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馬鈴薯品種耐弱光性評價(jià)及其指標(biāo)的篩選

2017-10-10 01:30李彩斌郭華春
中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年18期
關(guān)鍵詞:弱光葉綠素馬鈴薯

李彩斌,郭華春

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)薯類作物研究所,昆明650201)

馬鈴薯品種耐弱光性評價(jià)及其指標(biāo)的篩選

李彩斌,郭華春

(云南農(nóng)業(yè)大學(xué)薯類作物研究所,昆明650201)

【目的】近年來,弱光脅迫逐漸成為冬作、保護(hù)地和間套作栽培馬鈴薯生產(chǎn)的重要限制因素。通過篩選馬鈴薯耐弱光性鑒定指標(biāo),評價(jià)不同品種的弱光耐受性,為馬鈴薯耐弱光品種選育和冬作馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展及馬鈴薯間套作栽培提供科學(xué)依據(jù)。【方法】采用大田試驗(yàn),以10個(gè)馬鈴薯品種為供試材料,齊苗后用遮陽率為 70%的遮陰網(wǎng)進(jìn)行全生育期遮陰處理,以自然光照為對照。初花期測定株高、節(jié)間長、葉面積等形態(tài)指標(biāo),葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素等色素含量指標(biāo)和凈光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率等光合生理指標(biāo),收獲后測產(chǎn)并計(jì)算單株塊莖重。通過計(jì)算馬鈴薯各品種耐弱光系數(shù)、耐弱光指數(shù)和各指標(biāo)脅迫指數(shù),使各指標(biāo)間具有可比性。以耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)閉區(qū)間擴(kuò)展值對各馬鈴薯品種耐弱光性進(jìn)行評價(jià),將各指標(biāo)脅迫指數(shù)分別與耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,篩選出具有顯著相關(guān)的指標(biāo)?!窘Y(jié)果】與對照相比,遮陰處理后馬鈴薯在形態(tài)、生理和產(chǎn)量等方面均發(fā)生改變:株高增加,節(jié)間伸長,葉面積增大;葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量增加,葉綠素a/b值減小,類胡蘿卜素含量總體呈增加趨勢;凈光合速率、瞬時(shí)水分利用效率、氣孔導(dǎo)度顯著下降,蒸騰速率顯著增加,胞間 CO2濃度呈增加趨勢;單株塊莖重顯著減少,減產(chǎn)幅度達(dá)62.14%—90.74%。根據(jù)耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)評價(jià)馬鈴薯耐弱光性結(jié)果基本一致,但耐弱光指數(shù)不僅反映了馬鈴薯產(chǎn)量對遮陰脅迫的敏感性,同時(shí)也反映了不同基因型差異對產(chǎn)量的影響,較耐弱光系數(shù)評價(jià)方法嚴(yán)格。葉面積、單株塊莖重、葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素脅迫指數(shù)6個(gè)指標(biāo)與耐弱光系數(shù)或耐弱光指數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān),可以作為馬鈴薯耐弱光性有效鑒定指標(biāo)?!窘Y(jié)論】中薯 20高度耐弱光,woff中度耐弱光,費(fèi)烏瑞它和會(huì)-2低度耐弱光,其余品種均不耐弱光。以耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)為主要鑒定指標(biāo),并結(jié)合與之顯著相關(guān)的形態(tài)、生理和產(chǎn)量等指標(biāo)對馬鈴薯耐弱光性進(jìn)行綜合評價(jià)較為客觀、可靠,而且方便易行。

馬鈴薯;耐弱光性;耐弱光系數(shù);耐弱光指數(shù);評價(jià)指標(biāo)

