馬鈴薯新品種，其田間耐寒性及耐寒生理機制尚需進一步研究，且目前關于南方低溫霜凍天氣下不同馬鈴薯品種田間耐寒性及寒害對產量影響的研究也鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】以廣西主栽馬鈴薯品種費烏瑞它和新選育馬鈴薯品種桂農薯1號為試驗材料，利用馬鈴薯冬種期間發(fā)生的持續(xù)低溫霜凍條件，對比兩品種在苗期和薯塊膨大期田間連續(xù)遭受低溫脅迫后的田間受害情況及寒害對產量的影響，測定分析苗期葉片可溶性蛋白含量及過氧化氫酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）活性等主要生理生化指標的變化，探討馬鈴薯秋冬種品種的耐寒性和耐寒機理，為指導馬鈴薯耐寒栽培及新品種推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

供試馬鈴薯品種為桂農薯1號（由廣西農業(yè)科學院經濟作物研究所自主選育，耐寒型）和費烏瑞它（秋冬種區(qū)主栽品種，設為對照），均由廣西農業(yè)科學院經濟作物研究所提供。

1. 2 試驗方法

田間試驗分別于2013年11月～2014年3月和2015年12月～2016年3月兩個冬種時間段進行。

第一時間段試驗地點位于南寧市壇洛鎮(zhèn)馬六坡村，試驗地為緩坡地（小于10°），坡向朝西，紅壤，土壤疏松，前作玉米。2013年11月15日播種，12月8～10日出苗。試驗采用隨機區(qū)組設計，按不同坡度劃分區(qū)組，株行距為0.30 m×0.80 m，單行種植，小區(qū)面積約266.6 m2。3次重復。主要用于田間寒害程度和產量調查。

第二時間段試驗地點位于廣西農業(yè)科學院經濟作物研究所試驗地，試驗地為平地，紅壤，前作甘薯。2015年12月25日播種，2016年1月15～16日出苗。試驗采用隨機區(qū)組設計，種植壟面寬約1.10 m，一壟雙行定植，株距0.25 m，小區(qū)面積約66.6 m2。 3次重復。主要進行幼苗葉片寒害相關生理指標研究、寒害和產量調查。

1. 3 測定項目及方法

1. 3. 1 試驗地區(qū)天氣狀況調查 在馬鈴薯冬種生育期（12月～翌年3月）根據當地氣象部門氣象資料，分析最高溫、最低溫及陰天、雨天、多云、晴天和霜凍等天氣情況。

1. 3. 2 田間寒害情況調查 馬鈴薯薯塊膨大期田間寒害情況調查方法：隨機選取各參試品種每小區(qū)在同一地勢高度的3個點，每點各選取100株進行寒害情況調查。植株受害程度分為4個等級：0級，無受害小葉；1級，單株受害小葉片數1～10片；2級，單株受害小葉片數11～20片；3級，單株受害小葉片數20片以上。統(tǒng)計受害株率和受害株的受害程度。小區(qū)受害株率（%）=小區(qū)受害株數/300×100。

馬鈴薯苗期植株寒害受害調查標準參考Vega和Bamberg（1995）、Chen等（1999）的方法分為6個等級：0級，無損傷；1級，頂部葉片輕微受害；2級，頂部一些葉片凍死；3級，所有頂部葉片凍死；4級，所有葉片和小葉柄凍死；5級，葉和莖全凍死。

1. 3. 3 幼苗葉片寒害相關生理指標調查 在馬鈴薯葉片幼苗期田間低溫期間（-1～7 ℃連續(xù)5 d）進行葉片取樣分析，每品種取樣9株。取樣時從每株頂部展開葉片取1～2片成熟葉，分別混勻，用于各項抗寒生理指標測定。3次重復。

相關生理指標測定參考李合生（1999）的方法。葉片可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250染色法測定；CAT活性采用紫外吸收法測定；SOD活性采用氮藍四唑法測定；POD活性采用愈創(chuàng)木酚法測定。

1. 3. 4 產量調查方法 2014年在連續(xù)低溫脅迫發(fā)生時每小區(qū)取20株，去泥稱重，折算產量；在收獲時將所有小區(qū)馬鈴薯全部挖取，去泥稱重，折算產量；2016年在低溫脅迫發(fā)生時由于植株處于苗期還未形成產量，因此僅在收獲時測產，方法同2014年。

