马铃薯苗期耐碱性鉴定方法及86份种质资源耐碱性综合评价

赵 朋 陈广侠 张宴萍 杨晓慧 刘 芳 董道峰

马铃薯苗期耐碱性鉴定方法及86份种质资源耐碱性综合评价

赵 朋 陈广侠 张宴萍 杨晓慧 刘 芳 董道峰*

山东省农业科学院蔬菜研究所, 山东济南 250100

我国土地盐碱化问题十分严重, 盐碱地面积达1亿公顷, 其中可利用盐碱地约0.33亿公顷。选育耐盐碱农作物新品种是提高盐碱地利用率的有效手段。马铃薯耐盐碱研究集中在耐盐性, 而耐碱性研究相对较少。本研究对5个马铃薯品种(系)组培苗在不同浓度NaHCO3模拟碱胁迫下的株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率指标进行测定, 统计不同浓度碱胁迫下各指标的变异系数, 结合有效生长率, 确定了马铃薯组培苗耐碱性鉴定最适浓度为5 mmol L–1NaHCO3。对86个马铃薯品种(系)进行5 mmol L–1NaHCO3碱胁迫, 测定株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率指标耐碱系数, 通过主成分分析和隶属函数转换, 得出耐碱性综合评价值, 中薯3号值最低, 北方008值最高。耐碱性综合评价聚类分析结果表明86份马铃薯品种(系)可分为5组, 其中强耐碱马铃薯品种(系)为北方008、SDP632、SDP562、SDP274、SDP869和SDP750。通过逐步回归分析建立了耐碱性综合评价值与各表型指标耐碱系数之间的回归方程,= 0.2141+ 0.3412+ 0.3983– 0.1774– 0.026, 4个自变量依次为株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率的耐碱系数。本研究建立的马铃薯组培苗耐碱性综合评价体系有助于马铃薯种质资源耐碱性初步评估, 筛选出的碱胁迫敏感与高耐受种质材料为进一步研究马铃薯耐碱胁迫分子调控机理和抗碱胁迫育种奠定了基础。

马铃薯; 苗期; 耐碱性; 综合评价

马铃薯是中国重要的粮菜兼用作物, 折粮后产量居第4位, 仅次于玉米、水稻、小麦, 在保障国家粮食安全中具有重要作用[1]。然而, 马铃薯是一种盐碱敏感植物, 当土壤电导率达2.0 dS m-1时就对马铃薯植株生长产生抑制作用[2]。盐碱胁迫抑制块茎形成与膨大, 从而引起马铃薯严重减产[3]。目前, 中国盐碱地面积约1亿公顷, 其中可利用盐碱地约0.33亿公顷[4]。培育抗盐碱农作物新品种是提高盐碱地利用率、改善盐碱地生态环境的重要手段。

盐碱地主要成分有盐土和碱土, 盐土的可溶性盐含量较多, 达0.6%以上; 而碱土中交换性钠离子占阳离子总代换量的20%以上, pH值大于9[5]。与盐土相比, 碱土不仅具有Na+毒害作用, 其含有的大量CO32–、HCO3–离子还导致土壤偏碱性, 因而对植物的危害高于中性盐胁迫[6-8]。马铃薯适宜在弱酸性土壤中生长, 最佳pH在5.5～6.5, 当pH达7.0以上时, 马铃薯生长开始受到抑制甚至出苗困难[9]。因此, 盐碱地碱胁迫对马铃薯栽培生产具有更严重的不利影响。

农田盐碱地改良利用需要加强灌排体系的建设与运行, 保证盐碱土壤剖面的盐平衡, 在此基础上利用耐盐碱植物品种和土壤改良剂提升资源利用效率[10]。无论采用传统育种手段或者分子生物学育种技术培育耐盐碱作物品种, 都不能缺少高耐受盐碱胁迫的种质材料。通过评价马铃薯种质资源耐盐碱性, 筛选出一批高耐受盐碱胁迫的马铃薯种质材料, 可为马铃薯抗盐碱胁迫育种、抗性机理研究和抗性基因挖掘等奠定基础。通过离体组织培养、盆栽试验等方法, 已鉴定评价了多种四倍体马铃薯栽培种或种质材料[11-19]和二倍体马铃薯[20-21]的耐盐碱性。刘芳等[11]研究表明MS培养基中添加0.75% NaCl为马铃薯组培苗耐盐性鉴定的最佳浓度, 并采用隶属函数和聚类分析法对107份国内外马铃薯材料进行了耐盐性鉴定与分类。李青等[12]研究认为耐盐筛选适宜浓度为100 mmol L–1, 以该浓度采用隶属函数和聚类分析法鉴定了52份马铃薯种质资源的耐盐性。赵海红等[18]通过盆栽试验法对9个马铃薯品种在苏打碱胁迫下的生理与农艺性状进行了测定。赵海红[19]和赵明辉等[20]分别在离体组织培养条件下对马铃薯苏打碱耐受性进行了评价。

