20個馬鈴薯品種抗旱性鑒定及評價指標篩選

武新娟 唐貴 隋冬華 張冬雪 孫晶 張靜華

摘? ? 要：中國馬鈴薯生產(chǎn)區(qū)很大一部分在降雨不均或水資源不足地區(qū)，為滿足此類地區(qū)品種需求，對馬鈴薯開展抗旱性評價。選擇20個馬鈴薯常規(guī)栽培品種，在塊莖膨大期對其植株葉片進行生理生化指標的測定，成熟期測產(chǎn)，綜合評價抗旱性。結果表明，干旱脅迫對馬鈴薯塊莖產(chǎn)量的影響極顯著，脅迫后19個品種減產(chǎn)均達50%以上。測定的5個生理生化指標均與抗旱系數(shù)和指數(shù)之間存在不同程度的相關性，可以作為馬鈴薯品種抗旱性評價的指標。根據(jù)5個指標干旱脅迫后的測定數(shù)據(jù)計算隸屬函數(shù)值，結合抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)評價品種抗性，篩選出克新19號、克新21號、成功、克新2號和東農(nóng)303為抗旱性較強的品種。

關鍵詞：馬鈴薯;抗旱系數(shù);抗旱指數(shù);生理生化指標;隸屬函數(shù)值;篩選

Abstract： A large part of potato production areas are located in areas with uneven rainfall or insufficient water resources in China. In order to meet the variety needs of such areas， drought resistance evaluation of potato is extremely important. In this study， 20 conventional potato cultivars were selected. By building rainproof awnings and adopting frame planting method， the physiological and biochemical indexes of their leaves were measured during tuber expansion period， and the yield was measured during maturity period to comprehensively evaluate drought resistance. The results showed that water stress has a very significant effect on yield， and the yield reduction after stress can reach more than 50%. The five physiological and biochemical indexes measured have different degrees of correlation significance with drought resistance coefficient and index， which can be considered as indexes for evaluating drought resistance of potato varieties. At the same time， membership function values were calculated according to the measured data of the five indexes after water stress， and the variety resistance was evaluated by combining the drought resistance coefficient and drought resistance index. It is considered that Kexin 19， Kexin 21， Chenggong， Kexin 2 and Dongnong303 are varieties with strong drought resistance. The results provide valuable theoretical basis for potato production and development in arid areas.

Key words： Potato; Drought resistance coefficient; Drought resistance index; Physiological and biochemical indexes; Membership function value; Screening

馬鈴薯是收獲塊莖的農(nóng)作物，其塊莖生長在地下，有土壤保護，能抵抗旱災、凍災、冰雹和干熱風等自然災害，減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失，受外界環(huán)境影響較小。其生物學特性決定了它的生態(tài)適應性廣泛，有利于不同地區(qū)不同生態(tài)環(huán)境的栽培種植。中國是世界馬鈴薯種植面積最大的國家，常年種植面積較穩(wěn)定，占世界25%左右，其次為俄羅斯和印度。2018年我國馬鈴薯播種面積為475.8萬hm2，占農(nóng)作物總播種面積的2.9%，年產(chǎn)量1 798.4萬t[1]。近年來，隨著馬鈴薯主糧化的推進，生產(chǎn)發(fā)展相對迅速。但馬鈴薯作為塊莖類作物，塊莖形成需要大量的水分供應，而中國的馬鈴薯生產(chǎn)區(qū)有很大一部分分布在水資源缺乏地區(qū)，如山西、甘肅、寧夏等，塊莖膨大期水分虧缺嚴重影響產(chǎn)量的形成和品質的提升[2-5]。同時，諸多研究表明[6-9]，馬鈴薯品種間的抗旱性差異顯著，通過選擇種植抗性強的品種以解決因干旱脅迫而產(chǎn)生的低產(chǎn)劣質問題，是干旱地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展的有效途徑之一。在加強抗旱型品種選育的同時，需要掌握品種抗旱性的評價鑒定方法，以期準確篩選抗旱性強的馬鈴薯品種，為生產(chǎn)應用提供理論依據(jù)。