1. 4 統(tǒng)計分析

試驗數據采用SPSS 18.0和Excel 2003進行數據統(tǒng)計分析和圖形繪制。

2 結果與分析

2. 1 試驗期間試驗點天氣情況分析

由圖1～圖4可知，試驗期間兩個冬季最低氣溫低于7 ℃的分別有24和10 d（分別占冬季4個月總天數的20.1%和8.2%），低于10 ℃的分別有43和59 d（占冬季4個月總天數的36.1%和48.8%）（圖1、圖3），陰雨霜凍天數分別有76和82 d（占冬季4個月總天數的63.9%和66.9%）（圖2、圖4）。2014年1月和2016年1月甚至出現-2～-1 ℃的霜凍和雨夾雪天氣，低溫陰雨寡照給冬種馬鈴薯的生長造成了極大影響。

2. 2 桂農薯1號和費烏瑞它的田間寒害受害程度比較

2. 2. 1 田間薯塊膨大初期寒害受害程度比較 2014年1月13～24日試驗區(qū)域遭遇極端低溫霜凍（-2～6 ℃）天氣，供試馬鈴薯植株處于塊莖膨大初期，此時桂農薯1號株高20～23 cm，小葉片總數71～81張；費烏瑞它株高18～21 cm，小葉片總數60～70張。由表1可看出，此時期不同馬鈴薯品種的受害程度差異明顯，桂農薯1號的受害株率僅為16.3%，極顯著低于費烏瑞它（P<0.01，下同），且受害植株的受害程度較輕，受害率主要為1級（78.4%），其余為2級（21.6%），無3級受害率，植株恢復生長的潛力較大；費烏瑞它受害株率高達73.0%，且受害程度較重，1級、2級和3級受害率分別達48.0%、20.8%和31.2%。表明桂農薯1號在薯塊膨大初期的耐寒性比費烏瑞它強。

2. 2. 2 田間苗期寒害受害程度比較 2016年1月對遭受田間-1～7 ℃持續(xù)5 d低溫脅迫后的馬鈴薯田間植株的受害情況進行調查。由表2可知，馬鈴薯幼苗期受寒害后兩品種的受害級別差異明顯，桂農薯1號受害級別為0級，葉片和植株正常，受害輕，耐寒性強；而費烏瑞它的受害級別為1級，植株有2～3片葉片出現萎蔫卷曲。

2. 3 桂農薯1號和費烏瑞它田間受寒害后產量比較

由表3可看出，2014年霜凍發(fā)生時，桂農薯1號和費烏瑞它塊莖膨大初期的產量無顯著差異（P>0.05，下同），但兩品種收獲期的產量達極顯著差異水平，桂農薯1號比費烏瑞它高61.0%。2016年收獲期桂農薯1號產量比費烏瑞它高19.0%，差異也達極顯著水平。

2. 4 桂農薯1號和費烏瑞它的耐寒性相關生理指標比較

2. 4. 1 耐寒性生理指標測定期間的田間氣溫情況 2016年1月耐寒性相關生理指標測定期間的田間氣溫如圖5所示，在5 d的田間低溫脅迫期間，前4 d氣溫持續(xù)下降，1月24日最低氣溫降到-1 ℃，1月25日最低氣溫回升至4 ℃。

2. 4. 2 低溫脅迫期間馬鈴薯幼苗葉片可溶性蛋白含量比較 由圖6可看出，兩品種馬鈴薯可溶性蛋白含量在測定時期內均呈先降低后升高的變化趨勢，可溶性蛋白含量均在1月24日時降至最低，該趨勢也與測定時期內的氣溫變化趨勢相吻合。除1月24日（最低氣溫-1 ℃）時費烏瑞它可溶性蛋白含量顯著高于桂農薯1號外（P<0.05，下同），其他測定時期桂農薯1號的可溶性蛋白含量均顯著高于費烏瑞它。

2. 4. 3 低溫脅迫期間馬鈴薯幼苗葉片CAT活性比較 由圖7可看出，兩品種馬鈴薯幼苗葉片CAT活性在田間低溫脅迫期間呈波浪上升趨勢，在1月24日受到-1 ℃的最低溫脅迫后，1月25日桂農薯1號的CAT活性急劇上升，費烏瑞它則緩慢上升。除1月23日兩品種馬鈴薯CAT活性差異不顯著外，其他測定時期桂農薯1號的CAT活性均顯著高于費烏瑞它。

