南方冬作区马铃薯新品种闽薯2号耐寒性鉴定

罗文彬 李华伟 许国春 林志坚 纪荣昌 许泳清 邱思鑫 汤浩

（福建省农业科学院作物研究所，农业农村部南方薯类科学观测实验站，福建省特色旱作物品种选育工程技术研究中心，福建福州 350013）

马铃薯是福建省第三大粮食作物，种植类型主要有冬种、春种和秋种。福建省是南方冬作马铃薯主产区之一，多年来利用冬闲田发展马铃薯产业取得了较高的经济效益。福建省冬作马铃薯面积占全省马铃薯总种植面积的85%以上（汤浩 等，2006；汤浩，2010；凌永胜 等，2018）。然而，由于生产上应用的马铃薯品种均不耐低温霜冻，福建省马铃薯生产基本上每年都会受到不同程度的霜冻影响，2016 年的霜冻气候造成了福建沿海马铃薯受冻面积约1.67 万hm，减产20%左右；受冻特别严重的地区，植株冻死，减产60%左右（薛凌英 等，2016）。在全国范围内，2008 年的特大低温霜冻灾害使南方冬作区马铃薯受灾面积达到了40.93 万hm，直接经济损失约10 亿元（魏亮 等，2012），造成了严重的经济损失。低温霜冻已成为制约马铃薯产业发展的重要因素之一（李飞 等，2008）。因此，选育耐寒的马铃薯新品种，对南方冬作马铃薯区域发展具有重要的现实意义。

我国马铃薯栽培品种遗传背景狭窄，大多数品种不耐低温霜冻，为筛选抗寒种质和选育抗寒品种，首先需对马铃薯种质资源进行耐寒性评价。评价马铃薯种质资源耐寒性的方法主要有田间自然霜冻法、电导率法、隶属函数法等（李飞，2008；刘浩和张宗山，2008；杨超英，2014）。涂卫等（2015）利用模拟田间自然霜冻法和电导率法建立了马铃薯苗期抗寒性直接鉴定法，并应用该方法对马铃薯抗寒资源进行了筛选。魏亮等（2017）利用电解质渗漏法结合田间自然霜冻法评价马铃薯抗寒性，室内鉴定的LT与田间自然霜冻损伤结果呈极显著正相关，相关系数为0.928 7，表明室内低温鉴定结果真实可信。杨慧菊和郭华春（2017）采用主成分分析法、隶属函数法和聚类分析法对马铃薯品种的抗寒性进行了综合评价；丁红映等（2020）采用主成分分析、隶属函数和聚类分析3 种方法对马铃薯材料的耐寒性进行综合评价，结果表明丙二醛、可溶性蛋白含量和SOD 活性可作为评价马铃薯耐寒性的重要参考指标。

闽薯2 号系福建省农业科学院作物研究所2018 年育成的马铃薯新品种（罗文彬 等，2019），该品种产量高，商品薯率高，抗马铃薯X 病毒和马铃薯Y 病毒，为目前福建省主要推广品种。为了鉴定和评价闽薯2 号的耐寒性，本试验以生产中主栽品种费乌瑞它为对照，采用电导率法和田间自然霜冻法，测定驯化前后离体叶片半致死温度（LT），霜冻前后植株损伤等级、形态特征和叶片微生物多样性指数，综合评价闽薯2 号的耐寒性，探讨其耐寒机理，以期为马铃薯抗寒育种的亲本选择及南方冬作区马铃薯耐寒品种的应用推广提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试马铃薯闽薯2 号及对照费乌瑞它的种薯级别均为原种。

1.2 室内耐寒性鉴定法

室内耐寒性鉴定于2018 年3—4 月在福建省农业科学院作物研究所进行，采用电导率法进行测定（李飞 等，2008）。组培苗移栽生长4 周后进行炼苗，然后移至10 cm × 10 cm 的塑料钵中，置于植物生长室（16 h 光照/8 h 黑暗、22 ℃/18 ℃、湿度60% ± 10%）生长4 周后测定离体叶片半致死温度（LT）；之后，将植株转至低温生长室〔14 h 光照/10 h 黑暗、（4 ± 2）℃、湿度50% ± 10%〕驯化处理2 周，再次测定离体叶片LT。每个品种测定3 株，3 次重复。

