盐胁迫对马铃薯出苗及苗期生物学性状的影响

江应红，刘易，邢斌德，孙慧，冯怀章

（新疆农业科学院综合试验场，新疆乌鲁木齐830012）

南疆三地州（喀什地区、和田地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州）是新疆维吾尔自治区自然条件最为艰苦、经济发展最为落后、贫困人口最为集中的地区，占新疆维吾尔自治区贫困人口的80%，贫困家庭收入主要来自种植业（52.13%）和牧业（21.98%）[1]。因此，解决南疆三地州人口的贫困问题，将对新疆维吾尔自治区人民脱贫致富起到关键性作用。马铃薯作为重要的粮、菜兼用型作物，耐贫瘠、耐干旱[2]，深受南疆少数民族的喜爱。南疆三地州属于大陆性干旱荒漠气候，土壤类型以沙壤土为主，具有适合马铃薯生长发育的环境条件。自2015年国家提出马铃薯主粮化战略以来，南疆地区马铃薯林下种植、复播技术、冷凉地区全程机械化种植技术快速发展，喀什地区泽普县建成多熟高效新品种示范基地，推广早熟马铃薯复播技术，纯收益达到36 000元/hm2以上[3]。南疆果园间作双膜覆盖技术、三膜覆盖技术的推广与示范，实现了鲜薯提前上市，获得了较高的经济效益。

马铃薯属盐敏感型作物[4]，土壤盐碱化对马铃薯出苗、生长及产量均有很大影响。极端干旱气候条件造就了新疆维吾尔自治区成为中国土壤盐碱化、次生盐渍化的主要分布区[5]，土壤盐渍化已成为该区绿色农业可持续发展的主要障碍。据统计，新疆维吾尔自治区土壤盐渍化面积占耕地总面积的37.7%，且南疆（49.6%）高于北疆（25.2%）[6]。因此，选育耐盐品种，探究马铃薯耐盐机制，将为马铃薯耐盐种质资源创新及选育耐盐品种奠定理论基础，对改良和利用盐碱地，保障粮食安全及南疆地区脱贫攻坚都具有重大意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取4个马铃薯品种，分别为：‘龙薯10号’‘费乌瑞它’‘龙薯4号’‘龙薯3号’。

供试土壤采自新疆农业科学院综合试验场20号地网室内，土壤类型为沙壤土，取土深度0~30 cm，经混匀、碾压、粉碎、风干、过筛（2 mm），测定土壤基本理化性质（表1）。

表1 供试土壤基本理化性质Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soil

1.2 试验设计及方法

采用盆栽方法，设置2个处理，每个处理重复5次。由于南疆土壤盐分以硫酸盐-氯化物或氯化物盐类为主[7]，故本试验采用在供试土壤中加入氯化钠分析纯的方法，使土壤含盐量（NaCl）分别达到：0.3%（低盐）、0.6%（中盐），以供试土壤为对照（不考虑供试土壤中所含盐分）。试验于2017年5月15日播种，塑料盆高20 cm，口径25 cm，每盆装供试土壤5 kg，按照设置的2个NaCl浓度，称取NaCl分析纯15、30 g均匀拌在土壤中。挑选大小一致的种子，每盆播种3颗。埋土深度大约10 cm。花盆下置托盘，为避免浇水时水分淋溶造成盐分降低，将托盘上的水及时倒回盆中。

1.3 观测指标测定方法

出苗天数：以每处理超过一半出苗的日期为出苗日，观测每盆中种子从播种日至出苗日的天数；

出苗率：播种后25 d统计各处理的出苗率，出苗率（%）=（出苗数/播种数）×100；

株高：播种后25 d，用直尺测量植株近地面主茎到顶端生长点的高度，每处理5次重复，求平均值；

SPAD值测定：播种后30 d，采用SPAD测定仪（型号：TYS-B）测定植株倒三叶的SPAD值，每处理5次重复，求平均值。

抗氧化酶活性测定：播种后30 d，采集植株倒三叶叶片进行抗氧化酶活性测定，取下叶片后快速用液氮速冻，做好标记放入超低温冰箱内保存备用。过氧化氢酶（CAT）采用KMn04滴定法[8]；过氧化物酶（POD）采用愈创木酚法[8]；超氧化物歧化酶（SOD）活性用NBT还原抑制法[9]测定，5次重复。