Abstract: 【Objective】In recent years, the low light stress has become an important limiting factor for the development of winter-cropping, protected cultivation and intercropping potato production. The objective of this study is to screen the identification indices of potato low light tolerance, and to evaluate the low light tolerance of different potato varieties, so as to provide a scientific basis for the low light tolerance potato breeding, winter-cropping and intercropping potato production. 【Method】 In a field experiment, 10 potato cultivars were used as the test materials and planted. The plants were shaded with black nets which had 70%shading rate of natural light from emergence to harvest. The natural light plants were used as the control. The plant heights, internodeelongations, leaf areas and other morphological indexes, pigment contents including chlorophyll a, chlorophyll b and carotenoid and net photosynthetic rates, stomatal conductance, transpiration rates and other photosynthetic physiological indexes were measured at bud flowering stage. Yields were tested after harvest. In order to make it can be comparable among these indexes, the low-light tolerance coefficient, low-light tolerance index and each shade stress index were calculated by varies of yields and other traits, then the low-light tolerance coefficients and low-light tolerance indexes expansion values were used to evaluate low-light tolerance types of different potato varieties. After that, correlation analysis were performed according to the indexes of stress index respectively with low-light tolerance coefficients and low-light tolerance indexes, screening significant related indicators. 【Result】 The potato varieties were changed in morphology, physiology, and yield after shading treatment. Compared with the control, plant heights,internode elongations and the leaf areas were increased; the chlorophyll a, chlorophyll b and total chlorophyll contents were increased, the chlorophyll a/b values were decreased, and the carotenoid contents showed an increasing trend; the net photosynthetic rates, instantaneous water use efficiencies, and stomatal conductance were decreased, the transpiration rates were increased and intercellular CO2concentrations showed an increased trend; tuber weights were decreased significantly by 62.14%-90.74%. The assessment results showed a similar trend in tolerance by low-light tolerance coefficients method and low-light tolerance index method. Low-light tolerance index not only reflects the potato yield sensitivity to shading stress, but also reflects the influences of different genotype differences on the yield, the evaluation results of the low-light tolerance index was more strict than the method by low-light tolerance coefficient. There are 6 stress indexes including leaf area, per plant tuber weight, chlorophyll a, chlorophyll b,total chlorophyll and carotenoid content were significantly or extremely significantly correlated with the low-light tolerance coefficient or low-light tolerance index, which can be used as the effective indicators to identify the low-light tolerance of potato.【Conclusion】 After comprehensive evaluation, it was concluded that the ‘Zhongshu20’ has a high low light tolerance, ‘Woff’ has a moderate low light tolerance, ‘Favorita’ and ‘Hui-2’ have a poor low light tolerance, and other potato varieties have a bad low light tolerance. The way to use the low-light tolerance coefficient and low-light tolerance index as the main index, and combined with the related morphological, physiological and yield indexes for evaluation of the low-light tolerance of potato varieties is a more objective,reliable and convenient method.

Key words:potato (Solanum tuberosum L.); low-light tolerance; low-light tolerance coefficient; low-light tolerance index;evaluating indicator

