干旱脅迫對(duì)馬鈴薯移栽組培苗內(nèi)源激素含量的影響

蘇亞拉其其格，樊明壽，賈沙沙，孔 碩,賈立國(guó)

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)草原與資源環(huán)境學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010011；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)器官是塊莖，塊莖的形成數(shù)量和重量是構(gòu)成馬鈴薯產(chǎn)量的重要因素，顯著影響其產(chǎn)量高低[1-2]。內(nèi)蒙古作為中國(guó)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)，降水少、蒸發(fā)大，加之氣候干燥，易造成干旱脅迫，使得塊莖數(shù)量和重量下降，產(chǎn)量較低。因此，研究干旱脅迫影響馬鈴薯塊莖形成的生理機(jī)制，采取合理措施緩解干旱脅迫對(duì)塊莖形成的抑制作用，對(duì)馬鈴薯高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。

研究表明，植物內(nèi)源激素與抗旱性相關(guān)[3]。在土壤水分虧缺時(shí)，植物內(nèi)源激素含量及其平衡會(huì)發(fā)生一系列變化，多種內(nèi)源激素以相當(dāng)復(fù)雜的方式協(xié)調(diào)作用，共同響應(yīng)環(huán)境脅迫[4-5]。不同激素對(duì)馬鈴薯塊莖形成和發(fā)育產(chǎn)生的效果不同。業(yè)已證明，赤霉素(GA)在塊莖形成過(guò)程中起抑制或延遲的作用[6]。有報(bào)道提出細(xì)胞分裂素類(CTK)可促進(jìn)馬鈴薯塊莖和匍匐莖形成[7]，但也有研究提出CTK 對(duì)塊莖形成不具有促進(jìn)作用，ZT(玉米素)在低濃度時(shí)對(duì)塊莖形成沒(méi)有影響，較高濃度的 ZT 和 ZR(玉米素核苷)還會(huì)抑制離體塊莖形成[8-9]。生長(zhǎng)素在塊莖形成過(guò)程中的作用，現(xiàn)有的研究結(jié)果也不盡一致。胡云海認(rèn)為塊莖形成過(guò)程中生長(zhǎng)素具有顯著的促進(jìn)作用，有利于增加試管薯的數(shù)量和重量[10]，而Kumar報(bào)道大于5×10-6mol·L-1的生長(zhǎng)素對(duì)塊莖形成有抑制作用[11]，還有報(bào)道認(rèn)為生長(zhǎng)素對(duì)試管薯的形成沒(méi)有誘導(dǎo)作用[12]。綜上可見(jiàn)，三種激素對(duì)馬鈴薯塊莖形成中的作用結(jié)論不一，這可能是由于塊莖的形成并不是由某種單一激素所調(diào)控，而是多種激素相互協(xié)調(diào)的結(jié)果。目前較為一致的看法是馬鈴薯塊莖形成受多種激素綜合調(diào)節(jié)，而外界因素通過(guò)刺激植株體內(nèi)激素成分和比例發(fā)揮作用[12]。

本課題組前期試驗(yàn)結(jié)果表明，苗期最適土壤相對(duì)含水量下限為55%，適度水分虧缺利于馬鈴薯合理的物質(zhì)分配，并通過(guò)控制結(jié)薯數(shù)和塊莖重量產(chǎn)生增產(chǎn)效應(yīng)，但是具體的機(jī)制尚不清楚[13-14]?；诖?，本文選用抗旱性不同的馬鈴薯品種，出苗后至收獲期設(shè)置不同水分處理，測(cè)定其塊莖形成過(guò)程中GA、ZR和IAA含量變化，分析其變化規(guī)律和補(bǔ)償效應(yīng)，旨在為了解干旱條件下激素調(diào)控塊莖形成的機(jī)理和節(jié)水灌溉提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

2016年7-9月在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)教學(xué)農(nóng)場(chǎng)的塑料大棚內(nèi)進(jìn)行桶栽試驗(yàn)。栽培基質(zhì)為蛭石，塑料盆體積為3 L，每盆裝蛭石1.5 kg，供試品種為夏坡蒂和根優(yōu)2號(hào)，均以脫毒培養(yǎng)25 d且生長(zhǎng)狀況相近的健壯組培苗進(jìn)行移栽。

組培苗移栽時(shí)間為7月1日，移栽深度約6 cm(將根部完全掩埋)，成活前統(tǒng)一澆水2次(移栽后7 d內(nèi))，澆灌量為每盆每次300 mL；在移栽組培苗新長(zhǎng)出2個(gè)葉片后開(kāi)始進(jìn)行不同干旱程度處理，根據(jù)相對(duì)土壤含水量每3～4 d澆灌1次，澆灌方式為2次營(yíng)養(yǎng)液、1次水交替進(jìn)行(表1)。

