江應(yīng)紅，劉易，邢斌德，孫慧，馮懷章

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場(chǎng)，新疆烏魯木齊830012）

南疆三地州（喀什地區(qū)、和田地區(qū)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州）是新疆維吾爾自治區(qū)自然條件最為艱苦、經(jīng)濟(jì)發(fā)展最為落后、貧困人口最為集中的地區(qū)，占新疆維吾爾自治區(qū)貧困人口的80%，貧困家庭收入主要來自種植業(yè)（52.13%）和牧業(yè)（21.98%）[1]。因此，解決南疆三地州人口的貧困問題，將對(duì)新疆維吾爾自治區(qū)人民脫貧致富起到關(guān)鍵性作用。馬鈴薯作為重要的糧、菜兼用型作物，耐貧瘠、耐干旱[2]，深受南疆少數(shù)民族的喜愛。南疆三地州屬于大陸性干旱荒漠氣候，土壤類型以沙壤土為主，具有適合馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件。自2015年國(guó)家提出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略以來，南疆地區(qū)馬鈴薯林下種植、復(fù)播技術(shù)、冷涼地區(qū)全程機(jī)械化種植技術(shù)快速發(fā)展，喀什地區(qū)澤普縣建成多熟高效新品種示范基地，推廣早熟馬鈴薯復(fù)播技術(shù)，純收益達(dá)到36 000元/hm2以上[3]。南疆果園間作雙膜覆蓋技術(shù)、三膜覆蓋技術(shù)的推廣與示范，實(shí)現(xiàn)了鮮薯提前上市，獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益。

馬鈴薯屬鹽敏感型作物[4]，土壤鹽堿化對(duì)馬鈴薯出苗、生長(zhǎng)及產(chǎn)量均有很大影響。極端干旱氣候條件造就了新疆維吾爾自治區(qū)成為中國(guó)土壤鹽堿化、次生鹽漬化的主要分布區(qū)[5]，土壤鹽漬化已成為該區(qū)綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。據(jù)統(tǒng)計(jì)，新疆維吾爾自治區(qū)土壤鹽漬化面積占耕地總面積的37.7%，且南疆（49.6%）高于北疆（25.2%）[6]。因此，選育耐鹽品種，探究馬鈴薯耐鹽機(jī)制，將為馬鈴薯耐鹽種質(zhì)資源創(chuàng)新及選育耐鹽品種奠定理論基礎(chǔ)，對(duì)改良和利用鹽堿地，保障糧食安全及南疆地區(qū)脫貧攻堅(jiān)都具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取4個(gè)馬鈴薯品種，分別為：‘龍薯10號(hào)’‘費(fèi)烏瑞它’‘龍薯4號(hào)’‘龍薯3號(hào)’。

供試土壤采自新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場(chǎng)20號(hào)地網(wǎng)室內(nèi)，土壤類型為沙壤土，取土深度0~30 cm，經(jīng)混勻、碾壓、粉碎、風(fēng)干、過篩（2 mm），測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)（表1）。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soil

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

采用盆栽方法，設(shè)置2個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)5次。由于南疆土壤鹽分以硫酸鹽-氯化物或氯化物鹽類為主[7]，故本試驗(yàn)采用在供試土壤中加入氯化鈉分析純的方法，使土壤含鹽量（NaCl）分別達(dá)到：0.3%（低鹽）、0.6%（中鹽），以供試土壤為對(duì)照（不考慮供試土壤中所含鹽分）。試驗(yàn)于2017年5月15日播種，塑料盆高20 cm，口徑25 cm，每盆裝供試土壤5 kg，按照設(shè)置的2個(gè)NaCl濃度，稱取NaCl分析純15、30 g均勻拌在土壤中。挑選大小一致的種子，每盆播種3顆。埋土深度大約10 cm。花盆下置托盤，為避免澆水時(shí)水分淋溶造成鹽分降低，將托盤上的水及時(shí)倒回盆中。