0 引言

【研究意義】馬鈴薯(Solanum tuberosum L.)起源于南美洲安第斯山脈,性喜冷涼,屬喜光作物[1]。隨著人口不斷增加、耕地面積逐漸減少、水資源嚴(yán)重缺乏以及3大糧食作物種植面積下降等問題的凸顯,中國食物安全存在潛在危機(jī)。馬鈴薯作為一種糧食、飼料等兼用型農(nóng)作物,具有較高的水分利用率和較長的產(chǎn)業(yè)鏈,種植面積逐年增加,對保障國家糧食安全具有重要作用。近年來,隨著冬作、保護(hù)地栽培和間套作馬鈴薯種植面積的不斷增加,弱光脅迫成為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的重要限制因素[2]。因此,研究和篩選馬鈴薯耐弱光性鑒定指標(biāo),評價(jià)不同品種的弱光耐受性,對馬鈴薯耐弱光品種選育和冬馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展及間套作栽培具有重要意義?!厩叭搜芯窟M(jìn)展】弱光脅迫限制馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的情況包括:(1)與其他作物間套復(fù)種模式中,馬鈴薯作為低位作物在不同時(shí)期均會(huì)受到玉米等高位作物的遮陰影響。西南地區(qū)作為中國第二大馬鈴薯主產(chǎn)區(qū),馬鈴薯與玉米間套作一直是該地區(qū)的主要栽培模式[3];間套作作為克服馬鈴薯連作障礙、提高降水利用效率和農(nóng)田生產(chǎn)力的有效途徑,在北方地區(qū)和農(nóng)牧交錯(cuò)帶發(fā)展迅速[4-6];馬鈴薯與甘蔗[7]和林木[8]等間套作逐步發(fā)展。(2)在中國南方地區(qū),水稻秋收后每1.6×107hm2左右的冬閑田,此期間的水、熱、光、溫條件為馬鈴薯種植提供了良好的氣候條件,逐漸成為馬鈴薯優(yōu)勢發(fā)展區(qū)。據(jù)估計(jì),中國南方冬作農(nóng)業(yè)至少可發(fā)展4×106hm2馬鈴薯[2]。南方冬作區(qū)馬鈴薯主要在晚秋、冬季和早春種植[9],期間連陰雨天氣頻繁發(fā)生[10-12],馬鈴薯在生長期間遭受的弱光脅迫問題,成為冬作區(qū)特殊種植季節(jié)和生態(tài)環(huán)境下出現(xiàn)的新問題[13]。(3)受馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的推動(dòng),中原二季作區(qū)推廣早熟馬鈴薯大棚種植,設(shè)施栽培形成的弱光環(huán)境對馬鈴薯正常生長造成影響[14]。植物受到遮陰脅迫后,在形態(tài)、生理、生化等眾多指標(biāo)方面均會(huì)產(chǎn)生變化[15],采用單一指標(biāo),難以反映出植物對弱光適應(yīng)的綜合能力,目前多采用多項(xiàng)指標(biāo)綜合評價(jià)法對不同植物進(jìn)行耐陰性評價(jià)。通過測定植物形態(tài)、光合參數(shù)、葉綠素成分等生理生化指標(biāo),并結(jié)合相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析、隸屬函數(shù)值、層次分析法等其中的一種或幾種方法對芍藥[16]、菊花[17]、苦苣苔[18]、觀賞甘薯[19]、草坪草[20]及其他園林植物[21-22]的耐陰性進(jìn)行綜合評價(jià),篩選出與植物耐陰性密切相關(guān)的指標(biāo),包括葉面積、葉片解剖結(jié)構(gòu)、節(jié)間長等形態(tài)指標(biāo),葉綠素總量、葉綠素a、葉綠素b、類胡蘿卜素、葉綠素a/b值等葉綠素成分,光合速率、光補(bǔ)償點(diǎn)、光飽和點(diǎn)等光合參數(shù)指標(biāo)。作物耐陰性與植物耐陰性有很大區(qū)別,植物耐陰性是指植物在弱光條件下的生活能力[18],而作物耐陰性則是指作物在弱光條件下產(chǎn)量的穩(wěn)定性[23]。付景等[23]對24個(gè)玉米品種進(jìn)行評價(jià),篩選出與籽粒產(chǎn)量減少百分率顯著相關(guān)的凈光合速率、比葉重和行粒數(shù)變化相對值作為玉米耐陰性鑒定指標(biāo);李彩斌等[24]以遮光處理后馬鈴薯塊莖產(chǎn)量和塊莖減產(chǎn)率對不同馬鈴薯品種的耐弱光性進(jìn)行了初步評價(jià);劉鐘等[25]對馬鈴薯葉片抗逆生理生化指標(biāo)進(jìn)行主成分分析和隸屬函數(shù)法綜合評價(jià)分析,得出3個(gè)馬鈴薯品種的耐陰性強(qiáng)弱?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人對馬鈴薯遮光研究雖然較多[9,13,24-27],但關(guān)于以產(chǎn)量為主要評價(jià)指標(biāo),結(jié)合形態(tài)、生理等指標(biāo)對馬鈴薯耐弱光性進(jìn)行綜合評價(jià)的方法尚未見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】以10個(gè)生產(chǎn)上廣泛栽培的馬鈴薯品種,采用人工遮陰的方法,研究遮陰對馬鈴薯形態(tài)指標(biāo)、生理指標(biāo)和產(chǎn)量的影響,以耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)對10個(gè)馬鈴薯品種進(jìn)行耐弱光性評價(jià),通過對其他指標(biāo)脅迫指數(shù)與耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)的相關(guān)性分析,進(jìn)一步篩選出具有顯著相關(guān)的耐弱光性指標(biāo),以期為馬鈴薯耐弱光品種選育和生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

麗薯6號(hào)、宣薯2號(hào)、合作88、隴薯3號(hào)、冀張薯8號(hào)、Woff、中薯20、費(fèi)烏瑞它、會(huì)-2、青薯9號(hào),由云南農(nóng)業(yè)大學(xué)薯類作物研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山教學(xué)實(shí)習(xí)農(nóng)場進(jìn)行,北緯 25°02′,東經(jīng) 102°42′,海拔 1 920 m 左右。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候,年均氣溫14.5℃,年均日照為 2 445.6 h,年均降雨量 1 000—1 100 mm,降雨月份間分布不均,干濕季分明,5—10月為雨季,雨季降水量占全年的85%左右。土壤類型為偏酸性紅壤,pH 5.7,養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì) 40.37 g·kg-1、全氮 1.62 g·kg-1、全磷 1.20 g·kg-1、全鉀 4.55 g·kg-1、堿解氮 134.57 mg·kg-1、速效磷 66.95 mg·kg-1、速效鉀 261.41 mg·kg-1。

