馬鈴薯苗期耐堿性鑒定方法及86份種質(zhì)資源耐堿性綜合評價

趙 朋 陳廣俠 張宴萍 楊曉慧 劉 芳 董道峰

馬鈴薯苗期耐堿性鑒定方法及86份種質(zhì)資源耐堿性綜合評價

趙 朋 陳廣俠 張宴萍 楊曉慧 劉 芳 董道峰*

山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所, 山東濟(jì)南 250100

我國土地鹽堿化問題十分嚴(yán)重, 鹽堿地面積達(dá)1億公頃, 其中可利用鹽堿地約0.33億公頃。選育耐鹽堿農(nóng)作物新品種是提高鹽堿地利用率的有效手段。馬鈴薯耐鹽堿研究集中在耐鹽性, 而耐堿性研究相對較少。本研究對5個馬鈴薯品種(系)組培苗在不同濃度NaHCO3模擬堿脅迫下的株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率指標(biāo)進(jìn)行測定, 統(tǒng)計不同濃度堿脅迫下各指標(biāo)的變異系數(shù), 結(jié)合有效生長率, 確定了馬鈴薯組培苗耐堿性鑒定最適濃度為5 mmol L–1NaHCO3。對86個馬鈴薯品種(系)進(jìn)行5 mmol L–1NaHCO3堿脅迫, 測定株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率指標(biāo)耐堿系數(shù), 通過主成分分析和隸屬函數(shù)轉(zhuǎn)換, 得出耐堿性綜合評價值, 中薯3號值最低, 北方008值最高。耐堿性綜合評價聚類分析結(jié)果表明86份馬鈴薯品種(系)可分為5組, 其中強(qiáng)耐堿馬鈴薯品種(系)為北方008、SDP632、SDP562、SDP274、SDP869和SDP750。通過逐步回歸分析建立了耐堿性綜合評價值與各表型指標(biāo)耐堿系數(shù)之間的回歸方程,= 0.2141+ 0.3412+ 0.3983– 0.1774– 0.026, 4個自變量依次為株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率的耐堿系數(shù)。本研究建立的馬鈴薯組培苗耐堿性綜合評價體系有助于馬鈴薯種質(zhì)資源耐堿性初步評估, 篩選出的堿脅迫敏感與高耐受種質(zhì)材料為進(jìn)一步研究馬鈴薯耐堿脅迫分子調(diào)控機(jī)理和抗堿脅迫育種奠定了基礎(chǔ)。

馬鈴薯; 苗期; 耐堿性; 綜合評價

馬鈴薯是中國重要的糧菜兼用作物, 折糧后產(chǎn)量居第4位, 僅次于玉米、水稻、小麥, 在保障國家糧食安全中具有重要作用[1]。然而, 馬鈴薯是一種鹽堿敏感植物, 當(dāng)土壤電導(dǎo)率達(dá)2.0 dS m-1時就對馬鈴薯植株生長產(chǎn)生抑制作用[2]。鹽堿脅迫抑制塊莖形成與膨大, 從而引起馬鈴薯嚴(yán)重減產(chǎn)[3]。目前, 中國鹽堿地面積約1億公頃, 其中可利用鹽堿地約0.33億公頃[4]。培育抗鹽堿農(nóng)作物新品種是提高鹽堿地利用率、改善鹽堿地生態(tài)環(huán)境的重要手段。

鹽堿地主要成分有鹽土和堿土, 鹽土的可溶性鹽含量較多, 達(dá)0.6%以上; 而堿土中交換性鈉離子占陽離子總代換量的20%以上, pH值大于9[5]。與鹽土相比, 堿土不僅具有Na+毒害作用, 其含有的大量CO32–、HCO3–離子還導(dǎo)致土壤偏堿性, 因而對植物的危害高于中性鹽脅迫[6-8]。馬鈴薯適宜在弱酸性土壤中生長, 最佳pH在5.5～6.5, 當(dāng)pH達(dá)7.0以上時, 馬鈴薯生長開始受到抑制甚至出苗困難[9]。因此, 鹽堿地堿脅迫對馬鈴薯栽培生產(chǎn)具有更嚴(yán)重的不利影響。

