20个马铃薯品种抗旱性鉴定及评价指标筛选

武新娟 唐贵 隋冬华 张冬雪 孙晶 张静华

摘    要：中国马铃薯生产区很大一部分在降雨不均或水资源不足地区，为满足此类地区品种需求，对马铃薯开展抗旱性评价。选择20个马铃薯常规栽培品种，在块茎膨大期对其植株叶片进行生理生化指标的测定，成熟期测产，综合评价抗旱性。结果表明，干旱胁迫对马铃薯块茎产量的影响极显著，胁迫后19个品种减产均达50%以上。测定的5个生理生化指标均与抗旱系数和指数之间存在不同程度的相关性，可以作为马铃薯品种抗旱性评价的指标。根据5个指标干旱胁迫后的测定数据计算隶属函数值，结合抗旱系数和抗旱指数评价品种抗性，筛选出克新19号、克新21号、成功、克新2号和东农303为抗旱性较强的品种。

关键词：马铃薯;抗旱系数;抗旱指数;生理生化指标;隶属函数值;筛选

Abstract： A large part of potato production areas are located in areas with uneven rainfall or insufficient water resources in China. In order to meet the variety needs of such areas， drought resistance evaluation of potato is extremely important. In this study， 20 conventional potato cultivars were selected. By building rainproof awnings and adopting frame planting method， the physiological and biochemical indexes of their leaves were measured during tuber expansion period， and the yield was measured during maturity period to comprehensively evaluate drought resistance. The results showed that water stress has a very significant effect on yield， and the yield reduction after stress can reach more than 50%. The five physiological and biochemical indexes measured have different degrees of correlation significance with drought resistance coefficient and index， which can be considered as indexes for evaluating drought resistance of potato varieties. At the same time， membership function values were calculated according to the measured data of the five indexes after water stress， and the variety resistance was evaluated by combining the drought resistance coefficient and drought resistance index. It is considered that Kexin 19， Kexin 21， Chenggong， Kexin 2 and Dongnong303 are varieties with strong drought resistance. The results provide valuable theoretical basis for potato production and development in arid areas.

Key words： Potato; Drought resistance coefficient; Drought resistance index; Physiological and biochemical indexes; Membership function value; Screening

马铃薯是收获块茎的农作物，其块茎生长在地下，有土壤保护，能抵抗旱灾、冻灾、冰雹和干热风等自然灾害，减少农业生产損失，受外界环境影响较小。其生物学特性决定了它的生态适应性广泛，有利于不同地区不同生态环境的栽培种植。中国是世界马铃薯种植面积最大的国家，常年种植面积较稳定，占世界25%左右，其次为俄罗斯和印度。2018年我国马铃薯播种面积为475.8万hm2，占农作物总播种面积的2.9%，年产量1 798.4万t[1]。近年来，随着马铃薯主粮化的推进，生产发展相对迅速。但马铃薯作为块茎类作物，块茎形成需要大量的水分供应，而中国的马铃薯生产区有很大一部分分布在水资源缺乏地区，如山西、甘肃、宁夏等，块茎膨大期水分亏缺严重影响产量的形成和品质的提升[2-5]。同时，诸多研究表明[6-9]，马铃薯品种间的抗旱性差异显著，通过选择种植抗性强的品种以解决因干旱胁迫而产生的低产劣质问题，是干旱地区马铃薯生产发展的有效途径之一。在加强抗旱型品种选育的同时，需要掌握品种抗旱性的评价鉴定方法，以期准确筛选抗旱性强的马铃薯品种，为生产应用提供理论依据。

试验采用框栽法，通过搭建遮雨篷人工控制土壤含水量进行水分胁迫，块茎膨大期采集植株叶片进行叶片相对含水量、丙二醛含量、超氧化物歧化酶活性、脯氨酸含量和根部α-萘胺含量的测定，于植株成熟后测产，计算隶属函数值、抗旱系数和抗旱指数，分析其相关性，综合评价参试品种，为马铃薯品种的抗旱性评价提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料为马铃薯脱毒小薯，由黑龙江省农业科学院乡村振兴科技研究所提供，见表1。

1.2 方法

1.2.1 试验时间和地点 试验于2016年在黑龙江省农业科学院乡村振兴科技研究所绥棱基地进行，6月1日播种，播种块茎为脱毒原原种，大小30 g左右，整薯播种，9月20日收获测产。

1.2.2 试验设计 试验设正常浇水（对照A）和干旱胁迫（B），为控制土壤水分含量，搭建防雨篷，采用框栽法（用油性纸围成口径25 cm × 25 cm、高45 cm的圆桶，埋于地下），模拟大田80 cm × 25 cm的种植规格。出苗前管理同大田，长出10片叶左右时，进行控水处理，每隔1 d取10 cm深土样，按朱利泉报道的方法[10]测定土壤含水量。浇水使对照A土壤含水量保持在20%～25%，处理B保持在10%～15%。试验采用完全随机排列，每个品种5次重复，每次重复为1框，每框播种1个块茎，20个品种合计200框。

1.2.3 指标测定 现蕾期取植株中间大小基本一致的叶片进行生理生化指标的测定，3次重复，测定项目为叶片相对含水量（RWC）、丙二醛含量（MDA）、超氧化物歧化酶活性（SOD）、脯氨酸含量（PRO）以及根部的α-萘胺含量（NOA）5个指标，测定方法参考李合生的[11]。土壤含水量测定采用烘干称重法[10]。收获后用1/100电子天平称量单株块茎质量。

