南方冬作區(qū)馬鈴薯新品種閩薯2號耐寒性鑒定

羅文彬 李華偉 許國春 林志堅 紀榮昌 許泳清 邱思鑫 湯浩

（福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南方薯類科學(xué)觀測實驗站，福建省特色旱作物品種選育工程技術(shù)研究中心，福建福州 350013）

馬鈴薯是福建省第三大糧食作物，種植類型主要有冬種、春種和秋種。福建省是南方冬作馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)之一，多年來利用冬閑田發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè)取得了較高的經(jīng)濟效益。福建省冬作馬鈴薯面積占全省馬鈴薯總種植面積的85%以上（湯浩 等，2006；湯浩，2010；凌永勝 等，2018）。然而，由于生產(chǎn)上應(yīng)用的馬鈴薯品種均不耐低溫霜凍，福建省馬鈴薯生產(chǎn)基本上每年都會受到不同程度的霜凍影響，2016 年的霜凍氣候造成了福建沿海馬鈴薯受凍面積約1.67 萬hm，減產(chǎn)20%左右；受凍特別嚴重的地區(qū)，植株凍死，減產(chǎn)60%左右（薛凌英 等，2016）。在全國范圍內(nèi)，2008 年的特大低溫霜凍災(zāi)害使南方冬作區(qū)馬鈴薯受災(zāi)面積達到了40.93 萬hm，直接經(jīng)濟損失約10 億元（魏亮 等，2012），造成了嚴重的經(jīng)濟損失。低溫霜凍已成為制約馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一（李飛 等，2008）。因此，選育耐寒的馬鈴薯新品種，對南方冬作馬鈴薯區(qū)域發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。

我國馬鈴薯栽培品種遺傳背景狹窄，大多數(shù)品種不耐低溫霜凍，為篩選抗寒種質(zhì)和選育抗寒品種，首先需對馬鈴薯種質(zhì)資源進行耐寒性評價。評價馬鈴薯種質(zhì)資源耐寒性的方法主要有田間自然霜凍法、電導(dǎo)率法、隸屬函數(shù)法等（李飛，2008；劉浩和張宗山，2008；楊超英，2014）。涂衛(wèi)等（2015）利用模擬田間自然霜凍法和電導(dǎo)率法建立了馬鈴薯苗期抗寒性直接鑒定法，并應(yīng)用該方法對馬鈴薯抗寒資源進行了篩選。魏亮等（2017）利用電解質(zhì)滲漏法結(jié)合田間自然霜凍法評價馬鈴薯抗寒性，室內(nèi)鑒定的LT與田間自然霜凍損傷結(jié)果呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.928 7，表明室內(nèi)低溫鑒定結(jié)果真實可信。楊慧菊和郭華春（2017）采用主成分分析法、隸屬函數(shù)法和聚類分析法對馬鈴薯品種的抗寒性進行了綜合評價；丁紅映等（2020）采用主成分分析、隸屬函數(shù)和聚類分析3 種方法對馬鈴薯材料的耐寒性進行綜合評價，結(jié)果表明丙二醛、可溶性蛋白含量和SOD 活性可作為評價馬鈴薯耐寒性的重要參考指標。

閩薯2 號系福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所2018 年育成的馬鈴薯新品種（羅文彬 等，2019），該品種產(chǎn)量高，商品薯率高，抗馬鈴薯X 病毒和馬鈴薯Y 病毒，為目前福建省主要推廣品種。為了鑒定和評價閩薯2 號的耐寒性，本試驗以生產(chǎn)中主栽品種費烏瑞它為對照，采用電導(dǎo)率法和田間自然霜凍法，測定馴化前后離體葉片半致死溫度（LT），霜凍前后植株損傷等級、形態(tài)特征和葉片微生物多樣性指數(shù)，綜合評價閩薯2 號的耐寒性，探討其耐寒機理，以期為馬鈴薯抗寒育種的親本選擇及南方冬作區(qū)馬鈴薯耐寒品種的應(yīng)用推廣提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試馬鈴薯閩薯2 號及對照費烏瑞它的種薯級別均為原種。

1.2 室內(nèi)耐寒性鑒定法

室內(nèi)耐寒性鑒定于2018 年3—4 月在福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所進行，采用電導(dǎo)率法進行測定（李飛 等，2008）。組培苗移栽生長4 周后進行煉苗，然后移至10 cm × 10 cm 的塑料缽中，置于植物生長室（16 h 光照/8 h 黑暗、22 ℃/18 ℃、濕度60% ± 10%）生長4 周后測定離體葉片半致死溫度（LT）；之后，將植株轉(zhuǎn)至低溫生長室〔14 h 光照/10 h 黑暗、（4 ± 2）℃、濕度50% ± 10%〕馴化處理2 周，再次測定離體葉片LT。每個品種測定3 株，3 次重復(fù)。

