馬鈴薯種質資源組培苗耐鹽性評價與耐鹽種質篩選

劉芳 孔海明 陳廣俠 劉雪婷 馬蕾 楊煜

摘要：以前期從710份種質中篩選出的29份對鹽比較不敏感的馬鈴薯種質為材料，在含0.75% NaCl的MS培養(yǎng)基上培養(yǎng)20 d后測定組培苗的植株高度、單株根數、單株鮮重和葉片葉綠素含量，以這四個指標的測定值及其耐鹽系數為評價依據，結合各指標耐鹽系數及測定值隸屬函數的聚類分析，對供試種質的耐鹽性進行綜合評價，篩選出2份耐鹽性較強的種質SD400和SD751。在1.00%和1.25% NaCl脅迫下，對這2份高度耐鹽種質的耐鹽性進行進一步鑒定，結果表明，對1.00% NaCl脅迫仍有一定的適應性，SD400和SD751葉綠素含量分別為對照的27.52%和53.59%，株高分別為對照的21.92%和29.05%，單株根數分別為對照的26.61%和45.07%;但在1.25% NaCl脅迫下僅SD751有微量生長。

關鍵詞：馬鈴薯;組培苗;耐鹽性;綜合評價;種質篩選

中圖分類號：S532.034文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）04-0024-06

Abstract Using 29 salt-insensitive accessions earlier screened from 710 potato germplasm resources as materials， their plant hight， root number and fresh weight per plant and chlorophyll content were measured after cultured in MS containing 0.75% NaCl for 20 days. Based on these four indexes and their salt tolerance coefficients， the salt tolerance of the tested accessions were comprehensively evaluated by the clustering analysis of the membership function of the index value and their salt tolerance coefficients. Two highly salt-tolerant accessions， SD400 and SD751， were screened out. Their salt tolerance was identified under 1.00% and 1.25% NaCl， and the results showed that they had strong adaptability to 1.00% NaCl stress. Under 1.00% NaCl stress， the chlorophyll content of SD400 and SD751 were 27.52% and 53.59% of that of control， the plant height was 21.92% and 29.05% of that of control，and the root number per plant was 26.21% and 45.07 of that of control， respectively. SD751 also grew in a micro amount under 1.25% NaCl stress.

Keywords Potato; Plantlet in vitro; Salt tolerance; Comprehensive evaluation; Accession screening

馬鈴薯是我國繼水稻、小麥、玉米之后的第四大作物，是保障我國糧食安全的重要組成部分。馬鈴薯屬于鹽中度敏感作物[1]，大部分馬鈴薯品種在鹽堿地不能正常生長，表現為植株矮小、簇生，葉片萎蔫變黃，苗期和花期延長，產量降低[2， 3]。隨著我國土地鹽漬化程度逐漸擴增[4]，一些馬鈴薯主產區(qū)的地下水含鹽量上升，土壤原生鹽漬化和次生鹽漬化現象越來越嚴重[5， 6]，極大地限制了馬鈴薯生產。因此，篩選和培育耐鹽堿品種對于促進馬鈴薯產業(yè)發(fā)展、提高產量和鹽堿地利用率，具有十分重要的現實意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

前期對710份馬鈴薯種質試管苗進行初步離體篩選，得到29份對0.75% NaCl具有一定耐性的材料，本試驗即以這29份馬鈴薯種質為試驗材料，見表1。

1.2 試驗設計與方法

1.2.1 馬鈴薯種質耐鹽性評價 采用單因素試驗設計，在0.75% NaCl[3]條件下對29份種質的耐鹽性進行評價。

首先以MS為基本培養(yǎng)基，對29份種質進行組培擴繁。培養(yǎng)20 d后選取生理狀態(tài)一致的組培苗，去掉頂芽，將植株切成含有一個腋芽的1 cm長莖段，接種至含有0.75% NaCl的MS培養(yǎng)基中，以不含NaCl的MS培養(yǎng)基為對照。每瓶接5段，每處理3瓶。在2 000 lx、12 h/d光照條件下培養(yǎng)20 d后測定組培苗株高、單株根數、單株鮮重和葉片葉綠素含量。葉綠素含量采用葉綠素儀SPAD 520測定。

根據耐鹽系數=鹽脅迫下某一指標的測定值/非鹽脅迫下該指標的測定值，計算各品種每個生長指標的耐鹽系數。將生長指標測定值和耐鹽系數均按U（X）= （X-a1）/（a2-a1）轉換為隸屬函數值，其中，X指某生長指標的測定值或其耐鹽系數;a1= min（X），指某一群體該指標的最小值;a2= max（X），指某一群體該指標的最大值。基于隸屬函數值，采用歐式距離法對29份種質進行聚類分析，綜合評價其耐鹽性。

