程 紅，鄭順林，2*，馬海艷，張開勤，袁繼超

(1.四川農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，四川 溫江 611130; 2.農(nóng)業(yè)部薯類作物遺傳育種重點實驗室，成都久森農(nóng)業(yè)科技有限公司, 四川 新都 610500)

【研究意義】氮肥可以增加結薯率和大薯比率，從而達到增產(chǎn)目的[1]，但我國氮肥利用率平均只有35 %[2]，造成巨大的資源浪費及環(huán)境污染。因此提高N肥利用率，改善生態(tài)環(huán)境，提高經(jīng)濟效益，已成為研究者關注的一個主要問題[3-4]?！厩叭搜芯窟M展】已有的研究認為不同基因型間氮素利用效率存在顯著的差異[5]，如不同小麥和水稻品種間氮素利用效率的差異分別高達71.4 %和79.6 %[6]。【本研究切入點】中國是世界上馬鈴薯生產(chǎn)第一大國[7],但馬鈴薯氮高效品種的篩選指標和方法各異，且前人的研究大多單一的選用苗期、塊莖膨大期或者成熟期來進行評價，評價的科學性存在很大的局限性，從而導致篩選結果有很大的差異，因此找出一套可靠的篩選指標體系很關鍵?！緮M解決的關鍵問題】通過綜合考慮24個馬鈴薯種苗期、塊莖膨大期和成熟期的一些指標，并且通過多指標無量綱化統(tǒng)一評價的標準進行綜合評價，篩選出相對氮高效和氮低效品種，為進一步研究氮營養(yǎng)高效利用的機理提供理論依據(jù)。

表1 24份馬鈴薯品種

1 材料和方法

1.1 供試材料

供試品種為西南地區(qū)收集的有規(guī)模種植的24個馬鈴薯品種，為減少試驗誤差，所有試驗材料均選用5 g左右的原原種，分別由云南農(nóng)科院、四川農(nóng)業(yè)大學、成都市農(nóng)科院和四川省農(nóng)科院等單位提供。試驗材料編號見表1。

1.2 試驗設計

本試驗采用盆栽控制性試驗，供試基質為河沙，測其養(yǎng)分含量，有效氮 1.8 mg·kg-1，速效磷1.1 mg·kg-1，速效鉀14.2 mg·kg-1。設3個施氮水平，(N0：氮濃度為0 mg/L； N1：氮濃度為0.42 mg/L；N2：氮濃度為0.84 mg/L)，以MS營養(yǎng)液為基礎營養(yǎng)液，24個品種，共72個處理，每個處理重復4次，共288盆，每盆缽裝風干河沙4.0 kg。營養(yǎng)液每隔4 d澆灌1次，每次澆灌400 mL。分別于苗期、塊莖膨大期和成熟期取樣，每次每盆取樣2株。

1.3 測定項目與方法

在苗期和塊莖膨大期分別測定馬鈴薯植株的株高、地上部和地下部的干物質量和氮含量，成熟收獲后測定單株產(chǎn)量。全氮含量的測定用凱式定氮儀。各指標的計算方法如下。

相對干物重=不施氮干物重/施氮干物重；氮積累量=含氮量×干物質量；相對氮積累量=不施氮積累量/施氮積累量；相對氮效率=不施氮效率/施氮效率；氮利用率=地上部干物重/吸氮量。

試驗所得的數(shù)據(jù)用Excel和DPS軟件處理。

2 結果與分析

2.1 不同施氮處理下馬鈴薯苗期株高及根冠比的差異

不施氮水平下各馬鈴薯品種的株高比較分散，而施氮水平下株高的分布相對集中，且有部分馬鈴薯品種表現(xiàn)出不施氮水平下的株高超過施氮水平(圖1)，說明氮脅迫下，馬鈴薯苗期株高對氮肥缺乏的敏感程度相對較差。