植物在盐胁迫与碱胁迫下具有不同的胁迫响应与调控机制。郭家鑫等[22]研究发现棉花在盐胁迫下糖类积累增加, 淀粉和蔗糖代谢通路活跃, 而在碱胁迫下有机酸积累增加, 柠檬酸循环通路更加活跃。马铃薯耐碱胁迫评价有助于高耐受碱胁迫马铃薯的筛选及马铃薯碱胁迫抗性响应与调控机制的研究, 但是马铃薯碱胁迫耐受性鉴定仍未有统一标准, 对马铃薯种质资源的耐碱性鉴定也不够广泛。本研究拟利用变异系数法筛选马铃薯组培苗耐碱性鉴定的适宜浓度, 探索建立马铃薯苗期耐碱性鉴定方法, 并对86个马铃薯品种(系)进行耐碱性综合评价与分类, 为马铃薯碱胁迫抗性机制研究和抗碱胁迫育种提供候选材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用马铃薯材料均为四倍体栽培种或育种材料, 包括17份栽培品种和69份育种材料, 由山东省农业科学院蔬菜研究所保存(表1)。69份育种材料包括部分国内外收集保存和课题组30多年育种实践中积累的杂交后代及高代系材料, 遗传背景较为复杂, 材料熟性以早熟、中熟居多, 晚熟材料较少。

1.2 试验方法

1.2.1 耐碱性鉴定适宜浓度筛选 试验选用Bintje、SDP289、SDP292、SDP293、SDP297共5个马铃薯品种(系), 采用单因素完全随机设计, 检测不同浓度碱胁迫对马铃薯生长表型的影响。MS固体培养基中添加NaHCO3模拟碱胁迫, 设置0 mmol L–1、2.5 mmol L–1、5.0 mmol L–1、7.5 mmol L–1、10.0 mmol L–1共5个浓度梯度。取3周龄马铃薯组培苗, 去除顶芽与最下端的腋芽, 将剩余植株切成各含有1个腋芽的约1 cm长茎段, 腋芽向上插入含有不同浓度NaHCO3的MS培养基。培养瓶直径6 cm、高10 cm, 每瓶灌注30 mL培养基。每个培养瓶10个茎段, 作为一次生物学重复, 3次重复, 在23℃±2℃、16 h光照/8 h黑暗的环境条件下培养。15 d后测量统计株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率、有效生长率, 并计算各指标的变异系数。

表1 供试马铃薯品种与种质材料

1.2.2 耐碱性综合评价与聚类分析 采用筛选出的耐碱性鉴定最适浓度5 mmol L–1对86个马铃薯品种(系)进行NaHCO3碱胁迫处理, 以不添加NaHCO3的正常MS培养基作为对照。组培苗培养方法与条件同1.2.1, 生长15 d后测量统计株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率, 将各指标测定值转换为耐碱系数。通过主成分分析和隶属函数转化得出马铃薯耐碱性综合评价值, 并对耐碱性综合评价值进行聚类分析。

1.2.3 表型指标测定与统计分析 以游标卡尺测量马铃薯组培苗从茎基部到顶端生长点之间的长度,记为株高。用清水冲洗去除组培苗根部附着的培养基, 吸干根系表面水分后从根系基部剪下, 万分之一天平称重, 记为根鲜重。将组培苗从茎基部剪下, 万分之一天平称量茎和叶片重量, 记为茎叶鲜重。组培苗长出肉眼可辨的根时即为生根, 生根率为生根组培苗株数占组培苗总株数的百分比。有效生长率为有效生长的组培苗株数占组培苗总株数的百分比[11]。有效生长植株标准为茎段再生植株高于10 mm,叶色、株型基本正常, 非簇生状的组培苗[23]。各指标耐碱系数为碱胁迫下指标测定值与正常条件下指标测定值的比值。

1.2.4 数据统计与分析

86个马铃薯品种(系)的每个综合指标值采用隶属函数

= 1, 2, 3, …,(1)

转换为值域[0, 1]的隶属函数值, 式中,x表示第个综合指标值,max表示第个综合指标中的最大值,min表示第个综合指标中的最小值。

主成分分析提取的各综合指标权重

式中,w表示第个综合指标在所有综合指标中的重要程度,p表示主成分分析所得的各个综合指标的贡献率。

马铃薯耐碱性综合评价值计算公式

采用SPSS 19.0软件进行Pearson相关性分析、主成分分析和逐步回归分析, 使用Origin 2022软件进行箱线图绘制和聚类分析。聚类分析选择组平均连接法(group average linkage)和欧氏距离(Euclidean distance)。马铃薯耐碱性分级参考聚类分析的聚类分组结果进行划分。使用SPSS 19.0软件分析不同碱胁迫处理之间数据的差异显著性, 2组数据之间采用独立样本检验方法, 多组数据之间采用Duncan’s法进行多组样本间的单因素方差分析(One-way ANOVA)。

2 结果与分析

2.1 马铃薯耐碱性鉴定适宜浓度筛选

碱胁迫处理下, 5个马铃薯品种(系)株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率、有效生长率等性状均有不同程度的降低, 各性状指标随着碱胁迫浓度的增加而逐渐下降(表2)。不同浓度碱胁迫下生理指标的变异系数结果表明, 株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率的变异系数随着胁迫浓度的增加而逐渐增大。在10 mmol L–1NaHCO3处理下, 5个马铃薯品种(系)均不生根, 因此根鲜重和生根率分别为0 mg和0, 对应的变异系数也均为0。

