韓德鵬，尹智宇，楊 蓓，翁大成，許從恩，肖關(guān)麗*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)，云南 昆明 650201；2.云南省永平縣園藝工作站，云南 永平 652600）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）營(yíng)養(yǎng)豐富，豐產(chǎn)性好，適應(yīng)性廣，可兼做菜糧，是重要的工業(yè)原料，也是中國(guó)的重要出口物資[1]，至2009年，中國(guó)馬鈴薯的出口貿(mào)易地位在世界上已上升至第8位[2]。中國(guó)馬鈴薯種植總面積逾460萬(wàn)hm2，是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國(guó)[3]。中國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)有著巨大的生產(chǎn)潛力與市場(chǎng)發(fā)展空間。全國(guó)馬鈴薯產(chǎn)區(qū)以種植春馬鈴薯為主，即3月播種，當(dāng)年7～10月收獲，故2月中旬至5月中旬馬鈴薯鮮薯上市量卻很少，無(wú)法滿足市場(chǎng)供應(yīng)。而冬馬鈴薯于11月播種，翌年2～5月收獲，可作為冬春蔬菜錯(cuò)季上市，在彌補(bǔ)市場(chǎng)空缺的同時(shí)還可增加農(nóng)民收入。云南省具有馬鈴薯四季種植、周年收獲的氣候優(yōu)勢(shì)，非常適合冬馬鈴薯栽培[4]，近年來(lái)冬馬鈴薯種植發(fā)展迅速[5]。

馬鈴薯是典型的喜涼性溫帶氣候性作物，對(duì)水分虧缺十分敏感。云南省屬典型的季風(fēng)氣候，冬季降水量稀少，有著山原降水量小于蒸發(fā)量的特點(diǎn)，且海拔越高，濕度越低，空氣越干燥，冬季云南省旱情頻發(fā)，干旱脅迫成為嚴(yán)重影響馬鈴薯正常生長(zhǎng)發(fā)育和后期產(chǎn)量形成的限制因素，甚至可造成減產(chǎn)50%以上，并引起一系列的不良反應(yīng)，抑制馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展[6-8]?，F(xiàn)蕾期是馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育中需水量最多的時(shí)期，此時(shí)地上地下部分同時(shí)生長(zhǎng)，匍匐莖頂端膨大，塊莖開(kāi)始形成，是豐產(chǎn)的重要時(shí)期，水分供應(yīng)不足，將嚴(yán)重影響馬鈴薯植株的生長(zhǎng)發(fā)育[1]。