1.4 数据统计

数据及主成分分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS 22.0进行统计分析，显著性检验采用最小显著差数法（LSD）。

2 结果与分析

2.1 盐胁迫对不同马铃薯品种出苗的影响

盐胁迫显著抑制了不同品种马铃薯的出苗率，并延长了出苗天数。处理1不同马铃薯品种出苗天数较对照平均延长3.25 d；处理2出苗天数较对照平均延长5.75 d，较处理1平均延长2.50 d。出苗天数在品种间存在差异，‘龙薯10号’在两个处理中出苗天数分别较对照延长2和5 d，‘龙薯3号’分别较对照延长5和8 d。出苗率处理1、处理2较对照分别降低26.67、70.00个百分点（表2）。

表2 不同处理马铃薯出苗天数及出苗率Table 2 Emergence days and emergence rate of potato in different treatments

由于大田生产中，马铃薯品种耐盐性最直观的判断标准即为出苗率和产量，因此本试验以出苗率作为不同品种耐盐性评价标准。由表2可知，‘龙薯10号’耐盐性高于其他3个品种。

2.2 盐胁迫对不同马铃薯品种株高的影响

各处理马铃薯植株的株高均随着土壤含盐量的升高而降低，说明盐胁迫会抑制马铃薯植株的生长，且其抑制作用与盐分含量成正相关关系。‘龙薯10号’‘龙薯3号’在处理1中株高分别为6.09和6.10 cm，较对照降低26.93%、22.02%，差异不显著；处理2中，株高分别为3.67和3.33 cm，较对照降低39.73%、45.36%，差异显著。‘费乌瑞它’‘龙薯4号’在处理1中株高分别为6.21和4.94 cm，较对照降低32.65%、54.64%，差异显著；处理2中株高分别为3.17和2.37 cm，较对照降低49.02%、52.07%，差异显著。说明‘龙薯10号’‘龙薯3号’对盐胁迫的耐受程度高于‘费乌瑞它’和‘龙薯4号’（图1）。

图1 盐胁迫下不同品种马铃薯的株高Figure 1 Plant heights of different potato varieties under salt stress

2.3 盐胁迫对不同马铃薯品种叶片SPAD值的影响

不同品种马铃薯叶片SPAD值均随盐分浓度的升高而降低，说明盐胁迫下，盐分离子破坏了叶绿素的合成，进而影响植物光合作用。在处理1中，‘龙薯10号’SPAD值为49.77，较对照降低5.41%，差异不显著；‘费乌瑞它’‘龙薯4号’‘龙薯3号’SPAD值分别为45.22、48.29、42.26，较对照降低9.33%、9.50%、14.84%，差异显著。在处理2中，4个品种SPAD值较对照分别降低21.43%、31.25%、32.49%、23.24%，均表现为差异显著。说明‘龙薯10号’耐盐性高于其他3个品种（图2）。

图2 盐胁迫下不同品种马铃薯叶片的SPAD值Figure 2 SPAD values in leaves of different potato varieties under salt stress

2.4 盐胁迫对不同马铃薯品种抗氧化酶活性的影响

在两个处理中，不同马铃薯叶片过氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、过氧化氢酶（CAT）活性表现一致，均随盐分浓度的升高而降低，说明盐分抑制了酶的活性，造成植株生长受到限制。酶活性的降低程度在不同品种和盐分浓度下表现出差异（图3~5）。

图3 盐胁迫下不同品种马铃薯叶片的POD活性Figure 3 POD activity in leaves of different potato varieties under salt stress