蛭石的最大持水量為192%，水分處理以最大基質(zhì)持水量的50%(浮動(dòng)范圍：48%～52%)及65%(浮動(dòng)范圍：63%～67%)為干旱脅迫和充分灌溉處理。 每隔2 d取基質(zhì)，通過(guò)烘干法測(cè)定其實(shí)際含水量，當(dāng)基質(zhì)相對(duì)含水量達(dá)到設(shè)定的浮動(dòng)下限時(shí)進(jìn)行灌水，到達(dá)浮動(dòng)上限時(shí)停止灌水。計(jì)算出灌水量后次日澆灌，盡量將基質(zhì)含水量保持在設(shè)定的持水量范圍內(nèi)。

試驗(yàn)中，各處理的營(yíng)養(yǎng)液總氮濃度均為10 mmol·L-1。每處理10次重復(fù)(即10盆)，每盆3株，隨機(jī)排列。以NH4NO3(分析純)作為N源，其他營(yíng)養(yǎng)元素按照馬鈴薯常規(guī)營(yíng)養(yǎng)液配方[15]配制，即2.0 mmol·L-1K2SO4、0.65 mmol·L-1MgSO4、0.25 mmol·L-1KH2PO4、0.5mmol·L-1CaCl2。微量元素主要含0.1 mmol·L-1FeSO4-EDTA、1.0 μmol·L-1Mn2+、10 μmol·L-1B3+、1.0 μmol·L-1Zn2+、0.1 μmol·L-1Cu2+。各處理間種植措施與養(yǎng)分供給完全相同。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤含水量采用烘干稱重法測(cè)定。分別在8月4日、8月14日和8月24日(即移栽后35、45 d和55 d)共取樣3次。取樣時(shí)，快速、準(zhǔn)確稱取0.5 g左右的活體馬鈴薯葉片、莖、根、匍匐莖與塊莖，放到液氮中速凍，保存在-70℃的冰箱中，用于激素測(cè)定。葉片選用倒四葉片；根選取根尖部位、根中間部位以及根底部；塊莖形成前的匍匐莖取其頂端1～2 cm處，塊莖形成后則選取已結(jié)薯的匍匐莖頂端。取樣后，將植株分成根、莖、葉、塊莖幾部分，洗凈測(cè)定鮮重，統(tǒng)計(jì)單株結(jié)薯數(shù)量，并測(cè)定單個(gè)薯重，然后將各部分放入烘箱，105℃殺青30 min，80℃繼續(xù)烘24 h，稱干重。

表1 試驗(yàn)處理

馬鈴薯整株干物質(zhì)積累量(g)為根、莖、葉、塊莖的干物質(zhì)積累量總和。激素含量測(cè)定：采用酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定法[16](ELISA)測(cè)定了馬鈴薯各器官中的ABA、GA、IAA、ZR含量。logit曲線用于ELISA結(jié)果計(jì)算。激素標(biāo)樣各濃度(ng·ml-1)的自然對(duì)數(shù)表示的是曲線的橫坐標(biāo)，而各濃度顯色值的logit值表示曲線縱坐標(biāo)。Logit值的計(jì)算方法為如下：

其中,B0表示0 ng·ml-1孔的吸光值，B則表示測(cè)定樣品的吸光值?？筛鶕?jù)待測(cè)樣品吸光值的logit值從圖上查出其所含激素濃度的自然對(duì)數(shù)，其反對(duì)數(shù)即為其激素的濃度。求得植株樣品中激素濃度后，再進(jìn)一步計(jì)算出樣品中激素的含量(ng·g-1Fw)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用最小顯著極差法比較處理間差異。

2 結(jié)果與分析

不同水分處理下，組培苗移栽后35 d均無(wú)塊莖形成；移栽后45 d時(shí)，65%處理下的馬鈴薯植株形成塊莖，而50%處理下仍未出現(xiàn)塊莖；移栽后第55天，兩個(gè)品種均已開(kāi)始結(jié)薯，說(shuō)明進(jìn)入了馬鈴薯塊莖形成期。

2.1 干旱脅迫對(duì)馬鈴薯移栽組培苗塊莖數(shù)量及重量的影響

移栽后45 d的馬鈴薯夏坡蒂、根優(yōu)2號(hào)品種單株塊莖數(shù)及塊莖重在處理間均無(wú)差異，而結(jié)薯率在50%處理下低于65%處理；移栽后55 d，各指標(biāo)均在相對(duì)含水量50%處理下顯著低于65%處理，持續(xù)干旱脅迫對(duì)馬鈴薯移栽組培苗的塊莖發(fā)育產(chǎn)生了抑制作用(表2)。

