有限灌溉對(duì)馬鈴薯生理特性的影響

劉瑞芳，楊 健，烏日娜，楊燕峰

（呼和浩特市園藝科技試驗(yàn)中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070）

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，水資源短缺的問(wèn)題越來(lái)越突出，干旱缺水已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要的瓶頸[1]。全球位于干旱或半干旱地區(qū)的耕地面積約占總耕地面積43%，涉及50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)[2]。所以如何既能減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量的同時(shí)，又能保證糧食的產(chǎn)量，已成為一個(gè)國(guó)際性的研究課題。搞好農(nóng)業(yè)高效用水研究，發(fā)展有限灌溉，已經(jīng)成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必由之路[3]。

我國(guó)是馬鈴薯第一主產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)區(qū)主要分布于西南、中原、北方、南方四大種植區(qū)，種植面積占全球的25%左右[4]。由于馬鈴薯具有耐熱、耐寒、耐干旱、耐瘠薄、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，我國(guó)現(xiàn)有馬鈴薯60%以上種植在基本無(wú)灌溉條件的山區(qū)和干旱、半干旱地區(qū)[5]。內(nèi)蒙古馬鈴薯產(chǎn)區(qū)因?yàn)橛泻０胃摺L(fēng)速大、日照長(zhǎng)、氣候冷涼和傳毒介體少等特點(diǎn)，是我國(guó)重要的馬鈴薯及種薯生產(chǎn)基地。生產(chǎn)的馬鈴薯具有表皮干爽、塊莖大小整齊一致、干物質(zhì)含量高、無(wú)污染和病爛薯少等優(yōu)點(diǎn)，質(zhì)量享譽(yù)全國(guó)，深受?chē)?guó)內(nèi)外消費(fèi)市場(chǎng)的贊許。本試驗(yàn)以呼和浩特市自然環(huán)境為基礎(chǔ)，依據(jù)當(dāng)?shù)氐墓喔葪l件，通過(guò)研究不同灌水時(shí)期、不同灌水量下馬鈴薯生長(zhǎng)、生理指標(biāo)及產(chǎn)量的差異，探索灌水不同對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)及生理特征的影響，旨在篩選出最佳灌水時(shí)期、灌水量，取得最好的經(jīng)濟(jì)效益，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約用水、科學(xué)用水、提高水分利用率。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

馬鈴薯品種克新1號(hào)。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市園藝科技試驗(yàn)中心示范園區(qū)的防雨棚內(nèi)進(jìn)行。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)7個(gè)灌溉處理（表1），水表控制水量，各處理田間管理措施保持一致。小區(qū)面積為40 m2，每小區(qū)8行，行距50 cm，株距30 cm，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。播前施入有機(jī)肥9750 kg/hm2，過(guò)磷酸鈣196 kg/hm2，硫酸鉀 147 kg/hm2，尿素 49 kg/hm2。

表1 試驗(yàn)處理灌水量 mm

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1 測(cè)定生理指標(biāo) 在馬鈴薯苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期、成熟期5個(gè)生育時(shí)期取功能葉片測(cè)定以下生理指標(biāo)：

超氧化物歧化酶（SOD）：采用NBT光化還原法測(cè)定[6]；過(guò)氧化物酶（POD）：采用 Sigma 法測(cè)定[6]；丙二醛（MDA）：采用硫代巴比妥酸法[7]；脯氨酸：采用茚三酮法測(cè)定[8]；可溶性蛋白：采用菲林-酚試劑法[9]。

1.4.2 測(cè)產(chǎn) 每小區(qū)取大于等于2 m2測(cè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 有限灌溉對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用率的影響

由表2可知，多次灌水處理D、E、F和G的產(chǎn)量顯著高于灌水少的處理，說(shuō)明干旱脅迫直接影響馬鈴薯的產(chǎn)量。處理E的產(chǎn)量和水分利用率均最高，在塊莖形成期、膨大期灌水顯著提高馬鈴薯的產(chǎn)量，說(shuō)明塊莖形成期、膨大期是需水臨界期。處理A全生育期無(wú)灌水，干旱脅迫嚴(yán)重，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，產(chǎn)量最低。處理A到處理E，產(chǎn)量逐漸升高且處理間有顯著差異，處理F、G的產(chǎn)量與處理E無(wú)顯著差異，說(shuō)明淀粉積累期和成熟期灌水對(duì)產(chǎn)量的形成無(wú)明顯影響。