1.2.2 高度耐鹽種質的篩選 經過上述耐鹽性評價，篩選出耐鹽性較強的種質，進行更高濃度的NaCl脅迫試驗，以篩選高度耐鹽的馬鈴薯種質。

將篩選出的種質組培苗莖段分別接種到含有1.00%和1.25% NaCl的MS培養(yǎng)基上，培養(yǎng)條件同上，20 d后測定株高、單株根數和葉片葉綠素含量。

1.3 數據處理與分析

數據采用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05進行處理，并采用歐氏距離法進行系統(tǒng)聚類分析。

2 結果與分析

2.1 馬鈴薯種質的耐鹽性評價

根據組培苗的生長性狀及耐鹽系數對29份馬鈴薯種質的耐鹽性進行評價。

2.1.1 基于耐鹽系數的馬鈴薯種質耐鹽性評價 由表2可見，在0.75% NaCl脅迫下，除SD411和SD400的單株鮮重外，馬鈴薯種質的株高、單株根數、單株鮮重和葉片葉綠素含量均降低，其中SD636、內薯7號、雙豐5號、13vC3-19、SD602、16vP83的組培苗生長被完全抑制。在測定的4個指標中，株高受NaCl脅迫的影響最大，耐鹽系數都小于0.60;單株鮮重受影響較小，耐鹽系數大于或等于0.60的種質有12份。

對株高、單株根數、單株鮮重和葉片葉綠素含量四個指標的耐鹽系數進行隸屬函數轉換，并進行聚類分析。結果（表2）顯示，SD751葉綠素含量、株高、單株根數的耐鹽系數的隸屬函數值最高，均為1.00;單株鮮重的隸屬函數值為0.74。SD400植株鮮重的隸屬函數值為1.00，株高、單株根數的隸屬函數值也較高，分別為0.95和0.96;葉綠素含量的隸屬函數值稍低，為0.42。系統(tǒng)聚類分析結果（圖1）顯示，在歐氏距離0.38處，可將29份馬鈴薯種質聚為三大類，SD751為第一類，SD400為第二類，其余27份種質聚為一類。綜合來看，SD751的耐鹽性最強，其次為SD400。

2.1.2 NaCl脅迫下馬鈴薯組培苗的生長狀況

不同馬鈴薯種質在鹽脅迫下，株高、單株根數、單株鮮重和葉片葉綠素含量方面差異明顯（表3）。葉綠素含量在20以上的種質有5份，株高在2 cm以上的種質有7份，單株根數在2條及以上的種質有8份;單株鮮重在0.20 g以上的僅3份。其中，SD751和SD400的葉綠素含量、單株鮮重、株高、單株根數分別為39.12和16.15、0.14 g和0.41 g、3.94 cm和4.07 cm、3.27條和4.80條。

將29份種質的株高、單株根數、單株鮮重和葉片葉綠素含量測量值轉換為隸屬函數值并進行聚類分析。結果（表3）顯示，SD400的單株鮮重、株高、單株根數的隸屬函數值均為1.00;SD405的單株鮮重及SD751的葉片葉綠素含量的隸屬函數值均為1.00。聚類分析結果（圖2）顯示，在歐氏距離0.34處，29份種質可聚為5類，SD400、SD751、SD741均單獨聚為一類，SD411和SD405聚為一類，其余種質聚為一類。綜合來看，在0.75%NaCl脅迫下，SD400組培苗生長良好，其次為SD405、SD411、SD751、SD741。

2.2 高度耐鹽種質的進一步鑒定

通過上述耐鹽性評價，篩選出兩個耐鹽性強的種質SD751和SD400。為了明確這2份種質的耐鹽極限，加大選擇壓，設置1.00%和1.25%的NaCl處理，分析其在高濃度NaCl脅迫下的生長情況和耐鹽系數。

結果（表4）顯示，在1.00% NaCl脅迫下，SD400和SD751生長受到明顯抑制，葉綠素含量分別為對照的27.52%和53.59%，株高分別為對照的21.92%和29.05%，單株根數分別為對照的26.61%和45.07%。當NaCl濃度提高至1.25%時，僅SD751還有微量生長，SD400已經停止生長。說明SD751和SD400對1.00% NaCl具有一定的耐性，且SD751的耐鹽性更強，在1.25% NaCl脅迫下仍有一定的生長量。