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)遮光處理(遮光70%,T)和自然光照處理(對照,CK),每處理3次重復(fù),區(qū)組間間隔50 cm。2013年3月20日播種,單行壟上開溝種植,株距30 cm,行距70 cm,每品種每重復(fù)種20株,施肥量為控釋配方肥750 kg·hm-2(N∶P2O5∶K2O=15∶7∶18),精制有機(jī)肥 2 250 kg·hm-2(養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)≥45%),試驗(yàn)面積共275.5 m2(長19 m,寬14.5 m)。齊苗后搭建遮陰棚進(jìn)行全生育期遮陰處理,遮陽網(wǎng)距壟面高1.8 m,四周封閉。其他田間管理一致。在初花期進(jìn)行形態(tài)指標(biāo)、葉綠素和光合參數(shù)測定,2013年8月1日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 形態(tài)指標(biāo)測定 馬鈴薯初花期,統(tǒng)計(jì)主莖數(shù),用直尺測量最高主莖株高、節(jié)長、莖粗,并統(tǒng)計(jì)節(jié)數(shù),采用長寬系數(shù)法測定倒4葉葉面積[28],以上指標(biāo)隨機(jī)選取5株測定,3次重復(fù)。

1.3.2 葉綠素及光合參數(shù)測定 葉綠素采用分光光度法測定[29]。利用 Li-6400便攜式光合作用測量系統(tǒng)(Li-COR,USA)于6月22—24日連續(xù)晴朗天氣測定不同處理不同馬鈴薯品種健康植株倒4葉葉片光合參數(shù)。測定于上午9:30—12:00進(jìn)行,每重復(fù)測3 株,3次重復(fù),共測定 9片葉。測定時(shí)設(shè)置光強(qiáng)為 800 μmol·m-2·s-1,溫度 25℃,相對濕度 70%,CO2濃度為400 μmol·mol-1,空氣流速為 500 mol·s-1,每個(gè)點(diǎn)穩(wěn)定2 min后讀數(shù)。測定參數(shù)包括:葉片凈光合速率(Photo)、蒸騰速率(Trmmol)、氣孔導(dǎo)度(Cond)、胞間CO2濃度(Ci)等,所有測定值均由儀器自動(dòng)記錄。計(jì)算瞬時(shí)水分利用效率(WUE)=凈光合速率/蒸騰速率。

1.3.3 產(chǎn)量指標(biāo)的測定 收獲當(dāng)天連續(xù)取 10株測產(chǎn),計(jì)算單株產(chǎn)量。借鑒王燕等[30]的方法計(jì)算耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)。耐弱光系數(shù)=遮陰處理產(chǎn)量/對照產(chǎn)量;耐弱光指數(shù)=某品種遮陰處理產(chǎn)量/所有參試品種遮陰處理平均產(chǎn)量×耐弱光系數(shù)。

1.3.4 各項(xiàng)指標(biāo)脅迫指數(shù)計(jì)算 脅迫指數(shù)=(對照值-遮陰處理值)/對照值。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)處理和作圖應(yīng)用 Excel 2007軟件,采用SPSS17.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)(鄧肯新復(fù)極差法)。

2 結(jié)果

2.1 遮陰對馬鈴薯植株生長的影響

遮陰會(huì)引起馬鈴薯植株形態(tài)重塑,出現(xiàn)一系列避蔭反應(yīng)。如表1所示,遮陰后各馬鈴薯品種株高增加,大部分品種較對照差異顯著,合作88、隴薯3號(hào)和會(huì)-2增加不顯著。節(jié)間長,除隴薯3號(hào)和會(huì)-2增加不顯著外,其余品種較對照均顯著增加。葉面積呈增加趨勢,其中麗薯6號(hào)、宣薯2號(hào)、合作88、冀張薯8號(hào)和青薯9號(hào)5個(gè)品種較對照差異顯著,其余品種差異不顯著。主莖數(shù)、莖粗和節(jié)數(shù)不同品種表現(xiàn)不一樣,總體上,主莖數(shù)和莖粗呈減小趨勢,節(jié)數(shù)呈增加趨勢,而且大部分無顯著差異。