圖1 不同氮水平下馬鈴薯品種苗期株高分布Fig.1 The distribution of seedling height under different nitrogen levels of various potatoes

圖2 不同氮水平下馬鈴薯品種根冠比分布Fig.2 A distribution of root-shoot ratio under different nitrogen levels of various potatoes

由圖2可以看出，在3種施氮水平下根冠比大小大多在0.1～0.7，不施氮水平的根冠比均在0.2以上，整體上有不施氮水平的根冠比大于施氮水平下的根冠比的趨勢，表明缺氮條件下，增大了馬鈴薯植株的根冠比，使得地下部的干物質的積累增加。在較低氮濃度下，通過根系形態(tài)的調(diào)節(jié)，更加有效的吸收氮營養(yǎng)，滿足地下和地上部的生長，因此根冠比可以作為篩選的輔助指標。

2.2 不同施氮處理下含氮率、干物質積累量和氮積累量的差異

在苗期，各氮素水平下24個馬鈴薯植株含氮率、干物質積累量和氮積累量均存在基因型差異(表2)。其中干物質積累量變異系數(shù)最大，含氮率最小。干物質積累量和氮積累量的變異系數(shù)在N2水平下最大；而含氮率的變異系數(shù)大小為N0>N1>N2?？梢姼晌镔|積累量和氮積累量可作為馬鈴薯氮高效品種苗期的篩選指標。

塊莖膨大期不同馬鈴薯植株含氮率、干物質積累量和氮積累量均存在基因型差異(表2)，在各個氮素水平下其變異系數(shù)為干物質積累量>氮積累量>含氮率，干物質積累量和氮素積累量的變異系數(shù)較大，達到50 %以上；在各施氮水平下，含氮率、干物質積累量和氮積累量其變異系數(shù)為N0>N1>N2，表明在低氮脅迫下，有利于不同基因型馬鈴薯間氮效率差異的表現(xiàn)。因此，3個指標均能作為塊莖膨大期馬鈴薯氮高效品種篩選的指標。

表2 不同馬鈴薯品種苗期及塊莖膨大期氮利用指標的差異

表3 不同氮水平下馬鈴薯產(chǎn)量的相對值

2.3 氮效率基因型差異的評價指標與方法

選擇馬鈴薯單株相對干物質量、相對含氮率和相對氮積累量3項指標綜合考慮，對24份馬鈴薯品種氮高效利用情況進行評價。從生產(chǎn)實際來看，在適宜的生長環(huán)境下篩選氮高效或者低效品種更有意義。因此實驗設置N0、N1、N23種氮素水平，以產(chǎn)量為首要指標，在中氮和高氮下選擇各品種的最佳施氮水平，結合相對含氮率，相對干物質積累量和相對氮積累量等指標，采用加權平均的方法，對不同基因型馬鈴薯品種進行篩選。

由表3可以看出，中薯2號、鄂薯5號、川芋4號、云薯201、大西洋、費烏瑞它、中薯5號、川芋早、涼薯14、川芋5號、川芋56、合作88、臺灣紅在N1水平下的產(chǎn)量高于N2水平，因此選用N1水平作為最優(yōu)水平；其他品種在N2水平下的產(chǎn)量高于N1水平，因此選擇N2水平作為最優(yōu)施氮水平。

表4 馬鈴薯各評價指標的相對值

續(xù)表4 Continued table 4

品種Varieties苗期Seedling period塊莖膨大期Tuber expansion period 相對含氮率Relativevalue of nitrogen rate相對干物重Relativevalue of dry weight 相對氮積累量Relativevalue of nitrogen accumulation相對含氮率Relativevalue of nitrogen rate相對干物重Relativevalue of dry weight 相對氮積累量Relativevalue of nitrogen accumulation米拉0.77370.58420.45200.68900.23490.1618云薯1020.69390.46110.32000.83040.29810.2475壩薯9號0.68940.58410.40270.76080.17110.1301會一2號0.57500.56060.32240.50840.29730.1512涼薯970.84470.33010.27890.69800.13430.0937川芋10號0.73980.48830.36130.95940.19040.1826高原70.75450.23660.17850.64270.73380.4716云薯3010.82900.36820.30520.77360.28750.2224中薯3號0.82960.99150.82260.60220.12580.0758川芋1170.69390.62000.45940.60770.66200.4023川芋390.75560.44000.33230.75390.06810.0514