試驗采用框栽法，通過搭建遮雨篷人工控制土壤含水量進行水分脅迫，塊莖膨大期采集植株葉片進行葉片相對含水量、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、脯氨酸含量和根部α-萘胺含量的測定，于植株成熟后測產(chǎn)，計算隸屬函數(shù)值、抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)，分析其相關性，綜合評價參試品種，為馬鈴薯品種的抗旱性評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為馬鈴薯脫毒小薯，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院鄉(xiāng)村振興科技研究所提供，見表1。

1.2 方法

1.2.1 試驗時間和地點 試驗于2016年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院鄉(xiāng)村振興科技研究所綏棱基地進行，6月1日播種，播種塊莖為脫毒原原種，大小30 g左右，整薯播種，9月20日收獲測產(chǎn)。

1.2.2 試驗設計 試驗設正常澆水（對照A）和干旱脅迫（B），為控制土壤水分含量，搭建防雨篷，采用框栽法（用油性紙圍成口徑25 cm × 25 cm、高45 cm的圓桶，埋于地下），模擬大田80 cm × 25 cm的種植規(guī)格。出苗前管理同大田，長出10片葉左右時，進行控水處理，每隔1 d取10 cm深土樣，按朱利泉報道的方法[10]測定土壤含水量。澆水使對照A土壤含水量保持在20%～25%，處理B保持在10%～15%。試驗采用完全隨機排列，每個品種5次重復，每次重復為1框，每框播種1個塊莖，20個品種合計200框。

1.2.3 指標測定 現(xiàn)蕾期取植株中間大小基本一致的葉片進行生理生化指標的測定，3次重復，測定項目為葉片相對含水量（RWC）、丙二醛含量（MDA）、超氧化物歧化酶活性（SOD）、脯氨酸含量（PRO）以及根部的α-萘胺含量（NOA）5個指標，測定方法參考李合生的[11]。土壤含水量測定采用烘干稱重法[10]。收獲后用1/100電子天平稱量單株塊莖質量。

1.3 數(shù)據(jù)處理及計算方法

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007軟件處理。

抗旱系數(shù)=[干旱脅迫產(chǎn)量非脅迫產(chǎn)量];

抗旱指數(shù)=[干旱脅迫產(chǎn)量×抗旱系數(shù)所有品種干旱脅迫產(chǎn)量的平均值];

隸屬函數(shù)值參考張會麗等[12]計算方法，具體如下。

①當指標性狀值與抗旱性呈正相關時：

②當指標性狀值與抗旱性呈負相關時：

其中，[X]ij為i品種j性狀的隸值函數(shù)值，Xij 為i品種j性狀值，Xjmin為各品種j性狀最小值，Xjmax為各品種j性狀的最大值。然后把每個品種各個性狀具體抗旱隸屬函數(shù)值進行累加，并求平均值：n為指標性狀數(shù)量，Xi為品種抗旱隸屬函數(shù)平均值，平均值越大，抗旱性越強。

2 結果與分析

2.1 干旱脅迫下單株塊莖產(chǎn)量

由表2可以看出，除克新21號外，其他品種抗旱系數(shù)均小于0.5，即減產(chǎn)均在50%以上。對抗旱指數(shù)分析可見，克新21號、東農(nóng)303和成功3個品種抗旱指數(shù)均超過1，表明其抗旱能力較強且脅迫后產(chǎn)量相對較高。

2.2 水分脅迫下馬鈴薯生理性狀指標

由表3可以看出，與對照相比，在干旱脅迫后，各品種葉片RWC均呈降低趨勢，MDA含量和PRO含量均呈增高趨勢。干旱脅迫后，克新13號葉片SOD活性低于對照，其他品種葉片SOD活性均高于對照。干旱脅迫后，僅卡它丁和克新19號2個品種根部NOA含量高于對照，其他品種根部NOA含量均低于對照。干旱脅迫后葉片RWC平均較對照降低30.05%，根系的NOA平均較對照降低21.13%，MDA含量平均較對照增加43.39%，SOD活性平均較對照增加23.26%，而PRO含量是所有指標中變化幅度最大的，較對照平均增加344.47%，表明馬鈴薯葉片中PRO對于干旱脅迫的敏感度較高。觀察另外5個生理生化指標與產(chǎn)量分析中抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)的相關性，發(fā)現(xiàn)均表現(xiàn)為不同水平的顯著性。