2.2 干旱脅迫對(duì)馬鈴薯移栽組培苗生物量的影響

馬鈴薯生長(zhǎng)前期干旱處理間葉片、莖、根和整株的干物質(zhì)積累量變化規(guī)律相同，均表現(xiàn)為土壤含水量50%處理低于65%處理，而其塊莖干物質(zhì)量無(wú)差異。從物質(zhì)分配規(guī)律分析，常規(guī)品種(夏坡蒂)的地下部干物質(zhì)分配比例在50%水分供應(yīng)下顯著高于65%，其地上部干物質(zhì)分配比則在50%處理下明顯較??；而抗旱性品種(根優(yōu)2號(hào))的物質(zhì)分配結(jié)果與其不相一致，移栽后55 d(即塊莖開(kāi)始形成時(shí))50%水分處理下的地下部干物質(zhì)分配比顯著低于65%，而地上部物質(zhì)分配比例在50%水分處理下較高，說(shuō)明干旱條件下干物質(zhì)在地上與地下部的分配量大小因馬鈴薯品種抗旱性能不同而異(表3)。

表2 不同水分脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖數(shù)、塊莖重及結(jié)薯率的影響

注:不同處理間不同字母在0.05水平上差異顯著。下同。

Note: different letters following the values mean significantly different atP<0.05. The same below.

表3 不同水分脅迫下馬鈴薯植株干物質(zhì)積累量及其分配比例的變化

2.3 干旱脅迫對(duì)馬鈴薯移栽組培苗內(nèi)源激素含量的影響

2.3.1 GA含量的變化 不同水分處理對(duì)馬鈴薯植株葉片、莖與塊莖中的GA含量無(wú)顯著影響；而夏坡蒂塊莖移栽后35 d和45 d時(shí)，匍匐莖GA含量在50%水分供應(yīng)條件下顯著低于65%處理，塊莖形成時(shí)(移栽后55 d)兩種水分處理下無(wú)顯著差異；根優(yōu)2號(hào)品種匍匐莖GA含量只在移栽后35 d時(shí)50%水分處理下低于65%處理，后期(移栽后45 d和55 d)均無(wú)顯著差異(表4)。

2.3.2 IAA含量的變化 兩個(gè)馬鈴薯品種在不同水分處理下，其葉片IAA含量變化相反；移栽后35 d和45 d時(shí)，夏坡蒂品種的葉片IAA含量在50%處理下明顯高于65%處理，而根優(yōu)2號(hào)品種反之。馬鈴薯塊莖形成(移栽后35～55 d)過(guò)程中，土壤含水量50%處理下的馬鈴薯莖、匍匐莖IAA含量顯著高于65%處理；兩種水分處理對(duì)馬鈴薯塊莖中IAA含量無(wú)顯著影響(表5)。

2.3.3 ZR含量的變化 組培苗移栽后35～55 d，2種水分處理下馬鈴薯2個(gè)品種的各器官ZR含量變化不盡一致。移栽后35天，夏坡蒂葉、莖、匍匐莖ZR含量無(wú)顯著差異，而根優(yōu)2號(hào)的匍匐莖ZR含量在50%處理下顯著低于65%；移栽后45 d，葉片ZR含量在50%處理下明顯高于65%，莖中ZR含量則無(wú)顯著差異，而兩個(gè)品種匍匐莖ZR含量結(jié)果不一致，夏坡蒂在不同水分處理下無(wú)顯著差異，根優(yōu)2號(hào)50%水分處理下高于65%；移栽后55 d，夏坡蒂莖、塊莖ZR含量均為50%處理的顯著高于65%，而根優(yōu)2號(hào)不存在顯著差異(表6)。

表4 不同水分脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中GA含量的影響/(ng·g-1)

表5 水分脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中IAA含量的影響/(ng·g-1)

表6 水分脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中ZR含量的影響/(ng·g-1)

2.4 干旱脅迫對(duì)馬鈴薯內(nèi)源激素比例的影響

2.4.1 GA/IAA值 塊莖形成過(guò)程中，不同處理下，各器官中的GA/IAA值變化范圍在0.06～0.24；50%水分處理下馬鈴薯匍匐莖GA/IAA比值明顯低于65%處理；葉和塊莖中GA/IAA值無(wú)顯著差異。而莖中變化因品種而異，不同水分處理下，夏坡蒂莖GA/IAA值無(wú)顯著差異，而根優(yōu)2號(hào)在移栽35 d時(shí)50%處理顯著高于65%，移栽45 d時(shí)50%處理下較低，移栽55 d時(shí)兩個(gè)處理間不存在顯著差異(表7)。