干旱是全世界都面臨的最大的自然災(zāi)害之一。1950～2000 年中國(guó)北方主要農(nóng)業(yè)區(qū)干旱面積呈擴(kuò)大趨勢(shì)，特別是華北等地干旱面積擴(kuò)大迅速，形勢(shì)嚴(yán)峻，而且極端年份干旱面積顯著擴(kuò)大[9]。在云南省，受旱面積35.45 萬(wàn)hm2，其中成災(zāi)面積17.04 萬(wàn)hm2，全省平均每年因旱災(zāi)損失糧食30.64萬(wàn)t[10]。因此，人們?cè)诟珊得{迫方面做出了許多研究。焦志麗等[11]研究不同程度干旱脅迫對(duì)馬鈴薯植株幼苗的影響，認(rèn)為土壤含水量在20%的田間最大持水量為重度干旱脅迫。左應(yīng)梅等[12]在干旱脅迫下對(duì)4 種人參屬植物的生理指標(biāo)進(jìn)行比較，認(rèn)為植物抗旱的超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）和過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）的活性較高，丙二醛（Malondialdehyde，MDA）的變幅較小。馬雪梅和吳朝峰[13]在研究干旱脅迫對(duì)金銀花生理指標(biāo)與品質(zhì)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨干旱脅迫程度加劇，金銀花葉綠素總量呈下降趨勢(shì)，脯氨酸（Proline，Pro）、MDA 和可溶性糖含量呈顯著升高趨勢(shì)，POD 活性呈先升后降趨勢(shì)。于健等[14]發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）活性廣泛存在于植株體內(nèi)，將活性氧轉(zhuǎn)變?yōu)榈突钚晕镔|(zhì)，從而保護(hù)細(xì)胞膜系統(tǒng)不受損傷。楊華應(yīng)等[15]認(rèn)為，在干旱脅迫下，因?yàn)榭购的芰Φ牟煌?，烤煙葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)、光合參數(shù)、脯氨酸含量、MDA 含量、抗氧化系統(tǒng)酶活性均出現(xiàn)不同程度的變化。張麗莉等[16]在研究塊莖膨大期干旱脅迫對(duì)馬鈴薯生理指標(biāo)及產(chǎn)量的影響中發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下，馬鈴薯葉片的MDA、脯氨酸含量均增加。迄今國(guó)內(nèi)外有關(guān)馬鈴薯抗旱生理的研究已有很多卓有成效的工作，但針對(duì)冬馬鈴薯抗旱性研究少見(jiàn)相關(guān)報(bào)道。本研究立足云南馬鈴薯生產(chǎn)實(shí)際，研究干旱脅迫對(duì)冬播馬鈴薯的影響，可為冬馬鈴薯生產(chǎn)發(fā)展提供理論依據(jù)。

本試驗(yàn)通過(guò)比較4個(gè)馬鈴薯品種在現(xiàn)蕾期干旱脅迫下各生理生化指標(biāo)的變化，并對(duì)各生理生化指標(biāo)變化進(jìn)行綜合模糊隸屬函數(shù)分析，研究不同馬鈴薯品種在冬播時(shí)對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，并評(píng)價(jià)馬鈴薯的抗旱性，該研究可為冬馬鈴薯的抗旱栽培及優(yōu)良種質(zhì)的鑒定與篩選奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試品種：以云南省主栽的4 個(gè)馬鈴薯品種‘合作88’、‘麗薯6號(hào)’、‘宣薯2號(hào)’和‘會(huì)-2’為材料，均由云南省曲靖市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在云南農(nóng)業(yè)大學(xué)后山標(biāo)本園大棚中進(jìn)行，地理位置N 25°18′，E 102°35′，海拔1 930 m。于2015年11月～2016年4月，進(jìn)行冬播馬鈴薯的試驗(yàn)測(cè)定。試驗(yàn)用盆高27 cm，上徑39 cm，下徑20 cm。試驗(yàn)用土為山地紅壤土，土壤pH 5.7，每盆裝土10 kg，施有機(jī)肥（N+P2O5+K2O ≥5%，有機(jī)質(zhì)≥60%，腐殖質(zhì)≥25%，pH 5.5～8）50 g，復(fù)合肥（N∶P∶K = 30∶10∶10）10 g，作為基肥與土壤混勻后裝盆，每品種每處理各3盆，現(xiàn)蕾期（2016年1月）進(jìn)行控水，每天9：00 測(cè)定土壤相對(duì)含水量[17]。對(duì)照處理的土壤相對(duì)含水量在70%～85%，干旱脅迫處理的土壤相對(duì)含水量在15%～30%，馬鈴薯葉片出現(xiàn)萎蔫狀態(tài)時(shí)（控水第8 d），進(jìn)行相關(guān)生理生化指標(biāo)的測(cè)定。

1.3 取樣及測(cè)定

于早上8：00 取馬鈴薯倒4 頂小葉，置于冰盒中，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)定脯氨酸含量、可溶性蛋白含 量、SOD 活性、POD 活性、CAT 活性和MDA 含量。脯氨酸含量的測(cè)定采用磺基水楊酸法[18]，可溶性蛋白含量、SOD 活性、POD 活性、CAT 活性及MDA 含量的測(cè)定均使用南京建成生物工程研究所提供的試劑盒。3 次重復(fù)，結(jié)果取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理

