干旱胁迫下陇薯系列马铃薯幼苗叶片抗逆生理指标比较及抗旱性评价

贾小霞　齐恩芳　刘石　马胜　黄伟　吕和平　文国宏

摘要：為了比较陇薯系列马铃薯品种的抗旱性，以陇薯系列和LK99的幼苗为材料，用PEG溶液模拟干旱胁迫，将所有参试品种的根系在20% PEG溶液浸泡2 h后，对叶片相对含水量、叶绿素含量和丙二醛（MDA）含量、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性进行测定和显著性分析。结果表明，参试品种叶片各测定指标间有较大差异，但不同指标与抗旱性之间没有一致的相关性，单一指标不能完全反映抗旱性的强弱。隶属函数法综合评价结果显示，各品种的抗旱性从强到弱依次为陇薯10号、陇薯4号、陇薯7号、陇薯5号、陇薯8号、陇薯12号、陇薯9号、陇薯6号、陇薯3号、陇薯14号、LK99、陇薯11号。

关键词：马铃薯;抗旱性;隶属函数法

中图分类号：S532       文献标志码：A       文章编号：1001-1463（2021）04-0073-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.04.018

Dynamic Analysis of Physicochemical Indexs and Antioxidant Activities of

Apple Jiaosu during Natural Fermentation Process

ZHANG Haiyan 1，2

（1. Agricultural Product Storage and Processing Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Science，Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Innovative Center for Storage and Processing Technology  of fruits and vegetables in Gansu， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：In order to study the changes of physicochemical indexs and antioxidant activities of Apple Jiaosu during natural fermentation process and clarify the health function mechanism of malenzyme， the dynamic changes of the soluble solids content， pH， total acid content， ethanol content， DPPH free radicals， hydroxyl free radicals， superoxide anion free radicals， and ABTS free radicals were investigated. The results showed that the soluble solid content and pH value decreased gradually with the extension of fermentation time. After 90 days of fermentation， the soluble solid content dropped to 4.5 °Brix and the pH dropped to 3.06， which were reduced by 70% and 32% respectively compared with the initial stage of fermentation. The total acid content gradually increased， increased to 42.9 g/L after 90 days， and increased 98%. the ethanol content first increased and then decreased， it was achieved to 1.0 g/L， after 90 days， and complied with regulations of QB/T5323-2018. The antioxidant activities were reached the better in fermentation to 75～90 days. The free radical scavenging rates of DPPH and hydroxyl were reached to 86.16% and 79.03% after 90 days， and increased 44.5% and 45.53%， respectively. The superoxide anion and ABTS were peaked at fermentation 75 days（65.06% and 69.04%， respectively），which were increased 39.12% and 46.47%. The study would provide some theoretical basis for further elucidating the health function mechanism and comprehensive development of Apple Jiaosu.

Key words：Apple Jiaosu;Natural fermentation;Physicochemical indexs;Antioxidant activities

陇薯系列是甘肃省农业科学院马铃薯研究所自主选育的系列马铃薯品种，不仅在甘肃各市区广泛种植，而且在陕西、宁夏、青海和新疆等省区大面积推广种植，为促进甘肃省乃至西北地区马铃薯产业发展作出了巨大贡献[1 ]。据统计，西北地区马铃薯主栽区多集中在干旱半干旱区[2 ]，因此选择抗旱品种更利于各地马铃薯产业的发展。有关陇薯系列马铃薯品种抗旱性的比较研究相对缺乏，生产者在品种选择上存在一定的盲目性。我们以陇薯系列12个马铃薯品种幼苗为研究对象，用20% PEG溶液胁迫处理后，对各参试品种叶片的抗逆生理指标进行测定和显著性分析，并利用隶属函数法对各品种的抗旱性进行综合评价，旨在为各地区种薯的合理选择提供依据，也为抗旱品种选育提供参考。

