馬鈴薯種質(zhì)資源的耐堿性評價(jià)和耐堿種質(zhì)離體篩選

劉芳 陳廣俠 趙朋 于韶瑋 楊元軍

關(guān)鍵詞：馬鈴薯；耐堿性；綜合評價(jià)；種質(zhì)篩選

土壤鹽漬化已成為一個全球性問題，我國土地的鹽漬化程度也比較高，面積約9913×104hm2，占國土面積的10.03%。鹽漬土分布地區(qū)比較廣泛，主要在東北松嫩平原、華北黃淮海平原、沿海地區(qū)和新疆、河西走廊、柴達(dá)木盆地。馬鈴薯營養(yǎng)豐富，是我國第五大作物，全國年播種面積達(dá)到545.61x104hm2，總產(chǎn)量達(dá)到1.22億噸，是我國糧食安全的重要組成部分。因此，充分利用鹽堿地種植馬鈴薯，對于保障國家糧食安全和提高鹽堿地利用率具有重要意義。

馬鈴薯屬于中度鹽敏感作物，大部分品種在鹽堿脅迫下植株的形態(tài)和生理方面都會受到影響，植株表現(xiàn)為變矮、簇生、葉片黃化，葉片葉綠素含量降低、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)含量增加、抗氧化酶活性增強(qiáng)。目前，適宜在鹽堿地上種植的馬鈴薯品種非常缺乏，因此篩選和培育馬鈴薯耐鹽堿品種（系）是在鹽堿地上高效種植馬鈴薯的關(guān)鍵。本試驗(yàn)就馬鈴薯耐鹽堿種質(zhì)篩選進(jìn)行相關(guān)研究，以期為耐鹽堿馬鈴薯品種（系）培育和馬鈴薯耐鹽堿機(jī)理研究提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)以課題組前期從1000余份馬鈴薯種質(zhì)中篩選出的12份耐鹽種質(zhì)和10份鹽敏感種質(zhì)為材料（表1）。

1.2試驗(yàn)方法

選取生理狀態(tài)一致的上述22份種質(zhì)材料的組培苗，去掉頂芽，將植株切成含有一個腋芽的1cm莖段，接種到不同濃度NaHC03培養(yǎng)基上，每處理4瓶，每瓶接種6個莖段。基礎(chǔ)培養(yǎng)基為MS培養(yǎng)基，調(diào)節(jié)pH值為5.80后加入NaHC03，使其濃度分別為0、5、10、15、20mmol/L。在2000lx、12 h/d光照條件下培養(yǎng)60d．測定植株的有效生長率，并建立植株有效生長率與NaHCO3濃度的回歸方程。根據(jù)回歸方程，計(jì)算植株有效生長率達(dá)到50%時的NaHC03濃度，并以此濃度確定為馬鈴薯耐堿性評價(jià)的適宜堿濃度。

將供試22份種質(zhì)的莖段定植于確定的堿濃度培養(yǎng)基上，每處理4瓶，每瓶接種6個莖段。在2000 lx、12h/d光照條件下培養(yǎng)，60d后調(diào)查植株的生長狀況，測定植株的有效生長率、株高、莖葉重、根數(shù)、根重，根據(jù)公式（耐堿系數(shù)=堿脅迫下植株某一指標(biāo)的測定值／非堿脅迫下植株該指標(biāo)的測定值）計(jì)算每個指標(biāo)的耐堿系數(shù)。根據(jù)這些指標(biāo)值及其耐堿系數(shù)，對種質(zhì)的耐堿性進(jìn)行評價(jià)。

通過上述耐堿性評價(jià)，篩選出耐堿種質(zhì)，加大選擇壓，分析其在高濃度NaHC03脅迫下的生長情況，篩選出高度耐堿種質(zhì)。

1.3數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1馬鈴薯種質(zhì)耐堿性評價(jià)的適宜堿濃度

植株有效生長率代表植株能夠生長的百分比。圖1顯示，NaHC03濃度為0～20mmol/L時，隨著NaHCO。濃度升高，植株的有效生長率逐漸降低，擬合曲線為v=-4.7738x+105.32，其中，y為有效生長率，x為NaHC03濃度。根據(jù)公式計(jì)算植株有效生長率為50%時的NaHC03濃度為11.60mmol/L，把這個濃度確定為篩選馬鈴薯耐堿性的適宜堿濃度。

2.2馬鈴薯種質(zhì)資源的耐堿性評價(jià)