分析株高、茎叶鲜重、根鲜重和生根率的变异系数总和发现, 总变异系数随碱胁迫浓度增加呈先升高后降低的趋势, 在7.5 mmol L–1NaHCO3碱胁迫下最高, 达223.6% (表3)。总变异系数越大, 说明该浓度碱胁迫下不同马铃薯品种(系)之间表型差异越明显。然而, 随着碱胁迫浓度的增加, 马铃薯组培苗的有效生长率也逐渐降低。在0、2.5、5 mmol L–1NaHCO3碱胁迫下, 5个马铃薯品种(系)组培苗的平均有效生长率在90.0%以上; 当碱胁迫浓度增大到7.5和10 mmol L–1时, 平均有效生长率仅为58.0%和21.3% (表2)。综合总变异系数和有效生长率2项指标, 确定5 mmol L–1为NaHCO3碱胁迫抗性鉴定最适浓度。该浓度NaHCO3碱胁迫下, 马铃薯组培苗既能有效生长(有效生长率90.0%), 不同马铃薯品种(系)之间也具有明显的表型差异(总变异系数143.4%)。

表2 马铃薯组培苗在不同浓度NaHCO3胁迫下表型

(续表2)

对于同一品种的同一性状, 不同浓度碱胁迫处理间数据的差异显著性以不同小写字母(< 0.05)标记。

Different lowercase letters indicate significant difference at< 0.05 in the different concentrations of NaHCO3stresses for the same trait of the same variety. SD: standard deviation; CV: coefficient of variation.

表3 不同浓度NaHCO3胁迫下马铃薯组培苗表型性状变异系数

2.2 马铃薯种质资源耐碱系数

与正常生长条件相比, 5 mmol L–1NaHCO3碱胁迫下86个马铃薯品种(系)的株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率4个性状均表现出显著(< 0.001)下降的变化趋势(图1)。碱胁迫下大多数马铃薯品种(系)的4种表型性状均发生不同程度的下降, 但也有部分品种的某些表型性状保持不变甚至增强(表4)。其中, 株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率性状耐碱系数大于或等于1的马铃薯品种(系)个数分别为6、15、2、25个, 说明不同表型性状对于碱胁迫的敏感性与响应不同, 因此相应指标在耐碱性评价中所占权重也应有所不同, 不能一概而论。

图1 正常条件与碱胁迫下马铃薯表型性状

CK: 正常条件; T: 碱胁迫; ***:< 0.001。CK: normal condition; T: alkaline stress; ***:< 0.001.

(续表4)

2.3 马铃薯种质资源耐碱性综合评价

为了更准确地评价86份马铃薯品种(系)耐碱性, 采用主成分分析法对4个表型指标耐碱系数进行分析并重构为一组新的、互相无关的综合指标, 并确定每个综合指标的权重, 计算得出每个马铃薯品种(系)的耐碱性综合评价值, 从而对马铃薯品种(系)的耐碱性进行综合评价。Pearson相关性分析表明, 本研究采用的4个表型指标耐碱系数之间均存在显著正相关性(**:< 0.01), 满足主成分分析的要求(表5)。其中, 茎叶鲜重耐碱系数与株高耐碱系数之间的相关性最强, 而根鲜重耐碱系数与生根率耐碱系数之间的相关性最弱。

基于综合指标特征值>1或综合指标累计贡献率>80%的提取原则, 主成分分析共提取到2个综合指标, 并计算了4个表型指标耐碱系数在各个综合指标中的特征向量(表6)。综合指标PC1的特征值为2.980, 贡献率为74.501%, PC2特征值是0.519, 贡献率是12.966%, 2个综合指标累计贡献率为87.467%。

表5 马铃薯表型指标耐碱系数相关性分析

**:< 0.01.

表6 马铃薯表型指标耐碱系数主成分分析

根据表6中的特征向量值和86份马铃薯品种(系)表型指标耐碱系数计算每个马铃薯品种(系)的综合指标PC1和PC2数值。为了便于不同指标之间的科学运算, 采用隶属函数公式(1)将各综合指标值分别转换为值域为[0, 1]的隶属函数值。通过公式(2)分别计算综合指标PC1和PC2的权重。最终代入公式(3)计算出86份马铃薯品种(系)耐碱性综合评价值(表7)。其中, 中薯3号综合评价值最低, 为0.028; 北方008综合评价值最高, 为0.852。

2.4 马铃薯种质资源耐碱性聚类分析及数学模型的建立

进一步对86份马铃薯品种(系)耐碱性综合评价值进行聚类分析, 根据聚类分枝拓扑结构可以将其分为5组, 分别命名为I～V (图2)。I组包含8份马铃薯品种(系),值均小于0.16, 对碱胁迫响应敏感, 耐碱性弱。II组包含33份马铃薯品种(系),值介于0.19～0.41之间, 对碱胁迫响应较为敏感, 耐碱性较弱。III组包含21份马铃薯品种(系),值介于0.42～0.57之间, 具有中等耐碱性。IV组包含18份马铃薯品种(系),值介于0.59～0.72之间, 具有较高耐碱性。V组仅包含6份马铃薯品种(系),值均大于0.75, 耐碱性强。具备较强或强耐碱性的马铃薯品种(系)共24份, 占本研究所评价马铃薯品种(系)的27.9%, 表明马铃薯耐碱胁迫种质资源相对贫乏。