1.3 田间自然霜冻法

1.3.1 试验时间和地点 福建省福州市长乐区文武砂镇三站村播种时间为2017 年11 月23 日，收获时间为2018 年5 月2 日。宁德市霞浦县沙江镇南屏村播种时间为2019 年12 月18 日，收获时间为2020 年4 月15 日。

1.3.2 试验方法 采用随机区组设计，3 次重复，小区面积19.5 m（15.0 m ×1.3 m）；每个小区1 垄，每垄种植150 株。全生育期各小区按复合肥（N-P-K为15-15-15）1 500 kg · hm、腐熟鸭粪7 500 kg ·hm折算施肥量。利用田间气象数据采集系统采集田间温度。

霜冻后第1 天，分别对两个品种每个重复的20 株幼苗进行耐寒性鉴定（Vega &Bamberg，1995），计算品种受害程度的平均数，即损伤等级（AS）。

AS=∑x/总株数

式中：x代表第霜冻级别的株数，代表霜冻级别（表1）。

表1 霜冻损伤评级标准（Vega &Bamberg，1995）

1.4 叶片微生物多样性指数测定

在霜冻前后分别对马铃薯植株从上向下数第3 片真叶进行取样，每品种随机取3 株。叶片微生物菌落总DNA 抽提，根据E.Z.N.A.soil DNA kit（Omega Bio-tek，Norcross，GA，U.S.）说明书进行。以样品DNA 为模板，使用799F（5′-AACMGGATTAGATACCCKG-3′）和1115R（5′-AGGGTTGCGCTCGTTG-3′）扩增16S rDNA的V3～V4 可变区。将同一样品的PCR 产物混合后使用2%琼脂糖凝胶回收PCR 产物，利用AxyPrep DNA Gel Extraction Kit（Axygen Biosciences，Union City，CA，USA）进行回收产物纯化，2%琼脂糖凝胶电泳检测，并用Quantus™ Fluorometer（Promega，USA）对回收产物进行检测定量。使用NEXTFLEX Rapid DNA-Seq Kit 进行建库。利用Illumina 公司的Miseq PE300 平台进行测序（上海美吉生物医药科技有限公司），获得微生物多样性指数。

2 结果与分析

2.1 室内耐寒性鉴定与分析

室内耐寒性鉴定结果表明（表2），闽薯2 号驯化前的LT为-2.26 ℃，驯化后的LT为-2.81℃；对照费乌瑞它驯化前的LT为-1.84 ℃，驯化后的LT为-2.57 ℃。若驯化后品种LT提升1 ℃以上，则被称为具有低温驯化能力。因此，这两个品种均没有低温驯化能力，闽薯2 号在驯化前、后的耐寒性均显著高于对照费乌瑞它。

表2 闽薯2 号和费乌瑞它室内耐寒性鉴定结果 ℃

2.2 田间气象因素分析

从田间气象数据可以看出（图1），长乐区试验点2018 年2 月上旬出现低温气候，最低气温为0.6℃；霞浦县试验点2020 年2 月中旬出现低温气候，最低气温为-0.5 ℃。田间调查发现，2 个试验点的马铃薯品种均出现轻微霜冻，顶部叶片轻微伤害，部分顶部叶片有冻死现象（图2）。综上，长乐区和霞浦县防霜时间为2 月上、中旬，在此期间开展防霜冻措施可以降低马铃薯冻害造成的损失。

图1 长乐区（2018）和霞浦县（2020）日最低气温

图2 闽薯2 号（左）和费乌瑞它（右）霜冻后的植株症状

2.3 田间自然霜冻鉴定与分析

在发生霜冻后1 d，分别对闽薯2 号和对照费乌瑞它进行田间耐寒性鉴定。结果表明（表3），闽薯2 号的损伤等级均显著低于对照费乌瑞它。表明，闽薯2 号的田间耐寒性强于对照费乌瑞它。

表3 闽薯2 号和费乌瑞它低温霜冻后的损伤等级

2.4 霜冻前后植株形态特征和叶片微生物多样性指数变化

由于霜冻后马铃薯植株受到损伤，叶片冻伤后影响其光合作用进而影响植株的正常生长，导致株高降低，生育期延长。闽薯2 号和对照费乌瑞它的株高均降低3～4 cm；闽薯2 号生育期延长15 d 左右，对照费乌瑞它生育期延长10 d 左右。