1.3 田間自然霜凍法

1.3.1 試驗時間和地點 福建省福州市長樂區(qū)文武砂鎮(zhèn)三站村播種時間為2017 年11 月23 日，收獲時間為2018 年5 月2 日。寧德市霞浦縣沙江鎮(zhèn)南屏村播種時間為2019 年12 月18 日，收獲時間為2020 年4 月15 日。

1.3.2 試驗方法 采用隨機區(qū)組設(shè)計，3 次重復(fù)，小區(qū)面積19.5 m（15.0 m ×1.3 m）；每個小區(qū)1 壟，每壟種植150 株。全生育期各小區(qū)按復(fù)合肥（N-P-K為15-15-15）1 500 kg · hm、腐熟鴨糞7 500 kg ·hm折算施肥量。利用田間氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集田間溫度。

霜凍后第1 天，分別對兩個品種每個重復(fù)的20 株幼苗進行耐寒性鑒定（Vega &Bamberg，1995），計算品種受害程度的平均數(shù)，即損傷等級（AS）。

AS=∑x/總株數(shù)

式中：x代表第霜凍級別的株數(shù)，代表霜凍級別（表1）。

表1 霜凍損傷評級標準（Vega &Bamberg，1995）

1.4 葉片微生物多樣性指數(shù)測定

在霜凍前后分別對馬鈴薯植株從上向下數(shù)第3 片真葉進行取樣，每品種隨機取3 株。葉片微生物菌落總DNA 抽提，根據(jù)E.Z.N.A.soil DNA kit（Omega Bio-tek，Norcross，GA，U.S.）說明書進行。以樣品DNA 為模板，使用799F（5′-AACMGGATTAGATACCCKG-3′）和1115R（5′-AGGGTTGCGCTCGTTG-3′）擴增16S rDNA的V3～V4 可變區(qū)。將同一樣品的PCR 產(chǎn)物混合后使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR 產(chǎn)物，利用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit（Axygen Biosciences，Union City，CA，USA）進行回收產(chǎn)物純化，2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，并用Quantus? Fluorometer（Promega，USA）對回收產(chǎn)物進行檢測定量。使用NEXTFLEX Rapid DNA-Seq Kit 進行建庫。利用Illumina 公司的Miseq PE300 平臺進行測序（上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司），獲得微生物多樣性指數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 室內(nèi)耐寒性鑒定與分析

室內(nèi)耐寒性鑒定結(jié)果表明（表2），閩薯2 號馴化前的LT為-2.26 ℃，馴化后的LT為-2.81℃；對照費烏瑞它馴化前的LT為-1.84 ℃，馴化后的LT為-2.57 ℃。若馴化后品種LT提升1 ℃以上，則被稱為具有低溫馴化能力。因此，這兩個品種均沒有低溫馴化能力，閩薯2 號在馴化前、后的耐寒性均顯著高于對照費烏瑞它。

表2 閩薯2 號和費烏瑞它室內(nèi)耐寒性鑒定結(jié)果 ℃

2.2 田間氣象因素分析

從田間氣象數(shù)據(jù)可以看出（圖1），長樂區(qū)試驗點2018 年2 月上旬出現(xiàn)低溫氣候，最低氣溫為0.6℃；霞浦縣試驗點2020 年2 月中旬出現(xiàn)低溫氣候，最低氣溫為-0.5 ℃。田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2 個試驗點的馬鈴薯品種均出現(xiàn)輕微霜凍，頂部葉片輕微傷害，部分頂部葉片有凍死現(xiàn)象（圖2）。綜上，長樂區(qū)和霞浦縣防霜時間為2 月上、中旬，在此期間開展防霜凍措施可以降低馬鈴薯凍害造成的損失。

圖1 長樂區(qū)（2018）和霞浦縣（2020）日最低氣溫

圖2 閩薯2 號（左）和費烏瑞它（右）霜凍后的植株癥狀

2.3 田間自然霜凍鑒定與分析

在發(fā)生霜凍后1 d，分別對閩薯2 號和對照費烏瑞它進行田間耐寒性鑒定。結(jié)果表明（表3），閩薯2 號的損傷等級均顯著低于對照費烏瑞它。表明，閩薯2 號的田間耐寒性強于對照費烏瑞它。

表3 閩薯2 號和費烏瑞它低溫霜凍后的損傷等級

2.4 霜凍前后植株形態(tài)特征和葉片微生物多樣性指數(shù)變化

由于霜凍后馬鈴薯植株受到損傷，葉片凍傷后影響其光合作用進而影響植株的正常生長，導(dǎo)致株高降低，生育期延長。閩薯2 號和對照費烏瑞它的株高均降低3～4 cm；閩薯2 號生育期延長15 d 左右，對照費烏瑞它生育期延長10 d 左右。