農(nóng)田鹽堿地改良利用需要加強(qiáng)灌排體系的建設(shè)與運(yùn)行, 保證鹽堿土壤剖面的鹽平衡, 在此基礎(chǔ)上利用耐鹽堿植物品種和土壤改良劑提升資源利用效率[10]。無論采用傳統(tǒng)育種手段或者分子生物學(xué)育種技術(shù)培育耐鹽堿作物品種, 都不能缺少高耐受鹽堿脅迫的種質(zhì)材料。通過評價馬鈴薯種質(zhì)資源耐鹽堿性, 篩選出一批高耐受鹽堿脅迫的馬鈴薯種質(zhì)材料, 可為馬鈴薯抗鹽堿脅迫育種、抗性機(jī)理研究和抗性基因挖掘等奠定基礎(chǔ)。通過離體組織培養(yǎng)、盆栽試驗等方法, 已鑒定評價了多種四倍體馬鈴薯栽培種或種質(zhì)材料[11-19]和二倍體馬鈴薯[20-21]的耐鹽堿性。劉芳等[11]研究表明MS培養(yǎng)基中添加0.75% NaCl為馬鈴薯組培苗耐鹽性鑒定的最佳濃度, 并采用隸屬函數(shù)和聚類分析法對107份國內(nèi)外馬鈴薯材料進(jìn)行了耐鹽性鑒定與分類。李青等[12]研究認(rèn)為耐鹽篩選適宜濃度為100 mmol L–1, 以該濃度采用隸屬函數(shù)和聚類分析法鑒定了52份馬鈴薯種質(zhì)資源的耐鹽性。趙海紅等[18]通過盆栽試驗法對9個馬鈴薯品種在蘇打堿脅迫下的生理與農(nóng)藝性狀進(jìn)行了測定。趙海紅[19]和趙明輝等[20]分別在離體組織培養(yǎng)條件下對馬鈴薯蘇打堿耐受性進(jìn)行了評價。

植物在鹽脅迫與堿脅迫下具有不同的脅迫響應(yīng)與調(diào)控機(jī)制。郭家鑫等[22]研究發(fā)現(xiàn)棉花在鹽脅迫下糖類積累增加, 淀粉和蔗糖代謝通路活躍, 而在堿脅迫下有機(jī)酸積累增加, 檸檬酸循環(huán)通路更加活躍。馬鈴薯耐堿脅迫評價有助于高耐受堿脅迫馬鈴薯的篩選及馬鈴薯堿脅迫抗性響應(yīng)與調(diào)控機(jī)制的研究, 但是馬鈴薯堿脅迫耐受性鑒定仍未有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn), 對馬鈴薯種質(zhì)資源的耐堿性鑒定也不夠廣泛。本研究擬利用變異系數(shù)法篩選馬鈴薯組培苗耐堿性鑒定的適宜濃度, 探索建立馬鈴薯苗期耐堿性鑒定方法, 并對86個馬鈴薯品種(系)進(jìn)行耐堿性綜合評價與分類, 為馬鈴薯堿脅迫抗性機(jī)制研究和抗堿脅迫育種提供候選材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用馬鈴薯材料均為四倍體栽培種或育種材料, 包括17份栽培品種和69份育種材料, 由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所保存(表1)。69份育種材料包括部分國內(nèi)外收集保存和課題組30多年育種實踐中積累的雜交后代及高代系材料, 遺傳背景較為復(fù)雜, 材料熟性以早熟、中熟居多, 晚熟材料較少。

1.2 試驗方法

1.2.1 耐堿性鑒定適宜濃度篩選 試驗選用Bintje、SDP289、SDP292、SDP293、SDP297共5個馬鈴薯品種(系), 采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計, 檢測不同濃度堿脅迫對馬鈴薯生長表型的影響。MS固體培養(yǎng)基中添加NaHCO3模擬堿脅迫, 設(shè)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個濃度梯度。取3周齡馬鈴薯組培苗, 去除頂芽與最下端的腋芽, 將剩余植株切成各含有1個腋芽的約1 cm長莖段, 腋芽向上插入含有不同濃度NaHCO3的MS培養(yǎng)基。培養(yǎng)瓶直徑6 cm、高10 cm, 每瓶灌注30 mL培養(yǎng)基。每個培養(yǎng)瓶10個莖段, 作為一次生物學(xué)重復(fù), 3次重復(fù), 在23℃±2℃、16 h光照/8 h黑暗的環(huán)境條件下培養(yǎng)。15 d后測量統(tǒng)計株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率、有效生長率, 并計算各指標(biāo)的變異系數(shù)。

