有限灌溉对马铃薯生理特性的影响

刘瑞芳，杨 健，乌日娜，杨燕峰

（呼和浩特市园艺科技试验中心，内蒙古 呼和浩特 010070）

随着经济和社会的发展，水资源短缺的问题越来越突出，干旱缺水已成为国民经济和社会可持续发展的一个重要的瓶颈[1]。全球位于干旱或半干旱地区的耕地面积约占总耕地面积43%，涉及50多个国家和地区[2]。所以如何既能减少农业生产用水量的同时，又能保证粮食的产量，已成为一个国际性的研究课题。搞好农业高效用水研究，发展有限灌溉，已经成为我国农业生产的必由之路[3]。

我国是马铃薯第一主产国，产区主要分布于西南、中原、北方、南方四大种植区，种植面积占全球的25%左右[4]。由于马铃薯具有耐热、耐寒、耐干旱、耐瘠薄、适应性广等特点，我国现有马铃薯60%以上种植在基本无灌溉条件的山区和干旱、半干旱地区[5]。内蒙古马铃薯产区因为有海拔高、风速大、日照长、气候冷凉和传毒介体少等特点，是我国重要的马铃薯及种薯生产基地。生产的马铃薯具有表皮干爽、块茎大小整齐一致、干物质含量高、无污染和病烂薯少等优点，质量享誉全国，深受国内外消费市场的赞许。本试验以呼和浩特市自然环境为基础，依据当地的灌溉条件，通过研究不同灌水时期、不同灌水量下马铃薯生长、生理指标及产量的差异，探索灌水不同对马铃薯生长及生理特征的影响，旨在筛选出最佳灌水时期、灌水量，取得最好的经济效益，最终实现节约用水、科学用水、提高水分利用率。

1 材料和方法

1.1 试验材料

马铃薯品种克新1号。

1.2 试验地点

试验在内蒙古自治区呼和浩特市园艺科技试验中心示范园区的防雨棚内进行。

1.3 试验方法

试验设7个灌溉处理（表1），水表控制水量，各处理田间管理措施保持一致。小区面积为40 m2，每小区8行，行距50 cm，株距30 cm，重复3次，随机区组排列。播前施入有机肥9750 kg/hm2，过磷酸钙196 kg/hm2，硫酸钾 147 kg/hm2，尿素 49 kg/hm2。

表1 试验处理灌水量 mm

1.4 测定指标及方法

1.4.1 测定生理指标 在马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期、成熟期5个生育时期取功能叶片测定以下生理指标：

超氧化物歧化酶（SOD）：采用NBT光化还原法测定[6]；过氧化物酶（POD）：采用 Sigma 法测定[6]；丙二醛（MDA）：采用硫代巴比妥酸法[7]；脯氨酸：采用茚三酮法测定[8]；可溶性蛋白：采用菲林-酚试剂法[9]。

1.4.2 测产 每小区取大于等于2 m2测经济产量。

2 结果与分析

2.1 有限灌溉对马铃薯产量和水分利用率的影响

由表2可知，多次灌水处理D、E、F和G的产量显著高于灌水少的处理，说明干旱胁迫直接影响马铃薯的产量。处理E的产量和水分利用率均最高，在块茎形成期、膨大期灌水显著提高马铃薯的产量，说明块茎形成期、膨大期是需水临界期。处理A全生育期无灌水，干旱胁迫严重，生长受到严重抑制，产量最低。处理A到处理E，产量逐渐升高且处理间有显著差异，处理F、G的产量与处理E无显著差异，说明淀粉积累期和成熟期灌水对产量的形成无明显影响。

表2 不同灌溉处理下的产量比较

2.2 有限灌溉对马铃薯生理指标的影响

2.2.1 不同灌溉处理下超氧化物歧化酶（SOD）活性变化 由图1表明，随着生育时期的推进，各处理SOD活性均呈现先上升后下降的趋势。苗期无灌水处理A、C和E的SOD活性显著高于灌水处理B、D、F、G，早期干旱处理能使马铃薯较好的适应后期胁迫，表明适当的蹲苗可以促进植株生长，能增强植株的抗旱性，有利于产量的形成。处理A和B中后期胁迫程度大，SOD活性迅速下降，生长受到严重抑制，清除自由基的能力弱，SOD活性大幅下降。表明无灌水或只灌苗期水不能满足作物的生长需要，严重影响植株的生长以及产量的形成。相同灌水量情况下，处理C的SOD活性显著高于处理B，处理E显著高于处理D，SOD活性缓慢增加，表明块茎形成期、膨大期是马铃薯的需水临界、需水最大期，此期灌水能有效地促进植株生长，有助于提高马铃薯的产量。处理F、G充足灌水适宜植株的生长，SOD活性较低，成熟期两处理活性无显著差异，则成熟期灌水对植株的生长无明显影响。