測(cè)定后計(jì)算各指標(biāo)變幅：變幅=[（處理值-對(duì)照值）/對(duì)照值] × 100%（變幅＞0 時(shí)，為升幅；變幅＜0時(shí)，為降幅）。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)先用Excel 2003進(jìn)行整理，再用SPSS 17.0 對(duì)各項(xiàng)生理生化指標(biāo)變幅進(jìn)行單因素（One-way ANOVA）和最小顯著差異法（LSD）分析，最后使用模糊隸屬函數(shù)法[19]對(duì)4個(gè)馬鈴薯品種的各生理生化指標(biāo)變幅進(jìn)行綜合分析。

隸屬函數(shù)值的計(jì)算：

其中X 為各材料的某一指標(biāo)測(cè)定值，Xmax、Xmin分別表示各參試材料中某一指標(biāo)測(cè)定值內(nèi)的最大值和最小值。如果指標(biāo)與抗旱性成正相關(guān)，用公式（1）計(jì)算，呈負(fù)相關(guān)，用公式（2）計(jì)算。MDA用公式（2）計(jì)算，其余用公式（1）計(jì)算。然后累加各材料各個(gè)性狀的具體函數(shù)值，并求出平均隸屬函數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤相對(duì)含水量的測(cè)定與分析

干旱處理下4 個(gè)馬鈴薯品種的土壤相對(duì)含水量在21.93%～23.60%，CK 處理（正常澆水）的4個(gè)馬鈴薯品種的土壤相對(duì)含水量在80.64%～81.95%（表1）。分別將干旱處理與CK 處理的4個(gè)馬鈴薯品種的土壤相對(duì)含水量進(jìn)行方差分析，干旱處理與對(duì)照處理的4 個(gè)馬鈴薯品種間的土壤相對(duì)含水量值差異均不顯著，說(shuō)明4 個(gè)馬鈴薯品種分別在干旱處理與CK 處理的土壤相對(duì)含水量基本一致。

表1 4個(gè)冬播馬鈴薯品種土壤相對(duì)含水量比較Table 1 Comparison on soil relative water content of four winter sowing potato varieties

2.2 干旱條件下冬馬鈴薯現(xiàn)蕾期脯氨酸與可溶性蛋白含量分析

在干旱脅迫下，4 個(gè)馬鈴薯品種的葉內(nèi)脯氨酸含量均較CK 增加（表2）。將4 個(gè)馬鈴薯品種的脯氨酸含量變幅進(jìn)行方差分析，差異不顯著。

干旱脅迫下各馬鈴薯品種的可溶性蛋白含量均較CK 增加（表2），說(shuō)明在水分虧缺條件下，馬鈴薯葉內(nèi)積累大量的可溶性蛋白以降低滲透勢(shì)，使植株適應(yīng)干旱環(huán)境或提高自身的抗旱能力。將各馬鈴薯品種的可溶性蛋白含量變幅進(jìn)行方差分析，‘會(huì)-2’的可溶性蛋白含量變幅顯著高于‘合作88’與‘麗薯6 號(hào)’，‘宣薯2 號(hào)’的可溶性蛋白含量變幅顯著高于‘麗薯6號(hào)’，說(shuō)明在干旱脅迫下，‘會(huì)-2’葉內(nèi)能夠維持較高的可溶性蛋白水平，‘宣薯2號(hào)’次之，‘合作88’再次，‘麗薯6號(hào)’葉內(nèi)維持較低的可溶性蛋白水平。

2.3 干旱條件下冬馬鈴薯現(xiàn)蕾期SOD、POD 和CAT活性分析

干旱脅迫下4 個(gè)馬鈴薯品種的SOD 活性含量均較CK 增加（表3）。將各馬鈴薯品種SOD 活性變幅進(jìn)行方差分析，‘合作88’、‘麗薯6號(hào)’、‘宣薯2 號(hào)’及‘會(huì)-2’的SOD 活性增幅分別是：86.69%、302.48%、143.00%和128.19%，品種間SOD 活性差異不顯著。