2.2 遮陰對馬鈴薯光合色素的影響

如表2所示,遮陰后各馬鈴薯品種葉片葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素含量增加,葉綠素a/b值減小,類胡蘿卜素含量總體呈增加趨勢。宣薯2號(hào)、隴薯3號(hào)、冀張薯8號(hào)、woff、中薯20和費(fèi)烏瑞它的葉綠素a和總?cè)~綠素含量較對照增加顯著。各品種葉綠素 b含量均較對照顯著增加,麗薯6號(hào)無顯著差異。各品種葉綠素 a/b值均減小,大部分品種均較對照差異顯著。冀張薯8號(hào)、woff、中薯20和費(fèi)烏瑞它的類胡蘿卜素含量較對照顯著增加,其余品種有增有減,但較對照無顯著差異。

圖1 遮陰對馬鈴薯單株塊莖重的影響Fig. 1 Effects of shading on potato tuber weight

2.3 遮陰對馬鈴薯光合參數(shù)的影響

光照對植物光合作用有直接的影響。如表3所示,遮陰后,各品種凈光合速率和瞬時(shí)水分利用效率均較對照顯著下降;除宣薯2號(hào)外,其余各品種氣孔導(dǎo)度均較對照顯著下降。各品種蒸騰速率均較對照顯著增加,胞間CO2濃度總體呈增加趨勢。

2.4 遮陰對馬鈴薯單株塊莖重的影響

如圖1所示,遮陰處理后,各馬鈴薯品種單株塊莖重均顯著下降,減產(chǎn)達(dá)62.14%—90.74%,減產(chǎn)幅度由小到大排列依次為woff、中薯20、費(fèi)烏瑞它、會(huì)-2、冀張薯8號(hào)、麗薯6號(hào)、宣薯2號(hào)、青薯9號(hào)、隴薯3號(hào)、合作88。單從遮陰后減產(chǎn)幅度的大小看,woff、中薯20和費(fèi)烏瑞它較耐弱光,隴薯3號(hào)和合作88不耐弱光。

2.5 不同馬鈴薯品種耐弱光性的評價(jià)

分別把耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)值擴(kuò)展到[0.0000,1.0000]閉區(qū)間內(nèi),按4級劃分,每隔0.2500劃分一級,即不耐弱光、低度耐弱光、中度耐弱光和高度耐弱光的耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)擴(kuò)展值分別為0.0000—0.2500、0.2500—0.5000、0.5000—0.7500、0.7500—1.0000。如表4所示,供試材料大部分為不耐弱光或低度耐弱光品種。根據(jù)耐弱光系數(shù)劃分,高度耐弱光品種為woff;中度耐弱光品種為中薯20和費(fèi)烏瑞它;低度耐弱光品種為會(huì)-2和冀張薯8號(hào);

其余均為不耐弱光品種。根據(jù)耐弱光指數(shù)劃分,高度耐弱光品種為中薯20;中度耐弱光品種為woff;低度耐弱光品種為費(fèi)烏瑞它和會(huì)-2;其余均為不耐弱光品種,根據(jù)耐弱光指數(shù)進(jìn)行耐弱光性劃分更為嚴(yán)格。

表1 遮陰處理對馬鈴薯生長的影響Table 1 Effects of shading on the growth of potato

表2 遮 陰處 理對 馬 鈴薯 光合 色素 的影 響Table 2 Effects of shading on photosynthetic pigments of potato

表3 遮 陰處 理對 馬鈴 薯光 合參 數(shù)的 影響Table 3 Effects of shading on photosynthetic parameters of potato

表4 不同馬鈴薯品種耐弱光性評價(jià)Table 4 Evaluation of low-light tolerance of different potato varieties

2.6 不同馬鈴薯指標(biāo)脅迫指數(shù)與耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)的相關(guān)性分析

如表5所示,大部分指標(biāo)雖然在遮陰條件下變化較大,但與耐弱光系數(shù)或耐弱光指數(shù)的相關(guān)性并不高。葉面積脅迫指數(shù)與耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)均呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為0.708和0.664,其脅迫指數(shù)越大,耐弱光性越強(qiáng),即葉面積變化越小越好,而非越大越好。單株塊莖重脅迫指數(shù)與耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)均呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-1.000和-0.837,單株塊莖重脅迫指數(shù)越大,耐弱光性越弱。葉綠素 a、葉綠素 b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素與耐弱光系數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.818、-0.806、-0.824和-0.830。各葉綠素含量的變化與葉面積和單株塊莖重不一樣,脅迫指數(shù)越小,其遮陰后增加量越大,能夠捕獲更多光能,從而制造更多碳水化合物,其耐弱光性越強(qiáng)。