表1 供試馬鈴薯品種與種質(zhì)材料

1.2.2 耐堿性綜合評價與聚類分析 采用篩選出的耐堿性鑒定最適濃度5 mmol L–1對86個馬鈴薯品種(系)進(jìn)行NaHCO3堿脅迫處理, 以不添加NaHCO3的正常MS培養(yǎng)基作為對照。組培苗培養(yǎng)方法與條件同1.2.1, 生長15 d后測量統(tǒng)計株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率, 將各指標(biāo)測定值轉(zhuǎn)換為耐堿系數(shù)。通過主成分分析和隸屬函數(shù)轉(zhuǎn)化得出馬鈴薯耐堿性綜合評價值, 并對耐堿性綜合評價值進(jìn)行聚類分析。

1.2.3 表型指標(biāo)測定與統(tǒng)計分析 以游標(biāo)卡尺測量馬鈴薯組培苗從莖基部到頂端生長點(diǎn)之間的長度,記為株高。用清水沖洗去除組培苗根部附著的培養(yǎng)基, 吸干根系表面水分后從根系基部剪下, 萬分之一天平稱重, 記為根鮮重。將組培苗從莖基部剪下, 萬分之一天平稱量莖和葉片重量, 記為莖葉鮮重。組培苗長出肉眼可辨的根時即為生根, 生根率為生根組培苗株數(shù)占組培苗總株數(shù)的百分比。有效生長率為有效生長的組培苗株數(shù)占組培苗總株數(shù)的百分比[11]。有效生長植株標(biāo)準(zhǔn)為莖段再生植株高于10 mm,葉色、株型基本正常, 非簇生狀的組培苗[23]。各指標(biāo)耐堿系數(shù)為堿脅迫下指標(biāo)測定值與正常條件下指標(biāo)測定值的比值。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

86個馬鈴薯品種(系)的每個綜合指標(biāo)值采用隸屬函數(shù)

= 1, 2, 3, …,(1)

轉(zhuǎn)換為值域[0, 1]的隸屬函數(shù)值, 式中,x表示第個綜合指標(biāo)值,max表示第個綜合指標(biāo)中的最大值,min表示第個綜合指標(biāo)中的最小值。

主成分分析提取的各綜合指標(biāo)權(quán)重

式中,w表示第個綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度,p表示主成分分析所得的各個綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

馬鈴薯耐堿性綜合評價值計算公式

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析、主成分分析和逐步回歸分析, 使用Origin 2022軟件進(jìn)行箱線圖繪制和聚類分析。聚類分析選擇組平均連接法(group average linkage)和歐氏距離(Euclidean distance)。馬鈴薯耐堿性分級參考聚類分析的聚類分組結(jié)果進(jìn)行劃分。使用SPSS 19.0軟件分析不同堿脅迫處理之間數(shù)據(jù)的差異顯著性, 2組數(shù)據(jù)之間采用獨(dú)立樣本檢驗方法, 多組數(shù)據(jù)之間采用Duncan’s法進(jìn)行多組樣本間的單因素方差分析(One-way ANOVA)。

2 結(jié)果與分析

2.1 馬鈴薯耐堿性鑒定適宜濃度篩選

堿脅迫處理下, 5個馬鈴薯品種(系)株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率、有效生長率等性狀均有不同程度的降低, 各性狀指標(biāo)隨著堿脅迫濃度的增加而逐漸下降(表2)。不同濃度堿脅迫下生理指標(biāo)的變異系數(shù)結(jié)果表明, 株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率的變異系數(shù)隨著脅迫濃度的增加而逐漸增大。在10 mmol L–1NaHCO3處理下, 5個馬鈴薯品種(系)均不生根, 因此根鮮重和生根率分別為0 mg和0, 對應(yīng)的變異系數(shù)也均為0。

分析株高、莖葉鮮重、根鮮重和生根率的變異系數(shù)總和發(fā)現(xiàn), 總變異系數(shù)隨堿脅迫濃度增加呈先升高后降低的趨勢, 在7.5 mmol L–1NaHCO3堿脅迫下最高, 達(dá)223.6% (表3)?？傋儺愊禂?shù)越大, 說明該濃度堿脅迫下不同馬鈴薯品種(系)之間表型差異越明顯。然而, 隨著堿脅迫濃度的增加, 馬鈴薯組培苗的有效生長率也逐漸降低。在0、2.5、5 mmol L–1NaHCO3堿脅迫下, 5個馬鈴薯品種(系)組培苗的平均有效生長率在90.0%以上; 當(dāng)堿脅迫濃度增大到7.5和10 mmol L–1時, 平均有效生長率僅為58.0%和21.3% (表2)。綜合總變異系數(shù)和有效生長率2項指標(biāo), 確定5 mmol L–1為NaHCO3堿脅迫抗性鑒定最適濃度。該濃度NaHCO3堿脅迫下, 馬鈴薯組培苗既能有效生長(有效生長率90.0%), 不同馬鈴薯品種(系)之間也具有明顯的表型差異(總變異系數(shù)143.4%)。