表7 不同水分脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中GA/IAA值的影響

2.4.2 GA/ZR值 塊莖形成過(guò)程中，2種水分處理下不同馬鈴薯品種的葉、莖、匍匐莖GA/IAA值變化規(guī)律不同。移栽后35 d，夏坡蒂品種三個(gè)器官中GA/IAA值為50%處理下顯著高于65%，而根優(yōu)2號(hào)品種葉、莖GA/IAA值無(wú)顯著差異；塊莖開(kāi)始形成(移栽后55 d)時(shí)，夏坡蒂品種莖GA/IAA值在50%水分處理下明顯低于65%處理，匍匐莖中比值則在50%處理下較高；而根優(yōu)2號(hào)莖GA/IAA值為50%處理顯著高于65%處理，匍匐莖中的比值在不同水分處理間無(wú)顯著差異。干旱脅迫對(duì)兩個(gè)馬鈴薯品種塊莖GA/IAA值均無(wú)顯著影響(表8)。

2.4.3 ZR/IAA值 兩個(gè)馬鈴薯品種莖、塊莖ZR/IAA值在不同水分處理下無(wú)顯著差異；而葉與匍匐莖中比值存在品種間差異。夏坡蒂品種葉、匍匐莖ZR/IAA值為50%處理下顯著低于65%處理，隨著塊莖的形成各器官基本表現(xiàn)出先升后降趨勢(shì)；根優(yōu)2號(hào)葉、匍匐莖ZR/IAA值在塊莖形成前(移栽后45 d)為50%水分處理下明顯高于65%處理，但塊莖開(kāi)始形成后(移栽后55 d)葉片中變化與夏坡蒂一致，匍匐莖中無(wú)顯著差異，表明不同水分處理對(duì)兩個(gè)品種ZR/IAA值調(diào)控作用的表現(xiàn)不同(表9)。

2.4.4 GA/(IAA+ZR)值 不同水分處理對(duì)馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中的葉、塊莖GA/(IAA+ZR)值無(wú)顯著影響，隨著塊莖的形成葉中比值先增加后降低。夏坡蒂莖GA/(IAA+ZR)值在兩個(gè)水分處理下無(wú)顯著差異，匍匐莖中比值為50%處理下明顯低于65%處理；而根優(yōu)2號(hào)，塊莖開(kāi)始形成時(shí)(移栽后55 d)莖GA/(IAA+ZR)值在50%水分處理下顯著高于65%處理，匍匐莖中的比值則無(wú)顯著差異(表10)。

表8 不同水分脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中GA/ZR值的影響

表9 不同水分脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中ZR/IAA值的影響

3 結(jié)論與討論

蛭石條件下培養(yǎng)的馬鈴薯移栽組培苗(移栽苗)，在基質(zhì)相對(duì)含水量為50%時(shí)已受到嚴(yán)重脅迫，從而對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育及塊莖形成造成了一定的負(fù)效應(yīng)，塊莖的形成及生物量的積累均低于65%的處理。在整個(gè)干旱脅迫處理過(guò)程中，移栽苗的各內(nèi)源激素含量的變化有差異，GA與ZR含量的變化幅度極小，分別是4.96～8.89 ng·g-1和4.81～12.60 ng·g-1；而IAA含量的變化幅度較大，為26.81～150.45 ng·g-1，明顯大于GA和ZR含量的變化范圍。植物激素在植物體內(nèi)扮演多重功能，IAA可能促進(jìn)塊莖形成[10]，GA則會(huì)抑制塊莖形成[6]。本研究處理?xiàng)l件下，匍匐莖GA含量在50%處理下顯著低于65%處理，但莖與匍匐莖IAA含量在50%處理下較高。對(duì)于馬鈴薯來(lái)說(shuō)，塊莖是由匍匐莖頂端膨大而成[17]，匍匐莖的發(fā)育狀況及其激素變化會(huì)直接影響塊莖的生長(zhǎng)發(fā)育，因此其激素含量的變化可能與塊莖形成直接相關(guān)。從GA和IAA在不同水分處理的結(jié)果來(lái)看，適度干旱脅迫(最大田間持水量的50%處理)可能更具促進(jìn)馬鈴薯塊莖形成的潛在優(yōu)勢(shì)。

表10 不同水分脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖形成過(guò)程中GA/(IAA+ZR)值的影響

許多激素在植物發(fā)育和響應(yīng)外界脅迫時(shí)存在互作效應(yīng)[12]。本研究條件下，馬鈴薯移栽組培苗匍匐莖GA/IAA、ZR/IAA、GA/(IAA+ZR)值均在50%處理下顯著低于65%處理；且各器官GA/IAA、ZR/IAA和GA/(IAA+ZR)值均有先增加后降低趨勢(shì)。這說(shuō)明在塊莖形成進(jìn)程中，干旱脅迫可能在移栽苗內(nèi)部建立新的激素間平衡，適應(yīng)干旱脅迫并繼續(xù)使其生長(zhǎng)發(fā)育。