NaCl脅迫對(duì)馬鈴薯生理生化特性產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

姚彥紅 康益晨 楊昕宇 李德明 潘曉春 李豐先 董愛(ài)云

摘要：為探明鹽脅迫對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響，以定薯4號(hào)脫毒原原種為材料，采用盆栽方式，以4個(gè)NaCl濃度處理模擬不同程度鹽逆境，研究NaCl處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)、抗氧化系統(tǒng)、葉片超微結(jié)構(gòu)及淀粉粒形態(tài)的影響。結(jié)果表明，隨著NaCl濃度的增加，馬鈴薯產(chǎn)量及品質(zhì)均會(huì)發(fā)生不同程度的下降，葉片丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、過(guò)氧化物酶（SOD）及超氧化歧化酶（POD）含量（活性）均有不同程度升高，葉片超微結(jié)構(gòu)和淀粉粒形態(tài)發(fā)生變化。鹽逆境嚴(yán)重抑制了馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育，鹽逆境下氨基酸含量、可溶性蛋白含量、酚類(lèi)物質(zhì)含量及淀粉含量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞：NaCl脅迫;產(chǎn)量;品質(zhì);抗氧化系統(tǒng);超微結(jié)構(gòu);淀粉粒

Abstract：In order to explore the effects of salt stress on potato growth and yield. Using of the original seed of Dingshu 4 as the material with the potted method， the effects of NaCl on potato yield， quality，antioxidant system， ultrastructure of leaves and starch grain morphology were studied by using 4 NaCl concentrations to simulate different degrees of salt stress. The results showed that with the increase of NaCl concentration， the yield and quality of potato decreased to different degrees， the content（activity） of malondialdehyde（MDA）， proline（Pro）， peroxidase（SOD） and POD in leaves increased to different degrees，and the ultrastructure and starch morphology of leaves changed. The content of amino acid， soluble protein，phenolic substance and starch were positively correlated with the yield of potato under salt stress.

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）屬多年生草本植物，是我國(guó)廣泛種植的一種農(nóng)作物，產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、味道佳，深受大眾喜愛(ài)，自2015年起，我國(guó)農(nóng)業(yè)部啟動(dòng)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，馬鈴薯在生產(chǎn)中的地位愈發(fā)重要[1 - 2 ]。甘肅省定西市為中國(guó)馬鈴薯的主產(chǎn)區(qū)之一，得天獨(dú)厚的地理環(huán)境和自然條件使定西市成為中國(guó)乃至世界馬鈴薯最佳適種區(qū)之一，每年向全國(guó)各省市提供大量的馬鈴薯，被譽(yù)為“中國(guó)馬鈴薯之鄉(xiāng)”[3 - 4 ]。然而，隨著化學(xué)肥料和農(nóng)藥的濫施濫用，不科學(xué)的種植制度及灌水，嚴(yán)重影響了定西市土壤質(zhì)量，加之定西市屬于半干旱區(qū)，土壤蒸發(fā)量大于降水量，土壤鹽分隨水分的蒸發(fā)向上運(yùn)動(dòng)，使鹽分積累在土壤表層，使得土地鹽漬化愈發(fā)嚴(yán)重。當(dāng)土壤含鹽量超過(guò)3 g/kg時(shí)，就會(huì)形成鹽漬災(zāi)害。過(guò)量的Na+離子會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用并抑制植物對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)離子的吸收和利用[5 ]，當(dāng)土壤溶液中鹽成分過(guò)量時(shí)，會(huì)降低植物的吸水能力，從而導(dǎo)致植物水分虧缺，生長(zhǎng)受到抑制，主要體現(xiàn)在抑制植物組織和器官的生長(zhǎng)和分化，提前植物的發(fā)育進(jìn)程[6 ]。目前，有關(guān)馬鈴薯鹽逆境的研究大多以馬鈴薯試管苗為材料[7 ]，且多集中于植株生長(zhǎng)發(fā)育前期，對(duì)其生理變化的研究大都缺乏連貫性，且因材料限制，難以對(duì)其產(chǎn)量及品質(zhì)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)進(jìn)行研究。部分學(xué)者采用田間試驗(yàn)的方法利用鹽漬化土壤進(jìn)行馬鈴薯栽培，研究了鹽逆境對(duì)其產(chǎn)量構(gòu)成的影響[8 ]，但因試驗(yàn)地的復(fù)雜性，難以精確衡量馬鈴薯對(duì)單鹽逆境的響應(yīng)，結(jié)果缺乏廣泛適用性。

