持续干旱胁迫对青薯9号幼苗生长及生理特性的影响

邓仁菊，卢扬，曾宪浩，何天久，潘建梅，雷尊国

(贵州省生物技术研究所，贵州贵阳550006)

持续干旱胁迫对青薯9号幼苗生长及生理特性的影响

邓仁菊，卢扬，曾宪浩，何天久，潘建梅，雷尊国*

(贵州省生物技术研究所，贵州贵阳550006)

为青薯9号马铃薯新品种在贵州干旱石漠化地区的推广应用提供参考，采用盆栽模拟干旱试验研究持续干旱胁迫对青薯9号幼苗生长及生理特性的影响。结果表明:在不同干旱胁迫条件下，轻度干旱胁迫对青薯9号幼苗株高和地上部生物量的影响不明显，但随着干旱胁迫程度增加和持续时间的延长，幼苗生长受抑制程度明显;相对电解质渗出率(REC)和丙二醛(MDA)含量均随干旱胁迫程度增加和持续时间的延长呈逐渐增加趋势，在持续干旱第20天，轻度干旱胁迫、中度干旱胁迫和重度干旱胁迫青薯9号叶片的REC和MDA含量分别比对照增加34.5%和39.7%、124.5%和116.3%、177.0%和152.0%。在整个干旱胁迫过程中，青薯9号叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸(Pro)含量均显著高于对照，其中，Pro含量随干旱持续时间的延长呈先升高后降低趋势，并在轻度干旱胁迫第15天达最大值，中度和重度干旱胁迫第10天达最大值;超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)在轻度干旱胁迫下呈逐渐增加趋势，而在中度和重度干旱胁迫下随持续时间的延长呈先升高后降低趋势，即在长期轻度、短期中度和重度干旱胁迫下，青薯9号幼苗可以通过提高细胞抗氧化酶活性来清除体内多余活性氧，维持膜稳定性，但随胁迫强度的增加和胁迫时间的延长，抗氧化酶活性明显降低，膜脂过氧化酶增强，植株受到严重伤害。

马铃薯;干旱胁迫;幼苗生长;生理特性;青薯9号

马铃薯是对水分亏缺较敏感的作物之一［1－2］。干旱不仅影响马铃薯生长发育，还阻碍其营养生长和生殖生长［3－4］，而且对马铃薯块茎品质和产量都有一定影响［5－6］。目前，国内外有关马铃薯抗旱生理研究的文献较多［7－12］。李建武等［7］研究结果表明，干旱胁迫对马铃薯叶片的相对含水量、脯氨酸、可溶性蛋白、MDA含量及相关酶活性影响不同; Christina等［10］研究结果显示，干旱胁迫对马铃薯薯块产量的影响显著，但对马铃薯叶片POD活性及花青素含量影响不大。前人的研究多是针对干旱和半干旱地区，而对西南等季节性干旱地区的研究很少。而不同地区因气候、土壤等环境因子不同，同一品种在不同地区对干旱胁迫的响应机理可能存在较大差异［12］。贵州立体气候明显，易出现夏秋连旱叠加和冬、初春连续干旱天气。特别是在春作和冬作马铃薯生产区，经常是前期遭遇持续低温，后期又遭受频繁的季节性干旱，严重影响马铃薯的出苗率和幼苗生长，导致后期产量和品质下降，而目前未见该区域有关干旱胁迫对马铃薯生长及生理特征影响的研究报道。为此，笔者以马铃薯新品种青薯9号为试材，采用盆栽模拟干旱试验，研究持续干旱胁迫对其幼苗生长及生理特性的影响，以期为该青薯9号马铃薯新品种在贵州干旱石漠化地区的推广应用及马铃薯抗旱新品种的选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试马铃薯品种为青薯9号脱毒种薯，该品种由青海省农林科学院选育，2011年通过国家农业部审定(国审薯2011001)，贵州省2012年引进试种，并于2016年通过贵州品种审定委员会审定(黔审薯2016004号)，该品种具有薯形好、产量高、抗病性强等优点，是目前贵州省主推马铃薯品种之一。供试土壤为贵州省农科院试验地耕层风干土，土壤肥力中等，壤土，田间最大持水量为46.2%。在进行盆装之前，每1000 kg风干土混合50 kg硫酸钾复合肥、500 kg的腐熟羊粪和100 kg腐殖土，拌施适量多菌灵和辛硫磷进行消毒和杀虫。