为了方便对其他马铃薯品种(系)进行耐碱性评价, 通过逐步回归分析建立马铃薯耐碱性综合评价多元线性回归数学模型。以86份马铃薯品种(系)的株高(1)、茎叶鲜重(2)、根鲜重(3)、生根率(4)表型耐碱系数作为自变量, 耐碱性综合评价值作为因变量, 经逐步回归分析得到方程= 0.2141+ 0.3412+ 0.3983– 0.1774– 0.026, 方程的调整后2为0.9999,< 0.0001, 说明方程拟合结果良好。在同样的碱胁迫处理条件下测定其他马铃薯品种(系)株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率表型耐碱系数, 可以利用该方程计算耐碱性综合评价值, 评估其苗期耐碱性。

表7 马铃薯耐碱性综合评价

图2 马铃薯耐碱性聚类分析

3 讨论

3.1 马铃薯耐碱性评价胁迫时期的选择

农作物在不同生长时期的耐盐性存在一定差异[24],例如水稻芽期耐盐性高于生殖生长时期[25], 番茄在萌发期与营养生长期的耐盐碱能力不同[26]。通常情况下, 农作物耐盐碱性鉴定评价可在萌发期和幼苗期进行, 萌发期耐盐碱能力决定了盐碱胁迫下农作物种子出苗率, 幼苗期耐盐碱能力则决定了农作物能否在盐碱胁迫下正常生长。选择种子或者幼苗进行耐盐碱性鉴定评价, 具有个体差异较小、评价周期短、评价效率高的优点, 适用于农作物大批量种质资源耐盐碱性的初步评估。已有研究表明, 盐胁迫下马铃薯的萌发与幼苗生长均受到严重影响, 出苗率、株高、叶绿素相对含量、抗氧化酶活性均随着盐胁迫浓度增加而降低[27]。因此本研究选择组培苗茎段作为研究对象, 对马铃薯从萌发至幼苗初期的耐碱性进行鉴定评价。

3.2 马铃薯耐碱性评价方法的选择

马铃薯盐碱抗性评价常用的试验方法有大田鉴定法、盆栽法、组织培养法等[28-32]。大田鉴定法易于观察表型, 可以进行全生育期的跟踪监测, 获得最全面可靠的鉴定结果。但是受限于土壤盐碱分布不均, 环境条件可控性与一致性较低, 因而重复性差且评价周期长。盆栽法便于调控胁迫处理的强度和时间, 但用于大量植物材料的表型鉴定时则费时费力, 效率相对较低。组织培养法对胁迫处理强度与时间的可控性更强, 且组培苗对胁迫处理敏感, 表型明显, 重复性好, 但不利于统计产量等农艺性状。由于组织培养法具有更低的工作量和更短的评价周期, 因而有利于大规模材料的快速初步鉴定评价[11]。前人有关马铃薯耐盐碱性评价研究多选用培养基模拟胁迫方式[9,19-20,33]。当然, 培养基胁迫处理及培养室的培养条件与大田土壤、温湿度等条件存在巨大差异, 实验室筛选获得的指标性能并不能与田间表现等同。本研究选择在马铃薯组培苗正常生长所需的MS培养基中施加一定浓度的NaHCO3模拟碱胁迫, 快速对大量马铃薯种质资源进行耐碱性初步评价, 筛选出的耐碱胁迫种质材料需要进一步种植于盐碱地中, 进行全生育期耐碱性鉴定评价与产量测定, 才能获得更全面准确的耐碱性评价。

3.3 马铃薯耐碱性评价指标的选择

盐碱胁迫对植物最显著的影响是抑制萌发与生长, 植物的株高下降, 叶、茎、根等重量降低[34]。形态变化是作物受到逆境胁迫后最直接的反应, 因而在作物耐盐碱性鉴定评价中被广泛使用。例如, 水稻[35]、小麦[36]、大豆[37]、绿豆[38]、甘薯[39]、马铃薯[12]等通过检测株高、叶片干重/鲜重、根干重/鲜重、根长、生物量等形态指标进行耐盐碱性评价。

盐碱胁迫下植物的多种生理指标也会发生显著变化。盐碱胁迫下, 植物叶片叶绿体结构遭到破坏, 叶绿素含量下降[40]。逆境胁迫导致植物细胞内产生大量过氧化物, 丙二醛是植物细胞在逆境胁迫下膜脂发生过氧化的产物, 其含量越高, 表明植物细胞受逆境伤害越大[41]。盐碱胁迫破坏细胞的正常结构, 为了保护细胞结构不受损害, 胞内活性氧清除系统活性会随之提高。植物体内的活性氧清除酶主要有过氧化物酶、超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等[42]。因此, 叶绿素、丙二醛、脯氨酸含量及活性氧清除酶活性等生理生化指标也常应用于农作物耐盐碱性鉴定评价[43-47]。生理生化指标的测定受植株个体差异、胁迫方式与持续时间、取样部位等因素影响较多, 波动性强, 重复性相对较低, 费时费力且工作量较大。胁迫抗性评价指标需根据试验条件和试验目的进行选择。

