婁 艷，白江平,楊宏羽，李維婷,高慧娟，張俊蓮，王 蒂，張金林，王旺田

(1.甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070; 3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070;4.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

?

馬鈴薯種質(zhì)的遺傳特性與抗旱性的關(guān)系

婁 艷1,2，白江平1,2,楊宏羽1,3，李維婷1,2,高慧娟1,2，張俊蓮1,3，王 蒂1,2，張金林4，王旺田2

(1.甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070; 3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，甘肅 蘭州 730070;4.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院，甘肅 蘭州 730020)

摘要：為探究馬鈴薯(Solanum tuberosum)不同遺傳特性與其對(duì)水分脅迫響應(yīng)之間的相關(guān)關(guān)系，本研究通過SSR分析了供試材料的遺傳多樣性，并通過PEG-6000和不澆水脅迫處理馬鈴薯移栽苗的方法，研究了干旱脅迫下不同馬鈴薯品種中過氧化物酶(POD、CAT)活性及可溶性蛋白含量的變化。結(jié)果顯示，在遺傳相似系數(shù)(GS)為0.700水平上，44份馬鈴薯材料可被聚為5類，大部分品種聚在一起，說明供試品種的遺傳基礎(chǔ)相對(duì)狹窄。通過GGE-Biplot綜合分析POD、CAT及可溶性蛋白質(zhì)變化量，將44份供試材料分為6組。比對(duì)分析遺傳多樣性分析與生理結(jié)果，發(fā)現(xiàn)二者之間并不具有明顯的一致性，即品種遺傳特性的差異并不能直接反映品種的抗旱性能差異，而兩種脅迫方式在研究品種抗旱特性上具有較高的一致性。該研究結(jié)果可以為今后抗旱試驗(yàn)的進(jìn)行提供參考。

關(guān)鍵詞：遺傳多樣性；PEG脅迫；雙標(biāo)圖；抗旱性

自1995年Veilleux[1]首次使用SSR標(biāo)記研究馬鈴薯(Solanumtuberosum)以來，SSR標(biāo)記因其多態(tài)性高、可重復(fù)性好、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于馬鈴薯遺傳關(guān)系分析研究[2-4]、品種鑒定[5]、重點(diǎn)種質(zhì)資源的收集和評(píng)價(jià)[6]等方面。近年來，中國(guó)學(xué)者在應(yīng)用SSR對(duì)種質(zhì)材料遺傳多樣性分析[7-10]、作物抗旱性相關(guān)基因的SSR分子標(biāo)記[11]、水分脅迫下抗旱相關(guān)性狀的QTL分析[12]及對(duì)控制水分脅迫應(yīng)答蛋白的相關(guān)基因的SSR標(biāo)記[13]等方面也做了大量的研究。

干旱是影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育的主要環(huán)境脅迫因素之一[14]。植物在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中，演化出一系列形態(tài)學(xué)的和生理生化方面的適應(yīng)性機(jī)制和策略，能有效抵制脅迫逆境如調(diào)節(jié)保護(hù)酶系統(tǒng)[15-16]，改變過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT) 的活性等，在逆境脅迫下動(dòng)員酶和非酶防御系統(tǒng)來清除活性氧，保護(hù)植物細(xì)胞免受氧化損害。自1979 年，Heyser和Nabors[17]首次以PEG作為誘導(dǎo)劑和篩選劑篩選出抗旱的煙草(Nicotianatabacum)細(xì)胞系以來，高分子量的聚乙二醇(PEG)(分子量≥6 000)常作為一種非穿透滲透劑被廣泛用于植物研究領(lǐng)域[18-21]。然而，關(guān)于不同馬鈴薯品種在PEG-6000溶液處理下進(jìn)行模擬干旱脅迫與自然干旱水分脅迫處理方面的研究很少。同時(shí)，眾所周知，作物在水分脅迫條件下的抗性因品種遺傳特性的不同而異，而就能否從遺傳多樣性的角度來解釋不同種質(zhì)間脅迫響應(yīng)差異方面的研究還未見報(bào)道。

本研究通過SSR分子標(biāo)記對(duì)44份馬鈴薯材料的遺傳多樣性進(jìn)行分析，并利用GGE-Biplot對(duì)44份馬鈴薯材料在水分逆境脅迫下的響應(yīng)能力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)分析，嘗試從遺傳多樣性的角度解釋不同種質(zhì)間脅迫響應(yīng)差異，并探索兩種水分脅迫方式在研究作物抗旱性能上是否具有一致性，以期為馬鈴薯抗旱性材料的篩選和鑒定，品種特性的改良等方面提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)于2014年6-9月在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)作物遺傳育種和干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，本研究選用42份從國(guó)際馬鈴薯研究中心(CIP)引進(jìn)的馬鈴薯材料(表1)和兩份本地品種，即抗逆性較強(qiáng)的栽培種隴薯3號(hào)(L3)和對(duì)逆境脅迫較敏感的栽培種大西洋(DXY)脫毒試管苗為試驗(yàn)材料。所有品種均由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)馬鈴薯品種改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1馬鈴薯材料試管苗的培養(yǎng)以同一時(shí)期轉(zhuǎn)接的長(zhǎng)勢(shì)相對(duì)一致的脫毒試管苗為基礎(chǔ)苗，將其剪成至少帶一片葉的小莖段，插入裝有固體培養(yǎng)基(MS)50 mL的三角瓶中，每瓶扦插6～8個(gè)莖段。置于平均溫度為(22±2) ℃，光照為3 000 lx，光周期為16 h·d-1的培養(yǎng)室進(jìn)行培養(yǎng)。