表2 馬鈴薯組培苗在不同濃度NaHCO3脅迫下表型

(續(xù)表2)

對于同一品種的同一性狀, 不同濃度堿脅迫處理間數(shù)據(jù)的差異顯著性以不同小寫字母(< 0.05)標(biāo)記。

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 不同濃度NaHCO3脅迫下馬鈴薯組培苗表型性狀變異系數(shù)

2.2 馬鈴薯種質(zhì)資源耐堿系數(shù)

與正常生長條件相比, 5 mmol L–1NaHCO3堿脅迫下86個馬鈴薯品種(系)的株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率4個性狀均表現(xiàn)出顯著(< 0.001)下降的變化趨勢(圖1)。堿脅迫下大多數(shù)馬鈴薯品種(系)的4種表型性狀均發(fā)生不同程度的下降, 但也有部分品種的某些表型性狀保持不變甚至增強(qiáng)(表4)。其中, 株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率性狀耐堿系數(shù)大于或等于1的馬鈴薯品種(系)個數(shù)分別為6、15、2、25個, 說明不同表型性狀對于堿脅迫的敏感性與響應(yīng)不同, 因此相應(yīng)指標(biāo)在耐堿性評價中所占權(quán)重也應(yīng)有所不同, 不能一概而論。

圖1 正常條件與堿脅迫下馬鈴薯表型性狀

CK: 正常條件; T: 堿脅迫; ***:< 0.001。CK: normal condition; T: alkaline stress; ***:< 0.001.

(續(xù)表4)

2.3 馬鈴薯種質(zhì)資源耐堿性綜合評價

為了更準(zhǔn)確地評價86份馬鈴薯品種(系)耐堿性, 采用主成分分析法對4個表型指標(biāo)耐堿系數(shù)進(jìn)行分析并重構(gòu)為一組新的、互相無關(guān)的綜合指標(biāo), 并確定每個綜合指標(biāo)的權(quán)重, 計算得出每個馬鈴薯品種(系)的耐堿性綜合評價值, 從而對馬鈴薯品種(系)的耐堿性進(jìn)行綜合評價。Pearson相關(guān)性分析表明, 本研究采用的4個表型指標(biāo)耐堿系數(shù)之間均存在顯著正相關(guān)性(**:< 0.01), 滿足主成分分析的要求(表5)。其中, 莖葉鮮重耐堿系數(shù)與株高耐堿系數(shù)之間的相關(guān)性最強(qiáng), 而根鮮重耐堿系數(shù)與生根率耐堿系數(shù)之間的相關(guān)性最弱。

基于綜合指標(biāo)特征值>1或綜合指標(biāo)累計貢獻(xiàn)率>80%的提取原則, 主成分分析共提取到2個綜合指標(biāo), 并計算了4個表型指標(biāo)耐堿系數(shù)在各個綜合指標(biāo)中的特征向量(表6)。綜合指標(biāo)PC1的特征值為2.980, 貢獻(xiàn)率為74.501%, PC2特征值是0.519, 貢獻(xiàn)率是12.966%, 2個綜合指標(biāo)累計貢獻(xiàn)率為87.467%。

表5 馬鈴薯表型指標(biāo)耐堿系數(shù)相關(guān)性分析

**:< 0.01.

表6 馬鈴薯表型指標(biāo)耐堿系數(shù)主成分分析

根據(jù)表6中的特征向量值和86份馬鈴薯品種(系)表型指標(biāo)耐堿系數(shù)計算每個馬鈴薯品種(系)的綜合指標(biāo)PC1和PC2數(shù)值。為了便于不同指標(biāo)之間的科學(xué)運(yùn)算, 采用隸屬函數(shù)公式(1)將各綜合指標(biāo)值分別轉(zhuǎn)換為值域為[0, 1]的隸屬函數(shù)值。通過公式(2)分別計算綜合指標(biāo)PC1和PC2的權(quán)重。最終代入公式(3)計算出86份馬鈴薯品種(系)耐堿性綜合評價值(表7)。其中, 中薯3號綜合評價值最低, 為0.028; 北方008綜合評價值最高, 為0.852。