相對耐堿性是指相較于對照處理植株在堿性鹽脅迫下生長對堿的耐受性，它是一個相對值（耐堿系數(shù)）。絕對耐堿性是指植株在堿脅迫下的生長情況，它反映植株對堿脅迫環(huán)境的適應(yīng)性。

2.2.1馬鈴薯種質(zhì)的相對耐堿性鑒定對22份種質(zhì)在11.60mmol/L NaHCO3脅迫下的耐堿系數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表2。與非堿脅迫相比，在11.60mmol/L NaHCO3脅迫下，植株有效生長率、莖葉重、根重、株高、生根數(shù)的耐堿系數(shù)整體上呈下降趨勢。其中B154、D56、S201503、SD336的有效生長率變化小，均在10%以下，D55、B302、SD751、16vY16有效生長率降低12%～17%。D56、S201503、15vC2-37、XS8的莖葉重受影響較效，減少量在20%以內(nèi)；D56、S201503、15vC2-37、XS8、B686株高受影響較小，減少量在10%以內(nèi)。所以D56、S201503、15vC2-37、XS8植株地上部受到的影響較小。在所有生長指標(biāo)中，根重受到的影響最大，其中B154受到的影響最小，減少量低于10%，減少量在50%以內(nèi)的有B154、D56、D55、S201503、SD405；生根數(shù)受到的影響較大，減少量在30%以下的有B154、15vC2-37、B686、16vY16，減少量低于10%的只有B154?？傊?1.60mmol/L NaHCO3脅迫下，B154、D56和S201503生長受到的影響較小。

從表2中可以看出，耐堿材料的有效生長率、莖葉重、根重、株高和生根數(shù)的耐堿系數(shù)平均值為0.77、0.69、0.45、0.84、0.58，鹽敏感材料對應(yīng)指標(biāo)的耐堿系數(shù)為0.51、0.33、0.17、0.40、0.30，表明耐鹽材料的耐堿系數(shù)明顯高于鹽敏感材料。

2.2.2馬鈴薯種質(zhì)的絕對耐堿性鑒定對22份種質(zhì)在11.60mmol/L NaHCO3脅迫下的生長情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3。不同材料的莖葉重、根重、株高和生根數(shù)的表現(xiàn)不同（圖2）。由表3可知，B154、D56、S201503、SD336的有效生長率在90%以上，D55、B302、SD751的有效生長率在80%～90%之間；有效生長植株中，B154、D56、S201503、D55的莖葉重較高，在2.00g以上，B154、D56、S201503．XS8、B686的株高較高，在10.00cm以上。所以地上部生長較好的種質(zhì)是B154、D56、S2015030 8154、D56、D55、16vY16的根重在0.7g以上；B154、D56、S201503、16vY16、9304、B515的生根數(shù)在3條以上，所以B154、D56、16vY16的地下部生長較好?？傊?，地上部和地下部生長較好的種質(zhì)為B154、D56。

從表3中可以看出，耐鹽材料的有效生長率、莖葉重、根重、株高和生根數(shù)的平均值為76.39%、1.60g、0.61g、9.41cm、2.64條，鹽敏感材料對應(yīng)指標(biāo)的平均值為47.08%、0.71g、0.26g、4.47cm、1.51條。表明耐鹽材料的生長指標(biāo)明顯優(yōu)于鹽敏感材料。

2.2.3馬鈴薯種質(zhì)高度耐堿品系鑒定通過上述耐堿性評價(jià)，篩選出兩份耐堿種質(zhì)B154和D56。為明確這2份種質(zhì)的耐堿極限，設(shè)置20mmol/L NaHCO3處理，分析其在高濃度NaHCO3脅迫下的生長情況。結(jié)果（表4）顯示，20mmol/LNaHC03脅迫下，B154和D56仍有約一半的植株能夠有效生長，莖葉重分別為1.50g和0.45g，為對照的34.48%和14.56%；根重分別為0.65g和0.14g，為對照的31.25%和9.33%；株高分別為8.31cm和5.10cm，為對照的64.77%和48.90%。