1.2 试验设计

参照焦志丽等［4］的方法，采用盆栽模拟水分胁迫法，于2015年在贵州省农科院防雨大棚中进行青薯9号的干旱胁迫试验。每盆装拌好的风干土5 kg，播种50 g左右的小整薯1个，各盆保持一定距离，避免冠层接触而形成干扰。播种前浇足水，以保证正常出苗，出苗10 d后进行不同程度的干旱胁迫试验。根据土壤含水量不同确定干旱胁迫强度。试验共设4个处理:T1处理(轻度胁迫)，土壤含水量为田间最大持水量的60%;T2处理(中度胁迫)，土壤含水量为田间最大持水量的40%;T3处理(重度胁迫)，土壤含水量为田间最大持水量的20%;对照(CK)，正常供水，土壤含水量为田间最大持水量的80%。每处理15盆，3次重复，随机区组排列，共计180盆。通过土壤水分监测仪结合称重法监测数据补充盆中由于植株蒸腾和水分蒸发减少水分，以保证各处理土壤的田间持水量维持在相应处理水平。隔天浇水1次，每次浇水时间为8:30－9:30。

1.3 田间取样

分别在干旱胁迫的第5、10、15和20天，各处理随机选取10株植株测定其株高和地上部鲜重，同时随机选取15片倒4叶带回实验室剪碎、研磨、混匀进行各生理指标测定。

1.4 指标检测

相对电解质渗出率(REC)、可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸(Pro)及丙二醛(MDA)含量，分别采用电导法［13］、蒽酮比色法［13］、考马斯亮蓝G-250染色法［13］、酸性茚三酮法显色法［14］和硫代巴比妥酸比色法［14］进行测定。超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(POD)活性测定参照南京建成生化公司的试剂盒测定方法。

1.5 数据处理与统计分析

采用Excel2010和DPSv7.05进行数据统计分析，用单因素方差分析(One-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)比较不同数据组间的差异。

2 结果与分析

2.1 不同干旱胁迫对青薯9号幼苗生长的影响

从图1看出，在不同干旱胁迫下，随着干旱胁迫程度加重和干旱持续时间的延长，青薯9号幼苗生长受抑制作用明显。在持续干旱第5天，T1处理幼苗的株高、地上部鲜重与对照差异不显著(P＞0.05)，而T2处理和T3处理则显著低于对照(P＜0.05);在持续干旱第10天，T1处理、T2处理和T3处理幼苗的株高和生物量均与对照差异显著(P＜0.05);在持续干旱第20天，T1处理、T2处理、T3处理的株高分别比对照低12.8%、28.4%和40.3%，地上部生物量分别比对照低10.9%、33.5%和53.1%。表明，干旱胁迫程度的强弱及持续时间长短与青薯9号的生长密切相关。

2.2 不同干旱胁迫青薯9号叶片REC及MDA的含量变化

图1 不同干旱胁迫条件下青薯9号幼苗的株高及地上部生物量Fig.1 Plant height and overground biomass of Qingshu 9 seedlings under different drought stress

从图2A看出，在不同干旱胁迫下，青薯9号叶片的REC含量随干旱胁迫程度的增加和持续时间的延长而升高，除T1处理在持续干旱第5和10天，T2处理在持续干旱第5天，与对照差异不显著(P＞0.05)外，其余处理均显著高于对照，且T1处理、T2处理和T3处理间差异达显著水平(P＜0.05)。

从图2B看出，在整个胁迫处理过程中，青薯9号叶片的MDA含量，除T1处理在持续干旱第5天和第10天与对照差异不显著(P＞0.05)外，其余处理与对照差异均达显著水平(P＜0.05)。其中，在持续干旱第10天，T1处理、T2处理和T3处理的MDA含量分别比对照升高3.9%、29.5%和66.3 %;在持续干旱第20天，T1处理、T2处理和T3处理的MDA含量分别比对照升高39.7%、116.3%和152.0%。说明，持续中度和重度干旱胁迫可对青薯9号叶片的细胞膜造成严重伤害。