在处理1中，过氧化物酶（POD）活性较对照降幅依次为：‘费乌瑞它’<‘龙薯10号’<‘龙薯3号’<‘龙薯4号’，其中‘费乌瑞它’降幅仅为4.7%，差异不显著，其他3个品种差异显著；过氧化氢酶（CAT）活性降幅依次为：‘费乌瑞它’<‘龙薯3号’<‘龙薯10号’<‘龙薯4号’，其中‘龙薯4号’为47.48%，差异显著，其他3个品种差异不显著；超氧化物歧化酶（SOD）活性降幅依次为：‘龙薯3号’<‘龙薯10号’<‘费乌瑞它’<‘龙薯4号’，其中‘龙薯4号’为21.44%，差异显著，其他3个品种差异不显著。

图4 盐胁迫下不同品种马铃薯叶片的CAT活性Figure 4 CAT activity in leaves of different potato varieties under salt stress

图5 盐胁迫下不同品种马铃薯叶片的SOD活性Figure 5 SOD activity in leaves of different potato varieties under salt stress

在处理2中，过氧化物酶（POD）活性较对照降幅依次为：‘费乌瑞它’<‘龙薯10号’<‘龙薯4号’<‘龙薯3号’，较对照均差异显著；较处理1，‘龙薯10号’及‘龙薯4号’降幅分别为15.5%、5.0%，差异不显著，‘龙薯3号’及‘费乌瑞它’降幅分别为25.3%、31.7%，差异显著。过氧化氢酶（CAT）活性较对照降幅依次为：‘龙薯10号’<‘费乌瑞它’<‘龙薯3号’<‘龙薯4号’，均差异显著；较处理1，‘费乌瑞它’降幅为38.2%，差异显著，其他3个品种差异不显著。超氧化物歧化酶（SOD）活性较对照降幅依次为‘龙薯10号’<‘费乌瑞它’<‘龙薯3号’<‘龙薯4号’，均差异显著；较处理1，‘龙薯3号’降幅为30.85%，差异显著，其他3个品种差异不显著。

‘龙薯10号’在两个处理中，出苗率、SPAD值、抗氧化酶活性均高于其他品种，因此可初步判断‘龙薯10号’耐盐性高于其他品种，可进行进一步试验。

2.5 主成分分析

对4个马铃薯品种所测的所有指标进行主成分分析（表3）。在处理1中，6个指标可分为两个主成分，其中第一主成分贡献率为51.130%，第二主成分贡献率为39.194%，两个主成分累计贡献率达90.324%。根据各指标成分值的大小可知，在处理1中，第一主成分包括株高、CAT、POD三个指标，第二主成分包括出苗率、SPAD值、SOD三个指标。说明，在处理1中，0.3%的盐胁迫程度首先影响了株高、CAT、POD三个指标，其次为出苗率、SPAD值、SOD。在处理2中，仅1个主成分，累计贡献率达78.282%，说明0.6%的盐胁迫程度对6个指标均影响显著，致使植株生长受到显著抑制。

3 讨论

盐胁迫会对植物的发芽、生长发育和产量产生不利影响[10]，具体可表现为出苗延迟，成苗率降低，幼苗生长缓慢，长势变弱，叶片萎蔫发黄，苗期和花期延长、产量下降等[11-13]，盐分过高则会造成植物早衰甚至死亡[14]。研究表明，随着盐浓度的增加，土壤溶液的渗透压降低，导致马铃薯实生种子吸水困难，种子发芽率降低[15]。本试验也发现，盐胁迫使马铃薯种子出苗延迟，出苗率、株高均降低，0.3%土壤含盐量出苗较对照平均延长3.25 d，出苗率降低26.67个百分点；0.6%土壤含盐量出苗较对照平均延长5.75 d，出苗率降低70.00个百分点。这与周明扬等[16]、刘学良等[17]得到的结论一致。但也有研究发现，低盐可以促进作物生长。刘爱荣等[18]发现低浓度的盐胁迫可以促进金盏菊的生长。高玉坤等[19]、孙飞[20]对耐盐高粱的研究结果一致认为低盐胁迫能够促进高粱生长，在低盐胁迫下耐盐品种高粱蔗，基部节长、基部茎粗和株高增加。