1.2.2基因組DNA的提取與檢測(cè)及試管苗的移栽1)剪取培養(yǎng)30 d左右的各供試材料試管苗新鮮莖葉，用液氮研磨并參考 CTAB[22]法提取總基因組DNA。采用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA質(zhì)量，用紫外分光光度計(jì)法檢測(cè)其質(zhì)量和濃度。用ddH2O將各樣品稀釋到25 ng·μL-1，置于-20 ℃冰箱保存。2)將經(jīng)過煉苗的試管苗洗去培養(yǎng)基，剪去根部(保留一部分)，移栽入裝有蛭石(基質(zhì))的72孔育苗盤中(皿數(shù)6×12，口徑40 mm×40 mm, 底部20 mm×20 mm,皿深45 mm)，種植深3～4 cm，每個(gè)品種每個(gè)處理各種12株，移栽在不同的穴盤上，共36株。扦插后，澆透水，將育苗盤擺放在培養(yǎng)室，蓋上塑料薄膜保濕5～7 d。每隔1 d澆1次水(1周澆3次水)，每隔1周澆1次營(yíng)養(yǎng)液(即不加蔗糖的液體MS培養(yǎng)基)，營(yíng)養(yǎng)液pH值在5.8左右。移栽苗在育苗盤生長(zhǎng)20 d后進(jìn)行試驗(yàn)處理。PEG處理組用10% PEG(-0.120 MPa)澆灌(第1次10%PEG10mL·穴-1，其余幾次均為10%PEG5mL·穴-1)；自然脅迫處理組不澆水；對(duì)照(CK)正常澆水，水量和處理組PEG的量一致。處理6 d后，最早發(fā)現(xiàn)2號(hào)材料PEG處理組的植株出現(xiàn)萎蔫癥狀，拍照、采樣后分裝并冷凍于-80 ℃冰箱備用。

1.2.3SSR條帶檢測(cè)與相關(guān)生理指標(biāo)的測(cè)定參照已發(fā)表的24對(duì)SSR引物[5,8,23]并由上海生工生物工程技術(shù)服務(wù)有限公司合成(23對(duì)表2已列出)，進(jìn)行SSR-PCR擴(kuò)增，PCR產(chǎn)物用8.0%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳分離檢測(cè)，銀染顯色并統(tǒng)計(jì)多態(tài)性條帶。

表1　42份引進(jìn)馬鈴薯種質(zhì)材料編號(hào)及親本材料

過氧化氫酶(CAT)的活性測(cè)定采用紫外吸收法[24]；過氧化物酶(POD)活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法[24]，可溶性蛋白質(zhì)的提取及含量測(cè)定采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[24]。

1.2.4條帶統(tǒng)計(jì)與數(shù)據(jù)分析采用人工讀膠法統(tǒng)計(jì)電泳譜帶，在同一位置上清晰的條帶記為1，無條帶記為0，擴(kuò)增不出的記為-9，建立0，1數(shù)據(jù)庫(kù)并保存到Excel中。利用 NTSYS-pc 2.10e軟件[25]，通過UPGMA方法進(jìn)行聚類分析。通過Popgene1.32軟件[26]計(jì)算每個(gè)位點(diǎn)的等位變異數(shù)目，有效等位基因數(shù)目[27]，Shannon’s信息指數(shù)[28]及等位基因頻率；計(jì)算多態(tài)性信息含量(Polymorphism Information Content):PIC=1-∑(Pi2)[29]。其中Pi指在第i位點(diǎn)處檢測(cè)到的等位基因頻率。

用Microsoft Excel 2007對(duì)生理數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、整理，并計(jì)算出對(duì)應(yīng)品種脅迫前后酶活性的變化量，相對(duì)變化量=(脅迫后植株體內(nèi)酶含量-處理后對(duì)照組中酶含量)/對(duì)照中酶含量×100%；通過SPSS Statistics 18.0 軟件進(jìn)行SPSS方差分析(Analysis of Variance ANOVA)(P≤0.05)和聚類分析，多重比較采用最小顯著差數(shù)法(LSDα)和新復(fù)極差法(Duncan法)，用來檢測(cè)不同品種脅迫前后酶活性變化量差異。檢測(cè)到顯著差異P≤0.05后，使用GGE-Biplot軟件[23，30]對(duì)兩向數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析。