表2 不同灌溉處理下的產(chǎn)量比較

2.2 有限灌溉對(duì)馬鈴薯生理指標(biāo)的影響

2.2.1 不同灌溉處理下超氧化物歧化酶（SOD）活性變化 由圖1表明，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，各處理SOD活性均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)。苗期無(wú)灌水處理A、C和E的SOD活性顯著高于灌水處理B、D、F、G，早期干旱處理能使馬鈴薯較好的適應(yīng)后期脅迫，表明適當(dāng)?shù)亩酌缈梢源龠M(jìn)植株生長(zhǎng)，能增強(qiáng)植株的抗旱性，有利于產(chǎn)量的形成。處理A和B中后期脅迫程度大，SOD活性迅速下降，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，清除自由基的能力弱，SOD活性大幅下降。表明無(wú)灌水或只灌苗期水不能滿足作物的生長(zhǎng)需要，嚴(yán)重影響植株的生長(zhǎng)以及產(chǎn)量的形成。相同灌水量情況下，處理C的SOD活性顯著高于處理B，處理E顯著高于處理D，SOD活性緩慢增加，表明塊莖形成期、膨大期是馬鈴薯的需水臨界、需水最大期，此期灌水能有效地促進(jìn)植株生長(zhǎng)，有助于提高馬鈴薯的產(chǎn)量。處理F、G充足灌水適宜植株的生長(zhǎng)，SOD活性較低，成熟期兩處理活性無(wú)顯著差異，則成熟期灌水對(duì)植株的生長(zhǎng)無(wú)明顯影響。

2.2.2 不同灌溉處理下過(guò)氧化物酶（POD）活性變化如圖2所示，隨著生育時(shí)期的推進(jìn)，POD活性隨生育時(shí)期的推進(jìn)呈單峰曲線變化趨勢(shì)，塊莖膨大期達(dá)最大值。苗期無(wú)灌水處理A、C和E的POD活性顯著高于灌水處理B、D、F、G，表明苗期干旱處理能增強(qiáng)植株清除H2O2的能力，抗性強(qiáng)能適應(yīng)后期的干旱，促進(jìn)植株生長(zhǎng)。處理A脅迫整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程，POD活性大幅下降，消除過(guò)氧化物能力迅速降低，表明體內(nèi)H2O2大量積累，植株受傷害較大，抑制植株的生長(zhǎng)。相同灌水量的情況下，POD活性處理C顯著高于處理B，處理E顯著高于處理D，POD活性緩慢增加，體內(nèi)有害物質(zhì)積累量減少，有效的促進(jìn)植株生長(zhǎng)，表明塊莖形成期、膨大期灌水有利于產(chǎn)量的提高。4次灌水處理F和充足灌水處理G的POD活性較低，植株生長(zhǎng)良好，成熟期兩處理活性值差異不顯著，則成熟期灌水對(duì)植株生長(zhǎng)作用不明顯，后期代謝減緩逐漸衰老，有害物質(zhì)大量積累，超過(guò)清除能力，POD活性降低。

2.2.3 不同灌溉處理下丙二醛（MAD）含量的變化如圖3可知，苗期無(wú)灌水處理A、C、E的MAD含量較高，說(shuō)明苗期進(jìn)行水分脅迫，膜脂過(guò)氧化相對(duì)較重。生育期間無(wú)灌水的處理A各個(gè)時(shí)期的MDA均高于其他處理，4次灌水的處理F和5次灌水的處理E均低于其他處理。處理A、B中、后期水分脅迫程度大，MDA含量快速增加，脂過(guò)氧化逐漸加重，說(shuō)明無(wú)灌水或只灌苗期水形成的脅迫對(duì)植株的傷害較大，加速植株的衰老，影響產(chǎn)量的形成。相同灌水量的情況下，處理B的MDA含量顯著高于處理C、處理D顯著高于處理E，說(shuō)明苗期灌水能顯著的降低MDA的增加量，塊莖形成期是馬鈴薯的需水臨界期，此期灌水能有效地促進(jìn)植株的生長(zhǎng)并提高產(chǎn)量。處理F、G充足灌水，適于馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，MDA積累緩慢，后期差異不顯著，說(shuō)明成熟期灌水作用不明顯。

2.2.4 不同灌溉處理下脯氨酸含量的變化 由表3知，處理F、G的變化趨勢(shì)是先增加后降低，塊莖膨大期達(dá)最大值；其他處理呈逐漸增加的趨勢(shì)。苗期干旱處理能誘導(dǎo)游離脯氨酸的積累，則無(wú)灌水處理的值顯著高于灌水的，抗旱性增強(qiáng)，能較好地適應(yīng)后期的干旱環(huán)境，有利于提高產(chǎn)量。處理A、B中后期水分脅迫程度大，游離脯氨酸含量快速增加。表明物質(zhì)合成減慢分解加快，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，產(chǎn)量顯著降低。相同灌水量的情況下，前、中期處理處理C顯著高于處理B、處理E顯著高于處理D，但后期結(jié)果則相反。此期灌水能顯著的降低游離脯氨酸的增加量，物質(zhì)合成速度加快，有效地促進(jìn)植株的生長(zhǎng)，顯著提高產(chǎn)量，表明塊莖形成期是馬鈴薯的需水臨界期，此期灌水對(duì)植株的作用顯著。處理F、G充足供水，適宜馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，游離脯氨酸積累較少，隨著生育期的推進(jìn)，含量緩慢增加，塊莖膨大期達(dá)最大，后期脯氨酸逐漸合成蛋白質(zhì)，則含量不斷下降。后期兩者差異不顯著，則成熟期灌水對(duì)植株作用不明顯。