4 结论

通过变异系数法筛选出离体条件下马铃薯组培苗耐碱性鉴定评价最适浓度为5 mmol L–1NaHCO3, 并建立了以株高、茎叶鲜重、根鲜重、生根率等性状耐碱系数为评价指标的耐碱性评价体系。利用建立的耐碱性评价体系对86份马铃薯品种(系)进行耐碱性评价与聚类分析, 86份马铃薯品种(系)分为5组,其中强耐碱马铃薯品种(系) 6份, 为北方008、SDP632、SDP562、SDP274、SDP869和SDP750, 碱敏感马铃薯品种(系) 8份, 为中薯3号、SDP291、SDP292、SDP539、SDP606、SDP289、SDP744、SDP428。

[1] 谢从华, 柳俊. 中国马铃薯从济荒作物到主粮之变迁. 华中农业大学学报, 2021, 40(4): 8–15. Xie C H, Liu J. Transition of potato from a famine relief crop to staple food in China., 2021, 40(4): 8–15 (in Chinese with English abstract).

[2] Maas E V, Hoffman G J. Crop salt tolerance-current assessment., 1977, 103: 115–134.

[3] Ghosh S C, Asanuma K, Kusutani A, Toyota M. Effect of salt stress on some chemical components and yield of potato., 2001, 47: 467–475.

[4] 杨真, 王宝山. 中国盐渍土资源现状及改良利用对策. 山东农业科学, 2015, 47(4): 125–130. Yang Z, Wang B S. Present status of saline soil resources and countermeasures for improvement and utilization in China., 2015, 47(4): 125–130 (in Chinese with English abstract).

[5] 商振芳, 谢思绮, 罗旺, 韦静静, 鹿荐, 张刚. 我国盐碱地现状及其改良技术研究进展. 见: 2019中国环境科学学会科学技术年会论文集(第3卷). 西安: 中国环境科学学会, 2019. pp 386–395. Shang Z F, Xie S Q, Luo W, Wei J J, Lu J, Zhang G. Current situation of saline-alkaline land in China and research progress of corresponding improvement technology. In: Proceedings of the 2019 Science and Technology Annual Conference of Chinese Society for Environmental Science (Volume 3). Xi’an: Chinese Society for Environmental Science, 2019. pp 386–395 (in Chinese).

[6] 黄立华, 梁正伟. 直播羊草在不同pH土壤环境下的离子吸收特性. 中国草地学报, 2008, 160(1): 35–39. Huang L H, Liang Z W. Ionic absorption characteristics ofseeded in various pH soils., 2008, 160(1): 35–39 (in Chinese with English abstract).

[7] 曲元刚, 赵可夫. NaCl和Na2CO3对玉米生长和生理胁迫效应的比较研究. 作物学报, 2004, 30: 334–341. Qu Y G, Zhao K F. Comparative studies on growth and physiological reaction ofunder NaCl and Na2CO3stresses., 2004, 30: 334–341 (in Chinese with English abstract).

[8] 刘杰, 张美丽, 张义, 石德成. 人工模拟盐、碱环境对向日葵种子萌发及幼苗生长的影响. 作物学报, 2008, 34: 1818–1825. Liu J, Zhang M L, Zhang Y, Shi D C. Effects of simulated salt and alkali conditions on seed germination and seedling growth of sunflower (L.)., 2008, 34: 1818–1825 (in Chinese with English abstract).

[9] 王培伦, 孙慧生, 张振鸿, 马伟青, 郭奕明. 离体筛选耐盐碱马铃薯品种试验. 中国马铃薯, 1997, 11(4):197–200. Wang P L, Sun H S, Zhang Z H, Ma W Q, Guo Y M. Screening salt tolerant potato clones., 1997, 11(4): 197–200 (in Chinese with English abstract).

[10] 李保国. 新时代下盐碱地改良与利用的科学之路. 中国农业综合开发, 2022, (1): 8–9. Li B G. The scientific way to improve and utilize saline-alkali land in the new era., 2022, (1): 8–9 (in Chinese).

[11] 刘芳, 王培伦, 杨元军, 马伟清, 董道峰, 陈广侠. 不同马铃薯品种对盐胁迫反应的差异研究. 西南大学学报(自然科学版), 2010, 32(10): 47–53. Liu F, Wang P L, Yang Y J, Ma W Q, Dong D F, Chen G X. Genetic difference in response to salt stress of different potato varieties.(Nat Sci Edn), 2010, 32(10): 47–53 (in Chinese with English abstract).

[12] 李青, 秦玉芝, 胡新喜, 丁红映, 熊兴耀, 王万兴. 马铃薯耐盐性离体鉴定方法的建立及52份种质资源耐盐性评价. 植物遗传资源学报, 2018, 19: 587–597. Li Q, Qin Y Z, Hu X X, Ding H Y, Xiong X Y, Wang W X. Establishment of an optimized bioassay being valuable for determining salt tolerance in 52 potato germplasm accessions., 2018, 19: 587–597 (in Chinese with English abstract).

[13] 尹江, 马恢, 崔红军. 马铃薯亲本材料试管苗的耐盐性筛选. 中国马铃薯, 2005, 19(1):13–16. Yin J, Ma H, Cui H J. Salt tolerance of plantletsin some potato germplasm., 2005, 19(1): 13–16 (in Chinese with English abstract).

