野生马铃薯材料生长性状调查及抗旱性评价

刘 磊，马奔驰，陈杰盼，王 磊，冯 琰，王 宽，祁利潘，龚学臣，尹 江，王 燕

(河北北方学院马铃薯研究中心，河北 张家口 075000)

马铃薯是第四大粮食作物，在世界粮食生产、解决人类温饱和改善饮食结构方面发挥了重要作用。栽培种亲本材料遗传背景狭窄，缺乏高产、优质、多抗基因资源，难以突破栽培种范围。为了选育优质高产多抗品种，亟需寻找新的资源。马铃薯的野生种种质资源非常丰富，这些资源在其原产地长期自然选择下，形成了高度抗病性和对不良环境的耐性，但这些野生种还没有完全被掌握和利用。同时，原产地种与种之间均分散存在。随着人们对野生种质资源认识和研究的不断深入，野生种在育种中的巨大潜力逐渐受到重视。马铃薯种质资源的引进、品种选育及评价是一项基础性的工作，通过单一指标分析无法准确地对马铃薯综合性状进行合理评价，而综合评价法能对品种进行全面客观的评价[1]，具有一定的客观性和准确性，避免了单一指标的片面性。

马铃薯抗旱性评价方法较多，但大部分研究者采用王谧等[2]的以苗期生理生化指标为主的隶属函数法。相关分析是一种研究各性状间相关性及程度的统计方法。邓聚龙[3]灰色系统理论的灰色关联度分析克服了大样本、模糊评判及单因素比较的缺陷，能解决方差分析中仅凭产量评价品种的不足，是一种简便、信息量大、可靠性强的综合评价分析方法[4-8]。该方法在棉花[9]、玉米[10]、水稻[11-12]、大豆[13-14]、苜蓿[15]的品种评价中有广泛应用[16]。但结合隶属函数法和灰色关联分析对马铃薯品种生长性状与抗旱性进行综合评价分析的研究鲜有报道。

本研究以河北北方学院马铃薯研究中心从多个国家和地区收集的32份野生马铃薯资源为材料，对其物候期、生长性状和抗旱性进行了调查和测定，并采用模糊数学中的隶属函数法和灰色关联分析法对抗旱指标进行综合评价，目的是明确各指标影响抗旱的程度和参试材料对干旱胁迫的响应能力，为马铃薯育种亲本的选择提供理论依据。

1 材料与调查指标

1.1 供试材料

32份野生马铃薯材料分别为LS 21-8、LS 69-1、LS 38-2、LS 54-8、LS 42-8、LS 1-5、LS 57-5、LS 39-1、LS 40-7、LS 23-2、LS 48-3、LS 19-6、LS 59-4、LS 6-8、LS 36-4、LS 6、LS 38-7、LS 6-6、LS 29-6、LS 24-6、LS 5-2、LS 7-5、LS 44-6、LS 46-8、LS 5、LS 1、LS 8-4、LS 46-7、LS 60-2、LS 47-4、LS 23-1、LS 3。

1.2 材料种植

大田旱棚种植，灌溉区分别在幼苗期、块茎形成期、块茎增长期、淀粉积累期4个时期进行灌溉，灌水量达到田间最大持水量的70%。干旱胁迫区从现蕾期开始控水直至收获，含水量自然降低到最大持水量的30%时，分别对相关指标进行调查和测定。

1.3 调查指标

根据马铃薯种质资源描述规范和数据标准，调查32份马铃薯材料的物候期分别为播种期、出苗期、收获期、生育期等。植株形态特征分别为茎颜色、叶片颜色、花繁茂性、花冠色和株高等。块茎性状分别为薯形、皮色、肉色、薯皮类型和块茎芽眼深度等。产量性状为小薯数、小薯重、大薯数、大薯重和总产量等。