表3 不同灌溉處理下的脯氨酸含量 μg/g

2.2.5 不同灌溉處理下可溶性蛋白含量的變化如圖4可知，處理C、D、E的可溶性蛋白含量呈逐漸增加的趨勢(shì)，其他處理呈先增加后降低的趨勢(shì)。苗期無(wú)灌水處理的可溶性蛋白含量顯著高于灌水的，由于馬鈴薯生長(zhǎng)前期需水較少，一定程度的干旱脅迫能誘導(dǎo)可溶性蛋白的合成，增強(qiáng)個(gè)體的抗旱性，有利于后期產(chǎn)量的形成。處理A、B中后期可溶蛋白含量下降，是由于中后期水分脅迫嚴(yán)重，已不適宜馬鈴薯的生長(zhǎng)，可溶性蛋白質(zhì)合成受阻，說(shuō)明無(wú)灌水或只灌苗期水嚴(yán)重影響馬鈴薯的正常生長(zhǎng)，影響產(chǎn)量。相同灌水量情況下，處理C的可溶性蛋白含量顯著高于處理B、處理E顯著高于處理D，表明塊莖形成期、膨大期灌水，能顯著地促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng)。這兩個(gè)時(shí)期若及時(shí)灌水，細(xì)胞滲透勢(shì)增加，吸收能力強(qiáng)，提高產(chǎn)量。處理F、G充足供水，生長(zhǎng)環(huán)境適宜，前、中期可溶性蛋白含量緩慢增加，后期可溶性蛋白含量不斷下降，可能是由于后期可溶性蛋白不斷轉(zhuǎn)化為不溶性蛋白的結(jié)果。后期兩者差異不顯著，說(shuō)明成熟期灌水對(duì)植株影響不明顯。

3 結(jié)論與討論

產(chǎn)量是進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)置的首選指標(biāo)，通過(guò)試驗(yàn)可以得出，多次灌水處理D、E、F和G的產(chǎn)量顯著高于灌水少的處理，說(shuō)明干旱脅迫直接影響馬鈴薯的產(chǎn)量。試驗(yàn)分析結(jié)果表明：處理E的產(chǎn)量均最高，在塊莖形成期、膨大期灌水顯著提高馬鈴薯的產(chǎn)量，說(shuō)明塊莖形成期、膨大期是需水臨界期和最大期。

不同水分處理下，隨生育時(shí)期的推進(jìn)，SOD、POD活性均呈先增加后降低的單峰曲線變化趨勢(shì)。苗期不灌水兩者活性值提高，抗旱性增強(qiáng)；之后隨脅迫程度的增大，生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，活性降低。塊莖形成期、膨大期灌水，顯著促進(jìn)植株生長(zhǎng)活性增大。充足灌水生長(zhǎng)適宜，SOD、POD活性值較小，成熟期灌水對(duì)活性值無(wú)顯著影響。

隨生育時(shí)期的推進(jìn)，MDA含量不斷增加。塊莖形成期、膨大期灌水，顯著促進(jìn)植株生長(zhǎng)，細(xì)胞膜得到一定恢復(fù)，膜脂過(guò)氧化程度降低，MDA含量增幅降低。充足灌水，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，細(xì)胞膜完整性好，膜脂過(guò)氧化低。

游離脯氨酸含量，處理F、G的變化趨勢(shì)是先增加后降低，其他處理呈逐漸增加的趨勢(shì)。苗期不灌水含量高。水分脅迫增大，游離脯氨酸快速積累。塊莖形成期、膨大期灌水，有效促進(jìn)生長(zhǎng)，含量緩慢增加。處理F、G充足供水，生長(zhǎng)良好，游離脯氨酸前期積累緩慢，后期逐漸合成蛋白質(zhì)，含量降低。

可溶性蛋白含量的總體變化趨勢(shì)是，處理C、D、E的含量逐漸增加，其他處理先增加后降低。苗期脅迫能誘導(dǎo)可溶性蛋白的合成，含量較高。脅迫嚴(yán)重時(shí)，生長(zhǎng)受到抑制，含量降低。塊莖形成期、膨大期灌水，植株快速生長(zhǎng)，促進(jìn)其合成，含量緩慢增加。水分充足，生長(zhǎng)良好，含量逐漸增加，后期不斷轉(zhuǎn)化為不溶性蛋白，含量降低。

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