植物体内的叶绿体对盐胁迫等逆境较为敏感。当植物遭受盐胁迫时，叶绿体结构受到损害，导致叶绿素含量减少，光合能力下降[21]。叶绿素是一类含脂的绿色色素，是绿色植物进行光合作用的主要色素。由于叶片SPAD值与叶绿素含量具有显著相关性[22-24]，因而SPAD值常被用来表征植物体叶片叶绿素含量。本试验发现随着盐胁迫程度的增加，马铃薯叶片中SPAD值呈降低趋势，这与前人关于玉米[25]、向日葵[26]的研究结论一致；但王明泉等[27]通过水培法研究发现，低浓度盐（55 mmol/L NaCl）胁迫条件可促进玉米自交系幼苗叶绿素含量的增加。

过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）均为植物体内的抗氧化保护酶系统。一般来讲，植物体内的POD、SOD、CAT等酶活性与植物的抗氧化能力呈正相关。盐生植物与非盐生植物相比，其POD、SOD、CAT活性更高，因而更能有效地清除活性氧，阻止膜质过氧化[28]。本试验中，马铃薯叶片POD、SOD、CAT活性表现一致，均随盐胁迫程度的升高而降低，这与包云飞[29]的研究结论一致。推测两个处理的盐胁迫程度均已超出植物耐受能力，致使植株叶片酶活性降低。而两个处理中，‘龙薯10号’的抗氧化酶活性均高于其他品种，也说明了‘龙薯10号’的耐盐性高于其他品种。但关于抗氧化酶活性的研究结论各不相同。高玉坤等[19]研究认为盐胁迫下高粱叶片的SOD、POD和CAT活性均表现为先升高后降低的趋势。张景云等[30]研究表明，耐盐组马铃薯叶片的SOD活性呈升高的趋势，中耐盐组和感盐组呈先降低后升高的趋势，耐盐组和中耐盐组POD活性相对值呈先降低后升高的趋势，感盐组呈降低的趋势。胡德龙等[31]对6个马铃薯品种的组培苗进行盐胁迫，发现随NaCl胁迫浓度增加，CAT活性呈现先降低再升高的趋势，SOD活性的变化规律为：先降低再升高最后再降低。凌云鹤等[26]研究了250 mmol/L NaCl溶液对向日葵幼苗的影响，发现盐胁迫使向日葵SOD、POD、CAT活性均升高。邹春雷[32]研究也发现，一定浓度（25/50 mmol/L）的盐胁迫处理可以提高甜菜叶片的SOD和POD活性。

以上结论的不同，推测可能与试验方法、盐渍化土壤种类、盐胁迫程度、胁迫时间、作物、试验操作等因素都有关系。适当的盐分胁迫下保护酶活性会增强，其中SOD催化超氧阴离子自由基发生歧化反应，消除有毒离子O2-，从而产生危害性较小的H2O2和O2[33]。CAT能继续催化H2O2分解，形成H2O和O2。此时，POD也在清除H2O2的过程中起着重要的作用[34,35]。由于这3种保护酶的联合作用，使得植物体内自由基含量稳定，防止生物膜结构和功能受到破坏，使植物保持了一定的耐盐能力。这便解释了以上关于盐胁迫条件下抗氧化酶活性升高的原因，同时，植物对逆境胁迫的响应，促进了叶片中叶绿素的合成过程[27]，进而促进了植株的生长；当盐分胁迫程度超出植物耐受范围之后，盐分胁迫程度越高，抗氧化酶活性越低，叶绿素合成受阻，细胞膜系统受到破坏，代谢紊乱，进而死亡。在植株形态上则表现为生长发育缓慢，叶片黄化，甚至死亡。因此，作物生长生理指标的变化与作物本身的耐盐性及盐胁迫的程度均有较大关系。而马铃薯本身为盐敏感型作物，因此本试验中株高、叶绿素及抗氧化酶活性均呈现降低趋势。