1.3 数据处理及计算方法

试验数据采用Excel 2007软件处理。

抗旱系数=[干旱胁迫产量非胁迫产量];

抗旱指数=[干旱胁迫产量×抗旱系数所有品种干旱胁迫产量的平均值];

隶属函数值参考张会丽等[12]计算方法，具体如下。

①当指标性状值与抗旱性呈正相关时：

②当指标性状值与抗旱性呈负相关时：

其中，[X]ij为i品种j性状的隶值函数值，Xij 为i品种j性状值，Xjmin为各品种j性状最小值，Xjmax为各品种j性状的最大值。然后把每个品种各个性状具体抗旱隶属函数值进行累加，并求平均值：n为指标性状数量，Xi为品种抗旱隶属函数平均值，平均值越大，抗旱性越强。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下单株块茎产量

由表2可以看出，除克新21号外，其他品种抗旱系数均小于0.5，即减产均在50%以上。对抗旱指数分析可见，克新21号、东农303和成功3个品种抗旱指数均超过1，表明其抗旱能力较强且胁迫后产量相对较高。

2.2 水分胁迫下马铃薯生理性状指标

由表3可以看出，與对照相比，在干旱胁迫后，各品种叶片RWC均呈降低趋势，MDA含量和PRO含量均呈增高趋势。干旱胁迫后，克新13号叶片SOD活性低于对照，其他品种叶片SOD活性均高于对照。干旱胁迫后，仅卡它丁和克新19号2个品种根部NOA含量高于对照，其他品种根部NOA含量均低于对照。干旱胁迫后叶片RWC平均较对照降低30.05%，根系的NOA平均较对照降低21.13%，MDA含量平均较对照增加43.39%，SOD活性平均较对照增加23.26%，而PRO含量是所有指标中变化幅度最大的，较对照平均增加344.47%，表明马铃薯叶片中PRO对于干旱胁迫的敏感度较高。观察另外5个生理生化指标与产量分析中抗旱系数和抗旱指数的相关性，发现均表现为不同水平的显著性。

2.3 参试品种抗旱性综合评价

由表4可以看出，抗旱隶属函数值排前5名的品种分别为克新19号、克新21号、成功、克新2号、东农303，排后5名的品种分别为克新13号、中薯3号、紫花851、大西洋、延薯4号。结合抗旱系数和抗旱指数认为克新19号、克新21号、成功、克新2号、东农303属于抗旱性较强的品种。

3 讨论与结论

在农作物的抗旱性研究中，控水方法一直是个难题。盆栽法应用较多，可以很好地控制浇水量和浇水时间，水分控制相对精确，但是盆栽限制了植物根系的生长，尤其是对于马铃薯这种块茎类作物的产量影响较大[13]。田间鉴定法传统可靠，尤其是产量结果相对真实，但工作强度大，水分控制难度大。所以笔者综合盆栽和大田鉴定法的优点，采用遮雨篷加框栽法，避免了根系受限、温度过高的缺点，隔绝周边渗水，发挥品种深扎根能力，有利于更好地鉴定品种抗旱性。

诸多专家探讨了马铃薯抗旱性评价方法，认为以产量结果判定最为可靠，但时间长、工作量大。利用生理生化指标结合产量进行评价，不仅避免了单一指标评价结果的偏向性，又缩短了品种鉴定和育种年限，越来越多的学者对此展开了研究[14-16]。

马铃薯块茎的形成经历着一系列生理生化变化，水分不足将严重影响植株体内的新陈代谢，导致减产。抗旱系数能够说明品种的稳产性，而抗旱指数结合了胁迫后产量的水平，说明了品种的高产潜力。笔者采用框栽法对20个马铃薯品种进行综合抗旱性评价，结果表明，干旱胁迫对马铃薯的块茎产量影响极显著，胁迫后的减产量除品种克新21号外，其他品种均在50%以上。试验测定的生理生化指标均与抗旱系数和抗旱指数之间存在不同程度的相关性，干旱胁迫后，叶片相对含水量整体表现降低，根系α-萘胺含量有18个品种表现降低，而丙二醛含量和脯氨酸含量则均表现为增高，除克新13号外，其他19个品种超氧化物歧化酶活性均表现为增高。可以认为这5个指标可作为马铃薯品种的抗旱性评价指标。试验的20个品种根据抗旱系数或抗旱指数评价的抗旱性与生理指标隶属函数值评价结果基本一致。根据5个指标胁迫后的测定结果计算隶属函数值，并综合抗旱系数和抗旱指数评价品种抗性，认为克新19号、克新21号、成功、克新2号和东农303为抗旱性较强的品种。

试验筛选出5个抗旱性较强的品种，因其品种特性及适应性不同，推广应用区域各异。克新19号虽然产量高，但白皮白肉，淀粉和还原糖含量相对低，外观、口感均不能吸引鲜食消费者，所以不适宜市场鲜食销售，可在干旱严重的地区少量种植以缓解马铃薯市场需求;成功属从国外引进的品种，仅适宜在我国小部分地区种植，可以作为抗旱性育种亲本材料，不适宜推广种植;克新2号适宜在山东、吉林和黑龙江等省种植，也可在福建、广东种植，因植株繁茂，种植密度不宜太大;克新21号和东农303均属于早熟高产品种，品质优、抗旱性强，适宜推广种植，其中前者适宜地区为黑龙江，后者则适宜在东北地区、青藏高原、云贵高原、福建冬作区等多地推广种植。

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