1.4 抗旱指标测定及方法

株高：从泥土的表层到主茎的第1花序分支的高度。

叶绿素相对值：用SPAD 502叶绿素仪测定。

保水力：离体叶片保水力测定采用重量法，取新鲜功能叶片精确称重，置空气中缓慢脱水9 h后再称重，计算单位重量叶片在相同时间内的失水量[17]。

产量：收获后测定单株块茎产量。

过氧化氢酶(CAT)：采用紫外吸收法[18]测定 。

过氧化物酶(POD)：采用愈创木酚氧化法[19]测定。

丙二醛(MDA)含量：采用硫代巴比妥酸TBA显色法测定[20]。

脯氨酸(Pro)含量：采用磺基水杨酸法测定。

1.5 数据分析

模糊隶属函数分析参考王燕等[21]方法。

2 结果与分析

2.1 物候期调查分析

由表1可见，野生马铃薯材料的生育期为77～121 d。80 d以内为早熟材料，81～105 d 为中熟材料,106 d以上的是晚熟材料。早熟有BD 23-2、BD 38-2、BD 46-7、BD 48-3共4个材料；中熟有BD 1-5、BD 23-1、BD 36-4等9个材料；晚熟有BD 1、BD 19-6、BD 21-8等19个材料。通过出苗期的比较，早熟材料出苗普遍较快，中熟材料次之，晚熟材料出苗普遍慢。

表1 32份野生马铃薯材料物候期Table 1 32 phenological period surveys of wild potato materials

2.2 植株形态特征调查分析

由表2可见，野生马铃薯材料的茎颜色以绿色为主，少数浅绿色；叶片颜色有绿色、棕绿色、褐绿色、紫色；花冠色有白色、浅紫色、紫色、深紫色、粉色、杂色；花繁茂性以多为主，少数中等；株高在26.3～33.3 cm之间的材料有BD 6、BD 64-4、BD 39-1、BD 21-8；株高在41.7～46.1 cm之间的材料有BD 38-7、BD 1、BD 69-1、BD 57-5；株高在51.3～54 cm之间的材料有BD 46-7、BD 3、BD 40-7、BD 24-6；株高在58～62 cm之间的材料有BD 6-6、BD 42-8、BD 65-4、BD 5-2、BD 1-5。

表2 32份野生马铃薯材料的植株形态特征Table 2 Investigation of plant morphological characteristics of 32 wild potato materials

2.3 块茎性状调查分析

由表3可见，野生马铃薯薯形为圆形或椭圆形；薯皮绝大多数为光滑，极少数是麻皮；芽眼有浅、中、深，少数为深；皮色大多数为白或黄、浅黄、金黄，少数为红，极少数为粉；肉色浅黄或金黄居多，三种彩肉为红心白肉，黄圈红肉和红圈黄肉。在一般情况下薯形圆形或椭圆形、中等大小、整齐均一、薯皮颜色黄或浅黄、表皮光滑、芽眼无色且浅，肉色金黄的商品薯比较受欢迎。

表3 32份野生马铃薯材料块茎性状Table 3 32 tuber properties of wild potato materials

2.4 产量调查分析

产量调查结果(表4)显示，野生马铃薯结薯多但大多为小薯且产量偏低，结薯数超过100个的材料有LS 1-5、LS 23-1、LS 23-2、LS 36-4、LS 38-2、LS 38-7、LS 40-7、LS 42-8、LS 44-6和LS 6-6等,总重量大于5 kg的有LS 21-8、LS 23-1、LS 23-2、LS 24-6、LS 36-4、LS 38-2、LS 38-7、LS 40-7、LS 42-8、LS 44-6、LS 46-8、LS 47-4和LS 6-6等。

表4 32份野生马铃薯材料产量Table 4 32 yield surveys of wild potato materials

2.5 隶属函数分析

根据隶属函数公式计算叶绿素、产量、保水力、株高、CAT、POD、MDA和Pro等8个抗旱生理指标的隶属函数值，并求出平均值，以评价抗旱性，结果见表5。32份材料的抗旱性强弱为LS 40-7>LS 42-8>LS 64-4>LS 47-4>LS 48-3>LS 21-8>LS 54-8>LS 57-5>LS 6>LS 69-1>LS 36-4>LS 24-6>LS 8-4>LS 46-7>LS 44-6>LS 39-1>LS 23-2>LS 38-2>LS 23-1>LS 29-6>LS 38-7>LS 1>LS 60-2>LS 19-6>LS 5>LS 3>LS 65-4>LS 1-5>LS 5-2>LS 6-6>LS 46-8>LS 59-4。

表5 干旱胁迫下32份野生马铃薯材料抗旱指标的隶属函数值Table 5 Membership function values of the drought resistance index of 32 wild potatoes under drought stress