2結(jié)果與分析

2.1SSR標(biāo)記多態(tài)性分析

本研究用24對(duì)SSR引物對(duì)44份馬鈴薯供試材料進(jìn)行PCR，選出其中多態(tài)性較好的23對(duì)SSR引物(表2)。結(jié)果顯示,23對(duì)SSR引物在44份供試材料中共檢測(cè)到66個(gè)SSR標(biāo)記，平均每個(gè)等位位點(diǎn)的等位變異數(shù)為2.869 6，變異范圍為2～5；平均等位變異數(shù)為2.463 1，平均有效等位變異所占的比重為72.88%；23對(duì)SSR引物的Shannon’s信息指數(shù)的變化范圍為0.248 9～1.334 8，平均為0.776 2；多態(tài)性信息含量 (PIC)變化范圍為0.127 1～0.727 1，平均為0.465 0，表明供試材料的遺傳多樣性較高(表2)。

2.2遺傳相似系數(shù)和聚類分析

為了分析供試材料的遺傳相似系數(shù)(GS)，并以更直觀的方式揭示材料間的親緣關(guān)系。本研究利用NTSYS-pc2.10e軟件分析了供試馬鈴薯材料的遺傳相似系數(shù)(GS)，并根據(jù)UPGMA方法進(jìn)行聚類分析。結(jié)果顯示，44份供試馬鈴薯材料的遺傳相似系數(shù)變異范圍為0.484 9～0.909 1。其中31和36號(hào)材料之間的遺傳相似系數(shù)最大(GS=0.909 1)，表明這兩份材料的遺傳背景相似；其次是材料8與9 和28與29(GS=0.893 9)，所以不建議用材料31與36、8與9和28與29進(jìn)行親本雜交組合配置；遺傳相似系數(shù)最小的是材料4與14(GS=0.484 9)，說明材料4與14之間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，遺傳差異性較大。UPGMA方法聚類分析發(fā)現(xiàn)(圖1)，在遺傳相似系數(shù)(GS)為0.700水平上，44份馬鈴薯材料可被聚為5類，分別記為A、B、C、D和E，每類分別包含有6、32、4、1和1份馬鈴薯材料。B類中所包含的32份馬鈴薯材料，占所有供試材料的72.7%。

表2　23對(duì)SSR引物在44份馬鈴薯材料中的多態(tài)性

注：SSR引物選自已發(fā)表的論文研究：a[5]，b[23]， c[8]。

Note:SSR primer sequences were selected from previous studies: a[5], b[23], c[8].

2.3水分脅迫處理相關(guān)數(shù)據(jù)分析

為了分析兩種處理下各不同變量之間的相關(guān)性，判斷分析兩種水分脅迫方式之間是否有一定的一致性。采用SPSS R型聚類(變量聚類)，對(duì)PEG處理下可溶性蛋白相對(duì)于對(duì)照的變幅(PEG-P或PEG protein)、 PEG處理下POD相對(duì)于對(duì)照的變幅(PEG-POD)、PEG處理下CAT相對(duì)于對(duì)照的變幅(PEG-CAT)、自然脅迫下可溶性蛋白相對(duì)于對(duì)照的變幅(ZR-P或ZR protein)、自然脅迫下POD相對(duì)于對(duì)照的變幅(ZR-POD)、自然脅迫下CAT相對(duì)于對(duì)照的變幅(ZR-CAT)共6個(gè)變量進(jìn)行相關(guān)性分析(表3)，結(jié)果顯示，ZR-POD與PEG-POD之間顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)最大，為0.965，ZR-CAT與PEG-CAT之間顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.933，ZR protein與PEG protein間顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.888，均在P<0.01水平上達(dá)到極顯著。不同脅迫處理下，同種酶酶活性變量間相關(guān)性較高，說明不論是PEG模擬水分脅迫還是自然水分脅迫，對(duì)馬鈴薯相關(guān)生理生化指標(biāo)的影響具有較高的一致性。材料1因在前期試驗(yàn)中死亡，故后續(xù)生理測(cè)定試驗(yàn)中只測(cè)定了43份材料。

為了對(duì)供試馬鈴薯材料進(jìn)行生理上群體劃分并解釋各處理變量之間的關(guān)系，本研究利用GGE-Biplot對(duì)43個(gè)品種不同處理下不同酶活性變化量進(jìn)行了分析(圖2)。圖2中的多邊形由連接同一方向上距雙標(biāo)圖原點(diǎn)最遠(yuǎn)的品種的酶活性變化量位點(diǎn)構(gòu)成，其余的品種都被包括在多邊形內(nèi)部。由原點(diǎn)出發(fā)并且與多邊形各邊垂直的射線將整個(gè)雙標(biāo)圖分為6個(gè)大小不同的區(qū)域，并由此將不同品種分為6個(gè)組，即a、b、c、d、e和f。

圖1　供試馬鈴薯材料聚類圖

變量Variable變量VariablePEGproteinZRproteinPEG-PODZR-PODPEG-CATZR-CATPEGprotein1.0001.000ZRprotein0.888**1.000PEG-POD0.4590.4761.000ZR-POD0.5010.5230.965**1.000PEG-CAT0.5590.5500.5380.5171.000ZR-CAT0.4960.5300.5210.4910.933**1.000

注：**代表在0,01水平上顯著相關(guān)。

Note: ** show significant difference at 0.01 level.