為探明NaCl脅迫對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，我們以馬鈴薯原原種為材料、NaCl不同濃度為處理布置盆栽試驗(yàn)，對(duì)馬鈴薯生理生化特性、產(chǎn)量及品質(zhì)進(jìn)行了分析，探究馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)鹽脅迫的響應(yīng)規(guī)律，以期探明馬鈴薯對(duì)鹽傷害的反應(yīng)機(jī)理，為其抗鹽生理和抗鹽育種奠定基礎(chǔ)，同時(shí)為旱作區(qū)馬鈴薯增產(chǎn)提質(zhì)提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

指示馬鈴薯品種為定薯4號(hào)原原種，由甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。定薯4號(hào)為中晚熟品種，生育期114 d左右，蒸煮食味優(yōu)。薯塊休眠期長(zhǎng)，耐運(yùn)輸、貯藏?？雇硪卟?，對(duì)花葉病毒病具有較好的田間抗 性[9 ]。供試肥料速溶硫酸鉀（K2O≥52%），為俄羅斯原裝進(jìn)口，規(guī)格為20 kg/袋;尿素（N≥46%），由天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)，規(guī)格為500 g/盒;普通過(guò)磷酸鈣（P2O5≥15%），由天津市大茂化學(xué)試劑廠生產(chǎn)，規(guī)格為500 g/盒。

1.2? ?試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2018年4 — 9月在甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院進(jìn)行。采用盆栽種植方式，培養(yǎng)盆規(guī)格為30 cm×30 cm，栽培基質(zhì)以蛭石和珍珠巖按體積比4∶1的比例混合均勻，播種前將基質(zhì)總量0.2%的50%多菌靈可濕性粉劑拌入基質(zhì)消毒后入盆。各處理均種植20盆，基質(zhì)厚22 cm，播種前2 d澆透水。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)NaCl濃度處理，分別為0（CK）、60（T1）、120（T2）、180（T3）、240 mmol/L（T4）。2018年4月17日選擇飽滿(mǎn)芽體種薯播種，每盆1個(gè)薯塊，芽體朝上，每7 d按試驗(yàn)方案以不同濃度NaCl溶液澆灌盆栽1次，每次2 L。各處理肥料施用總量為速溶硫酸鉀5.827 g/株、普通過(guò)磷酸鈣10.694 g/株、尿素7.575 g/株，其中基肥與追肥各占肥料施用總量的1/2，于現(xiàn)蕾期（6月20日）追肥。馬鈴薯苗齊后用遮陽(yáng)網(wǎng)遮陰，常規(guī)管理，分別于6月20日、7月20日、8月20日取樣，9月20日收獲。

1.3? ?測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1? ? 馬鈴薯產(chǎn)量? ? 馬鈴薯成熟后收獲計(jì)產(chǎn)并折合產(chǎn)量。

1.3.2? ? 馬鈴薯抗氧化酶活性? ? 分別于6月20日、7月20日、8月20日進(jìn)行葉片抗氧化酶活性測(cè)定。其中超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑（NBT）光還原法[10 ]，過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚氧化法[10 ]，丙二醛（MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸法[10 ]，葉片中脯氨酸（Pro）含量采用磺基水楊酸法測(cè)定[10 ]。

1.3.3? ? 葉片微觀結(jié)構(gòu)? ? 于盛花期（7月20日）選取差異較大的處理，用日本生產(chǎn)的JEM- 1230JEOL透射電子顯微鏡觀察并拍照[11 ]。

1.3.4? ? 薯塊淀粉粒形態(tài)? ? 用光學(xué)顯微鏡觀? ?察 [12 ]。

1.3.5? ?馬鈴薯塊莖品質(zhì)測(cè)定? ? 9月20日收獲后隨機(jī)選取各處理有代表性的薯塊，去皮后進(jìn)行品質(zhì)測(cè)定，3次重復(fù)。淀粉含量采用碘比色法測(cè)定[13 ]，還原糖含量采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法測(cè)定[14 ]，Vc含量采用紫外分光光度法測(cè)定[13 ]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定[13 ]，氨基酸含量采用茚三酮比色法測(cè)定[13 ]，酚類(lèi)物質(zhì)含量采用Folin酚試劑法測(cè)定[15 ]。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel 2010 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，用Origin 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及作圖。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?NaCl脅迫對(duì)馬鈴薯塊莖產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