1.3 觀測(cè)指標(biāo)測(cè)定方法

出苗天數(shù)：以每處理超過一半出苗的日期為出苗日，觀測(cè)每盆中種子從播種日至出苗日的天數(shù)；

出苗率：播種后25 d統(tǒng)計(jì)各處理的出苗率，出苗率（%）=（出苗數(shù)/播種數(shù)）×100；

株高：播種后25 d，用直尺測(cè)量植株近地面主莖到頂端生長(zhǎng)點(diǎn)的高度，每處理5次重復(fù)，求平均值；

SPAD值測(cè)定：播種后30 d，采用SPAD測(cè)定儀（型號(hào)：TYS-B）測(cè)定植株倒三葉的SPAD值，每處理5次重復(fù)，求平均值。

抗氧化酶活性測(cè)定：播種后30 d，采集植株倒三葉葉片進(jìn)行抗氧化酶活性測(cè)定，取下葉片后快速用液氮速凍，做好標(biāo)記放入超低溫冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆?。過氧化氫酶（CAT）采用KMn04滴定法[8]；過氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚法[8]；超氧化物歧化酶（SOD）活性用NBT還原抑制法[9]測(cè)定，5次重復(fù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)及主成分分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，顯著性檢驗(yàn)采用最小顯著差數(shù)法（LSD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對(duì)不同馬鈴薯品種出苗的影響

鹽脅迫顯著抑制了不同品種馬鈴薯的出苗率，并延長(zhǎng)了出苗天數(shù)。處理1不同馬鈴薯品種出苗天數(shù)較對(duì)照平均延長(zhǎng)3.25 d；處理2出苗天數(shù)較對(duì)照平均延長(zhǎng)5.75 d，較處理1平均延長(zhǎng)2.50 d。出苗天數(shù)在品種間存在差異，‘龍薯10號(hào)’在兩個(gè)處理中出苗天數(shù)分別較對(duì)照延長(zhǎng)2和5 d，‘龍薯3號(hào)’分別較對(duì)照延長(zhǎng)5和8 d。出苗率處理1、處理2較對(duì)照分別降低26.67、70.00個(gè)百分點(diǎn)（表2）。

表2 不同處理馬鈴薯出苗天數(shù)及出苗率Table 2 Emergence days and emergence rate of potato in different treatments

由于大田生產(chǎn)中，馬鈴薯品種耐鹽性最直觀的判斷標(biāo)準(zhǔn)即為出苗率和產(chǎn)量，因此本試驗(yàn)以出苗率作為不同品種耐鹽性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。由表2可知，‘龍薯10號(hào)’耐鹽性高于其他3個(gè)品種。

2.2 鹽脅迫對(duì)不同馬鈴薯品種株高的影響

各處理馬鈴薯植株的株高均隨著土壤含鹽量的升高而降低，說明鹽脅迫會(huì)抑制馬鈴薯植株的生長(zhǎng)，且其抑制作用與鹽分含量成正相關(guān)關(guān)系?！埵?0號(hào)’‘龍薯3號(hào)’在處理1中株高分別為6.09和6.10 cm，較對(duì)照降低26.93%、22.02%，差異不顯著；處理2中，株高分別為3.67和3.33 cm，較對(duì)照降低39.73%、45.36%，差異顯著?！M(fèi)烏瑞它’‘龍薯4號(hào)’在處理1中株高分別為6.21和4.94 cm，較對(duì)照降低32.65%、54.64%，差異顯著；處理2中株高分別為3.17和2.37 cm，較對(duì)照降低49.02%、52.07%，差異顯著。說明‘龍薯10號(hào)’‘龍薯3號(hào)’對(duì)鹽脅迫的耐受程度高于‘費(fèi)烏瑞它’和‘龍薯4號(hào)’（圖1）。

圖1 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯的株高Figure 1 Plant heights of different potato varieties under salt stress