2.3 參試品種抗旱性綜合評價

由表4可以看出，抗旱隸屬函數(shù)值排前5名的品種分別為克新19號、克新21號、成功、克新2號、東農(nóng)303，排后5名的品種分別為克新13號、中薯3號、紫花851、大西洋、延薯4號。結合抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)認為克新19號、克新21號、成功、克新2號、東農(nóng)303屬于抗旱性較強的品種。

3 討論與結論

在農(nóng)作物的抗旱性研究中，控水方法一直是個難題。盆栽法應用較多，可以很好地控制澆水量和澆水時間，水分控制相對精確，但是盆栽限制了植物根系的生長，尤其是對于馬鈴薯這種塊莖類作物的產(chǎn)量影響較大[13]。田間鑒定法傳統(tǒng)可靠，尤其是產(chǎn)量結果相對真實，但工作強度大，水分控制難度大。所以筆者綜合盆栽和大田鑒定法的優(yōu)點，采用遮雨篷加框栽法，避免了根系受限、溫度過高的缺點，隔絕周邊滲水，發(fā)揮品種深扎根能力，有利于更好地鑒定品種抗旱性。

諸多專家探討了馬鈴薯抗旱性評價方法，認為以產(chǎn)量結果判定最為可靠，但時間長、工作量大。利用生理生化指標結合產(chǎn)量進行評價，不僅避免了單一指標評價結果的偏向性，又縮短了品種鑒定和育種年限，越來越多的學者對此展開了研究[14-16]。

馬鈴薯塊莖的形成經(jīng)歷著一系列生理生化變化，水分不足將嚴重影響植株體內的新陳代謝，導致減產(chǎn)?？购迪禂?shù)能夠說明品種的穩(wěn)產(chǎn)性，而抗旱指數(shù)結合了脅迫后產(chǎn)量的水平，說明了品種的高產(chǎn)潛力。筆者采用框栽法對20個馬鈴薯品種進行綜合抗旱性評價，結果表明，干旱脅迫對馬鈴薯的塊莖產(chǎn)量影響極顯著，脅迫后的減產(chǎn)量除品種克新21號外，其他品種均在50%以上。試驗測定的生理生化指標均與抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)之間存在不同程度的相關性，干旱脅迫后，葉片相對含水量整體表現(xiàn)降低，根系α-萘胺含量有18個品種表現(xiàn)降低，而丙二醛含量和脯氨酸含量則均表現(xiàn)為增高，除克新13號外，其他19個品種超氧化物歧化酶活性均表現(xiàn)為增高?？梢哉J為這5個指標可作為馬鈴薯品種的抗旱性評價指標。試驗的20個品種根據(jù)抗旱系數(shù)或抗旱指數(shù)評價的抗旱性與生理指標隸屬函數(shù)值評價結果基本一致。根據(jù)5個指標脅迫后的測定結果計算隸屬函數(shù)值，并綜合抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)評價品種抗性，認為克新19號、克新21號、成功、克新2號和東農(nóng)303為抗旱性較強的品種。

試驗篩選出5個抗旱性較強的品種，因其品種特性及適應性不同，推廣應用區(qū)域各異?？诵?9號雖然產(chǎn)量高，但白皮白肉，淀粉和還原糖含量相對低，外觀、口感均不能吸引鮮食消費者，所以不適宜市場鮮食銷售，可在干旱嚴重的地區(qū)少量種植以緩解馬鈴薯市場需求;成功屬從國外引進的品種，僅適宜在我國小部分地區(qū)種植，可以作為抗旱性育種親本材料，不適宜推廣種植;克新2號適宜在山東、吉林和黑龍江等省種植，也可在福建、廣東種植，因植株繁茂，種植密度不宜太大;克新21號和東農(nóng)303均屬于早熟高產(chǎn)品種，品質優(yōu)、抗旱性強，適宜推廣種植，其中前者適宜地區(qū)為黑龍江，后者則適宜在東北地區(qū)、青藏高原、云貴高原、福建冬作區(qū)等多地推廣種植。

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