3討論與結(jié)論

我國的鹽堿土主要分為中性鹽漬化土壤和堿性土壤，其中中性鹽漬土的主要成分為NaCl和Na2S04，堿性土壤的主要成分為NaHCO3和Na2C03，并且在蘇打型堿性土壤中NaHCO3的含量很高。堿性土壤在濱海鹽堿地和東北的松嫩平原都有分布。因此，本試驗(yàn)選用NaHCO3脅迫來篩選馬鈴薯耐堿種質(zhì)。另外，一般選用半致死劑量來確定濃度或劑量：紫薇種子EMS誘變的適宜濃度是種子的半致死劑量；Co射線用于藜麥誘變育種的適宜劑量是半致死劑量：利用半致死劑量的秋水仙素誘變，獲得高品質(zhì)油莎豆變異種質(zhì)資源。本研究中，11.60mmol/LNaHC03堿脅迫下，植株的有效生長率達(dá)到50%，因此確定11.60mmol/L NaHCO3作為篩選馬鈴薯耐堿種質(zhì)的適宜堿濃度。

馬鈴薯在11.60mmol/L NaHCO3脅迫下，植株的有效生長率降低，并且部分種質(zhì)植株白化，不能正常生長。莖葉重、株高、根重和生根數(shù)整體上都呈現(xiàn)下降趨勢，根重受到的影響最大，這與前人的研究結(jié)果一致。堿性環(huán)境下，根系細(xì)胞質(zhì)的氨基酸帶負(fù)電荷，易于吸收外界溶液中的陽離子：并且pH通過影響礦質(zhì)離子的存在狀態(tài)，引起溶液中養(yǎng)分的溶解或沉淀，自由離子濃度降低，膜脂過氧化和毒害物質(zhì)積累等的共同作用導(dǎo)致膜系統(tǒng)受到損傷，影響離子的吸收。所以在11.60mmol/L NaHCO3脅迫時，馬鈴薯植株根部不能正常吸收環(huán)境中的離子，進(jìn)而引起植株莖葉生長受到抑制。另外，由于根系直接與堿接觸，根系的水勢降幅大于葉片，所以根部受到的影響最大。

植物對鹽脅迫的適應(yīng)是一個復(fù)雜的生理和代謝過程，涉及到離子平衡、激素調(diào)節(jié)、色素代謝等過程。鹽脅迫下，作物抵御鹽的方式主要有拒鹽、排鹽和稀鹽。稀鹽主要是指作物在鹽分脅迫下，吸收大量的水分以稀釋體內(nèi)的鹽分濃度。本研究中，耐堿性鹽馬鈴薯種質(zhì)的根部比較發(fā)達(dá)，質(zhì)量較高，這些發(fā)達(dá)的根部有利于從環(huán)境中吸收更多的水分，通過稀鹽的方式來抵御堿性鹽脅迫對植株的損傷。另外，耐堿性鹽馬鈴薯種質(zhì)植株的株高較高，地上部質(zhì)量較高，植株發(fā)達(dá)，這些均有利于光合作用的進(jìn)行，積累更多的有機(jī)物質(zhì)并運(yùn)輸?shù)礁?，促進(jìn)根部的生長發(fā)育，從而有利于抵御鹽對根的損傷。堿性鹽脅迫下，耐鹽堿作物品種保持了較高的可溶性糖、有機(jī)酸和K+含量。近年，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們利用組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)作物耐堿性與活性氧的清除、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和轉(zhuǎn)錄因子等有關(guān)。馬鈴薯耐堿性鹽的機(jī)理目前仍不清楚，還需進(jìn)一步研究。

本研究中，馬鈴薯耐鹽材料的耐堿性優(yōu)于鹽敏感材料。趙明輝等的研究表明，5、10mmol/LNaHC03脅迫時，馬鈴薯的表型性狀和生理性狀表現(xiàn)都得出耐中性鹽無性系的耐堿性大于感鹽無性系。這是因?yàn)闊o論是堿性鹽還是中性鹽最終均造成細(xì)胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)的破壞，根部吸收大量鹽離子并運(yùn)輸?shù)狡渌课唬M(jìn)而引起葉綠素合成受阻、PSⅡ電子轉(zhuǎn)移和碳同化受到抑制等一系列生理反應(yīng)，最終導(dǎo)致植株的生長發(fā)育受阻。

本試驗(yàn)利用12份耐鹽材料和10份鹽敏感材料組培苗的生長指標(biāo)及其耐堿系數(shù)對11.60mmol/LNaHC03脅迫下馬鈴薯種質(zhì)的耐堿性進(jìn)行評價(jià)，篩選出兩份高度耐堿種質(zhì)B154和D56，它們在20mmol/L NaHCO3脅迫下仍有一定程度生長，株高分別達(dá)到8.31cm和5.10cm，分別為對照的64.77%和48.90%。這些材料既具有耐鹽性，又具有耐堿性，可為創(chuàng)新馬鈴薯耐鹽堿種質(zhì)和培育耐鹽堿品種提供良好的材料和方法。