2.4 馬鈴薯種質(zhì)資源耐堿性聚類分析及數(shù)學(xué)模型的建立

進(jìn)一步對86份馬鈴薯品種(系)耐堿性綜合評價值進(jìn)行聚類分析, 根據(jù)聚類分枝拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以將其分為5組, 分別命名為I～V (圖2)。I組包含8份馬鈴薯品種(系),值均小于0.16, 對堿脅迫響應(yīng)敏感, 耐堿性弱。II組包含33份馬鈴薯品種(系),值介于0.19～0.41之間, 對堿脅迫響應(yīng)較為敏感, 耐堿性較弱。III組包含21份馬鈴薯品種(系),值介于0.42～0.57之間, 具有中等耐堿性。IV組包含18份馬鈴薯品種(系),值介于0.59～0.72之間, 具有較高耐堿性。V組僅包含6份馬鈴薯品種(系),值均大于0.75, 耐堿性強(qiáng)。具備較強(qiáng)或強(qiáng)耐堿性的馬鈴薯品種(系)共24份, 占本研究所評價馬鈴薯品種(系)的27.9%, 表明馬鈴薯耐堿脅迫種質(zhì)資源相對貧乏。

為了方便對其他馬鈴薯品種(系)進(jìn)行耐堿性評價, 通過逐步回歸分析建立馬鈴薯耐堿性綜合評價多元線性回歸數(shù)學(xué)模型。以86份馬鈴薯品種(系)的株高(1)、莖葉鮮重(2)、根鮮重(3)、生根率(4)表型耐堿系數(shù)作為自變量, 耐堿性綜合評價值作為因變量, 經(jīng)逐步回歸分析得到方程= 0.2141+ 0.3412+ 0.3983– 0.1774– 0.026, 方程的調(diào)整后2為0.9999,< 0.0001, 說明方程擬合結(jié)果良好。在同樣的堿脅迫處理條件下測定其他馬鈴薯品種(系)株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率表型耐堿系數(shù), 可以利用該方程計算耐堿性綜合評價值, 評估其苗期耐堿性。

表7 馬鈴薯耐堿性綜合評價

圖2 馬鈴薯耐堿性聚類分析

3 討論

3.1 馬鈴薯耐堿性評價脅迫時期的選擇

農(nóng)作物在不同生長時期的耐鹽性存在一定差異[24],例如水稻芽期耐鹽性高于生殖生長時期[25], 番茄在萌發(fā)期與營養(yǎng)生長期的耐鹽堿能力不同[26]。通常情況下, 農(nóng)作物耐鹽堿性鑒定評價可在萌發(fā)期和幼苗期進(jìn)行, 萌發(fā)期耐鹽堿能力決定了鹽堿脅迫下農(nóng)作物種子出苗率, 幼苗期耐鹽堿能力則決定了農(nóng)作物能否在鹽堿脅迫下正常生長。選擇種子或者幼苗進(jìn)行耐鹽堿性鑒定評價, 具有個體差異較小、評價周期短、評價效率高的優(yōu)點(diǎn), 適用于農(nóng)作物大批量種質(zhì)資源耐鹽堿性的初步評估。已有研究表明, 鹽脅迫下馬鈴薯的萌發(fā)與幼苗生長均受到嚴(yán)重影響, 出苗率、株高、葉綠素相對含量、抗氧化酶活性均隨著鹽脅迫濃度增加而降低[27]。因此本研究選擇組培苗莖段作為研究對象, 對馬鈴薯從萌發(fā)至幼苗初期的耐堿性進(jìn)行鑒定評價。