表 5 遮陰后不同指標(biāo)脅迫指數(shù)與耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)的相關(guān)性分析Table 5 Analysis of the correlation between different indexes of low-light stress index and low-light tolerance coefficient or low-light tolerance index

3 討論

3.1 遮陰對馬鈴薯生長和產(chǎn)量具有顯著影響

本研究表明,遮陰后馬鈴薯出現(xiàn)株高增加、節(jié)間伸長、主莖數(shù)減少、莖粗變細(xì)和葉面積變大等形態(tài)變化,這與秦玉芝等[13,24,31]研究結(jié)論一致。節(jié)間長伸長是促進(jìn)株高增加的主要原因,而非節(jié)數(shù)增加,這與羅玲等[32]的研究結(jié)論一致。遮陰后,為增加光捕獲面積,維持正常生長,葉片合成的有機(jī)物更多地用來擴(kuò)大葉面積[33],這是植物應(yīng)對弱光環(huán)境的適應(yīng)性表現(xiàn)。本研究中,耐弱光性較強(qiáng)的中薯20、Woff、費(fèi)烏瑞它在遮陰和對照處理中株高普遍較矮,葉面積較大,說明矮桿、闊葉品種更耐弱光。

植物吸收光能主要是由葉綠素完成的,所以其含量的多少直接影響其光合作用的強(qiáng)弱。葉綠素a偏向吸收紅光,葉綠素b則偏向吸收藍(lán)紫光[34]。遮陰后,光質(zhì)發(fā)生了改變,輻射中散射光和藍(lán)光比例增加,紅光減少[35],葉綠素含量增加,特別是葉綠素b顯著增加,有利于葉片提高對光尤其是藍(lán)紫光的捕獲利用能力;同時(shí)葉綠素 b的增加能夠提高捕光色素復(fù)合體LHCP含量,并優(yōu)化激發(fā)能在光系統(tǒng)之間的分配,從而提高馬鈴薯對弱光等逆境的適應(yīng)性[36]。本研究中遮陰后葉綠素含量增加,葉綠素b增加更顯著,導(dǎo)致葉綠素 a/b值降低,提高了光捕獲和利用效率,這與前人研究結(jié)果一致[26,37]。除葉綠素外,葉綠體中還含有許多種黃色、橙色和紅色的色素,合稱為類胡蘿卜素。類胡蘿卜素是對葉綠素捕獲光能的補(bǔ)充,主要吸收藍(lán)紫光,在光系統(tǒng)中負(fù)責(zé)捕獲和傳遞光能并消除多余光照的損害,與植物耐陰性具有顯著相關(guān)性[38]。遮陰處理后耐弱光性較強(qiáng)的中薯20、Woff、費(fèi)烏瑞它與其他品種相比,其葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素、類胡蘿卜素含量較對照增加幅度較大,光捕獲和利用能力更強(qiáng)。

光合參數(shù)是植物光合能力的最直接體現(xiàn)。本研究表明,與對照相比,遮陰條件下馬鈴薯葉片凈光合速率下降顯著,與其他研究結(jié)論一致[9,13,39],耐弱光性較強(qiáng)的中薯20和woff遮陰后凈光合速率下降幅度較小,且在遮陰和對照處理中均高于其他品種,說明較高的光合速率也是馬鈴薯耐弱光性強(qiáng)弱的重要衡量指標(biāo)[40]。