[14] 梁春波, 韩秀峰, 邸宏, 陈伊里. 马铃薯新型栽培种耐盐性鉴定与筛选. 中国马铃薯, 2006, 20(2): 68–72. Liang C B, Han X F, Di H, Chen Y L. Identification and selection of salt-tolerant clones in neo-tuberosum., 2006, 20(2): 68–72 (in Chinese with English abstract).

[15] 裴怀弟, 张敏敏, 刘新星, 厚毅清, 陈玉梁. NaCl胁迫条件下马铃薯再生苗耐盐性研究. 甘肃农业科技, 2014, (11): 39–42. Pei H D, Zhang M M, Liu X X, Hou Y Q, Chen Y L. Research of NaCl tolerance on potato regeneration seedlings., 2014, (11): 39–42 (in Chinese with English abstract).

[16] 李欣, 张俊莲, 刘玉汇, 王丽, 余斌, 杨宏羽, 李丽霞, 黎雪梅,王蒂. 四个引自国际马铃薯中心的马铃薯试管苗耐盐性鉴定. 甘肃农业大学学报, 2017, 52(1): 44–50. Li X, Zhang J L, Liu Y H, Wang L, Yu B, Yang H Y, Li L X, Li X M, Wang D. Identification of salt tolerance on four plantlets of potato lines from International Potato Center., 2017, 52(1): 44–50 (in Chinese with English abstract).

[17] 陈彦云, 李紫辰, 曹君迈, 徐胜明, 莫磊. 马铃薯脱毒苗对NaCl胁迫的响应及耐盐性评价. 西南农业学报, 2018, 31: 2052–2059. Chen Y Y, Li Z C, Cao J M, Xu S M, Mo L. Response of potato virus-free seedlings to NaCl stress and evaluation of salt tolerance., 2018, 31: 2052–2059 (in Chinese with English abstract).

[18] 赵海红, 王士强, 胡喜平, 杜吉到, 申晓慧. 9个马铃薯品种苏打盐碱适应性盆栽试验. 中国马铃薯, 2010, 24(3): 129–132. Zhao H H, Wang S Q, Hu X P, Du J D, Shen X H. Evaluation for saline-sodic tolerance of nine potato cultivars in pot-experiment., 2010, 24(3): 129–132 (in Chinese with English abstract).

[19] 赵海红. 马铃薯抗苏打盐碱性研究离体试验. 中国马铃薯, 2010, 24(2): 65–68. Zhao H H. Evaluation and identification of potatoes with saline-sodic tolerance in vitro culture., 2010, 24(2): 65–68 (in Chinese with English abstract).

[20] 赵明辉, 白雅梅, 李文霞, 吕文河. 对NaCl敏感度不同的二倍体马铃薯在NaHCO3胁迫下的表现. 核农学报, 2014, 28: 358–363. Zhao M H, Bai Y M, Li W X, Lyu W H. Performance of diploid potatoes with various levels of NaCl tolerance under stress of NaHCO3., 2014, 28: 358–363 (in Chinese with English abstract).

[21] 赵明辉, 白雅梅, 吕文河. 离体条件下评价二倍体马铃薯(×)耐盐性. 核农学报, 2020, 34: 1–9. Zhao M H, Bai Y M, Lyu W H.evaluation of salt tole­rance of diploid potato (×)., 2020, 34: 1–9 (in Chinese with English abstract).

[22] 郭家鑫, 鲁晓宇, 陶一凡, 郭慧娟, 闵伟. 棉花在盐碱胁迫下代谢产物及通路的分析. 作物学报, 2022, 48: 2100–2114. Guo J X, Lu X Y, Tao Y F, Guo H J, Min W. Analysis of metabolites and pathways in cotton under salt alkali stresses., 2022, 48: 2100–2114 (in Chinese with English abstract).

[23] Potiuri S D P, Devi Prasad P V. Influence of salinity on axillary bud cultures of six lowland tropical varieties of potato ()., 1993, 32: 185–191.

[24] Flowers T J. Improving crop salt tolerance., 2004, 55: 307–319.

[25] Khatun S, Flowers T J. Effects of salinity on seed set in rice., 1995, 18: 61–67.

[26] Foolad M R, Lin G Y. Absence of a genetic relationship between salt tolerance during seed germination and vegetative growth in tomato., 1997, 116: 363–367.

[27] 江应红, 刘易, 邢斌德, 孙慧, 冯怀章. 盐胁迫对马铃薯出苗及苗期生物学性状的影响. 中国马铃薯, 2021, 35: 326–333. Jiang Y H, Liu Y, Xing B D, Sun H, Feng H Z. Effects of salt stress on biological characters of potato seedling emergence and seedling stage., 2021, 35: 326–333 (in Chinese with English abstract).

[28] Ahmad R, Abdullah Z. Salinity induced changes in the growth and chemical composition of potato., 1979, 11: 103–112.

[29] Morpurgo R. Correlation between potato clones grownandunder sodium chloride stress conditions., 1991, 107: 80–82.

[30] Khrais T, Leclerc Y, Donnelly D J. Relative salinity tolerance of potato cultivars assessed byscreening., 1998, 75: 207–210.

[31] Queirós F, Fidalgo F, Santos I, Salema R.selection of salt tolerant cell lines inL., 2007, 51: 728–734.