1   材料与方法

1.1   试验材料

供试马铃薯品种12个：陇薯3号、陇薯4号、陇薯5号、陇薯6号、陇薯7号、陇薯8号、陇薯9号、陇薯10号、陇薯11号、陇薯12号、陇薯14号和LK99，均由甘肃省农业科学院马铃薯研究所提供。2019年5月20日将苗龄28 d的试管苗移入蛭石中，幼苗生长60 d后，各品种挑选长势一致的植株用于试验。

1.2   方法

将幼苗连根从蛭石中移出，冲洗干净后，将根浸入20% PEG溶液中模拟干旱胁迫，处理2 h后，统一采集各品种同层完全展开叶测定相对含水量、叶绿素含量、MDA含量、POD和CAT活性等生理指标。

1.3   测定指标与方法

MDA含量、POD和CAT活性均采用苏州科铭生物科技有限公司的试剂盒测定，叶片相对含水量采用称重法测定[3 ]，叶绿素含量参照李合生的方法测定[4 ]。

1.4   数据统计

用Microsoft Excel 2010和DPS V3.01专业版统计分析软件处理数据，用Duncans 法分析试验结果的差异显著性。所有数据均为各重复的平均值±标准差。不同品种抗旱性评价用模糊数学隶属函数法[5 ]，即先计算各品种叶片单个指标的隶属函数值，再求各品种所有指标的平均隶属函数值，平均隶属函数值越大，表明抗旱性越强。

用于抗旱性综合评价的隶属函数值[X（μ1），X（μ2）]的计算公式为：

X（μ1） = （X-Xmin） /（Xmax-Xmin）      （1）

X（μ2） = 1- （X-Xmin） /（Xmax-Xmin） （2）

式中，X为某一马铃薯品种某一指标的测定值;Xmax为所有参试品种中该指标的最大值;Xmin为所有参试品种中该指标的最小值。采用 X（μ1） 计算与抗旱性呈正相关指标的隶属函数值;用X（μ2） 计算与抗旱性呈负相关指标的隶属函数值。

2   结果与分析

2.1   干旱胁迫下不同品种幼苗叶片相对含水量和叶绿素质量浓度比较

叶片相对含水量能体现植株叶片水势， 受到干旱胁迫后， 耐旱性强的植株叶片相对含水量高于耐旱性差的植株[6 - 7 ]。由表1可知，参试品种的叶片相对含水量从高到低依次为陇薯5号、陇薯10号、陇薯7号、陇薯4号、陇薯12号、陇薯8号、陇薯6号、LK99、陇薯9號、陇薯3号、陇薯11号、陇薯14号。以陇薯5号最高，为96.77%，显著高于陇薯11号（85.76%）和陇薯14号（85.53%），与其余品种均未达到显著差异。叶绿素质量浓度从高到低依次为陇薯10号、陇薯4号、陇薯7号、陇薯5号、陇薯12号、陇薯14号、陇薯8号、陇薯9号、陇薯3号、陇薯11号、陇薯6号、LK99。以陇薯10号最高，为15.68 mg/L，与陇薯4号（14.03 mg/L）和陇薯7号（13.91 mg/L）差异不显著，但显著高于其余品种;LK99最低，为7.63 mg/L，显著低于所有其余品种。

2.2   干旱胁迫下不同品种幼苗叶片MDA含量比较

干旱胁迫下，MDA含量常被用来评价叶片细胞质膜的损伤程度，MDA含量越高，质膜损伤越严重[8 - 9 ]。由表1可知，参试品种的MDA含量从高到低依次为陇薯14号、陇薯6号、陇薯9号、陇薯12号、陇薯10号、陇薯11号、LK99、陇薯8号、陇薯5号、陇薯7号、陇薯3号、陇薯4号。以陇薯14号最高，为62.28 nmol/（g· FW），与陇薯6号、陇薯9号、陇薯10号、陇薯12号、陇薯11号和LK99的差异不显著，但显著高于陇薯3号、陇薯4号、陇薯5号、陇薯7号和陇薯8号;陇薯4号最低，为60.50 nmol/（g· FW）。

