王 潔，趙路寬，鄧逸桐，周志林，戴習(xí)彬，袁 蕊，曹清河，趙冬蘭

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘薯生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇徐州 221131)

甘薯是旋花科甘薯屬的一種，被廣泛用于糧食、飼料和工業(yè)原料。我國(guó)甘薯種植面積以及產(chǎn)量均為世界首位，甘薯食用部分為塊根和莖葉，甘薯塊根含有大量淀粉、可溶性糖，豐富的維生素。甘薯鮮食莖葉口感好、營(yíng)養(yǎng)高，與其他葉菜相比，甘薯在蛋白質(zhì)、膳食纖維、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分上更具優(yōu)勢(shì)，甘薯莖葉富含多酚類物質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗氧化活性，在蔬菜市場(chǎng)具有廣闊的推廣潛力。

干旱是嚴(yán)重危害農(nóng)業(yè)的自然災(zāi)害，造成農(nóng)作物減產(chǎn)甚至絕收。雖然甘薯較耐旱，但生育前期缺水仍會(huì)造成嚴(yán)重減產(chǎn)。甘薯不同部位對(duì)水分脅迫的耐受能力有差異，由強(qiáng)到弱依次是莖柄、須根、薯塊、葉片，由此可見(jiàn)，干旱對(duì)甘薯食用部位影響較大。有試驗(yàn)表明，在人為輕度干旱脅迫處理下，甘薯減產(chǎn)18.76%。在干旱脅迫下，作物葉片會(huì)發(fā)生氣孔關(guān)閉、蒸騰速率()降低、光合作用減弱等一系列反應(yīng)。水分管理是緩解干旱危害的重要手段，但田間灌溉需要耗費(fèi)大量的人力、物力，挖掘農(nóng)作物自身的抗旱潛力能夠節(jié)約種植成本?？购灯贩N選育過(guò)程中，抗旱鑒定評(píng)價(jià)是重要的一環(huán)。甘薯抗旱鑒定方法近年來(lái)有較大進(jìn)展，基于產(chǎn)量的抗旱系數(shù)是較為常見(jiàn)的耐旱篩選指標(biāo)，甘薯葉片數(shù)、蔓長(zhǎng)、葉面積系數(shù)和生物量等農(nóng)藝性狀受干旱脅迫而降低，可以作為耐旱篩選指標(biāo)。葉片生理生化活性受干旱脅迫影響較大，甘薯葉片可溶性蛋白含量、葉綠素a含量/葉綠素b含量、腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)含量與抗旱性有顯著相關(guān)性，葉片相對(duì)含水量(RWC)與品種抗旱性呈極顯著正相關(guān)，與丙二醛(MDA)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，這些指標(biāo)可用于甘薯品種抗旱性鑒定。此外，有研究表明呼吸強(qiáng)度、脫落酸含量、脯氨酸含量以及抗氧化酶活性均與植物抗旱能力相關(guān)。干旱脅迫促使氣孔關(guān)閉，影響葉片CO吸收，降低光合酶活性，進(jìn)而削弱光合作用，凈光合速率()、氣孔導(dǎo)度()、胞間CO濃度()、常用作抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)，抗旱性好的植物在干旱脅迫影響下光合參數(shù)變化小，表現(xiàn)出良好的適應(yīng)能力。干旱脅迫對(duì)甘薯幼苗光合作用的影響已有初步研究，周忠等的試驗(yàn)中干旱條件為斷水處理，隨著干旱程度加深(0、2、4、6、8 d)，甘薯幼苗葉片的、和均降低，先在0～2 d內(nèi)降低，后在 2～8 d上升。