[32] Khan M S, Ahmad D, Adnan M, Khan M A. The effect of somaclonal variation on salt tolerance and glycoalkaloid content of potato tubers., 2014, 8: 1597–1606.

[33] 包云飞, 程鹏, 熊兴耀, 洪亚辉. 马铃薯盐胁迫下生理生化变化研究. 见: 陈伊里, 屈冬玉主编. 马铃薯产业与科技扶贫(2011). 银川: 哈尔滨工程大学出版社, 2011. pp 166–168. Bao Y F, Cheng P, Xiong X Y, Hong Y H. Physiological and biochemical changes of potato under salt stress. In: Chen Y L, Qu D Y, eds. Potato Industry and Technology Poverty Alleviation (2011). Yinchuan: Harbin Engineering University Press, 2011. pp 166–168 (in Chinese)

[34] 杨少辉, 季静, 王罡, 宋英今. 盐胁迫对植物影响的研究进展. 分子植物育种, 2006, 4(增刊3): 139–142. Yang S H, Ji J, Wang G, Song Y J. Effects of salt stress on plants., 2006, 4(S3): 139–142 (in Chinese with English abstract).

[35] 刘艳, 王宝祥, 邢运高, 陈庭木, 徐波, 杨波, 孙志广, 刘金波,迟铭, 李健, 卢百关, 方兆伟, 秦德荣, 徐大勇. 水稻品种资源苗期耐盐性评价指标分析. 江苏农业科学, 2021, 49(17): 75–79. Liu Y, Wang B X, Xing Y G, Chen T M, Xu B, Yang B, Sun Z G, Liu J B, Chi M, Li J, Lu B G, Fang Z W, Qin D R, Xu D Y. Analysis of evaluation indices for salt tolerance of rice germplasm resources at seedling stage., 2021, 49(17): 75–79 (in Chinese with English abstract).

[36] 刘彤彤, 李宁, 魏良迪, 杨进文, 史雨刚, 王曙光, 孙黛珍. 山西省主推小麦品种芽期及苗期耐盐性的综合评价. 中国农业大学学报, 2022, 27(2): 22–33. Liu T T, Li N, Wei L D, Yang J W, Shi Y G, Wang S G, Sun D Z. Comprehensive evaluation of salt tolerance of wheat varieties in Shanxi province during germination and seedling stage., 2022, 27(2): 22–33 (in Chinese with English abstract).

[37] 刘谢香, 常汝镇, 关荣霞, 邱丽娟. 大豆出苗期耐盐性鉴定方法建立及耐盐种质筛选. 作物学报, 2020, 46: 1–8. Liu X X, Chang R Z, Guan R X, Qiu L J. Establishment of screening method for salt tolerant soybean at emergence stage and screening of tolerant germplasm., 2020, 46: 1–8 (in Chinese with English abstract).

[38] 徐宁, 陈冰嬬, 王明海, 包淑英, 王桂芳, 郭中校. 绿豆品种资源萌发期耐碱性鉴定. 作物学报, 2017, 43: 112–121. Xu N, Chen B R, Wang M H, Bao S Y, Wang G F, Guo Z X. Identification of alkali tolerance of mungbean germplasm resources during germination., 2017, 43: 112–121 (in Chinese with English abstract).

[39] 段文学, 张海燕, 解备涛, 汪宝卿, 张立明. 甘薯苗期耐盐性鉴定及其指标筛选. 作物学报, 2018, 44: 1237–1247. Duan W X, Zhang H Y, Xie B T, Wang B Q, Zhang L M. Identification of salt tolerance and screening for its indicators in sweet potato varieties during seedling stage., 2018, 44: 1237–1247 (in Chinese with English abstract).

[40] 杨升, 张华新, 张丽. 植物耐盐生理生化指标及耐盐植物筛选综述. 西北林学院学报, 2010, 25(3): 59–65. Yang S, Zhang H X, Zhang L. Physiological and biochemical indices of salt tolerance and scanning of salt-tolerance plants: a review., 2010, 25(3): 59–65 (in Chinese with English abstract).

[41] 武永军, 何国强, 史艳茹, 梁宗锁. 不同pH值缓冲液处理下蚕豆叶片相对含水量、脯氨酸及丙二醛含量的变化. 干旱地区农业研究, 2009, 27(6): 169–172. Wu Y J, He G Q, Shi Y R, Liang Z S. Change of relative water content, proline content and malondialdehyde content ofleaves under different pH buffer treatments., 2009, 27(6): 169–172 (in Chinese with English abstract).

[42] 王宝山. 生物自由基与植物膜伤害. 植物生理学通讯, 1988, (2): 12–16. Wang B S. Biological free radicals and membrane damage of plants., 1988, (2): 12–16 (in Chinese).

[43] 彭振, 何守朴, 孙君灵, 许菲菲, 贾银华, 潘兆娥, 王立如, 杜雄明. 陆地棉苗期耐盐性的高效鉴定方法. 作物学报, 2014, 40: 476–486. Peng Z, He S P, Sun J L, Xu F F, Jia Y H, Pan Z E, Wang L R, Du X M. An efficient approach to identify salt tolerance of upland cotton at seedling stage., 2014, 40: 476–486 (in Chinese with English abstract).