霜凍前、后葉片微生物多樣性指數(shù)變化表明（表4），閩薯2 號霜凍前葉片細菌豐富度Chao 指數(shù)和ACE 指數(shù)均顯著高于霜凍后，而對照費烏瑞它不僅Chao 指數(shù)和ACE 指數(shù)霜凍前顯著高于霜凍后，香農(nóng)指數(shù)霜凍前亦顯著高于霜凍后。表明霜凍后馬鈴薯葉片細菌豐富度和多樣性均顯著降低，但閩薯2 號的變化比對照費烏瑞它小，即閩薯2 號較費烏瑞它更能適應(yīng)一定程度的低溫脅迫。

表4 閩薯2 號和費烏瑞它霜凍前后的葉片微生物多樣性指數(shù)（屬水平）

3 討論與結(jié)論

馬鈴薯栽培種不耐低溫霜凍。通常情況下，當氣溫在-0.8～-0.5 ℃時，會發(fā)生冷害；當氣溫低于-1.5 ℃時，會發(fā)生嚴重的凍害；當氣溫低于-3℃時，整株萎蔫，甚至枯死，造成嚴重減產(chǎn)甚至絕產(chǎn)（張永成和田豐，1996）。田間實際凍害表現(xiàn)因受多因素影響存在一定的差異性，除環(huán)境因素（低溫霜凍）及栽培措施外，品種的耐寒性水平也直接影響凍害的程度。每年我國馬鈴薯各個種植區(qū)域都會受到不同程度的冷害和凍害，特別是南方冬作區(qū)的冬季和早春霜凍天氣是影響其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一（李巖 等，2014）。因此，馬鈴薯抗寒育種已成為最主要的育種目標之一，也是防御低溫霜凍的最根本途徑。開展新品種耐寒性鑒定有利于明確其抗性水平，進而增加其推廣應(yīng)用價值。近年來，馬鈴薯耐寒研究在種質(zhì)資源評價、耐寒性評價方法和耐寒機理等方面取得了很大進展（趙喜娟，2013；Dou et al.，2015；李華偉等，2016；Kou et al.，2018；鄧高峰，2019）。鄧英毅等（2017）對馬鈴薯新品種桂農(nóng)薯1 號冬種田間耐寒性進行鑒定，發(fā)現(xiàn)桂農(nóng)薯1 號受寒害程度低于對照費烏瑞它，表現(xiàn)出較強的耐寒性，適合在冬作區(qū)推廣種植。李麗淑等（2017）評價了廣西冬種馬鈴薯不同品種的耐寒性，結(jié)果表明麗薯6 號和興佳2 號較費烏瑞它具有更強的耐寒性。目前，室內(nèi)電導(dǎo)率法、田間自然霜凍法和生理指標測定法已在馬鈴薯耐寒鑒定中得到廣泛應(yīng)用（丁旭 等，2017），選擇其中兩種及兩種以上的方法評價馬鈴薯耐寒性，結(jié)果更為可靠。隨著馬鈴薯抗寒研究進程的推進，具有一定耐寒性的材料陸續(xù)篩選或創(chuàng)制出來。董建科等（2019）利用電導(dǎo)率法對國內(nèi)140 份馬鈴薯栽培品種和8 份種間雜種進行了直接抗性和馴化抗性鑒定，結(jié)果表明大多數(shù)栽培品種抗寒能力較低，且大多幾乎沒有低溫馴化能力；而種間雜種的抗寒能力和低溫馴化能力顯著強于栽培品種。丁紅映等（2019）采用綜合評價方法對103 份馬鈴薯種質(zhì)資源進行耐寒性評價，篩選出16 份抗寒材料。黃先群等（2014）采用綜合評價方法對地方品種普安紫洋芋和對照費烏瑞它進行自然及輻射變異株系的抗寒性鑒定，結(jié)果表明普安紫洋芋和費烏瑞它變異株系不同單株間抗寒能力表現(xiàn)出明顯差異，在單株間進行抗寒性鑒選是有效的。楊慧菊和郭華春（2016）采用綜合評價方法對14 份馬鈴薯材料進行苗期耐寒性鑒定，耐寒性強弱表現(xiàn)為轉(zhuǎn)心烏＞會-2 ＞冀張薯12 號＞麗薯6 號＞中薯18 號＞晉薯16 號＞米拉＞費烏瑞它＞滇同薯1 號＞滇薯716 ＞芒果洋芋＞宣薯2號＞合作88 ＞威芋3 號。本試驗采用電導(dǎo)率法和田間自然霜凍法鑒定了閩薯2 號及對照費烏瑞它的耐寒性，結(jié)果表明閩薯2 號較費烏瑞它具有更強的耐寒性；低溫霜凍后其葉片組織的微生物變化比費烏瑞它小，也說明了霜凍對閩薯2 號的損傷較小，可以在我國馬鈴薯南方冬作區(qū)推廣種植。