在干旱脅迫下，4 個(gè)馬鈴薯品種的POD 活性均較CK 增加（表3）。將各馬鈴薯品種的POD 活性變幅進(jìn)行方差分析，‘會(huì)-2’與‘合作88’的POD 活性變幅顯著高于‘麗薯6 號(hào)’，‘宣薯2 號(hào)’的POD活性變幅高于‘麗薯6 號(hào)’，但不顯著。說(shuō)明在干旱脅迫下，‘會(huì)-2’與‘合作88’葉內(nèi)能夠維持較高的POD 活性，去除活性氧自由基，保護(hù)葉內(nèi)細(xì)胞不受傷害，‘麗薯6 號(hào)’能力最弱。

在干旱脅迫下，4 個(gè)馬鈴薯品種的CAT 活性均較CK 增加（表3），說(shuō)明干旱脅迫使植株體內(nèi)活性氧清除劑CAT 活性增加，以維持活性氧的代謝動(dòng)態(tài)平衡，使膜結(jié)構(gòu)免受或少受活性氧的傷害，一定程度上增強(qiáng)了植物在忍受、抵抗干旱脅迫的能力，但不同品種的CAT 活性增幅不同。將4 個(gè)馬鈴薯品種CAT 活性變幅進(jìn)行方差分析，‘會(huì)-2’的CAT 活性增幅最大，顯著高于‘麗薯6 號(hào)’，‘宣薯2 號(hào)’、‘合作88’的CAT 活性增幅高于‘麗薯6號(hào)’，但不顯著。說(shuō)明在干旱脅迫下，‘會(huì)-2’的葉片細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)受損程度最小，能更好的抵御干旱，‘宣薯2 號(hào)’與‘合作88’次之，‘麗薯6 號(hào)’葉內(nèi)細(xì)胞膜膜保護(hù)結(jié)構(gòu)受損較嚴(yán)重。

表2 4個(gè)馬鈴薯品種脯氨酸與可溶性蛋白含量比較Table 2 Comparison on proline and soluble protein contents of four potato varieties

2.4 干旱脅迫對(duì)4個(gè)馬鈴薯品種MDA含量的影響

在干旱脅迫下，4個(gè)馬鈴薯品種的MDA含量均較CK增加（表4），說(shuō)明干旱脅迫使植株葉內(nèi)的膜系統(tǒng)受損，但不同品種受傷程度不同。在干旱脅迫下，‘合作88’、‘麗薯6號(hào)’、‘宣薯2號(hào)’和‘會(huì)-2’的MDA 增幅分別是191.11%、226.67%、66.67%和58.33%。經(jīng)方差分析，4個(gè)馬鈴薯品種間MDA含量增幅存在差異，其中，‘合作88’和‘麗薯6 號(hào)’的MDA含量變幅顯著高于‘宣薯2號(hào)’和‘會(huì)-2’，說(shuō)明在干旱脅迫下，‘會(huì)-2’與‘宣薯2號(hào)’的葉片膜系統(tǒng)受損程度較小，‘合作88’與‘麗薯6號(hào)’葉內(nèi)膜系統(tǒng)受傷較嚴(yán)重。

表3 4個(gè)馬鈴薯品種SOD、POD、CAT活性比較Table 3 Comparison on SOD, POD and CAT activityies of four potato varieties

表4 4個(gè)馬鈴薯品種MDA含量比較Table 4 Comparison on MDA content of four potato varieties

2.5 模糊隸屬函數(shù)法對(duì)4個(gè)馬鈴薯品種的抗旱性綜合評(píng)價(jià)