2.3 不同干旱胁迫对青薯9号叶片可溶性糖、可溶性蛋白和Pro含量的影响

从图3A看出，在不同干旱胁迫下，青薯9号叶片的可溶性糖含量各处理均高于对照，除T1处理在第20天与对照差异达显著水平(P＜0.05)外，其余处理与对照差异均不显著(P＞0.05)，而T2处理和T3处理均与对照差异达显著水平(P＜0.05)，且在胁迫第20天，其可溶性糖含量分别比对照升高52. 2%和81.3%。

从图3B可知，在整个胁迫处理过程中，青薯9号叶片的可溶性蛋白含量均显著高于对照(P＜0.05)，特别是T2处理和T3处理在干旱胁迫下的可溶性蛋白含量与对照差异达极显著水平(P＜0.01)，且在干旱胁迫第15天，T2处理和T3处理的可溶性蛋白含量达最大值，分别比对照升高203.8%和221.2%。

从图3C看出，在不同干旱胁迫下，青薯9号叶片的脯氨酸(Pro)含量各处理均显著高于对照(P＜0.05)，且随持续时间的延长呈先增高后降低趋势，T1处理在干旱胁迫第15天达最大值;T2处理和T3处理则均在第10天达最大值。

2.4 不同干旱胁迫下青薯9号叶片的SOD和POD酶活性

从图4A看出，在不同干旱胁迫下，青薯9号叶片的超氧化物岐化酶(SOD)活性各处理均呈先升高后降低趋势，且T2处理和T3处理的变幅较大，并均在第10天达最大值，分别比对照升高83.1%和141.2%;T1处理SOD活性的变幅趋于平缓，并在第15天达最大值，比对照升高22.0%;在干旱胁迫第20天，除T1处理的SOD活性显著高于对照外，其余处理均比对照低。

图2 不同干旱胁迫条件下青薯9号叶片的REC和MDA含量Fig.2 REC and MDA content in leaves of Qingshu 9 seedlings under different drought stress

图3 不同干旱胁迫条件下青薯9号叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和Pro含量Fig.3 Soluble sugar，soluble protein and Pro content in leaves of Qingshu 9 seedlings under different drought stress

图4 不同干旱胁迫条件下青薯9号叶片的SOD和POD酶活性Fig.4 Leaf SOD and POD activity of Qingshu 9 seedlings under different drought stress

从图4B可知，在整个干旱过程中，除T1处理前10 d的过氧化物酶(POD)活性与对照差异不显著(P＞0.05)外，其余处理的POD活性均显著高于对照(P＜0.05)。T2处理和T3处理的POD活性呈现出与SOD相似的变化趋势，但到达最高点的时间不同，即分别在干旱胁迫的第10和15天达最大值。

3 结论与讨论

(1)干旱胁迫下植物最直观的表现是植株生长势减弱，叶面积的生长率、叶片数量和生物产量等显著降低。研究表明，不同干旱胁迫程度对青薯9号幼苗的生长均存在一定影响，但短时间(5 d)内轻度干旱胁迫对幼苗生长的影响不明显。而随着干旱胁迫程度的加重和胁迫时间的延长，对马铃薯生长的抑制作用越来越明显，其株高和地上部生物量均明显低于对照。可能是由于水分短缺抑制了细胞的生长和分化，顶端分生组织或侧生分生组织发育缓慢［15］。通过形态观察表明，在干旱胁迫10 d左右，重度干旱胁迫处理的幼叶开始出现萎蔫，在干旱胁迫第20天，部分植株出现整株萎蔫，甚至死亡。说明，长时间重度干旱胁迫对马铃薯幼苗生长的影响极大。

(2)研究结果显示，轻度干旱胁迫初期(5 d左右)，青薯9号幼叶的REC和MDA含量与对照差异不明显;随干旱胁迫程度加重和持续时间延长，叶片REC和MDA含量显著增加。在干旱胁迫第20天，中度和重度干旱胁迫下的REC分别比对照高124.5 %和177.0%，MDA含量分别比对照高116.3%和152.0%。表明，长时间重度干旱胁迫，使马铃薯幼叶细胞的膜系统已遭到严重破坏，进而大大降低了植物细胞膜的选择透过性。