3.2 馬鈴薯耐堿性評價方法的選擇

馬鈴薯鹽堿抗性評價常用的試驗方法有大田鑒定法、盆栽法、組織培養(yǎng)法等[28-32]。大田鑒定法易于觀察表型, 可以進(jìn)行全生育期的跟蹤監(jiān)測, 獲得最全面可靠的鑒定結(jié)果。但是受限于土壤鹽堿分布不均, 環(huán)境條件可控性與一致性較低, 因而重復(fù)性差且評價周期長。盆栽法便于調(diào)控脅迫處理的強(qiáng)度和時間, 但用于大量植物材料的表型鑒定時則費(fèi)時費(fèi)力, 效率相對較低。組織培養(yǎng)法對脅迫處理強(qiáng)度與時間的可控性更強(qiáng), 且組培苗對脅迫處理敏感, 表型明顯, 重復(fù)性好, 但不利于統(tǒng)計產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀。由于組織培養(yǎng)法具有更低的工作量和更短的評價周期, 因而有利于大規(guī)模材料的快速初步鑒定評價[11]。前人有關(guān)馬鈴薯耐鹽堿性評價研究多選用培養(yǎng)基模擬脅迫方式[9,19-20,33]。當(dāng)然, 培養(yǎng)基脅迫處理及培養(yǎng)室的培養(yǎng)條件與大田土壤、溫濕度等條件存在巨大差異, 實驗室篩選獲得的指標(biāo)性能并不能與田間表現(xiàn)等同。本研究選擇在馬鈴薯組培苗正常生長所需的MS培養(yǎng)基中施加一定濃度的NaHCO3模擬堿脅迫, 快速對大量馬鈴薯種質(zhì)資源進(jìn)行耐堿性初步評價, 篩選出的耐堿脅迫種質(zhì)材料需要進(jìn)一步種植于鹽堿地中, 進(jìn)行全生育期耐堿性鑒定評價與產(chǎn)量測定, 才能獲得更全面準(zhǔn)確的耐堿性評價。

3.3 馬鈴薯耐堿性評價指標(biāo)的選擇

鹽堿脅迫對植物最顯著的影響是抑制萌發(fā)與生長, 植物的株高下降, 葉、莖、根等重量降低[34]。形態(tài)變化是作物受到逆境脅迫后最直接的反應(yīng), 因而在作物耐鹽堿性鑒定評價中被廣泛使用。例如, 水稻[35]、小麥[36]、大豆[37]、綠豆[38]、甘薯[39]、馬鈴薯[12]等通過檢測株高、葉片干重/鮮重、根干重/鮮重、根長、生物量等形態(tài)指標(biāo)進(jìn)行耐鹽堿性評價。

鹽堿脅迫下植物的多種生理指標(biāo)也會發(fā)生顯著變化。鹽堿脅迫下, 植物葉片葉綠體結(jié)構(gòu)遭到破壞, 葉綠素含量下降[40]。逆境脅迫導(dǎo)致植物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量過氧化物, 丙二醛是植物細(xì)胞在逆境脅迫下膜脂發(fā)生過氧化的產(chǎn)物, 其含量越高, 表明植物細(xì)胞受逆境傷害越大[41]。鹽堿脅迫破壞細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu), 為了保護(hù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)不受損害, 胞內(nèi)活性氧清除系統(tǒng)活性會隨之提高。植物體內(nèi)的活性氧清除酶主要有過氧化物酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等[42]。因此, 葉綠素、丙二醛、脯氨酸含量及活性氧清除酶活性等生理生化指標(biāo)也常應(yīng)用于農(nóng)作物耐鹽堿性鑒定評價[43-47]。生理生化指標(biāo)的測定受植株個體差異、脅迫方式與持續(xù)時間、取樣部位等因素影響較多, 波動性強(qiáng), 重復(fù)性相對較低, 費(fèi)時費(fèi)力且工作量較大。脅迫抗性評價指標(biāo)需根據(jù)試驗條件和試驗?zāi)康倪M(jìn)行選擇。

4 結(jié)論

通過變異系數(shù)法篩選出離體條件下馬鈴薯組培苗耐堿性鑒定評價最適濃度為5 mmol L–1NaHCO3, 并建立了以株高、莖葉鮮重、根鮮重、生根率等性狀耐堿系數(shù)為評價指標(biāo)的耐堿性評價體系。利用建立的耐堿性評價體系對86份馬鈴薯品種(系)進(jìn)行耐堿性評價與聚類分析, 86份馬鈴薯品種(系)分為5組,其中強(qiáng)耐堿馬鈴薯品種(系) 6份, 為北方008、SDP632、SDP562、SDP274、SDP869和SDP750, 堿敏感馬鈴薯品種(系) 8份, 為中薯3號、SDP291、SDP292、SDP539、SDP606、SDP289、SDP744、SDP428。

[1] 謝從華, 柳俊. 中國馬鈴薯從濟(jì)荒作物到主糧之變遷. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 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).

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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

本研究由山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新人才及團(tuán)隊引進(jìn)工程(“333工程”)項目(CXGC2021B17), 山東省農(nóng)業(yè)良種工程(2020LZGC003)和山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程-馬鈴薯種質(zhì)資源創(chuàng)新及利用項目(CXGC2022C03)資助。

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

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