霜冻前、后叶片微生物多样性指数变化表明（表4），闽薯2 号霜冻前叶片细菌丰富度Chao 指数和ACE 指数均显著高于霜冻后，而对照费乌瑞它不仅Chao 指数和ACE 指数霜冻前显著高于霜冻后，香农指数霜冻前亦显著高于霜冻后。表明霜冻后马铃薯叶片细菌丰富度和多样性均显著降低，但闽薯2 号的变化比对照费乌瑞它小，即闽薯2 号较费乌瑞它更能适应一定程度的低温胁迫。

表4 闽薯2 号和费乌瑞它霜冻前后的叶片微生物多样性指数（属水平）

3 讨论与结论

马铃薯栽培种不耐低温霜冻。通常情况下，当气温在-0.8～-0.5 ℃时，会发生冷害；当气温低于-1.5 ℃时，会发生严重的冻害；当气温低于-3℃时，整株萎蔫，甚至枯死，造成严重减产甚至绝产（张永成和田丰，1996）。田间实际冻害表现因受多因素影响存在一定的差异性，除环境因素（低温霜冻）及栽培措施外，品种的耐寒性水平也直接影响冻害的程度。每年我国马铃薯各个种植区域都会受到不同程度的冷害和冻害，特别是南方冬作区的冬季和早春霜冻天气是影响其产业发展的重要因素之一（李岩 等，2014）。因此，马铃薯抗寒育种已成为最主要的育种目标之一，也是防御低温霜冻的最根本途径。开展新品种耐寒性鉴定有利于明确其抗性水平，进而增加其推广应用价值。近年来，马铃薯耐寒研究在种质资源评价、耐寒性评价方法和耐寒机理等方面取得了很大进展（赵喜娟，2013；Dou et al.，2015；李华伟等，2016；Kou et al.，2018；邓高峰，2019）。邓英毅等（2017）对马铃薯新品种桂农薯1 号冬种田间耐寒性进行鉴定，发现桂农薯1 号受寒害程度低于对照费乌瑞它，表现出较强的耐寒性，适合在冬作区推广种植。李丽淑等（2017）评价了广西冬种马铃薯不同品种的耐寒性，结果表明丽薯6 号和兴佳2 号较费乌瑞它具有更强的耐寒性。目前，室内电导率法、田间自然霜冻法和生理指标测定法已在马铃薯耐寒鉴定中得到广泛应用（丁旭 等，2017），选择其中两种及两种以上的方法评价马铃薯耐寒性，结果更为可靠。随着马铃薯抗寒研究进程的推进，具有一定耐寒性的材料陆续筛选或创制出来。董建科等（2019）利用电导率法对国内140 份马铃薯栽培品种和8 份种间杂种进行了直接抗性和驯化抗性鉴定，结果表明大多数栽培品种抗寒能力较低，且大多几乎没有低温驯化能力；而种间杂种的抗寒能力和低温驯化能力显著强于栽培品种。丁红映等（2019）采用综合评价方法对103 份马铃薯种质资源进行耐寒性评价，筛选出16 份抗寒材料。黄先群等（2014）采用综合评价方法对地方品种普安紫洋芋和对照费乌瑞它进行自然及辐射变异株系的抗寒性鉴定，结果表明普安紫洋芋和费乌瑞它变异株系不同单株间抗寒能力表现出明显差异，在单株间进行抗寒性鉴选是有效的。杨慧菊和郭华春（2016）采用综合评价方法对14 份马铃薯材料进行苗期耐寒性鉴定，耐寒性强弱表现为转心乌＞会-2 ＞冀张薯12 号＞丽薯6 号＞中薯18 号＞晋薯16 号＞米拉＞费乌瑞它＞滇同薯1 号＞滇薯716 ＞芒果洋芋＞宣薯2号＞合作88 ＞威芋3 号。本试验采用电导率法和田间自然霜冻法鉴定了闽薯2 号及对照费乌瑞它的耐寒性，结果表明闽薯2 号较费乌瑞它具有更强的耐寒性；低温霜冻后其叶片组织的微生物变化比费乌瑞它小，也说明了霜冻对闽薯2 号的损伤较小，可以在我国马铃薯南方冬作区推广种植。