2.2.2 不同灌溉处理下过氧化物酶（POD）活性变化如图2所示，随着生育时期的推进，POD活性随生育时期的推进呈单峰曲线变化趋势，块茎膨大期达最大值。苗期无灌水处理A、C和E的POD活性显著高于灌水处理B、D、F、G，表明苗期干旱处理能增强植株清除H2O2的能力，抗性强能适应后期的干旱，促进植株生长。处理A胁迫整个生长过程，POD活性大幅下降，消除过氧化物能力迅速降低，表明体内H2O2大量积累，植株受伤害较大，抑制植株的生长。相同灌水量的情况下，POD活性处理C显著高于处理B，处理E显著高于处理D，POD活性缓慢增加，体内有害物质积累量减少，有效的促进植株生长，表明块茎形成期、膨大期灌水有利于产量的提高。4次灌水处理F和充足灌水处理G的POD活性较低，植株生长良好，成熟期两处理活性值差异不显著，则成熟期灌水对植株生长作用不明显，后期代谢减缓逐渐衰老，有害物质大量积累，超过清除能力，POD活性降低。

2.2.3 不同灌溉处理下丙二醛（MAD）含量的变化如图3可知，苗期无灌水处理A、C、E的MAD含量较高，说明苗期进行水分胁迫，膜脂过氧化相对较重。生育期间无灌水的处理A各个时期的MDA均高于其他处理，4次灌水的处理F和5次灌水的处理E均低于其他处理。处理A、B中、后期水分胁迫程度大，MDA含量快速增加，脂过氧化逐渐加重，说明无灌水或只灌苗期水形成的胁迫对植株的伤害较大，加速植株的衰老，影响产量的形成。相同灌水量的情况下，处理B的MDA含量显著高于处理C、处理D显著高于处理E，说明苗期灌水能显著的降低MDA的增加量，块茎形成期是马铃薯的需水临界期，此期灌水能有效地促进植株的生长并提高产量。处理F、G充足灌水，适于马铃薯的生长发育，MDA积累缓慢，后期差异不显著，说明成熟期灌水作用不明显。

2.2.4 不同灌溉处理下脯氨酸含量的变化 由表3知，处理F、G的变化趋势是先增加后降低，块茎膨大期达最大值；其他处理呈逐渐增加的趋势。苗期干旱处理能诱导游离脯氨酸的积累，则无灌水处理的值显著高于灌水的，抗旱性增强，能较好地适应后期的干旱环境，有利于提高产量。处理A、B中后期水分胁迫程度大，游离脯氨酸含量快速增加。表明物质合成减慢分解加快，生长受到严重抑制，产量显著降低。相同灌水量的情况下，前、中期处理处理C显著高于处理B、处理E显著高于处理D，但后期结果则相反。此期灌水能显著的降低游离脯氨酸的增加量，物质合成速度加快，有效地促进植株的生长，显著提高产量，表明块茎形成期是马铃薯的需水临界期，此期灌水对植株的作用显著。处理F、G充足供水，适宜马铃薯的生长发育，游离脯氨酸积累较少，随着生育期的推进，含量缓慢增加，块茎膨大期达最大，后期脯氨酸逐渐合成蛋白质，则含量不断下降。后期两者差异不显著，则成熟期灌水对植株作用不明显。