圖2　GGE-Biplot雙標(biāo)圖分析不同馬鈴薯品種與不同脅迫處理方式及脅迫前后不同酶活性變化間的關(guān)系

處理變量可以被分為兩個(gè)組：PEGP(PEG protein)、ZRP(ZR protein)、PEG-CAT及ZR-CAT為一組，PEG-POD和ZR-POD為一組，而且第一主成分(PC1)與第二主成分(PC2)一起可以解釋84.1%的變量，說明雙標(biāo)圖足以解釋不同處理下不同酶活性變化量與不同品種間的差異。不論是在PEG處理下，還是在自然水分脅迫下，可溶性蛋白含量及CAT活性在品種38中變化量最大， 而POD在品種35中的變化量最大，說明相比于其它品種，35和38的抗氧化系統(tǒng)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)更為靈敏。為了分析不同供試材料在脅迫前后酶活性變化量的大小及同一品種在不同酶活性測(cè)定下，其變化量的穩(wěn)定性，本研究利用GGE-Biplot對(duì)43份供試馬鈴薯材料在水分脅迫誘導(dǎo)前后酶活性的變化量進(jìn)行排序，并對(duì)其變化量的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。圖中帶箭頭的直線是平均處理軸，它同時(shí)經(jīng)過雙標(biāo)圖原點(diǎn)和平均處理值(紅色圓圈)，其位置取決于各處理坐標(biāo)的平均值[31]，箭頭所指的方向是酶活性變化量在所有處理下的近似平均變化量，箭頭方向代表變化量越大。通過雙標(biāo)圖原點(diǎn)并與平均處理軸垂直的雙箭頭直線代表各品種酶活性變化量的穩(wěn)定性，箭頭所指的方向?yàn)樽兓环€(wěn)定，并且越偏離平均處理軸，說明變化量越不穩(wěn)定。如圖3所示，品種23、13、20、25、43、35、18和38的變化量均高于平均值，而且品種38的變化量最大。但是，13、20、35、38這4個(gè)品種的位點(diǎn)與平均處理軸間的距離較遠(yuǎn)，所以它們的變化易受不同酶活性測(cè)定的影響，穩(wěn)定性較差。為進(jìn)一步分析不同處理間及不同酶活性測(cè)定間的關(guān)系，利用GGE-Biplot進(jìn)行區(qū)別力與代表性的分析。如圖4所示，連接各處理變量的位點(diǎn)與雙標(biāo)圖原點(diǎn)的直線稱為處理向量。向量的不同長(zhǎng)度反映的是不同處理變量對(duì)酶活性變化量的區(qū)別能力，向量之間的夾角的余弦值近似代表兩個(gè)處理變量之間的相關(guān)性系數(shù)[30]。除PEG-POD與ZR-POD外，各處理的向量長(zhǎng)度比較接近，說明同一酶活性變化量在不同處理變量下的變化趨勢(shì)較接近。PEG-P與ZR-P、PEG-CAT與ZR-CAT、PEG-POD與ZR-POD之間的夾角均很小，說明PEG脅迫處理和自然脅迫處理之間具有較高的相關(guān)性，這與通過SPSS R型聚類對(duì)各處理變量間的相關(guān)性分析結(jié)果一致。而兩種脅迫處理下POD測(cè)定與可溶性蛋白、CAT測(cè)定間的夾角較大，雖然小于90°，但仍能說明，即使在相同的脅迫處理下POD活性變化量與可溶性蛋白、CAT活性變化量之間的變化差異較為明顯，尤其與可溶性蛋白含量的變化更為明顯。

3討論與結(jié)論

通過對(duì)種質(zhì)材料遺傳相似系數(shù)的研究分析發(fā)現(xiàn)，供試材料遺傳背景的相似性與其遺傳相似系數(shù)大小之間具有一定的相關(guān)性。如本研究中材料28與29具有相同的父本和母本，材料33與34則只具有相同的父本，育成品種親緣關(guān)系亦比較近，這與材料28與29(GS=0.893 9)和33與34(GS=0.878 8)較高的遺傳相似系數(shù)是一致的，這也與劉建霞等[7-9]的相關(guān)研究中遺傳背景相似的品種遺傳差異較小的結(jié)論是一致的。然而，31和36號(hào)材料的親本雖然完全不同，但二者之間的遺傳相似系數(shù)最大(GS=0.909 1)，仍表明這兩份材料的親緣關(guān)系是較近的，這可能是由于材料本身遺傳特性的差異或發(fā)生遺傳變異引起的，也有可能是由于SSR分子標(biāo)記試驗(yàn)所用的引物較少，未能充分表現(xiàn)材料本身的遺傳特異性等原因引起的。

圖3　利用GGE-Biplot分析43份馬鈴薯材料在兩種脅迫處理下酶活性變化量的排序

圖4　利用GGE-Biplot雙標(biāo)圖分析各處理之間的相關(guān)性

馬鈴薯根系較淺，對(duì)水分虧缺非常敏感[32]。水分虧缺會(huì)對(duì)植物的生長(zhǎng)狀況、形態(tài)結(jié)構(gòu)與生理生化產(chǎn)生顯著影響[33-34]。本研究發(fā)現(xiàn)，受到水分脅迫后，不同馬鈴薯植株體內(nèi)POD、CAT活性及可溶性蛋白含量較對(duì)照均有所上升，這與大量研究報(bào)道[35-37]一致。且?guī)追N酶活性變化在兩種不同的脅迫處理間具有較高的相關(guān)性，這與抗艷紅等[34]、張立軍等[38]的PEG模擬干旱試驗(yàn)測(cè)得的生理指標(biāo)與室外旱池的實(shí)際抗旱指標(biāo)有較好的一致關(guān)系的結(jié)論相符合。