馬鈴薯品種的抗旱性是一種復(fù)雜的遺傳、生理、代謝反應(yīng)，單一指標(biāo)去鑒定馬鈴薯品種的抗旱性較局限，因此利用模糊隸屬函數(shù)法對(duì)各馬鈴薯品種進(jìn)行綜合、客觀的評(píng)價(jià)。結(jié)合各生理生化指標(biāo)變幅對(duì)馬鈴薯品種進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，模糊隸屬函數(shù)值越高，品種的抗旱性越強(qiáng)。由表5 可知，4 個(gè)馬鈴薯品種各項(xiàng)生理生化指標(biāo)的隸屬函數(shù)平均值從大到小順序依次排列為：‘會(huì)-2’＞‘宣薯2 號(hào)’＞‘合作88’＞‘麗薯6 號(hào)’。

3 討 論

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的積累是植物御旱的一種重要方式。但現(xiàn)今對(duì)干旱脅迫下，脯氨酸含量、可溶性蛋白含量的研究依然存在矛盾。賈瓊[20]研究認(rèn)為干旱脅迫下，脯氨酸含量積累是一種生理現(xiàn)象，僅能將該指標(biāo)作為脅迫傷害指標(biāo)，但據(jù)田豐等[21]研究報(bào)道認(rèn)為，脯氨酸含量積累可作為鑒定品種抗旱性的指標(biāo)，且變幅越大，品種抗旱性越強(qiáng)。李波等[22]研究干旱脅迫對(duì)苜蓿脯氨酸累積的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫時(shí)間長(zhǎng)短是影響脯氨酸積累的重要因素。本研究認(rèn)為，干旱脅迫下冬播馬鈴薯葉內(nèi)脯氨酸含量較CK 增加，干旱脅迫對(duì)馬鈴薯葉片的脯氨酸積累有影響；而對(duì)相同處理的不同品種間脯氨酸變幅進(jìn)行比較，差異不顯著，故認(rèn)為脯氨酸積累的量與4 個(gè)馬鈴薯品種抗旱性的相關(guān)性不顯著；脯氨酸含量變幅在一定程度上反映了馬鈴薯植株葉片對(duì)干旱脅迫的忍耐和適應(yīng)能力，與李波等[22]研究結(jié)論一致。據(jù)劉玲玲等[23]研究發(fā)現(xiàn)，干旱脅迫下可溶性蛋白含量占對(duì)照（正常澆水）可溶性蛋白含量的百分率與品種抗旱性呈極顯著相關(guān)關(guān)系，但賈瓊[20]認(rèn)為，可溶性蛋白含量變化與品種抗旱性的相關(guān)性不顯著。本試驗(yàn)研究表明，在干旱脅迫下，其品種抗旱性越強(qiáng)，馬鈴薯可溶性蛋白含量增幅越大，馬鈴薯植株葉內(nèi)的可溶性蛋白含量的增加，對(duì)其適應(yīng)干旱環(huán)境有積極作用，與李建武[24]的觀點(diǎn)一致。