2.1.1? ? 產(chǎn)量? ? 通過(guò)圖1可以看出，隨著NaCl濃度增大，馬鈴薯產(chǎn)量呈減小趨勢(shì)。處理 他處理;處理T1、處理T2與CK相比，減產(chǎn)率分別為5.9%和10.0%;處理T3、處理T4產(chǎn)量顯著低于其他處理，分別為16 468、15 874 kg/hm2，與CK相比，減產(chǎn)率分別為20.0%和23.0%，可見(jiàn)，NaCl脅迫會(huì)造成馬鈴薯減產(chǎn)。

2.1.2? ? 品質(zhì)? ? 如圖2所示，隨著NaCl濃度的增大，各品質(zhì)指標(biāo)均有不同程度變化。淀粉含量以處理CK最高，與處理T1無(wú)顯著差異，顯著高于處理T2、處理T3、處理T4。氨基酸含量以處理CK最高，與處理T1、處理T2無(wú)顯著差異，與處理T3、處理T4差異顯著，較處理T3、處理T4分別高10.0%、14.0%?？扇苄缘鞍缀康目傮w由大到小表現(xiàn)為CK、處理T1、處理T2、處理T3、處理T4，各處理間無(wú)顯著差異。還原糖含量以CK最高，顯著高于其余處理;其次為處理T1，與處理T2無(wú)顯著差異，顯著高于處理T3、處理T4;處理T4顯著低于其他處理，比CK低39.0%。Vc含量以CK最高，顯著高于其他處理，其他各處理間無(wú)顯著差異。酚類(lèi)物質(zhì)含量以CK最高，顯著高于其余處理;其次為處理T1，顯著高于處理T2、處理T3、處理T4;處理T2與處理T3無(wú)顯著差異，顯著高于T4;處理T3、處理T4間差異不顯著。

2.2? ?NaCl脅迫對(duì)馬鈴薯抗氧化系統(tǒng)的影響

由圖3可以看出，丙二醛含量在馬鈴薯整個(gè)生育期內(nèi)呈持續(xù)升高趨勢(shì)。6月20日，處理T3、處理T4極顯著高于其余處理，處理T2極顯著高于處理T1與CK;7月20日，處理T4極顯著高于其余處理，處理T3極顯著高于處理T1與CK;8月20日，各處理間差異與6月20日相同。SOD活性在整個(gè)生育期呈先升高后降低的趨勢(shì)，各個(gè)生育期差異趨勢(shì)大致相同，均為處理T4、處理T3極顯著高于其余處理，處理T2極顯著高于處理T1與CK。POD活性在馬鈴薯整個(gè)生育期趨勢(shì)呈先升高后降低的趨勢(shì)。6月20日與7月20日，各處理間差異均為處理T3、處理T4極顯著高于處理CK、處理T1、處理T2。脯氨酸含量在馬鈴薯整個(gè)生育期趨勢(shì)與POD活性的趨勢(shì)大致相同，均呈先升高后降低的趨勢(shì)，且在3個(gè)時(shí)期各處理間顯著性差異相同，均為處理T4極顯著高于其余處理，處理T3極顯著高于CK、處理T1及處理T2。

2.3? ?鹽脅迫對(duì)馬鈴薯葉片微觀結(jié)構(gòu)及淀粉粒形態(tài)的影響

由于只有在濃度差異較大時(shí)電鏡觀察效果明顯，故葉片超微結(jié)構(gòu)觀察選取了差異較大、有代表性的處理。如圖4，在放大4 000倍時(shí)可看出，CK細(xì)胞整體結(jié)構(gòu)完整，葉綠體含量最多，葉綠體形態(tài)最為規(guī)整，呈長(zhǎng)橢圓形，且與細(xì)胞壁緊密貼合，葉綠體內(nèi)淀粉粒含量多，淀粉粒大飽滿(mǎn)，而處理T4葉綠體含量相對(duì)減少，且出現(xiàn)葉綠體與細(xì)胞壁分離的現(xiàn)象。放大至20 000倍時(shí)可看出，處理T2和處理T4葉綠體均發(fā)生不同程度變形，不再是規(guī)則的橢圓形。放大倍數(shù)為40 000時(shí)，CK和處理T2可明顯看到葉綠體的雙層膜結(jié)構(gòu)，基粒片層致密緊湊的排列在葉綠體上，而處理T4葉綠體被膜與基粒片層相對(duì)模糊，且葉綠體嚴(yán)重變形。