綜合比較SSR分子標(biāo)記聚類分析與生理分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)兩種聚類分析結(jié)果間并不具有較高一致性。例如SSR聚類分析B類中的材料31和36間因具有較高的遺傳相似系數(shù)(GS=0.909 1)而被聚在一起，與此同時(shí)，二者在受到水分脅迫后在生理生化反應(yīng)也具有一定的一致性，而被聚為同一組(e)中。然而，對(duì)于大部分品種來說，遺傳親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近與其對(duì)生理脅迫的響應(yīng)間并不具有高度的一致性。如材料28、29具有相同的父本[392 820.1=(C93.154)]和母本(CHIEFTAIN)，遺傳背景相似而聚在一起，然而，二者在對(duì)水分脅迫的響應(yīng)并不一致，分別屬于不同的組,即d和e。同樣，材料8、9間因具有較高的遺傳相似系數(shù)(GS=0.893 9)而被聚在一起，但二者在受到水分脅迫后其生理生化反應(yīng)并不具有較高一致性，二者分別屬于不同的組，即b和c。綜合多個(gè)品種遺特性及對(duì)生理生化響應(yīng)的差異，發(fā)現(xiàn)二者之間并不具有簡(jiǎn)單的相關(guān)性。其主要原因可能為：1)材料多樣性分析的出發(fā)點(diǎn)不一樣。SSR分子標(biāo)記通過分析，且廣泛分布在真核生物基因組上的，由于其重復(fù)次數(shù)不同或重復(fù)程度不完全而形成每個(gè)座位的多態(tài)性，對(duì)物種種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析[39]。然而，GGE-Biplot聚類分析是通過檢測(cè)植物受到水分逆境脅迫后，其體內(nèi)抗氧化物酶活性的變化情況，對(duì)供試材料的水分逆境脅迫響應(yīng)快慢進(jìn)行的分析。2)兩種試驗(yàn)方法采用了不同的統(tǒng)計(jì)分析軟件，數(shù)據(jù)算法不一樣，如SSR分子標(biāo)記使用NTSYS-pc2.10e，采用UPGMA法構(gòu)建聚類圖，而水分脅迫后，酶活性變化的分析采用SPSS R型聚類，因此也使得聚類結(jié)果有差異。3)SSR分子標(biāo)記試驗(yàn)所用的引物較少，因此擴(kuò)增獲得的多態(tài)性條帶數(shù)目也有限，未能充分表現(xiàn)材料本身的遺傳特異性。另一方面，植物對(duì)水分脅迫逆境的響應(yīng)機(jī)制是由多種因素共同參與的復(fù)雜過程[7,40]，單純的對(duì)水分脅迫逆境下對(duì)抗氧化物酶活性的測(cè)定并不能充分表現(xiàn)品種的生理特性。

本研究通過SSR分子標(biāo)記技術(shù)將44份馬鈴薯材料在遺傳相似系數(shù)(GS)為0.700水平上被聚為5類，且大部分品種被聚在一個(gè)類群，說明供試品種遺傳基礎(chǔ)還是相對(duì)狹窄。遺傳相似系數(shù)較大的品種往往被聚在一起，說明它們的親緣關(guān)系較近。通過水分脅迫試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，馬鈴薯移栽苗受到PEG-6000澆灌和自然不澆水兩種脅迫處理后其體內(nèi)的POD、CAT及可溶性蛋白含量相對(duì)于對(duì)照均上升，且同一種酶在兩種脅迫處理下的變化量具有較高的相關(guān)性，說明兩種水分脅迫方式在鑒定馬鈴薯抗旱特性上具有較高的一致性。綜合分析3種酶在兩種脅迫處理下，不同品種中的變化量，將43份材料聚為大小不一的6組。綜合比較兩種聚類結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二者并不具有一致的相關(guān)性，說明不能從遺傳多樣性的角度很好地解釋不同種質(zhì)間對(duì)脅迫響應(yīng)差異，其原因還有待于進(jìn)一步研究。

參考文獻(xiàn)(References)

[1]Veilleux R E,Shen L Y,Paz M M.Analysis of the genetic composition of anther-derived potato by randomly amplified polymorphic DNA and simple sequence repeat.Genome,1995,38(6):1153-1162.

[2]Provan J,Powell W,Waugh R.Microsatellite analysis of relationships within cultivated potato (Solanumtuberosum).Theoretical and Applied Genetics,1996,92(8):1078-1084.

[3]Rocha E A,Paiva L V,de Carvalho H H,Guimar?es C T.Molecular characterization and genetic diversity of potato cultivars using SSR and RAPD markers.Crop Breeding and Applied Biotechnology,2010,10(3):204-210.