甘薯抗旱評(píng)價(jià)方法有多種，用MDA含量等生理生化指標(biāo)做抗旱鑒定雖然較為精確，但試驗(yàn)預(yù)處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀指標(biāo)受環(huán)境影響較大且試驗(yàn)周期長(zhǎng)。相比其他抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)，利用光合參數(shù)可在甘薯生育前期進(jìn)行抗旱評(píng)價(jià)，還可用于指導(dǎo)田間水分管理，且兼具無(wú)損、速度快、可便攜等優(yōu)點(diǎn)。潮薯1號(hào)的高度抗旱性被多次報(bào)道，徐薯18具有中度抗旱性，被認(rèn)為是甘薯品種抗旱性鑒定的標(biāo)準(zhǔn)品種。福薯7-6田間表現(xiàn)對(duì)水分較敏感，但抗旱能力評(píng)價(jià)未見(jiàn)報(bào)道。葉片MDA含量和RWC被廣泛用于抗旱評(píng)價(jià)，本試驗(yàn)旨在用這2個(gè)指標(biāo)驗(yàn)證光合參數(shù)應(yīng)用于甘薯抗旱評(píng)價(jià)的可靠性，并構(gòu)建一套快速便捷的甘薯品種抗旱評(píng)價(jià)方案，以期為甘薯生產(chǎn)抗旱栽培提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)甘薯品種分別為潮薯1號(hào)、徐薯18、福薯 7-6，2020年5月底將甘薯塊根種植于江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所院內(nèi)基地，40 d后取20 cm左右的甘薯莖端在1/4 Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液(室溫)中進(jìn)行生根培養(yǎng)5 d。生根后每個(gè)品種選30株，將每個(gè)品種分為6組，其中3組用20%聚乙二醇(PEG)-6000(用1/4 Hoagland’s溶液配制)脅迫處理，另3組用來(lái)作對(duì)照(CK)，分別在1/4 Hoagland’s營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)，培養(yǎng)過(guò)程均在室溫環(huán)境下進(jìn)行，隨后進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定。葉片MDA含量和RWC測(cè)定的時(shí)間為處理后24、72 h，光合參數(shù)指標(biāo)測(cè)定時(shí)間為處理后3、24 h。

1.2 試驗(yàn)方法

從脅迫處理組與對(duì)照組分別取5張倒2至倒4葉測(cè)定MDA含量與RWC。MDA含量采用比色法測(cè)定，試驗(yàn)流程詳見(jiàn)蘇州科銘生物技術(shù)有限公司MDA含量試劑盒說(shuō)明書(shū)。RWC測(cè)量方法：剪下處理和對(duì)照的葉片，稱取葉片鮮質(zhì)量(FW)，然后將葉片置入水中過(guò)夜，稱取葉片飽和質(zhì)量(SW)。隨后將葉片至于85 ℃烘箱中烘干，記錄干質(zhì)量(DW)，=[(-)(-)]×100%。

光合參數(shù)測(cè)量?jī)x器為便攜式光合作用測(cè)量系統(tǒng)LI-6400XT(LICOR，USA)，測(cè)量參數(shù)設(shè)置：葉室溫度為28 ℃，大氣CO濃度為400 μmol/mol，光照度為1 000 μmol/(m·s)。測(cè)量甘薯倒2至倒4葉，每張葉片取3個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)測(cè)量3次。本試驗(yàn)使用差異值的絕對(duì)值()表示PEG脅迫組與對(duì)照組光合參數(shù)的差異程度，假設(shè)對(duì)照組數(shù)值為，PEG脅迫組數(shù)值為，則=|-|。越大，PEG脅迫組與對(duì)照組差異越大。與不抗旱的品種相比，抗旱能力強(qiáng)的品種的光合參數(shù)差異值更小。

1.3 數(shù)據(jù)處理

表1至表3中的數(shù)值均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。數(shù)據(jù)整理、表格制作、柱狀圖繪制均使用Excel 2019，使用IBM SPSS Statistics 24分析數(shù)據(jù)差異顯著性(獨(dú)立樣本檢驗(yàn))，使用SAS 9.2軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析與主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 3種甘薯的抗旱性評(píng)價(jià)

如表1所示，經(jīng)過(guò)24 h干旱脅迫，潮薯1號(hào)、徐薯18、福薯7-6葉片的MDA含量分別增加2.41、6.54、8.60 nmol/g；葉片的RWC分別減少12.77%、14.20%、15.61%。經(jīng)過(guò)72 h脅迫處理，潮薯1號(hào)、徐薯18、福薯7-6葉片的MDA含量分別增加4.75、8.97、10.84 nmol/g；葉片的RWC分別減少13.25%、15.69%、19.29%。MDA含量與RWC測(cè)定結(jié)果表明，潮薯1號(hào)、徐薯18、福薯7-6對(duì)干旱脅迫敏感程度依次增加，抗旱能力依次降低。差異性分析結(jié)果表明，24 h干旱脅迫后3個(gè)品種的MDA含量在0.05水平下差異顯著，而經(jīng)過(guò)72 h干旱脅迫后徐薯18與福薯7-6的MDA含量無(wú)顯著差異，3個(gè)品種的RWC經(jīng)24、72 h處理差異均不顯著。