一般而言,由于遮陰導(dǎo)致光合輻射減少,從而使作物產(chǎn)量下降[41-43]。產(chǎn)量是馬鈴薯在遮陰條件下各指標(biāo)的綜合反映,也是最能體現(xiàn)馬鈴薯耐弱光性的指標(biāo)。本試驗(yàn)條件下,所有供試馬鈴薯品種的單株塊莖重均顯著下降,減產(chǎn)達(dá) 62.14%—90.74%。不同品種的耐弱光性有較大差異,woff、中薯20和費(fèi)烏瑞它耐弱光性較強(qiáng),而合作88和隴薯3號(hào)耐弱光性最差。秦玉芝等[13,27,31]的研究也表明費(fèi)烏瑞它較為耐陰,劉鐘等[25]研究認(rèn)為會(huì)-2具有較強(qiáng)的耐陰能力,肖繼坪等[39]研究發(fā)現(xiàn)合作88不耐陰,不適宜與玉米間套種植。這些研究與本試驗(yàn)結(jié)果一致。耐弱光性強(qiáng)的品種遮陰后不僅脅迫指數(shù)較小,而且產(chǎn)量較高,與付景等[23,44]在玉米和大豆上的研究結(jié)論一致。李佩華等[26]研究表明全生育期遮光會(huì)導(dǎo)致馬鈴薯減產(chǎn),而在塊莖膨大期進(jìn)行適當(dāng)遮光卻能增產(chǎn)。SANOU等[45]研究發(fā)現(xiàn)在西非地區(qū)生長在刺槐樹蔭下的耐陰作物(芋艿)產(chǎn)量較生長在開闊地的高,而同樣生長在刺槐樹下的非耐陰作物(粟)產(chǎn)量卻較低,在猴面包樹蔭下生長的芋艿和粟的表現(xiàn)又不一樣。說明不同作物在不同地區(qū)不同遮陰方式下表現(xiàn)有差異。

3.2 馬鈴薯品種耐弱光性的評價(jià)及其指標(biāo)的篩選

植物的抗逆性是一個(gè)受多種因素影響的復(fù)雜機(jī)制,用任何單項(xiàng)指標(biāo)評判都有片面性,難以準(zhǔn)確評價(jià)植物的抗逆性[20]。綜合評價(jià)法是目前運(yùn)用較多的評價(jià)方法,主要是針對園林觀賞植物[16-17,19-22]。但作物耐陰性與植物耐陰性有很大區(qū)別,植物耐陰性考察的主要指標(biāo)是植株及葉片的生長和生理生化變化,而作物耐陰性最終考察的是其產(chǎn)量變化。作物耐陰性已有較多報(bào)道,如草莓[46]、甘薯[47]和玉米[23]等。以收獲塊莖為主的馬鈴薯和以收獲籽?;蚬麑?shí)為主的玉米和草莓等作物有較大區(qū)別,所以在評價(jià)指標(biāo)上也不一樣。對于馬鈴薯耐弱光育種和馬鈴薯生產(chǎn)而言,產(chǎn)量是其耐弱光能力強(qiáng)弱的最直接體現(xiàn),因而反映弱光逆境下產(chǎn)量狀況的耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)是最切合生產(chǎn)實(shí)際的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。目前應(yīng)用耐弱光指數(shù)和耐弱光系數(shù)對馬鈴薯耐弱光能力的評價(jià)及其指標(biāo)篩選的研究尚未見報(bào)道。本研究結(jié)果表明,根據(jù)耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)評價(jià)馬鈴薯耐弱光性結(jié)果基本一致:中薯20和woff耐弱光性較強(qiáng),費(fèi)烏瑞它和會(huì)-2耐弱光性一般,大部分品種耐弱光較差。耐弱光系數(shù)是供試品種遮陰處理產(chǎn)量和對照產(chǎn)量的比值,反映了遮陰對產(chǎn)量影響的敏感程度,較適合在篩選育種材料中應(yīng)用。而耐弱光指數(shù)是供試品種的遮陰處理產(chǎn)量與所有品種遮陰處理后平均產(chǎn)量的比值再乘以耐弱光系數(shù),不僅反映了遮陰對產(chǎn)量的影響,還反映了不同基因型差異對產(chǎn)量的影響,更貼合生產(chǎn)實(shí)際,準(zhǔn)確客觀,更適合在生產(chǎn)引種中應(yīng)用。本研究對馬鈴薯品種耐弱光能力的評價(jià)結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)際和其他研究結(jié)果一致[13,27,31,39],說明本評價(jià)方法較為準(zhǔn)確可靠。