[4]de Galarreta J I R,Barandalla L,Rios D J,Lopez R,Ritter E.Genetic relationships among local potato cultivars from Spain using SSR markers.Genetic Resources and Crop Evolution,2011,58(3):383-395.

[5]Ghislain M,Spooner D M,Rodríguez F,Villamn F,Nunez J,Vásquez C,Waugh R,Bonierbale M.Selection of highly informative and user-friendly microsatellites (SSRs) for genotyping of cultivated potato.Theoretical and Applied Genetics,2004,108(5):881-890.

[6]Spooner D M,Núez J,Trujillo G,María del R H,Guzmán F,Ghislain M.Extensive simple sequence repeat genotyping of potato landraces supports a major reevaluation of their gene pool structure and classification.Proceedings of the National Academy of Sciences of USA,2007,104(49):19398-19403.

[7]劉建霞,雷海英,溫日宇,郭耀東,王潤(rùn)梅,周鳳.山西省馬鈴薯主栽品種遺傳多樣性的SSR分析.華北農(nóng)學(xué)報(bào),2013,27(6):72-77.

Liu J X,Lei H Y,Wen R Y,Guo Y D,Wang R M,Zhou F.SSR analysis on genetic diversity of leading potato cultivars in Shanxi Province.Acta Agriculturae Boreali-sinica,2013,27(6):72-77.(in Chinese)

[8]葉景秀,張鳳軍,張永成.青海省20個(gè)主要馬鈴薯審定品種的SSR標(biāo)記遺傳分析.種子,2013,32(6):1-4.

Ye J X,Zhang F J,Zhang Y C.Genetic diversity analysis of 20 potato (SolanumtuberosumL.) genetypes in Qinghai Province with SSR markers.Seeds,2013,32(6):1-4.(in Chinese)

[9]段艷鳳,劉杰,卞春松,段紹光,徐建飛,金黎平.中國(guó)88個(gè)馬鈴薯審定品種SSR指紋圖譜構(gòu)建與遺傳多樣性分析.作物學(xué)報(bào),2009,35(8):1451-1457.

Duan Y F,Liu J,Bian C S,Duan S G,Xu J F,Jin L P.Construction of fingerprinting and analysis of genetic diversity with SSR markers for eighty-eight approved potato cultivars (SolanumtuberosumL.) in China.Acta Agronomica Sinica,2009,35(8):1451-1457.(in Chinese)

[10]陳立強(qiáng),師尚禮.42份紫花苜蓿種質(zhì)資源遺傳多樣性的SSR分析.草業(yè)科學(xué),2015,32(3):372-381.

Chen L Q,Shi S L.Genetic diversity among 42 alfalfa accession revealed by SSR marker.Pratacultural Science,2015,32(3):372-381.(in Chinese)

[11]黃素華.玉米自交系多樣性研究以及玉米苗期耐旱相關(guān)基因的克隆、分析.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后學(xué)位論文,2005.

Huang S H.Study on diversity of maize (ZeamaysL.) inbred lines and cloning of related genes for drought resistance(tolerance)from corn seedling.Post Doctoral Thesis.Beijing:Chinese Academy of Agricultural Sciences,2005.(in Chinese)

[12]王陽(yáng),劉成,王天宇,石云素,宋燕春,黎裕.干旱脅迫和正常灌溉條件下玉米產(chǎn)量性狀的QTL分析.植物遺傳資源學(xué)報(bào),2007,8(2):179-183.

Wang Y,Liu C,Wang T Y,Shi Y S,Song Y C,Li Y.QTL analysis of yield components in maize under different water regimes.Journal of Plant Genetic Resources,2007,8(2):179-183.(in Chinese)

[13]張潔.冬小麥幼苗期水分脅迫應(yīng)答蛋白及其分子標(biāo)記的研究.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士學(xué)位論文,2007.

Zhang J.Molecular marker and response protein of winter wheat during seedling stage in the water stress condition.Master Thesis.Yangling:Northwest Agriculture and Forestry University,2007.(in Chinese)

[14]胡國(guó)霞,馬蓮菊,陳強(qiáng),趙貴林,褚妍,任菲,李雪梅.植物抗氧化系統(tǒng)對(duì)水分脅迫及復(fù)水響應(yīng)研究進(jìn)展.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,39(3):1278-1280.

Hu G X,Ma L J,Chen Q,Zhao G L,Chu Y,Ren F,Li X M.Research progress of plant antioxidant system to water stress and rewatering. Journal of Anhui Agricultural Sciences,2011,39(3):1278-1280.(in Chinese)

[15]趙海超,抗艷紅,龔學(xué)臣,尹江,田再民.干旱脅迫對(duì)不同馬鈴薯品種苗期生理生化指標(biāo)的影響.作物雜志,2013(6):63-69.

Zhao H C,Kang Y H,Gong X C,Yin J,Tian Z M.Effects of drought stress on physiological and biochemical indices of different potato variety.Crops,2013(6):63-69.(in Chinese)

[16]何淼,李文鶴,卓麗環(huán).野菊幼苗對(duì)自然干旱脅迫的生理響應(yīng).草業(yè)科學(xué),2011,28(8):1456-1460.