采用加權平均方法，對苗期的相對干物質量、相對含氮率、相對氮積累量(表4)分別進行賦值。即先將24個品種各指標按從低到高排序，然后用(100×排序號)/24，如相對值最高的賦100分，最低的賦4.1667分，以此類推；然后對相對干物重、相對含氮率、相對吸氮量這3個指標賦值分別按照1/3權重進行加權平均，從而獲得不同基因型馬鈴薯植株苗期的評分值。同理獲得馬鈴薯植株塊莖膨大期及產(chǎn)量的評分值。最后以苗期的評分值，塊莖膨大期的評分值及產(chǎn)量的評分值為指標進行加權。按照重要程度分別對苗期、塊莖膨大期和產(chǎn)量賦權重0.3、0.3和0.4，得到最終的總評分值(表5)。

表5 馬鈴薯各生育期量化后的評分值及最終評價值

續(xù)表5 Continued table 5

品種序號The code of varieties苗期評分值The value of seediling period塊莖膨大期評分值The value of tuber expansion period產(chǎn)量評分值The value of yield總評價值The total value1929.16762.5004.16729.1672052.77838.88933.33340.8332147.22222.22270.83349.1672251.38972.22237.50052.0832356.94447.22229.16742.9172469.44465.27883.33373.750

注：各時期各指標賦值=100×該品種在該指標由低到高的排序/24；苗期評分值=(相對干物質量賦值+相對含氮率賦值+相對氮積累量賦值)×1/3；總評價值=苗期評分值×0.3+塊莖膨大期評分值×0.3+產(chǎn)量評分值×0.4。

以最終的總評價值為指標，對參試的24個馬鈴薯品種進行聚類分析。

由圖3可以看出，4、13、24、14號基因型品種為氮高效型品種組，即云薯301、高原7號、川芋117、費烏瑞它為氮高效品種，其中又以川芋117、費烏瑞它最好； 9、19號基因型品種為氮低效型品種，即涼薯97、56為氮低效品種；其他品種為中間型品種。

3 討 論

在氮高效和氮低效種質資源的篩選中，篩選指標的確定尤為重要。從現(xiàn)有的研究資料看，對于作物氮營養(yǎng)高效品種的篩選還沒統(tǒng)一的方法及可靠的指標。籽粒作物通常用以成熟期的生物量及經(jīng)濟器官產(chǎn)量作為篩選氮高效利用的指標[8]，大多數(shù)用葉片黃化程度[9]、干物質重[10-11]、相對苗高[12]、地上部分氮積累量、生物量增加值和氮吸收量等作為判斷耐低氮的指標。馬鈴薯耐低氮受遺傳因素和環(huán)境的多重影響，很多單一的篩選指標不能代表整個生育期的耐低氮性，因此，選擇合適的篩選指標顯得非常重要。前人對水稻[13]、玉米[14]、小麥[15]、大麥[16]、大豆[6]、棉花[9]等作物建立了苗期或全生育期的評價指標體系，并篩選出氮高效利用品種，但還未見馬鈴薯相關研究報道。要獲得典型的氮高效馬鈴薯材料，就必須做大量的種質資源的篩選工作。

圖3 不同基因型馬鈴薯氮效率的聚類分析Fig.3 The cluster analysis of nitrogen efficiency for various genotypic potato