由圖5可看出，各處理間馬鈴薯淀粉粒大小及形狀均有較大差異。放大40倍時(shí)，可以觀察到CK的淀粉顆粒直徑大于其他各處理，平均粒徑約為65 μm，而處理T4淀粉顆粒較小，平均粒徑約為45 μm;放大100倍時(shí)，可觀察到淀粉顆粒上有同心環(huán)狀紋理，中心點(diǎn)為馬鈴薯淀粉粒臍點(diǎn)，淀粉顆粒較大時(shí)臍點(diǎn)偏于一端。CK、處理T1及處理T2的淀粉顆粒形狀規(guī)整，呈卵圓型，而處理T3和處理T4淀粉粒形狀發(fā)生了不同程度的變形。

2.4? ?馬鈴薯產(chǎn)量與品質(zhì)及抗氧化系統(tǒng)的相關(guān)性分析和聚類(lèi)分析

利用Origin軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化。顏色越深，越接近+1，說(shuō)明正相關(guān)性越大;顏色越淺，越接近-1，說(shuō)明負(fù)相關(guān)性越大。從圖6可以看出，產(chǎn)量與氨基酸含量、可溶性蛋白含量、酚類(lèi)物質(zhì)含量、淀粉含量呈極顯著正相關(guān)，與還原糖含量及Vc含量呈顯著正相關(guān)。其中，與氨基酸含量正相關(guān)性最大，r=0.998，按與產(chǎn)量正相關(guān)性由大到小依次為可溶性蛋白含量（r=0.982）、酚類(lèi)物質(zhì)含量（r=0.981）、淀粉含量（r=0.965）、還原糖含量（r=0.958）、Vc含量（r=0.935）。產(chǎn)量與POD活性呈極顯著負(fù)相關(guān)，r=-0.990，與脯氨酸含量、過(guò)氧化物酶（SOD）活性及丙二醛（MDA）含量呈顯著負(fù)相關(guān)。產(chǎn)量、氨基酸含量、可溶性蛋白含量、酚類(lèi)物質(zhì)含量、淀粉含量、還原糖含量及Vc含量均與超氧化歧化酶（POD）活性呈負(fù)相關(guān)。

根據(jù)不同指標(biāo)間的差異，對(duì)各處理進(jìn)行了聚類(lèi)分析，可將所有處理分為3類(lèi)，分別是處理T3和處理T4、處理T2和處理T1、CK。其中，處理T3及處理T4與其他處理相對(duì)距離較大，表明處理T3和處理T4的相似性較大，但與其他3個(gè)處理差異較大。根據(jù)各處理間差異，對(duì)多指標(biāo)進(jìn)行了聚類(lèi)分析，最多歸為6類(lèi)。圖7中色彩的差異反映了各指標(biāo)數(shù)值間的差異，CK的產(chǎn)量及各項(xiàng)品質(zhì)參數(shù)均高于其他處理，而處理T3、處理T4的產(chǎn)量及各項(xiàng)品質(zhì)參數(shù)在數(shù)值上表現(xiàn)為下降，且處理T3、處理T4的脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、丙二醛（MDA）含量在數(shù)值上均高于其他各處理。

3? ?結(jié)論與討論

研究表明，NaCl處理會(huì)顯著降低馬鈴薯薯塊產(chǎn)量及品質(zhì)，葉片的丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、過(guò)氧化物酶（SOD）及超氧化歧化酶（POD）含量（活性）顯著升高，葉片超微結(jié)構(gòu)和淀粉粒形態(tài)遭到破壞。鹽逆境下氨基酸含量、可溶性蛋白含量、酚類(lèi)物質(zhì)含量及淀粉含量與馬鈴薯產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)。

目前，有關(guān)馬鈴薯非生物逆境的研究大多集中于水分上[16 - 17 ]，鹽逆境的研究大多以馬鈴薯試管苗為材料[18 ]，且多集中于植株生長(zhǎng)發(fā)育前期，難以衡量其產(chǎn)量及品質(zhì)等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)[19 - 20 ]。部分學(xué)者采用田間試驗(yàn)的方法利用鹽漬化土壤進(jìn)行馬鈴薯栽培[8 ]，研究鹽逆境對(duì)其產(chǎn)量構(gòu)成的影響，但因試驗(yàn)地的復(fù)雜性，難以精確衡量馬鈴薯對(duì)單鹽逆境的響應(yīng)。本試驗(yàn)在前人的基礎(chǔ)上，采用基質(zhì)栽培，既可以對(duì)馬鈴薯整個(gè)生育期進(jìn)行研究，同時(shí)也避免了因土壤復(fù)雜性給試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的誤差。

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（本文責(zé)編：陳? ? 偉）