離體條件下馬鈴薯抗旱資源的評價和篩選

劉燕清 許慶芬 佟卉 馬駿 段驊 王春敏

摘? ? 要：研究離體條件下聚乙二醇（PEG-6000）滲透脅迫對馬鈴薯組培苗生長指標(biāo)的影響，為馬鈴薯抗旱能力的評價以及抗旱馬鈴薯種質(zhì)資源的培育提供理論依據(jù)。以本實驗室培育的17份高代品系為試驗材料，采用濃度為8%的PEG-6000處理，研究模擬干旱脅迫下各品系株高、莖粗、根長、根數(shù)、莖鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量的變化，并對這些指標(biāo)相對值進行主成分和隸屬函數(shù)分析。結(jié)果表明：在8%PEG-6000脅迫下，各指標(biāo)值總體上均呈現(xiàn)降低趨勢;主成分分析法提取的2個主成分及3個生長指標(biāo)的隸屬函數(shù)分析表明：17份高代品系中5份為高度抗旱，5份為中度抗旱，5份低度抗旱，2份不抗旱。

關(guān)鍵詞：馬鈴薯;PEG-6000;耐旱性;主成分分析;隸屬函數(shù)值

中圖分類號：S532? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2019.09.006

Abstract： The growth indices of in vitro plantlets of potato under PEG-6000-induced water stress were studied in order to provide a reference for evaluation of potato drought- tolerance and screening of drought-tolerant germplasm. In vitro plantlets of seventeen potato strains were stressed by adding 8% PEG-6000-induced stress， growth of in vitro plantlets of potato cultivars was all inhibited to some extent. With the principal component analysis， the first two principal components were extracted， Based on decrease of growth index under 8% PEG-6000-induced stress， and subordinate function analysis of relative values of three indices extracted， among the seventeen potato strains， 5 were highly drought-resistant and 5 were moderately drought-resistant， 5 were low drought-resistant and 2 were non-drought-resistant.

Key words： potato;PEG-6000; drought-tolerance; princinpal component analysis; value of subordinate function

干旱是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的危害之一，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的生長[1]。馬鈴薯是我國僅次于玉米、小麥、水稻的四大糧食作物，由于其根系分布較淺，屬于干旱敏感型作物，干旱會導(dǎo)致其品質(zhì)下降顯著，如薯形畸變、空心薯等，甚至減產(chǎn)以至絕收[2]。而我國馬鈴薯種植面積的60%分布在干旱、半干旱地區(qū)，水分不足嚴(yán)重限制馬鈴薯生產(chǎn)[3]。因此，篩選抗旱優(yōu)質(zhì)的馬鈴薯種質(zhì)資源，培育抗旱品種顯得尤為重要。

已有研究表明，作物抗旱性鑒定及評價是篩選抗旱種質(zhì)的有效方法[4-6]。近年來關(guān)于馬鈴薯抗旱性的相關(guān)研究主要集中在不同品種在田間水分脅迫下植株生長指標(biāo)、生理生化指標(biāo)的變化方面[7-9]，而對馬鈴薯不同品系組培苗的抗旱性差異研究較少。試驗以本實驗室培育的17份高代品系為供試材料，測定8%PEG-6000脅迫下馬鈴薯的株高、根長、根數(shù)、葉片數(shù)、莖鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量等6個生長指標(biāo)，采用主成分分析法以及隸屬函數(shù)法分析研究不同品系間的抗旱性差異，并對17份材料進行抗旱性分類，為抗旱馬鈴薯品種的培育篩選材料并提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材 料

選用本實驗室培育的17份馬鈴薯高代品系為材料，選取對干旱敏感的早熟品種費烏瑞它，中度抗旱品種‘克新18以及抗旱品種‘克新1號作為對照[10]。各樣品名稱與編號見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試管苗培養(yǎng)和處理 待組培苗長至20 d，各材料基礎(chǔ)苗分別去除頂部和基部后，取中間部分剪成約1 cm長，含1個腋芽的馬鈴薯莖段，接種于含8%PEG-6000的培養(yǎng)基中[11]，置于溫度（20±2） ℃，光照強度2 000～3 000 lx，光照 16 h·d-1條件下培養(yǎng)。試驗采用隨機設(shè)計，每個處理3瓶，每瓶10個莖段，重復(fù)3次。

1.2.2 指標(biāo)測定 培養(yǎng)20 d后，從培養(yǎng)瓶中輕輕取出組培苗，洗去根部附著的固體培養(yǎng)基，并用吸水紙吸干植株表面水分。株高為莖頂端到基部的長度，統(tǒng)計展開的葉片數(shù)量，量取最長根的長度為根長并統(tǒng)計根數(shù)。將組培苗從基部剪斷，用千分之一分析天平分別稱取莖鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析方法

所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和SPSS19.0軟件進行統(tǒng)計分析。利用如下公式分別計算單項指標(biāo)耐鹽系數(shù)、隸屬函數(shù)值[12]。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對馬鈴薯組培苗生長的影響