從本實驗結果看，在苗期及塊莖膨大期，各氮素水平下24個馬鈴薯植株含氮率、干物質積累量和氮積累量均存在基因型差異，其中干物質積累量變異系數(shù)最大，氮積累量次之，含氮率最小。塊莖膨大期各施氮水平下，含氮率、干物質積累量和氮積累量其變異系數(shù)為N0最大，N2最小。表明低氮脅迫下，有利于不同基因型馬鈴薯間氮效率差異的表現(xiàn)，因此3個指標可以作為馬鈴薯氮高效品種篩選的指標，與谷子苗期氮高效品種篩選指標較一致[17]，具有較強的可靠性。而馬鈴薯苗期株高對氮肥缺乏的敏感程度相對較差，與其他作物的表現(xiàn)不盡一致，可能是馬鈴薯苗期營養(yǎng)主要來自于母體營養(yǎng)，外界施氮還沒有來得及反映在株高上，受環(huán)境的影響小，因此株高不宜作為馬鈴薯苗期氮高效品種篩選的指標。但是苗期在缺氮條件下，通過根系形態(tài)的調(diào)節(jié)，增加氮營養(yǎng)的有效吸收，滿足地下和地上部的生長，從而增大了馬鈴薯植株的根冠比，因此在較低氮水平下根冠比可以作為苗期篩選的輔助指標。

在氮高效利用指標的篩選中，單一指標在不同生育期往往表現(xiàn)不一致，如在苗期可作為氮高效利用指標，但在其他生育期不一定能作為氮高效利用指標，因此選擇用單一指標來鑒定馬鈴薯氮高效品種有失偏頗。而根據(jù)各個指標和耐低氮性的密切程度進行權重分配，綜合考慮各指標在各時期的表現(xiàn)，采用綜合評價，能夠有效減少單純采用某一指標鑒定時帶來的誤差，從而較為準確的篩選出理想的品種。本實驗通過對不同氮素反應類型馬鈴薯品種在不同供氮條件下的產(chǎn)量的變化情況及含氮率、干物質積累量和氮積累量的分析，以產(chǎn)量為首要指標，含氮率、干物質積累量和氮積累量為相應指標，通過各指標值的排序，進行0～100分賦值，然后對各評分值進行加權平均得到苗期、塊莖膨大期、收獲期(產(chǎn)量)的評分值。再對苗期、塊莖膨大期、收獲期的評分值進行二次加權平均得到最后的綜合評價值，然后進行聚類分析，篩選出氮高效和氮低效品種。從篩選的結果看，氮高效利用的品種在苗期、塊莖膨大期和收獲期的評分值均較高，全生育期對氮的利用比較均衡一致，因此綜合評價值也很高，而氮低效品種表象相反，因此篩選氮高效利用品種僅從某一個生育時期來篩選，其結果不一定準確。從最后聚類分析的結果看，氮高效型、氮低效型和中間型品種呈正態(tài)分布，說明該評價方法能較好地反映不同馬鈴薯品種間氮效率的差異。因此產(chǎn)量、氮積累量、含氮率和干物質積累量可作為馬鈴薯氮素吸收利用的評價指標；而加權平均法和聚類分析法作為篩選馬鈴薯不同氮效率品種的評價方法具有可行性。本實驗篩選的氮高效與氮低效品種的確定，是在控制試驗條件下得出的結論，要準確判定，還需要進一步的生理生化分析及相應的大田試驗驗證。

4 結 論

低氮脅迫下，有利于不同基因型馬鈴薯間氮效率差異的表現(xiàn)，馬鈴薯植株含氮率、干物質積累量和氮積累量3個指標作為馬鈴薯氮高效品種篩選的指標，具有較強的可靠性。通過對產(chǎn)量、含氮率、干物質積累量和氮積累量指標排序賦值、加權平均、二次加權平均，然后對得到的綜合評價值進行聚類分析，篩選出云薯301、高原7號、川芋117、費烏瑞它為氮高效品種，涼薯97、56為氮低效品種，其他品種為中間型品種。