表5 各馬鈴薯品種的隸屬函數(shù)值Table 5 Subordinate function values of four potato varieties

SOD、POD 和CAT 是保護(hù)細(xì)胞以抵御干旱脅迫的重要保護(hù)酶，SOD、POD 共同作用是減輕或消除因干旱引起的活性氧與自由基等對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的不良影響，以增強(qiáng)馬鈴薯植株自身的抗旱能力，適應(yīng)逆境[7,25]。姜慧芳和任小平[25]對(duì)干旱脅迫下花生葉片SOD 和POD 活性的研究認(rèn)為，在干旱脅迫下，植物葉內(nèi)SOD、POD 活性較CK 增加，且抗旱性越強(qiáng)，其增幅越大。賈瓊[20]研究認(rèn)為，在干旱脅迫下，SOD 活性較CK 增加，但SOD活性變幅與品種抗旱性無(wú)明顯規(guī)律；而李建武等[26]研究認(rèn)為，在重度干旱脅迫下，SOD 活性較CK降低。宋志榮[27]研究認(rèn)為，干旱脅迫使馬鈴薯植株葉內(nèi)SOD 活性增加，且增幅越大，品種的抗旱性越強(qiáng)，與本試驗(yàn)研究結(jié)果相一致，與李建武[24]、賈瓊[20]的研究結(jié)果不一致。覃鵬等[28]通過(guò)不同方式干旱脅迫試驗(yàn)，認(rèn)為試管苗干旱脅迫下，POD活性較CK 增加，但盆栽試驗(yàn)中，POD 活性較CK降低。本研究認(rèn)為，在干旱脅迫下，POD 活性較CK 增加，但不同品種增幅不同，增幅越大，品種抗旱性越強(qiáng)，這與宋志榮[27]研究結(jié)果相一致，但與李建武[24]以及李建武等[26]研究結(jié)果不一致。在干旱脅迫下，CAT 活性清除過(guò)氧化氫，將有毒物質(zhì)分解為水和氧氣，避免過(guò)氧化氫與氧自由基在鐵螯合物作用下反應(yīng)生成非常有害的羥自由基[29]，因此，在逆境下的植物葉片內(nèi)的MDA 的含量變化可作為抗旱指標(biāo)之一。本試驗(yàn)中干旱脅迫下的CAT 活性較CK 增加，且增幅越大，抗旱性越強(qiáng)，該結(jié)論與張武[30]研究結(jié)果相一致。由干旱脅迫引起的膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA，是具有細(xì)胞毒性的物質(zhì)，趙海超等[31]、穆懷彬等[32]通過(guò)研究認(rèn)為，在干旱脅迫下，抗旱性強(qiáng)的品種MDA 含量增幅較少，反之亦然，這與本試驗(yàn)中研究結(jié)果相一致。

綜上所述，‘會(huì)-2’在可溶性蛋白及CAT 活性指標(biāo)中，表現(xiàn)出較好的滲透調(diào)節(jié)能力與抗氧化能力，干旱脅迫所引起的膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物MDA 含量也相對(duì)較少?！? 號(hào)’在可溶性蛋白含量增幅高于‘合作88’，MDA 含量顯著低于‘合作88’?！愂? 號(hào)’的可溶性蛋白含量和POD 活性及CAT活性增幅低于其他3 個(gè)品種。本研究中為避免對(duì)馬鈴薯各品種單一指標(biāo)抗旱性分析比對(duì)的片面性，結(jié)合模糊隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)鑒定，全面揭示各品種對(duì)干旱適應(yīng)的綜合能力。研究發(fā)現(xiàn)，不同品種對(duì)干旱的響應(yīng)不同，抗旱性強(qiáng)的品種不具備全部的生理生化指標(biāo)都體現(xiàn)出該品種的抗旱特性，如‘會(huì)-2’的大多指標(biāo)維持較高水平，但個(gè)別指標(biāo)低于‘宣薯2 號(hào)’、‘合作88’及‘麗薯6 號(hào)’，綜合各指標(biāo)及模糊隸屬函數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果更真實(shí)可靠。4 個(gè)馬鈴薯品種抗旱性由強(qiáng)到弱依次是：‘會(huì)-2’＞‘宣薯2 號(hào)’＞‘合作88’＞‘麗薯6 號(hào)’。

通過(guò)對(duì)干旱脅迫下馬鈴薯現(xiàn)蕾期各生理生化指標(biāo)的分析，發(fā)現(xiàn)4 個(gè)馬鈴薯品種抗旱性由強(qiáng)到弱依次是：‘會(huì)-2’＞‘宣薯2 號(hào)’＞‘合作88’＞‘麗薯6 號(hào)’。在重度干旱脅迫下，馬鈴薯生理生化水平的變化與品種的抗旱性密切相關(guān)。