2.3 鹽脅迫對(duì)不同馬鈴薯品種葉片SPAD值的影響

不同品種馬鈴薯葉片SPAD值均隨鹽分濃度的升高而降低，說明鹽脅迫下，鹽分離子破壞了葉綠素的合成，進(jìn)而影響植物光合作用。在處理1中，‘龍薯10號(hào)’SPAD值為49.77，較對(duì)照降低5.41%，差異不顯著；‘費(fèi)烏瑞它’‘龍薯4號(hào)’‘龍薯3號(hào)’SPAD值分別為45.22、48.29、42.26，較對(duì)照降低9.33%、9.50%、14.84%，差異顯著。在處理2中，4個(gè)品種SPAD值較對(duì)照分別降低21.43%、31.25%、32.49%、23.24%，均表現(xiàn)為差異顯著。說明‘龍薯10號(hào)’耐鹽性高于其他3個(gè)品種（圖2）。

圖2 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯葉片的SPAD值Figure 2 SPAD values in leaves of different potato varieties under salt stress

2.4 鹽脅迫對(duì)不同馬鈴薯品種抗氧化酶活性的影響

在兩個(gè)處理中，不同馬鈴薯葉片過氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性表現(xiàn)一致，均隨鹽分濃度的升高而降低，說明鹽分抑制了酶的活性，造成植株生長(zhǎng)受到限制。酶活性的降低程度在不同品種和鹽分濃度下表現(xiàn)出差異（圖3~5）。

圖3 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯葉片的POD活性Figure 3 POD activity in leaves of different potato varieties under salt stress

在處理1中，過氧化物酶（POD）活性較對(duì)照降幅依次為：‘費(fèi)烏瑞它’<‘龍薯10號(hào)’<‘龍薯3號(hào)’<‘龍薯4號(hào)’，其中‘費(fèi)烏瑞它’降幅僅為4.7%，差異不顯著，其他3個(gè)品種差異顯著；過氧化氫酶（CAT）活性降幅依次為：‘費(fèi)烏瑞它’<‘龍薯3號(hào)’<‘龍薯10號(hào)’<‘龍薯4號(hào)’，其中‘龍薯4號(hào)’為47.48%，差異顯著，其他3個(gè)品種差異不顯著；超氧化物歧化酶（SOD）活性降幅依次為：‘龍薯3號(hào)’<‘龍薯10號(hào)’<‘費(fèi)烏瑞它’<‘龍薯4號(hào)’，其中‘龍薯4號(hào)’為21.44%，差異顯著，其他3個(gè)品種差異不顯著。

圖4 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯葉片的CAT活性Figure 4 CAT activity in leaves of different potato varieties under salt stress

圖5 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯葉片的SOD活性Figure 5 SOD activity in leaves of different potato varieties under salt stress

在處理2中，過氧化物酶（POD）活性較對(duì)照降幅依次為：‘費(fèi)烏瑞它’<‘龍薯10號(hào)’<‘龍薯4號(hào)’<‘龍薯3號(hào)’，較對(duì)照均差異顯著；較處理1，‘龍薯10號(hào)’及‘龍薯4號(hào)’降幅分別為15.5%、5.0%，差異不顯著，‘龍薯3號(hào)’及‘費(fèi)烏瑞它’降幅分別為25.3%、31.7%，差異顯著。過氧化氫酶（CAT）活性較對(duì)照降幅依次為：‘龍薯10號(hào)’<‘費(fèi)烏瑞它’<‘龍薯3號(hào)’<‘龍薯4號(hào)’，均差異顯著；較處理1，‘費(fèi)烏瑞它’降幅為38.2%，差異顯著，其他3個(gè)品種差異不顯著。超氧化物歧化酶（SOD）活性較對(duì)照降幅依次為‘龍薯10號(hào)’<‘費(fèi)烏瑞它’<‘龍薯3號(hào)’<‘龍薯4號(hào)’，均差異顯著；較處理1，‘龍薯3號(hào)’降幅為30.85%，差異顯著，其他3個(gè)品種差異不顯著。