He M,Li W H,Zhuo L H.Physiological response ofDendrathemaindicumseedlings to nature drought stress.Pratacultural Science,2011,28(8):1456-1460.(in Chinese)

[17]Heyser J W,Nabors M W.Osmotic adjustment of tobacco cells and plants to penetrating and non-penetrating solutes.Plant Physiology,1979,63:77-77.

[18]Carpita N,Sabularse D,Montezinos D,Delmer D P.Determination of the pore size of cell walls of living plant cells.Science,1979,205:1144-1147.

[19]王瑾,劉桂茹,楊學(xué)舉.PEG脅迫下不同抗旱性小麥品種幼苗形態(tài)及主要理化特性的比較.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005,28(5):6-10.

Wang J,Liu G R,Yang X J.Comparison of the morphology and biochemical characteristics of wheat seedlings between drought-resistant and drought-sensitive varieties under PEG water-stress.Journal of Agricultural University of Hebei,2005,28(5):6-10.(in Chinese)

[20]李建武,王蒂.水分脅迫對(duì)馬鈴薯試管苗抗氧化酶活性的影響.北方園藝,2008(1):7-9.

Li J W,Wang D.The effect of water stress on the activity of antioxidant enzymes ofSolanumtuberosumL.Northern Horticulture,2008 (1):7-9.(in Chinese)

[21]秦玉芝,陳玨,劉明月,熊興耀,何長(zhǎng)征,周玄,邢錚.聚乙二醇模擬干旱對(duì)馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)與細(xì)胞膜透性的影響.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2011,37(6):627-631.

Qin Y Z,Chen Y,Liu M Y,Xiong X Y,He C Z,Zhou X,Xing Z.Effect of PEG-induced water stress on morphologic characters and membrane permeability of potato.Journal of Hunan Agricultural University(Natural Sciences),2011,37(6):627-631.(in Chinese)

[22]Jones A S,Walker R T.Isolation and analysis of the deoxyribonucleic acid ofMycoplasmamycoidesvar.capri. Nature,1963,198:588-589.

[23]Feingold S,Lloyd J,Norero N,Bonierbale M,Lorenzen J.Mapping and characterization of new EST-derived microsatellites for potato (SolanumtuberosumL.).Theoretical and Applied Genetics,2005,111(3):456-466.

[24]鄒奇.植物生理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo).北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,2000,163-165.

Zou Q.Experiment Instruction of Plant Physiology.Beijing:China Agricultural Press,2000:163-165.

[25]Rolf F.Ntsys-Pc:Numerical Taxonomy and Multivariate Analysis System Version 2.1.Setauket,NY,USA:Exeter Publishing,2000.

[26]Yeh F C,Yang R C,Boyle T.PopGene Version 131:Microsoft Window-based freeware for population genetic analysis.University of Alberta and Centre for International Forestry Research,1999:11-23.

[27]Kimura M,Crow J F.The number of alleles that can be maintained in a finite population.Genetics,1964,49(4):725.

[28]Lewontin R C.The Apportionment of Human Diversity.Evolutionary Biology.US:Springer,1995:381-398.

[29]Nei M.Analysis of gene diversity in subdivided populations.Proceedings of the National Academy of Sciences of USA,1973,70(12):3321-3323.

[30]嚴(yán)威凱.雙標(biāo)圖分析在農(nóng)作物品種多點(diǎn)試驗(yàn)中的應(yīng).作物學(xué)報(bào),2010,36(11):1805-1819.

Yan W K.Optimal use of biplots in analysis of multi-location variety test data.Acta gronomica Sinica,2010,36(11):1805-1819.(in Chinese)

[31]白江平,崔同霞,張金文,張俊蓮,王蒂.馬鈴薯塊SGAs合成途徑關(guān)鍵基因表達(dá)量的GGE雙標(biāo)圖分析.植物研究,2014,34(2):238-244.

Bai J P,Cui T X,Zhang J W,Zhang J L,Wang D.GGE-Biplot analysis on gene expression of seven key genes mediating biosynthesis of steroidal glycoalkaloid in potato.Bulletin of Botanical Research,2014,34(2):238-244.(in Chinese)

[32]Gopal J,Iwama K.In vitro screening of potato against water-stress mediated through sorbitol and polyethylene glycol.Plant Cell Reports,2007,26(5):693-700.

[33]焦志麗,李勇,呂典秋,王晶英.不同程度干旱脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗生長(zhǎng)和生理特性的影響.中國(guó)馬鈴薯,2012,25(6):329-333.

Jiao Z L,Li Y,Lyu D Q,Wang J Y.Effects of different drought treatments on growth indicators and physiological characters of potato seedlings.Chinese Potato Journal,2012,25(6):329-333.(in Chinese)

[34]抗艷紅,龔學(xué)臣,田再民,趙海超,齊海明.聚乙二醇處理馬鈴薯脫毒試管苗的生理反應(yīng).江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2011(2):162-164.

Kang Y H,Gong X C,Tian Z M,Zhao H C,Qi H M.Physiological response of potato virus-free test-tube plantlets under peg-induced water stress.Jiangsu Agricultural Sciences,2011(2):162-164.(in Chinese)

[35]李建武,王蒂,司懷軍,彭曉莉.水分脅迫下馬鈴薯試管苗的生理響應(yīng).甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2005(3):319-323.