2. 4. 4 低溫脅迫期間幼苗葉片SOD和POD活性比較 由圖8和圖9可看出，兩品種馬鈴薯幼苗葉片SOD和POD活性在田間低溫脅迫期間整體呈上升—下降—上升的變化趨勢。費烏瑞它的SOD和POD活性均在1月23日達峰值，1月24日受到-1 ℃的最低氣溫脅迫后急劇降低，隨后變化緩慢；桂農薯1號1月24日受到-1 ℃的最低氣溫脅迫后，SOD和POD活性較1月23日有所降低，但1月25日最低氣溫回升至4 ℃后（氣溫連續(xù)脅迫第5 d），SOD和POD活性隨之急劇升高，此時SOD和POD活性顯著高于費烏瑞它。

3 討論

3. 1 品種耐寒性與產量的關系

品種的耐寒性越強，植株受害株率越低，受害程度也會越低。本研究中，桂農薯1號薯塊膨大初期的受害株率及苗期的受害級別均明顯低于對照品種費烏瑞它，表明其耐寒性較對照強。Zheng（2007）研究發(fā)現，在馬鈴薯塊莖膨大初期，由于塊莖是最大的庫，在連續(xù)受害結束后光合產物主要輸送至塊莖，導致葉片恢復生長較慢甚至無法恢復生長，進而影響了后期的光合作用，光合產物減少，最終導致產量降低。因此，寒害結束時未受害葉片的數量對最終產量的形成具有決定性作用，即植株受害率越高，受害程度越重，產量就越低。本研究結果表明，薯塊膨大初期受寒害后，桂農薯1號與費烏瑞它差異顯著，在同樣遭受低溫脅迫后，費烏瑞它收獲期產量與桂農薯1號相比減產61.0%，苗期受寒害后費烏瑞它收獲期產量比桂農薯1號減產19.0%。由此可見，薯塊膨大初期持續(xù)遭受低溫寒害對產量的影響程度大于苗期，原因可能是苗期受害時薯塊剛剛形成，植株葉片生產的光合產物主要供給根莖葉用于恢復生長從而對最終產量的影響較小，但薯塊膨大初期由于塊莖已經膨大成為主要的庫，葉片等恢復生長受到較大影響，導致后期光合產物減少，因此薯塊膨大初期寒害對產量影響較明顯。

3. 2 品種耐寒性與耐寒性生理指標的關系

有研究表明，植物在低溫逆境條件下自身的各種保護性酶類活性及可溶性糖和可溶性蛋白等滲透物質含量均會發(fā)生改變，從而起到自我調節(jié)保護作用（Baek and Skinner，2003）。如植物在低溫脅迫條件下會產生過多的活性氧，而此時SOD、CAT和POD等保護酶系的活性會上升，用于清除過多的活性氧，以降低植物受害程度（賴靜等，2015；吳雪霞等，2016）。本課題組前期研究結果表明，持續(xù)低溫脅迫后期（5～7 d）馬鈴薯葉片SOD、POD和CAT活性可作為鑒定馬鈴薯品種耐寒性強弱的生理指標，活性越強耐寒性越強（許娟等，2016）。本研究結果再次驗證這一結論，在連續(xù)受害至第5 d時，桂農薯1號葉片中CAT、POD和SOD活性均顯著高于費烏瑞它，說明桂農薯1號的抗寒性較強。同時，田間調查結果也表明桂農薯1號比費烏瑞它受害程度低，耐寒性強。

4 結論

本研究結果表明，與對照品種費烏瑞它相比，桂農薯1號耐寒性較強，在持續(xù)低溫霜凍條件下產量相對較高，因此該品種在我國馬鈴薯秋冬種地區(qū)有廣闊的推廣應用前景。

參考文獻：

古秋霞，林群，黃修杰，曹先維. 2016. 2015年廣東馬鈴薯產業(yè)發(fā)展形勢與對策建議[J]. 廣東農業(yè)科學，43（3）：21-24.

Gu Q X，Lin Q，Huang X J，Cao X W. 2016. Development situation and countermeasure of Guangdong potato industry in 2015[J]. Guangdong Agricultural Sciences，43（3）：21-24.

賴靜，楊偉，龔榮高，石佳佳，鄭云峰，陳仲剛. 2015. 低溫脅迫下枇杷幼果種子膜脂過氧化、保護酶活性及顯微結構的變化[J]. 廣西植物，35（5）：663-667.