篩選馬鈴薯耐弱光性鑒定指標(biāo),評價(jià)不同品種的弱光耐受性,對指導(dǎo)馬鈴薯耐弱光性育種和生產(chǎn)實(shí)踐具有重要指導(dǎo)意義。本研究通過測定不同馬鈴薯品種形態(tài)、色素成分、光合生理和產(chǎn)量等指標(biāo),并計(jì)算對應(yīng)的脅迫指數(shù),使得不同指標(biāo)間具有可比性。將各指標(biāo)脅迫指數(shù)分別與耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析,得到具有顯著或極顯著相關(guān)的6個(gè)指標(biāo),分別是葉面積、單株塊莖重、葉綠素a、葉綠素b、總?cè)~綠素和類胡蘿卜素脅迫指數(shù)。這與韓霜等[17,20]在其他植物上的研究結(jié)果基本一致。國內(nèi)一些學(xué)者主要以葉綠素 a/b值來評價(jià)植物的耐陰能力[18,48],但有研究表明葉綠素a/b值與耐陰性并無顯著相關(guān)性[34,38,49],本試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)。孫祖東等[50]對453份大豆種質(zhì)資源進(jìn)行耐陰性評價(jià),認(rèn)為株高和節(jié)間長是其耐陰性的最佳鑒定指標(biāo),本試驗(yàn)中遮陰后株高、節(jié)間長等指標(biāo)盡管也發(fā)生了顯著變化,但與耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)均無顯著相關(guān)性,說明不同作物的耐陰性評價(jià)指標(biāo)存在差異。

4 結(jié)論

遮陰處理后馬鈴薯在形態(tài)、生理、產(chǎn)量等方面均發(fā)生了改變。根據(jù)耐弱光系數(shù)和耐弱光指數(shù)評價(jià)馬鈴薯耐弱光性結(jié)果基本一致:中薯20和woff耐弱光性較強(qiáng),費(fèi)烏瑞它和會(huì)-2耐弱光性一般,大部分品種耐弱光較差。葉面積、單株塊莖重、葉綠素a、葉綠素b總?cè)~綠素和類胡蘿卜素脅迫指數(shù)6個(gè)形態(tài)、生理和產(chǎn)量指標(biāo)與耐弱光系數(shù)或耐弱光指數(shù)呈顯著或極顯著相關(guān),可以作為馬鈴薯耐弱光性的有效鑒定指標(biāo)。

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(責(zé)任編輯 李莉,岳梅)

一種簡便有效的小麥抗病性鑒定新方法

2017年5月3 日,國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局向安徽省蚌埠市單桂玉、單永蕙研發(fā)的《一種測試小麥品種抗病性的方法及其應(yīng)用》成果授以國家發(fā)明專利,專利號(hào)為{201510227051.2}。

該項(xiàng)發(fā)明以病源菌室內(nèi)接種為核心,包含七個(gè)密不可分的技術(shù)環(huán)節(jié),構(gòu)成了完整的抗病性鑒定技術(shù)體系,為小麥抗病性鑒定和抗病育種開辟了一條新的有效途徑。此方法與現(xiàn)有方法不同之處:一是方法簡便,易于推廣應(yīng)用;二是全過程室內(nèi)操作,測試樣本量大,準(zhǔn)確度高,誤差??;三是適宜測試的時(shí)間長,而單個(gè)測試周期時(shí)間短。在抗病育種過程中利用該方法對各世代材料進(jìn)行測試,可以準(zhǔn)確地劃分出抗病等級,從而篩選出抗病的植株和高代品系。此方法的推廣和廣泛應(yīng)用,將有助于進(jìn)一步推動(dòng)我國小麥抗病育種,特別是抗赤霉病和抗紋枯病育種的進(jìn)步。

發(fā)明人單桂玉與中國農(nóng)科院矮敗小麥發(fā)明人劉秉華合作,發(fā)揮雙方技術(shù)優(yōu)勢,為小麥抗病育種搭建了新的技術(shù)平臺(tái)。歡迎有關(guān)單位與專家分享專利成果。(單桂玉18096506579,劉秉華13522235398)

Evaluation of Low-Light Tolerance of Different Potato Varieties and Screening of the Evaluation Indexes

LI CaiBin, GUO HuaChun
(Root & Tuber Crops Research Institute, Yunnan Agricultural University, Kunming 650201)

表1 遮陰處理對馬鈴薯生長的影響Table 1 Effects of shading on the growth of potato

表2 遮 陰處 理對 馬 鈴薯 光合 色素 的影 響Table 2 Effects of shading on photosynthetic pigments of potato

表3 遮 陰處 理對 馬鈴 薯光 合參 數(shù)的 影響Table 3 Effects of shading on photosynthetic parameters of potato

2017-03-07;接受日期:2017-05-04

國家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-10-P21)、云南省馬鈴薯種業(yè)重大專項(xiàng)(2013ZA007)

聯(lián)系方式:李彩斌,E-mail:ynlcb2015@126.com。通信作者郭華春,Tel:0871-65227728;E-mail:ynghc@126.com

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