表3 不同灌溉处理下的脯氨酸含量 μg/g

2.2.5 不同灌溉处理下可溶性蛋白含量的变化如图4可知，处理C、D、E的可溶性蛋白含量呈逐渐增加的趋势，其他处理呈先增加后降低的趋势。苗期无灌水处理的可溶性蛋白含量显著高于灌水的，由于马铃薯生长前期需水较少，一定程度的干旱胁迫能诱导可溶性蛋白的合成，增强个体的抗旱性，有利于后期产量的形成。处理A、B中后期可溶蛋白含量下降，是由于中后期水分胁迫严重，已不适宜马铃薯的生长，可溶性蛋白质合成受阻，说明无灌水或只灌苗期水严重影响马铃薯的正常生长，影响产量。相同灌水量情况下，处理C的可溶性蛋白含量显著高于处理B、处理E显著高于处理D，表明块茎形成期、膨大期灌水，能显著地促进马铃薯的生长。这两个时期若及时灌水，细胞渗透势增加，吸收能力强，提高产量。处理F、G充足供水，生长环境适宜，前、中期可溶性蛋白含量缓慢增加，后期可溶性蛋白含量不断下降，可能是由于后期可溶性蛋白不断转化为不溶性蛋白的结果。后期两者差异不显著，说明成熟期灌水对植株影响不明显。

3 结论与讨论

产量是进行试验设置的首选指标，通过试验可以得出，多次灌水处理D、E、F和G的产量显著高于灌水少的处理，说明干旱胁迫直接影响马铃薯的产量。试验分析结果表明：处理E的产量均最高，在块茎形成期、膨大期灌水显著提高马铃薯的产量，说明块茎形成期、膨大期是需水临界期和最大期。

不同水分处理下，随生育时期的推进，SOD、POD活性均呈先增加后降低的单峰曲线变化趋势。苗期不灌水两者活性值提高，抗旱性增强；之后随胁迫程度的增大，生长受到严重抑制，活性降低。块茎形成期、膨大期灌水，显著促进植株生长活性增大。充足灌水生长适宜，SOD、POD活性值较小，成熟期灌水对活性值无显著影响。

随生育时期的推进，MDA含量不断增加。块茎形成期、膨大期灌水，显著促进植株生长，细胞膜得到一定恢复，膜脂过氧化程度降低，MDA含量增幅降低。充足灌水，促进植株生长，细胞膜完整性好，膜脂过氧化低。

游离脯氨酸含量，处理F、G的变化趋势是先增加后降低，其他处理呈逐渐增加的趋势。苗期不灌水含量高。水分胁迫增大，游离脯氨酸快速积累。块茎形成期、膨大期灌水，有效促进生长，含量缓慢增加。处理F、G充足供水，生长良好，游离脯氨酸前期积累缓慢，后期逐渐合成蛋白质，含量降低。

可溶性蛋白含量的总体变化趋势是，处理C、D、E的含量逐渐增加，其他处理先增加后降低。苗期胁迫能诱导可溶性蛋白的合成，含量较高。胁迫严重时，生长受到抑制，含量降低。块茎形成期、膨大期灌水，植株快速生长，促进其合成，含量缓慢增加。水分充足，生长良好，含量逐渐增加，后期不断转化为不溶性蛋白，含量降低。

参考文献：

［1］康绍忠，蔡焕杰.农业水管理学［M］.北京：中国农业出版社，1995.

［2］韦 斯·沃伦德，唐·格兰姆斯.美国国家灌溉工程手册［M］∥水利部国际合作司等.北京：中国水利水电出版社，1998.

［3］王笑影.农田蒸散估算方法研究进展［J］.农业系统科学与综合研究，2003，19（2）：81-84.

［4］康志河，杨国红.加入WTO对我国马铃薯产业的影响分析［J］.中国马铃薯，2002（1）：52-55.

［5］屈冬玉，谢开云，金黎平，等.中国马铃薯产业发展与技术需求［A］∥段兴祥.中国（昆明）第五届世界马铃薯大会文集［C］.昆明：云南美术出版社，2004，23（13）：84-86.

［6］张志良.植物生理学实验技术［M］.北京：高等教育出版社，1990.

［7］张志良.植物生理学实验指导［M］.北京：高等教育出版社，1990（2）：305-312.

［8］张宪政.植物叶绿素含量测定-丙酮乙醇混合液法［J］.辽宁农业科学，1986（3）：26-28.

［9］白宝璋，史安国，赵景阳，等.植物生理学［M］.北京：中国农业科技出版社，2001.