‘龍薯10號(hào)’在兩個(gè)處理中，出苗率、SPAD值、抗氧化酶活性均高于其他品種，因此可初步判斷‘龍薯10號(hào)’耐鹽性高于其他品種，可進(jìn)行進(jìn)一步試驗(yàn)。

2.5 主成分分析

對(duì)4個(gè)馬鈴薯品種所測(cè)的所有指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表3）。在處理1中，6個(gè)指標(biāo)可分為兩個(gè)主成分，其中第一主成分貢獻(xiàn)率為51.130%，第二主成分貢獻(xiàn)率為39.194%，兩個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)90.324%。根據(jù)各指標(biāo)成分值的大小可知，在處理1中，第一主成分包括株高、CAT、POD三個(gè)指標(biāo)，第二主成分包括出苗率、SPAD值、SOD三個(gè)指標(biāo)。說明，在處理1中，0.3%的鹽脅迫程度首先影響了株高、CAT、POD三個(gè)指標(biāo)，其次為出苗率、SPAD值、SOD。在處理2中，僅1個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)78.282%，說明0.6%的鹽脅迫程度對(duì)6個(gè)指標(biāo)均影響顯著，致使植株生長(zhǎng)受到顯著抑制。

3 討論

鹽脅迫會(huì)對(duì)植物的發(fā)芽、生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響[10]，具體可表現(xiàn)為出苗延遲，成苗率降低，幼苗生長(zhǎng)緩慢，長(zhǎng)勢(shì)變?nèi)?，葉片萎蔫發(fā)黃，苗期和花期延長(zhǎng)、產(chǎn)量下降等[11-13]，鹽分過高則會(huì)造成植物早衰甚至死亡[14]。研究表明，隨著鹽濃度的增加，土壤溶液的滲透壓降低，導(dǎo)致馬鈴薯實(shí)生種子吸水困難，種子發(fā)芽率降低[15]。本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫使馬鈴薯種子出苗延遲，出苗率、株高均降低，0.3%土壤含鹽量出苗較對(duì)照平均延長(zhǎng)3.25 d，出苗率降低26.67個(gè)百分點(diǎn)；0.6%土壤含鹽量出苗較對(duì)照平均延長(zhǎng)5.75 d，出苗率降低70.00個(gè)百分點(diǎn)。這與周明揚(yáng)等[16]、劉學(xué)良等[17]得到的結(jié)論一致。但也有研究發(fā)現(xiàn)，低鹽可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)。劉愛榮等[18]發(fā)現(xiàn)低濃度的鹽脅迫可以促進(jìn)金盞菊的生長(zhǎng)。高玉坤等[19]、孫飛[20]對(duì)耐鹽高粱的研究結(jié)果一致認(rèn)為低鹽脅迫能夠促進(jìn)高粱生長(zhǎng)，在低鹽脅迫下耐鹽品種高粱蔗，基部節(jié)長(zhǎng)、基部莖粗和株高增加。

植物體內(nèi)的葉綠體對(duì)鹽脅迫等逆境較為敏感。當(dāng)植物遭受鹽脅迫時(shí)，葉綠體結(jié)構(gòu)受到損害，導(dǎo)致葉綠素含量減少，光合能力下降[21]。葉綠素是一類含脂的綠色色素，是綠色植物進(jìn)行光合作用的主要色素。由于葉片SPAD值與葉綠素含量具有顯著相關(guān)性[22-24]，因而SPAD值常被用來表征植物體葉片葉綠素含量。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)隨著鹽脅迫程度的增加，馬鈴薯葉片中SPAD值呈降低趨勢(shì)，這與前人關(guān)于玉米[25]、向日葵[26]的研究結(jié)論一致；但王明泉等[27]通過水培法研究發(fā)現(xiàn)，低濃度鹽（55 mmol/L NaCl）脅迫條件可促進(jìn)玉米自交系幼苗葉綠素含量的增加。