對組培苗各性狀統(tǒng)計分析表明，根長、株高、葉片數(shù)、根數(shù)、莖鮮質(zhì)量、根鮮質(zhì)量均變幅不同（表2）。對照組中變異系數(shù)在23.5%～54.8%，說明供試材料各指標(biāo)存在著明顯的差異。其中莖鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量在各材料之間存在明顯的差異，變異系數(shù)分別是53.3%和54.8%。經(jīng)過干旱處理的各性狀表現(xiàn)出明顯差異，變異系數(shù)在42.7%～96.0%，其中莖鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量的差異較大，變異系數(shù)分別是70.0%和96.0%。通過對照組和干旱處理組各性狀的統(tǒng)計分析可以看出，干旱脅迫下各個指標(biāo)的均值均低于對照組且降幅比較大。

2.2 干旱脅迫下各個指標(biāo)的相關(guān)分析

對17份馬鈴薯材料的根長、株高、根數(shù)等性狀的耐旱系數(shù)進行相關(guān)性分析（表3），結(jié)果表明，根鮮質(zhì)量和株高、葉片數(shù)以及莖鮮質(zhì)量不相關(guān)，莖鮮質(zhì)量與各個性狀均無相關(guān)性。其他各個性狀之間大部分均顯著（P<0.05）或極顯著相關(guān)（P<0.01）。說明單個性狀不能有效地評價馬鈴薯抗旱性，各性狀對馬鈴薯干旱脅迫下起的作用存在信息疊加，對于多種性狀應(yīng)用綜合方法進行整合，才能準(zhǔn)確評價干旱脅迫下馬鈴薯組培苗的耐旱特性。

2.3 各個性狀主成分分析

將馬鈴薯材料的6個與抗旱有關(guān)的性狀指標(biāo)進行主成分分析，結(jié)果表明，6個性狀中前兩個累計貢獻率為89.162%（表4），說明前兩個主成分能反映大部分信息。結(jié)合矩陣表可以看出：第一個主成分貢獻率為60.743%，特征值為3.645，對應(yīng)特征向量中權(quán)重依次根數(shù)、根長、株高和葉片數(shù)。第二個主成分貢獻率為28.418%，特征值為1.105，對應(yīng)的特征向量中權(quán)重較大的是莖鮮質(zhì)量和葉片數(shù)（表5）。兩個主成分中較大的特征向量均為正值，說明馬鈴薯耐旱性與各個指標(biāo)呈正相關(guān)，耐旱性越好，植株地上地下部長勢越好，尤其根部需要增加長度和數(shù)量汲取更深層的水分。結(jié)合相關(guān)性分析，在第一成分中選擇和其他指標(biāo)均顯著相關(guān)的指標(biāo)為根數(shù)和根長;在第二個成分中選擇莖鮮質(zhì)量，將這3個性狀作為抗旱性評價指標(biāo)進而對17份材料進行隸屬函數(shù)抗旱性綜合評價。

2.4 馬鈴薯材料的抗旱性評價

將能夠反映馬鈴薯抗旱性的3個指標(biāo)的耐旱系數(shù)轉(zhuǎn)換為隸屬函數(shù)值u（x）進行計算，利用平均函數(shù)值來評價不同馬鈴薯材料的抗旱性，隸屬函數(shù)值越大表明抗旱性強，反之抗旱性小。0.6

3 結(jié)論與討論

干旱對作物的影響是多方面的，目前評價馬鈴薯抗旱能力的指標(biāo)不盡相同[13-15]。宋志榮[16]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。梁俊梅等[17]研究干旱脅迫下馬鈴薯品種組培苗及試管薯的變化，結(jié)果表明馬鈴薯受干旱脅迫其葉片數(shù)、株高、結(jié)薯數(shù)均不同程度的降低。呂文河等[11]在離體條件下通過PEG-6000滲透脅迫3個不同的品種發(fā)現(xiàn)，隨著PEG-6000濃度的增加馬鈴薯組培苗生長指標(biāo)均不同程度降低。

本試驗采用主成分分析法以及隸屬函數(shù)值法對與抗旱相關(guān)的6個生長指標(biāo)進行了分析，并對17份高代品系進行了評價和篩選，獲得高度及中度抗旱材料各5份，低度抗旱材料5份，不抗旱材料2份。初步建立了室內(nèi)馬鈴薯抗旱性評價體系，并對供試的17份品系的抗旱能力進行了初步了解，為抗旱馬鈴薯的田間篩選提供了數(shù)據(jù)支撐，為抗旱馬鈴薯新品種的選育提供了的資源。但本研究只是利用組培苗對與抗旱性相關(guān)指標(biāo)做了分析研究，在今后馬鈴薯的抗旱評價中，仍需結(jié)合其他生理生化指標(biāo)以及田間試驗對馬鈴薯的抗旱性進行更準(zhǔn)確地鑒定，以培育出具有較強抗旱能力的馬鈴薯新品種。

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