3 討論與結論

我國的鹽堿地類型主要分為東部濱海鹽土及灘涂、黃淮海平原鹽漬土、東北松嫩平原鹽土和堿土、半漠境內陸鹽土和青新極端干旱的漠境鹽土[4]。其中濱海鹽堿地土壤中陽離子以Na+含量最高，約占70%以上;其次為Mg2+，再次為K+，Ca2+含量最低;土壤中的陰離子以Cl-含量最高，其次為SO42-，再次為HCO3-，CO32-含量最低，Cl-含量占陰離子總量的72.4%[7]。黃淮海平原鹽堿地陽離子主要有Na+、Ca2+、Mg2+，陰離子主要有Cl-、HCO3-、SO42-，Na+占陽離子總量在85%以上，Cl-占陰離子總量的80%以上[8]，可見，鹽堿土的主要陽離子和陰離子分別為Na+和Cl-。因此本研究在篩選耐鹽種質資源時采用NaCl脅迫處理。本課題組前期的研究表明，在0.75% NaCl脅迫時，不同品系的生長狀況差異最大，因此，0.75%NaCl可作為篩選馬鈴薯耐鹽品系的適宜濃度[3]。

鹽脅迫下馬鈴薯的株高、新葉數、根數、根長等形態(tài)指標表現出不同程度的下降，葉綠素、丙二醛、脯氨酸含量等生理指標也呈現明顯變化[9， 10]。目前馬鈴薯耐鹽性篩選指標并沒有統(tǒng)一的標準。但有研究表明，馬鈴薯植株的葉綠素含量對鹽脅迫反應極為敏感，可以作為指示馬鈴薯鹽逆境反應的指標[11];鹽脅迫下馬鈴薯株高受到的影響最大，短時間內就產生可見的脅迫效果，并且不同品種間差異最大，可以作為耐鹽品種篩選的指標[12， 13];鹽敏感品種的莖、根長度和干鮮重也顯示出比耐受品種更大的降低，也可以作為耐鹽品種篩選的指標[14];葉片的電導率、丙二醛含量、可溶性糖含量和脯氨酸含量與耐鹽性有很好的相關性，可用來鑒定馬鈴薯的耐鹽性[10， 15];隨鹽濃度升高，馬鈴薯耐鹽組與敏感組SOD 和POD活性的變化趨勢存在顯著差異[16]?？梢姡鲜鲋笜硕伎捎糜隈R鈴薯耐鹽品種的篩選。最終，本試驗選取葉片葉綠素含量、株高、單株根數、單株鮮重作為馬鈴薯種質耐鹽性評價的指標。

植物的耐鹽性評價可根據植物在鹽脅迫下的耐鹽系數[12，17，18]和生長情況[19]來進行。本研究結合耐鹽系數和組培苗的生長性狀如葉片葉綠素含量、株高、單株根數、單株鮮重對29份馬鈴薯種質進行耐鹽性評價，篩選出受鹽脅迫影響較小、生長較好的種質。另外，本研究采用隸屬函數法將各指標的耐鹽系數和測定值都轉換為[0，1]的度量值，增強了不同指標間的可比性，同時采用系統(tǒng)聚類分析方法對品種的耐鹽性分級，通過綜合表現更好地評價每個種質。經綜合評價，篩選出兩個高度耐鹽種質SD400和SD751。兩者在0.75% NaCl處理下生長較好，受鹽脅迫影響較小;在1.00% NaCl處理下，仍有一定量生長，葉綠素含量分別為對照的27.52%和53.59%，株高分別為對照的21.92%和29.05%，單株根數分別為對照的26.61%和45.07%;但在高鹽（1.25% NaCl）脅迫下，僅SD751還有微量生長。綜合來看，SD751和SD400都具有較好的NaCl耐性，且SD751的耐鹽性更高。

在NaCl脅迫下，根系吸收大量Na+與Cl-后，先以滲透脅迫的形式抑制植物生長，然后造成離子毒害，引起細胞膜破裂、離子穩(wěn)態(tài)失衡、細胞器受損和代謝失調[20， 21]。為應對這種傷害，植物主要采取泌鹽、稀鹽、拒鹽、聚鹽等耐鹽途徑[22， 23]。本研究篩選出的高度耐鹽種質在1.00% NaCl脅迫下葉片葉綠素含量下降幅度相比鹽敏感品種降幅要小，說明高度耐鹽種質葉片中的葉綠體受到Na+毒害相對較小。由于Na+在細胞質中積累的越少，在液泡中積累的越多，Na+毒性越低[24]，因此耐鹽種質葉片中的Na+毒性低，可能與Na+被區(qū)隔化在液泡中有關，即耐鹽種質采用拒鹽的途徑降低鹽脅迫造成的傷害。另外，耐鹽種質根數較多，可能采用稀鹽途徑通過吸收更多的水分來稀釋體內鹽分，降低鹽離子的毒害。

本研究利用隸屬函數法和系統(tǒng)聚類法綜合篩選出兩個高度耐鹽種質SD751和SD400，可為馬鈴薯種質創(chuàng)新及耐鹽品種選育提供良好的材料和方法參考。

參 考 文 獻：

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