(3)在整个干旱胁迫处理过程中，青薯9号叶片的可溶性糖、可溶性蛋白和脯氨酸含量均不同程度的高于对照。随胁迫强度的增加和时间的延长，可溶性糖含量呈逐渐增加的变化趋势，可溶性蛋白含量呈先增加后趋于平缓的变化趋势，脯氨酸含量则呈先增加后降低变化趋势。说明，不同渗透调节物质对干旱胁迫的敏感度和生理响应不一致，但这些渗透调节物质的变化大都在较短的时间内完成，有利于幼苗对干旱胁迫的适应，减轻生理反应过分滞后对其造成的伤害。

(4)研究结果表明，在轻度干旱胁迫下，青薯9号叶片的SOD和POD活性呈逐渐增加趋势，且始终高于对照，而中度和重度胁迫下，这2种酶的活性随持续时间延长呈先增加后降低趋势。说明在轻度和短期中度、重度干旱胁迫下，马铃薯幼苗可以通过提高细胞抗氧化酶活性，有效清除活性氧对膜脂的损伤，维持膜的稳定性，但随着胁迫强度的加大和胁迫时间的延长，抗氧化酶活性明显降低，膜脂过氧化增强，透性增大，植株受到严重伤害，与焦志丽等［4，16－19］研究结果相似。

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(责任编辑 陈静)

Effects of Persistence Drought on Grow th and Physiological Characteristics of Potato Seedlings

DENG Ren-ju，LU Yang，ZENG Xian-hao，HE Tian-jiu，PAN Jian-mei，LEIZun-guo*
(Guizhou Institute of Biological Technology，Guizhou Guiyang 550006，China)

The effects of persistence droughton growth and physiological characteristics of Qingshu 9 seedlingswere studied by a pot simulated droughtmethod to provide a reference for popularization and application of Qingshu 9，a new potato variety，in droughtand stony desertification areas，Guizhou.Results:Mild drought stress has no obvious effect on plant height and overground biomass of potato seedlings but seedling growth is obviously inhibited with increase of drought stress degree and prolongation of drought duration.Leaf REC and MDA content presents a gradual rising trend with increase of drought stress degree and prolongation of drought duration.Leaf REC and MDA content undermild，moderate and heavy drought stress for 20d drought duration is34.5%and 39.7%，124.5%and 116.3%，177.0%and 152.0%respectively.Leaf soluble sugar，soluble protein and proline content is significantly higher than CK during the process of drought stress.The proline content presents a first rising and then declining trend with prolongation of drought duration.Leaf proline content reaches themaximum undermild drought stress after 15d drought duration and undermoderate and heavy drought stress after10d drought duration. Leaf SOD and POD content presents a gradual rising trend under mild drought stress but a first rising and then declining trend with prolongation of drought duration undermoderate and heavy drought stress.Qianshu 9 seedlings can remove internal surplus active oxygen by raising cell autioxidant enzyme activity to maintain membrane stability but seedlings suffer severe damage with increase of drought stress degree and prolongation of drought duration because its decrease of autioxidant enzyme activity and increase of membrane lipid peroxidase.

Potato;Drought stress;Seedling growth;Physiological characteristics;Qingshu 9

S532

A

1001－4829(2017)2－0291－05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.2.009

2016－04－02

国家星火计划项目“贵州脱毒马铃薯种薯扩繁及优质鲜薯周年生产产业化示范”(2011GA820001);贵州省科技重大专项“科特派特色优质马铃薯创业链技术服务与示范”［黔科合重大专项字(2013)6010-6］;贵州省科技创新人才团队建设专项资金项目“贵州省马铃薯育种及逆境栽培创新团队”［黔科合人才团队(2013)4003］;贵州省科研机构服务企业行动计划项目“马铃薯产业化集成技术服务威宁县马铃薯产业科技示范园区”［黔科合服企(2015)4005］

邓仁菊(1982－)，女，副研究员，博士，从事薯类作物育种与生理栽培研究，E-mail:xiaoju63@163.com，*为通讯作者:雷尊国(1963－)，男，研究员，从事马铃薯育种、栽培及产业化示范研究，E-mail:leizunguo916@sina.com。