2.6 农艺性状的统计分析

对32份野生马铃薯种质主要农艺性状进行统计分析，结果(表6)表明，叶绿素、产量、保水力、株高、CAT、POD、MDA和Pro等8个抗旱生理指标的变异系数表现为CAT>Pro>MDA>POD>株高>叶绿素>保水力>产量，所有性状的变异系数均大于10%，表明参试马铃薯材料有着较大的变异范围。

2.7 灰色关联度分析

2.7.1灰色系统的建立

按灰色系统理论的要求，将上述32份材料的8个抗旱指标作为一个整体，即灰色关联系统[22]。

2.7.2数据标准化处理

由于各指标的量纲不一致，需对各抗性指标的隶属函数值作无量纲化处理，公式如下[23]：

表6 32份野生马铃薯材料抗旱性状的变异分析Table 6 Variability analysis of drought resistance traits in 32 wild potato materials

其中，X0为隶属函数均值的参考数列，Xi为8项抗旱指标比较数列，Si为同一指标的标准差。结果见表7。

表7 样本标准化处理数据Table 7 Sample-normalized and processed data

2.7.3关联度及关联系数的计算

1) 计算绝对差值：

以参考数列减去各样本数列，得到各数列绝对差值，运用 Microsoft Excel 软件中函数获取最大和最小绝对差值。最小绝对差值min (i)min (k)=|X0(k)-Xi(k)|， 最大绝对差值 max(i)max(k)=|X0(k)-Xi(k)|。

2) 关联系数：

εi(k)=

(1)

式中， ξi(k)表示每个样本每个指标的关联系数，i为数列中的行数，k为数列中的列数。ρ为分辨系数，ρ∈[0，1]， 考虑到关联度区间的分布影响，ρ取 0.5[24]。各样本关联系数见表8。

3) 计算灰色关联度：

将每个样本的各项指标的关联系数取算术平均值，得到等权关联度。

4) 等权关联度：

(2)

2.7.4关联度排序

如表9所示，各指标与抗旱性关联度为：0.699>0.671>0.660>0.606>0.601>0.594>0.589>0.554。基于灰色关联分析理论,关联度越大,表明参考数列与比较数列的关系愈紧密，反之，关系较远。因而，关联度大小可表明某一项指标对干旱的敏感程度，各指标对32个马铃薯材料抗旱性的影响依次为：产量、叶绿素、保水力、株高、MDA、CAT、Pro、POD。

表8 各样本关联系数Table 8 Association coefficients of each sample

表9 关联度结果Table 9 Association degree results

3 结论与讨论

通过对32份野生马铃薯材料进行物候期、植株形态特征、块茎性质、产量等4个项目的调查分析，选取以植株利于机械化收获，薯型及薯肉颜色受市场欢迎且产量高为依据得到两个综合性状较强的材料，分别是早熟材料LS 6-6和晚熟材料LS 24-6。

在抗旱性试验中，根据灰色关联分析对8项抗旱指标对抗旱的影响进行排名，结果为：产量>叶绿素>保水力>株高>MDA>CAT>Pro>POD。通过模糊数学隶属函数方法，对32个材料的8个指标进行隶属函数值分析得出，32个野生马铃薯材料耐旱隶属函数总平均值范围为0.38～0.88，LS 40-7总平均值最高，为0.88，其耐旱性最强，其次是LS 42-8和LS 64-4，总平均值分别为0.85、0.84，而LS 59-4总平均值最低，为0.38，其耐旱性最弱。

现有栽培种亲本材料遗传背景狭窄，缺乏高产、优质、多抗基因资源，基本上没有突破普通栽培种范围。为了选育优质高产多抗品种，急需寻找新的资源。通过调查32份野生马铃薯材料，针对物候期、植株形态特征和块茎性质挑选出优秀的早熟和晚熟材料。对32份野生材料的8个指标的耐旱性进行了评价，植物的耐旱性受多种因素影响，不同材料对某个指标的耐旱性不尽相同，单一指标难以反映材料的耐旱性强弱，采用多指标综合评价可以避免单因素评定的差异，全面地反映植物的抗旱性。本试验筛选出与耐旱性高度相关的抗旱指标，为后续马铃薯抗旱性研究提供参考。