表1 3種甘薯葉片的MDA含量與RWC在干旱(20% PEG)脅迫下的變化值

2.2 干旱脅迫下甘薯葉片4個(gè)光合參數(shù)變化情況

由表2和表3可知，20% PEG脅迫處理3 h后，均小于0，表明呼吸作用強(qiáng)于光合作用。在PEG脅迫處理下，與明顯減少，明顯增加。如表4所示，經(jīng)過(guò)3 h的PEG脅迫處理，潮薯1號(hào)、福薯 7-6、徐薯18的差異值分別為5.25、4.04、4.06 μmol/(m·s)，差異值分別為0.04、0.04、0.02 mol/(m·s)，差異值分別為2 42.28、249.86、241.97 μmol/mol，差異值分別為0.65、0.69、0.55 mmol/(m·s)。3個(gè)甘薯品種4個(gè)光合參數(shù)的變異系數(shù)分別是0.13、0.20、0.01、0.10，表明3個(gè)甘薯品種在短期的干旱脅迫下反應(yīng)差異較小。將每一個(gè)光合參數(shù)差異值轉(zhuǎn)化為百分比堆積柱形圖(圖1)，可以直觀地反映出3個(gè)品種光合參數(shù)的變化趨勢(shì)不一致。

表2 3 h干旱(20% PEG)脅迫處理下光合參數(shù)測(cè)量結(jié)果

表3 24 h干旱(20% PEG)脅迫處理下光合參數(shù)測(cè)量結(jié)果

表4 干旱(20% PEG)脅迫處理下各光合參數(shù)的差異值

24 h干旱脅迫處理下潮薯1號(hào)、福薯7-6、徐薯18的差異值分別為3.24、7.47、4.44 μmol/(m·s)，差異值分別為0.02、0.07、0.03 mol/(m·s)，差異值分別為249.51、353.04、295.65 μmol/mol，差異值分別為0.39、1.39、0.40 mmol/(m·s)。3個(gè)甘薯品種4個(gè)光合參數(shù)的變異系數(shù)分別是0.35、0.49、0.14、0.65，不同甘薯品種間，差異最大，差異最小。從光合參數(shù)差異值堆積柱形圖(圖2)可以看出，潮薯1號(hào)4個(gè)光合參數(shù)的差異值均最小，徐薯18居中，福薯 7-6 光合參數(shù)的差異值均最大，表明潮薯1號(hào)抗旱能力最強(qiáng)，徐薯18次之，福薯7-6最弱，這與MDA含量、RWC測(cè)定結(jié)果一致。與3 h干旱脅迫相比，24 h干旱脅迫下的光合參數(shù)更能反映甘薯品種的抗旱能力。

2.3 抗旱指標(biāo)間相關(guān)性分析

如表5所示，24 h與72 h干旱脅迫處理下，MDA含量與RWC之間的相關(guān)系數(shù)均很高，其中 72 h-MDA含量與72 h-RWC之間的相關(guān)系數(shù)最小，為0.946 2，說(shuō)明MDA含量與RWC在干旱脅迫下變化一致。光合參數(shù)與MDA含量、RWC的相關(guān)系數(shù)在不同的干旱脅迫處理時(shí)間下具有一致性，與MDA含量、RWC之間相關(guān)系數(shù)較大，與24 h-MDA含量、72 h-MDA含量、24 h-RWC、72 h-RWC之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.968 1、0.960 5、0.997 8、0.998 9；與MDA含量、RWC之間的相關(guān)系數(shù)較小，與24 h-MDA含量、72 h-MDA含量、24 h-RWC、72 h-RWC之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.761 2、0.742 4、0.868 3、0.919 3。相關(guān)性分析結(jié)果表明，光合參數(shù)與MDA含量、RWC高度相關(guān)，驗(yàn)證了光合參數(shù)用于甘薯抗旱評(píng)價(jià)的可靠性。