[44] 高玉坤, 杨溥原, 项晓冬, 魏世林, 任根增, 殷丛培, 梁红凯, 崔江慧, 常金华. 不同耐盐高粱品种全生育期对盐胁迫的响应. 华北农学报, 2020, 35(6): 113–121. Gao Y K, Yang P Y, Xiang X D, Wei S L, Ren G Z, Yin C P, Liang H K, Cui J H, Chang J H. Response of different salt tolerant sorghum varieties to salt stress in the whole growth period., 2020, 35(6): 113–121 (in Chinese with English abstract).

[45] 凌云鹤, 周瑶, 景兵, 李春莲, 肖恩时, 王中华. 盐胁迫对向日葵幼苗生长及生理特性的影响. 干旱地区农业研究, 2019, 37(4): 139–145. Ling Y H, Zhou Y, Jing B, Li C L, Xiao E S, Wang Z H. Effects of salt stress on growth and physiological characteristics of sunflower at seedling stage., 2019, 37(4): 139–145 (in Chinese with English abstract).

[46] 张景云, 缪南生, 白雅梅, 万新建, 吕文河. 盐胁迫下二倍体马铃薯叶绿素含量和抗氧化酶活性的变化. 作物杂志, 2014, (5): 59–63. Zhang J Y, Miao N S, Bai Y M, Wan X J, Lyu W H. Changes of chlorophyll content and antioxidant enzyme activity of diploid potato under salt stress., 2014, (5): 59–63 (in Chinese with English abstract).

[47] 郑飞, 陈艳萍, 孟庆长, 赵文明, 孔令杰, 袁建华. 7份玉米自交系耐盐性鉴定. 江苏农业科学, 2012, 40(12): 112–115.Zheng F, Chen Y P, Meng Q C, Zhao W M, Kong L J, Yuan J H. Salt tolerance identification of 7 maize inbred lines., 2012, 40(12): 112–115 (in Chinese with English abstract).

Alkaline tolerance identification method of potato seedlings and comprehensive assessment of alkaline tolerance of 86 kinds of potato germplasms

ZHAO Peng, CHEN Guang-Xia, ZHANG Yan-Ping, YANG Xiao-Hui, LIU Fang, and DONG Dao-Feng*

Institute of Vegetables, Shandong Academy of Agricultural Sciences, Jinan 250100, Shandong, China

China is facing a serious land salinization problem. The area of saline-alkaline land reaches 100 million hectares, of which about 33 million hectares of saline-alkaline land could be used. Previous researches mostly concentrate on saline tolerance in potato, only a few research focuses on alkaline tolerance. In this study, the morphological traits such as plant height, shoot fresh weight, root fresh weight, and rooting rate of five different varieties of potato tissue culture seedlings under different concentrations of NaHCO3simulated alkaline stress were measured, the corresponding coefficient of variation values were also calculated. Combined with coefficient of variation and the effective growth rate, the suitable simulated alkaline stress for alkaline tolerance assessment of potato tissue culture seedling was 5 mmol L–1NaHCO3. Eighty-six kinds of tetraploid potato germplasms were treated with 5 mmol L–1NaHCO3, alkaline tolerance coefficient of phenotypes including plant height, shoot fresh weight, root fresh weight, and rooting rate were measured. After principal component analysis and conversion by membership function, comprehensive assessment of alkaline tolerance (defined as-value) was calculated. The-values of Zhongshu 3 and Beifang 008 were the lowest and highest, respectively. Cluster analysis of comprehensive assessment of alkaline tolerance indicated that 86 kinds of tetraploid potato germplasms could be classified into 5 groups. Among them, the potato varieties (lines) with strong alkaline tolerance were Beifang 008, SDP632, SDP562, SDP274, SDP869, and SDP750. The regression equation between-values and alkaline tolerance coefficients of phenotypes was established by stepwise regression analysis,= 0.2141+ 0.3412+ 0.3983– 0.1774– 0.026. The four independent variables were the alkaline-tolerance coefficient of plant height, fresh weight of stem and leaf, fresh weight of root, and rooting rate. The comprehensive assessment system of alkaline tolerance of potato tissue culture seedlings established in this study could be helpful for the preliminary assessment of potato alkaline tolerance. The identified alkaline stress sensitive and tolerant gremplasms could be further used for the study of molecular regulation mechanism of alkaline stress tolerance and alkaline resistance breeding.

potato; seedling stage; alkaline stress tolerance; the comprehensive assessment

10.3724/SP.J.1006.2023.24278

本研究由山东省农业科学院创新人才及团队引进工程(“333工程”)项目(CXGC2021B17), 山东省农业良种工程(2020LZGC003)和山东省农业科学院创新工程-马铃薯种质资源创新及利用项目(CXGC2022C03)资助。

This study was supported by the Innovative Talents and Teams Introduction Project of Shandong Academy of Agricultural Sciences (“Project 333”) (CXGC2021B17), the Agricultural Variety Improvement Project of Shandong Province (2020LZGC003), and the Innovative Project of Shandong Academy of Agricultural Sciences—Innovation and Utilization of Potato Germplasm Resources (CXGC2022C03).

董道峰, E-mail: feng-dd@126.com

E-mail: zhaopeng@nwafu.edu.cn

2022-12-19;

2023-04-17;

2023-05-06.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20230505.1427.006.html

This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).