過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）均為植物體內(nèi)的抗氧化保護(hù)酶系統(tǒng)。一般來講，植物體內(nèi)的POD、SOD、CAT等酶活性與植物的抗氧化能力呈正相關(guān)。鹽生植物與非鹽生植物相比，其POD、SOD、CAT活性更高，因而更能有效地清除活性氧，阻止膜質(zhì)過氧化[28]。本試驗(yàn)中，馬鈴薯葉片POD、SOD、CAT活性表現(xiàn)一致，均隨鹽脅迫程度的升高而降低，這與包云飛[29]的研究結(jié)論一致。推測(cè)兩個(gè)處理的鹽脅迫程度均已超出植物耐受能力，致使植株葉片酶活性降低。而兩個(gè)處理中，‘龍薯10號(hào)’的抗氧化酶活性均高于其他品種，也說明了‘龍薯10號(hào)’的耐鹽性高于其他品種。但關(guān)于抗氧化酶活性的研究結(jié)論各不相同。高玉坤等[19]研究認(rèn)為鹽脅迫下高粱葉片的SOD、POD和CAT活性均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)。張景云等[30]研究表明，耐鹽組馬鈴薯葉片的SOD活性呈升高的趨勢(shì)，中耐鹽組和感鹽組呈先降低后升高的趨勢(shì)，耐鹽組和中耐鹽組POD活性相對(duì)值呈先降低后升高的趨勢(shì)，感鹽組呈降低的趨勢(shì)。胡德龍等[31]對(duì)6個(gè)馬鈴薯品種的組培苗進(jìn)行鹽脅迫，發(fā)現(xiàn)隨NaCl脅迫濃度增加，CAT活性呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢(shì)，SOD活性的變化規(guī)律為：先降低再升高最后再降低。凌云鶴等[26]研究了250 mmol/L NaCl溶液對(duì)向日葵幼苗的影響，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫使向日葵SOD、POD、CAT活性均升高。鄒春雷[32]研究也發(fā)現(xiàn)，一定濃度（25/50 mmol/L）的鹽脅迫處理可以提高甜菜葉片的SOD和POD活性。

以上結(jié)論的不同，推測(cè)可能與試驗(yàn)方法、鹽漬化土壤種類、鹽脅迫程度、脅迫時(shí)間、作物、試驗(yàn)操作等因素都有關(guān)系。適當(dāng)?shù)柠}分脅迫下保護(hù)酶活性會(huì)增強(qiáng)，其中SOD催化超氧陰離子自由基發(fā)生歧化反應(yīng)，消除有毒離子O2-，從而產(chǎn)生危害性較小的H2O2和O2[33]。CAT能繼續(xù)催化H2O2分解，形成H2O和O2。此時(shí)，POD也在清除H2O2的過程中起著重要的作用[34,35]。由于這3種保護(hù)酶的聯(lián)合作用，使得植物體內(nèi)自由基含量穩(wěn)定，防止生物膜結(jié)構(gòu)和功能受到破壞，使植物保持了一定的耐鹽能力。這便解釋了以上關(guān)于鹽脅迫條件下抗氧化酶活性升高的原因，同時(shí)，植物對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)，促進(jìn)了葉片中葉綠素的合成過程[27]，進(jìn)而促進(jìn)了植株的生長(zhǎng)；當(dāng)鹽分脅迫程度超出植物耐受范圍之后，鹽分脅迫程度越高，抗氧化酶活性越低，葉綠素合成受阻，細(xì)胞膜系統(tǒng)受到破壞，代謝紊亂，進(jìn)而死亡。在植株形態(tài)上則表現(xiàn)為生長(zhǎng)發(fā)育緩慢，葉片黃化，甚至死亡。因此，作物生長(zhǎng)生理指標(biāo)的變化與作物本身的耐鹽性及鹽脅迫的程度均有較大關(guān)系。而馬鈴薯本身為鹽敏感型作物，因此本試驗(yàn)中株高、葉綠素及抗氧化酶活性均呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。