表5 MDA含量、RWC與4個(gè)光合參數(shù)之間的相關(guān)性分析結(jié)果

2.4 主成分分析

光合參數(shù)主成分分析結(jié)果(表6)顯示，僅第1主成分的特征值大于1，為3.90。第1主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到97.39%。根據(jù)主成分分析結(jié)果，確定了一個(gè)24 h干旱脅迫處理下的抗旱評(píng)價(jià)指數(shù)，=051+0.51+0.49+0.49。評(píng)價(jià)指數(shù)越小，表示抗旱能力越強(qiáng)，計(jì)算得出潮薯1號(hào)、徐薯18、福薯7-6的評(píng)價(jià)指數(shù)分別為125.04、148.44、178.81，說(shuō)明潮薯1號(hào)的抗旱能力最強(qiáng)，徐薯18次之，福薯7-6最弱。

表6 光合參數(shù)的主成分分析結(jié)果

3 討論

甘薯屬于低投入的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)作物，水分欠缺是制約甘薯產(chǎn)量的重要因素。甘薯在當(dāng)今生物質(zhì)能源開(kāi)發(fā)中扮演著重要角色，是一種大有可為的作物。我國(guó)人口眾多，耕地面積有限，為了不與大宗作物爭(zhēng)地，想要保障和擴(kuò)大甘薯種植面積，可以利用沙地、灘涂、鹽堿地等邊際土地。甘薯常種植在水肥條件較差的地塊，培育并推廣抗旱能力強(qiáng)的甘薯品種可以有效緩解農(nóng)業(yè)用水壓力。關(guān)于甘薯的抗旱鑒定指標(biāo)，已有不少研究報(bào)道，MDA含量增加值以及RWC減少值均與抗旱能力成反比，二者是進(jìn)行植物抗旱能力評(píng)價(jià)的可靠指標(biāo)。本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在24 h干旱脅迫后3個(gè)品種的MDA含量變化值差異顯著，但干旱脅迫時(shí)間增至72 h后，徐薯18與福薯7-6差異不顯著，這可能是試驗(yàn)材料在逆境中自我調(diào)節(jié)所致。差異不顯著也可能與試驗(yàn)材料偏少有關(guān)，雖然3個(gè)甘薯品種相對(duì)含水量變化值差異不顯著，但是在24 h與72 h的干旱脅迫下變化趨勢(shì)一致?？购抵笜?biāo)在測(cè)量過(guò)程中往往具有較大不確定性，因此綜合的抗旱指標(biāo)比單一抗旱指標(biāo)更能反映作物的抗旱能力。田小霞等基于主成分分析方法，將株高、生長(zhǎng)速率等13個(gè)生理生化指標(biāo)轉(zhuǎn)化為7個(gè)獨(dú)立評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建成黃花草木樨苗期綜合抗旱評(píng)價(jià)模型。李紅宇等利用主成分分析法將17個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的抗旱系數(shù)轉(zhuǎn)化為5個(gè)獨(dú)立的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，用于旱地粳稻抗旱鑒定。近年來(lái)，光學(xué)無(wú)損分析技術(shù)發(fā)展迅猛，極大地方便了光合參數(shù)的數(shù)據(jù)采集。李素等的研究表明，光合參數(shù)、、、對(duì)干旱脅迫反應(yīng)靈敏，可用于油菜苗期抗旱性快速鑒定。對(duì)于甘薯，光合參數(shù)已初步應(yīng)用于抗旱評(píng)價(jià)，龔秋等基于光合參數(shù)評(píng)價(jià)了14個(gè)紫甘薯的抗旱能力。

本試驗(yàn)通過(guò)MDA含量與RWC變化評(píng)價(jià)了3個(gè)甘薯品種的抗旱能力，由強(qiáng)到弱依次為潮薯1號(hào)、徐薯18、福薯7-6。在先前的報(bào)道中，潮薯1號(hào)為高度抗旱品種，徐薯18為中度抗旱品種，本研究結(jié)果與之一致。在合適的干旱(20% PEG，24 h)脅迫條件下，甘薯葉片的光合參數(shù)(、、、)能夠準(zhǔn)確反映甘薯的抗旱能力，適合作為甘薯品種抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)。

4 結(jié)論

MDA含量、RWC是常用的抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)，本研究用二者證明光合參數(shù)適用于甘薯抗旱評(píng)價(jià)。在合適的干旱(20% PEG，24 h)脅迫條件下，甘薯葉片光合參數(shù)(、、、)能夠準(zhǔn)確反映甘薯的抗旱能力。并基于以上研究結(jié)果，建立了一個(gè)甘薯綜合抗旱評(píng)價(jià)指數(shù)。