2.3   干旱胁迫下不同马铃薯品种抗氧化酶活性比较

POD和CAT是植物酶促体系成员，常被用来衡量逆境胁迫下细胞活性氧清除能力的大小[10 ]。由表1可知，参试品种的POD活性从高到低依次为陇薯14号、陇薯12号、陇薯10号、陇薯6号、陇薯8号、陇薯11号、陇薯9号、陇薯7号、陇薯4号、陇薯3号、LK99、陇薯5号。以陇薯14号最高，为2 572.00 U/（g· FW），与陇薯6号、陇薯8号、陇薯9号、陇薯10号、陇薯11号和陇薯12号无显著差异，但显著高于其余品种;陇薯5号的POD酶活性最低，为786.67 U/（g· FW），显著低于其余品种。CAT活性从高到低依次为陇薯10号、陇薯9号、陇薯6号、陇薯8号、陇薯14号、陇薯5号、LK99、陇薯7号、陇薯4号、陇薯11号、陇薯3号、陇薯12号。以陇薯10号最高，为61.92 U/（g· FW），显著高于其余品种;陇薯12号最低，为20.93 U/（g· FW），显著低于陇薯10号和陇薯9号，与其余品种间差异不显著。

2.4   不同马铃薯品种的抗旱性分析

由表2可以看出，不同马铃薯品种叶片相对含水量平均为91.55%，变异系数为13.55%。相对含水量以陇薯5号最高，为96.77%;陇薯11号最低，为85.75%。叶绿素平均质量浓度为11.94 mg/L，变异系数为16.58%。其中以陇薯10号最高，为15.68 mg/L，LK99最低，为7.63 mg/L。POD活性平均为1 605.33 U/（g·FW），变异系数为31.32%。其中以陇薯14号最高，为2 572.00 U/（g·FW）;陇薯5号最低，为786.67 U/（g· FW）。CAT活性平均为36.64 U/（g·FW），变异系数为27.73%。其中以陇薯10号最高，为61.92 U/（g·FW）;陇薯12号最低，为20.93 U/（g·FW）。MDA平均含量为61.32 nmol/（g·FW），变异系数为0.87%。其中以陇薯14号最高，为62.28 nmol/（g·FW）;陇薯4号最低，为60.50 nmol/（g·FW）。

以上分析表明，参试品种叶片各测定指标间有较大差异，且不同指标与抗旱性之间没有一致的相关性，单一指标不能完全反映抗旱性的强弱，无法通过单一指标对参试品种的抗旱性进行客观评价。采用隶属函数法对抗旱性进行评价可知，12个参试品种的综合抗旱性从强到弱的顺序依次为陇薯10号、陇薯4号、陇薯7号、陇薯5号、陇薯8号、陇薯12号、陇薯9号、陇薯6号、陇薯3号、陇薯14号、LK99、陇薯11号。

3   結论与讨论

用PEG溶液模拟干旱胁迫，将陇薯系列和LK99的马铃薯幼苗的根系在20% PEG溶液浸泡2 h后，对叶片相对含水量、叶绿素质量浓度和丙二醛（MDA）含量、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）活性进行了测定和显著性分析。结果表明，参试品种叶片的各测定指标间有较大差异，但不同指标与抗旱性之间没有一致的相关性，单一指标不能完全反映抗旱性的强弱。隶属函数法综合评价结果显示，参试各品种的抗旱性从强到弱依次为陇薯10号、陇薯4号、陇薯7号、陇薯5号、陇薯8号、陇薯12号、陇薯9号、陇薯6号、陇薯3号、陇薯14号、LK99、陇薯11号。