Lai J，Yang W，Gong R G，Shi J J，Zheng Y F，Chen Z G. 2015. Changes in membrane lipid peroxidation，activities of cell defense enzyme and microstructure in the seed of loquat young fruit under chilling stress[J]. Guihaia，35（5）：663-667.

李飛，雷尊國，劉杰，金黎平. 2008. 野生馬鈴薯材料苗期耐凍性鑒定[J]. 中國蔬菜，（12）：6-10.

Li F，Lei Z G，Liu J，Jin L P. 2008. Assessment for seedling freezing-tolerance in Solanum acaule[J]. China Vegetables，（12）：6-10.

李合生. 1999. 植物生理生化實驗技術[M]. 北京：高等教育出版社.

Li H S. 1999. Plant Physiological and Biochemical Experiment Technology[M]. Beijing：Higher Education Press.

廖銘燕，陳斌艷. 2008. 2008年初低溫雨雪冰凍天氣對馬鈴薯的影響及應對措施[J]. 廣西農學報，23（SI）：39-40.

Liao M Y，Chen B Y. 2008. Effects of low temperature，rainy and snowy weather on potato in early 2008 and countermeasures[J]. Journal of Guangxi Agriculture，23（SI）：39-40.

劉浩，張宗山. 2008. 寧夏南部山區(qū)馬鈴薯主栽品種耐霜凍性研究[J]. 安徽農業(yè)科學，36（33）：14485-14486.

Liu H，Zhang Z S. 2008. Research on the frost-resistant of potato variety grown in southern mountain of Ningxia Hui autono-

mous district[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences，36（33）：14485-14486.

魏亮. 2013. 中國主要馬鈴薯品種抗寒性鑒定及抗寒相關基因表達分析[D]. 呼和浩特：內蒙古農業(yè)大學：14-25.

Wei L. 2013. Evaluation of freezing tolerance of major potato cultivars in China and expression analysis of genes induced by freezing[D]. Huhhot：Inner Mongolia Agricultural University：14-25.

吳雪霞，朱宗文，許爽，查丁石. 2016. 低溫脅迫及恢復對茄子幼苗活性氧代謝和滲透調節(jié)物質含量的影響[J]. 江西農業(yè)學報，28（7）：17-21.

Wu X X，Zhu Z W，Xu S，Zha D S. 2016. Effects of low tempe-

rature stress and recovery on reactive oxygen metabolism and osmotic adjustment substance contents in eggplant seedlings[J]. Acta Agriculturae Jiangxi，28（7）：17-21.

許娟，鄭虛，閆海鋒，唐秀樺，熊軍，韋民政，覃維治，李韋柳. 2016. 不同馬鈴薯品種苗期葉片對低溫脅迫的生理響應[J]. 南方農業(yè)學報，47（11）：1837-1943.

Xu J，Zheng X，Yan H F，Tang X H，Xiong J，Wei M Z，Qin W Z，Li W L. 2016. Physiological responses of different potato varieties to cold stress at seedling stage[J]. Journal of Sou-

thern Agriculture，47（11）：1837-1943.

周真珍，史端甫，李力，徐明，賀利雄. 2016. 馬鈴薯東農303、大西洋在低溫脅迫下生理生化及光合特性的比較[J]. 江西農業(yè)學報，27（5）：24-27.

Zhou Z Z，Shi D F，Li L，Xu M，He L X. 2016. Comparison of physiological and biochemical characteristics and photosynthetic characteristics of potato ‘Dongnong 303 and ‘Atlantic under low temperature stress[J]. Journal of Jiangxi Agricultural Sciences，27（5）：24-27.

Baek K H，Skinner D Z. 2003. Alteration of antioxidant enzyme gene expression during cold acclimation of near-isogenic wheat lines[J]. Plant Science，165：1221-1227.

Chen Y K H，Bamberg J B，Palta J P. 1999. Expression of free-

zing tolerance in the interspecific F1 and sonmatic hybrids of potato[J]. Theoretical and Applied Genetics，98：995-1004.

Vega S E，Bamberg J B. 1995. Screening the US potato collection for frost hardiness[J]. American Journal of Potato Research，72：13-21.

Zheng X. 2007. Dynamics of non-structural carbohydrate in potato shoot[D]. Sapporo：Hokkaido University：2-4.

（責任編輯 王 暉）