Li J W,Wang D,Si H J,Peng X L.Physiological response of test-tuber plantlets of potato under water stress.Journal of Gansu Agricultural University,2005(3):319-323.(in Chinese)

[36]Devi R,Kaur N,Gupta A K.Potential of antioxidant enzymes in depicting drought tolerance of wheat (TriticumaestivumL.).Indian Journal of Biochemistry & Biophysics,2012,49(4):257-265.

[37]Mirzaee M,Moieni A,Ghanati F.Effects of Drought stress on the lipid peroxidation and antioxidant enzyme activities in two canola(BrassicanapusL.)Cultivars.Journal of Agricultural Science and Technology,2013,15(3):593-602.

[38]張立軍,樊金娟,阮燕曄,關(guān)義新.聚乙二醇在植物滲透脅迫生理研究中的應(yīng)用.植物生理學(xué)通訊,2004,40(3):361-364.

Zhang L J,Fan J J,Ruan Y Y,Guan Y X.Application of polyethylene glycol in the study of plant osmotic stress physiology.Plant Physiology Communications,2004,40(3):361-364.(in Chinese)

[39]楊文柱,焦燕.SSR分子標(biāo)記技術(shù)在生物遺傳學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(2):640-642.

Yang W Z,Jiao Y.Application of SSR molecular marker technique in the field of biogenetics.Journal of Anhui Agricultural Sciences,2012,40(2):640-642.(in Chinese)

[40]張斌,秦嶺,王瑩瑩,范仲學(xué),畢玉平.作物抗旱分子機(jī)制研究進(jìn)展.山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2012(12):22-26.

Zhang B,Qin L,Wang Y Y,Fan Z X,Bi Y P.Research progress of crop drought-resistant mechanism.Shandong Agricultural Sciences,2012(12):22-26.(in Chinese)

(責(zé)任編輯張瑾)

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2015-0182

*收稿日期：2015-03-31接受日期：2015-08-20

基金項(xiàng)目：科技部國(guó)際科技合作項(xiàng)目(2014DFG31570)；甘肅科技基金(1308RJZA131、1308RJIA005)；蘭州科技研究項(xiàng)目(2013-4-156)

通信作者：王蒂(1955-)，男，陜西延安人，教授，博導(dǎo)，博士，研究方向?yàn)樽魑镞z傳育種研究。E-mail:wangd@gsau.edu.cn

中圖分類號(hào)：S532.03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1001-0629(2016)3-0431-11* 1

Corresponding author:Wang DiE-mail:wangd@gsau.edu.cn

Analyze the genetic variation and drought resistance of the potato germplasm

Lou Yan1,2, Bai Jiang-ping1,2, Yang Hong-yu1,3, Li Wei-ting1,2, Gao Hui-juan1,2,Zhang Jun-lian1,3, Wang Di1,2, Zhang Jin-lin4, Wang Wang-tian2

(1.Gansu Key Laboratory of Crop Improvement and Germplasm Enhancement/Gansu Provincial Key Laboratory of Aridland Crop Science, Lanzhou 730070, China；2.College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China;3.College of Horticulture, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China;4.College of pastoral Agriculture Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)

Abstract:To explore the relationship between potato (Solanum tuberosum) different genetic traits and its response to water stress, we analyzed the genetic diversity of test materials by the methods of SSR, studied the content variation of peroxidase (POD and CAT) activity and soluble protein of different potato varieties under water stresses by processing potato transplanting seedling for PEG-6000 simulated water stress and natural water stress method. The results showed that the genetic similarity coefficient (GS) at 0.700 level, 44 potato materials can be divided into five types, most breed clustered together, explaining the genetic basis of testing varieties is still relatively narrow. Through a GGE-biplot comprehensive analysis of soluble protein, POD and CAT variation, 44 selected materials were divided into 6 groups. Comparative analysis of genetic diversity analysis and physiological results found that there were no obvious consistency between them, namely the species differences in genetic traits can’t react their drought resistance performance difference directly. But two stress modes with high consistency on studying the characteristics of varieties of drought resistance. This research provides the reference for further drought resistance research.

Key words:genetic diversity; PEG stress; GGE-biplot; drought resistance

婁艷,白江平,楊宏羽,李維婷,高慧娟,張俊蓮,王蒂,張金林,王旺田.馬鈴薯種質(zhì)的遺傳特性與抗旱性的關(guān)系.草業(yè)科學(xué),2016,33(3)：431-441.

Lou Y,Bai J P,Yang H Y,Li W T,Gao H J,Zhang J L,Wang D,Zhang J L,Wang W T.Analyze the genetic variation and drought resistance of the potato germplasm.Pratacultural Science，2016,33(3)：431-441.

第一作者：婁艷(1989-)，女，甘肅臨夏人，在讀碩士生，研究方向?yàn)轳R鈴薯遺傳育種。E-mail:lou_yan0931@163.com

共同第一作者：白江平(1978-)，男，甘肅天水人，副教授，碩導(dǎo)，博士，研究方向?yàn)樽魑镞z傳育種。E-mail:baijp@gsau.edu.cn