叶片是植物进行光合作用和蒸腾作用的主要场所，也是与外界环境接触最为密切的器官之一，其组织结构和生理特性易受环境因子的影响，也最能反映植物对环境的适应能力[11 ]。在植物的抗旱性研究中，叶片相对含水量、叶绿素质量浓度、MDA含量和抗氧化酶活性等生理特性常被作为重要的评价指标，其中叶片相对含水量、叶绿素质量浓度、CAT和POD等抗氧化酶活性与抗旱性呈正相关，MDA含量与抗旱性呈负相关[12 ]。目前，用于植物抗旱性评价的方法包括分级评价法、灰色关联分析法、主成分分析法和隶属函数法等好多方法[13 ]。其中隶属函数法可对多个指标进行较为全面、综合的评价，避免了单一指标评价的片面性和局限性，在抗旱性评价中应用最多。本研究采用模糊数学隶属函数法对参试品种的抗旱性进行评价，结果叶片相对含水量、叶绿素质量浓度、CAT和POD活性与抗旱性呈正相关，MDA含量与抗旱性呈负相关。本研究仅为马铃薯幼苗叶片在PEG胁迫下的有关生理指标比较结果，其在生产中的抗旱性还需进行田间验证。

参考文献：

[1] 文国宏，李高峰，李建武，等.  陇薯系列马铃薯品种营养品质评价及相关性分析[J].  核农学报，2018，32（11）：2162-2169.

[2] 甘肃省统计局.  甘肃农业统计年鉴[M].  北京：中国统计出版社，2018.

[3] 康   雯.  土壤自然失水胁迫对地锦幼苗生理生化特性的影响[C].  哈尔滨：东北林业大学硕士学位论文，2010.

[4] 李合生.  植物生理生化实验原理和技术[M].  北京：高等教育出版社，2000：261-263.

[5] 杨小玉，王晓江，德永军.  山桃等3个树种叶片解剖结构的耐旱性特征研究[J].  内蒙古林业科技，2008，34（2）：40-42.

[6] 刘明稀，卢少云，郭振飞.  假俭草抗旱变异体的筛选及其生理鉴定[J].  草业学报，2012，21（1）：126-132.

[7] 孙宗国.  PEG-6000模拟干旱胁迫下裸果木幼苗的生理响应[J]. 甘肃农业科技，2011（12）：26-28.

[8] 李   源，刘贵波，高洪文，等.  紫花苜蓿种质耐盐性综合评价及盐胁迫下的生理反应[J].  草业学报，2010，19（4）：79-86.

[9] 贾小霞，汪世刚.  AtDREB1A基因过量表达对马铃薯盛花期生理生化指标的影响[J].  甘肃农业科技，2017（10）：32-35.

[10] 张海娜，李小娟，李存东，等.  过量表达小麦超氧化物歧化酶（SOD）基因对烟草耐盐能力的影响[J].  作物学报，2008，34（8）：1403-1408.

[11] REDDY A R，CHAITANYA K V， VIVEKAN-ANDAN M. Drought-induced responses of photosynthesis and antioxidant metabolism in higher plants[J].  Journal of Plant Physiology，2004，161：1189-1202.

[12] RYAN M G，WAY D.  Tree responses to drought[J].  Tree Physiology，2011，31：237-239.

[13] MARDEH ASS，AHMADI A，POUSTINI K，et al. Evaluation of drought resistance indices under  various environmental conditions[J]. Field Crops Research，2006，98：222-229.

（本文责编：杨     杰）

收稿日期：2020 - 11 - 26

基金项目：甘肃省农业科学院科技创新专项（2020GAAS16）;甘肃省农业科学院生物技术育种专项（2020GAAS10）;国家现代农业产业技术体系（CARS-09-P06）。

作者简介：贾小霞（1978 — ），女，甘肃定西人，副研究员，主要从事马铃薯种质改良研究工作。联系电话：（0）13519311726。Email：jiaxx0601@163.com。