马铃薯种质资源的耐碱性评价和耐碱种质离体筛选

刘芳 陈广侠 赵朋 于韶玮 杨元军

关键词：马铃薯；耐碱性；综合评价；种质筛选

土壤盐渍化已成为一个全球性问题，我国土地的盐渍化程度也比较高，面积约9913×104hm2，占国土面积的10.03%。盐渍土分布地区比较广泛，主要在东北松嫩平原、华北黄淮海平原、沿海地区和新疆、河西走廊、柴达木盆地。馬铃薯营养丰富，是我国第五大作物，全国年播种面积达到545.61x104hm2，总产量达到1.22亿吨，是我国粮食安全的重要组成部分。因此，充分利用盐碱地种植马铃薯，对于保障国家粮食安全和提高盐碱地利用率具有重要意义。

马铃薯属于中度盐敏感作物，大部分品种在盐碱胁迫下植株的形态和生理方面都会受到影响，植株表现为变矮、簇生、叶片黄化，叶片叶绿素含量降低、渗透调节物质含量增加、抗氧化酶活性增强。目前，适宜在盐碱地上种植的马铃薯品种非常缺乏，因此筛选和培育马铃薯耐盐碱品种（系）是在盐碱地上高效种植马铃薯的关键。本试验就马铃薯耐盐碱种质筛选进行相关研究，以期为耐盐碱马铃薯品种（系）培育和马铃薯耐盐碱机理研究提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

试验以课题组前期从1000余份马铃薯种质中筛选出的12份耐盐种质和10份盐敏感种质为材料（表1）。

1.2试验方法

选取生理状态一致的上述22份种质材料的组培苗，去掉顶芽，将植株切成含有一个腋芽的1cm茎段，接种到不同浓度NaHC03培养基上，每处理4瓶，每瓶接种6个茎段。基础培养基为MS培养基，调节pH值为5.80后加入NaHC03，使其浓度分别为0、5、10、15、20mmol/L。在2000lx、12 h/d光照条件下培养60d．测定植株的有效生长率，并建立植株有效生长率与NaHCO3浓度的回归方程。根据回归方程，计算植株有效生长率达到50%时的NaHC03浓度，并以此浓度确定为马铃薯耐碱性评价的适宜碱浓度。

将供试22份种质的茎段定植于确定的碱浓度培养基上，每处理4瓶，每瓶接种6个茎段。在2000 lx、12h/d光照条件下培养，60d后调查植株的生长状况，测定植株的有效生长率、株高、茎叶重、根数、根重，根据公式（耐碱系数=碱胁迫下植株某一指标的测定值／非碱胁迫下植株该指标的测定值）计算每个指标的耐碱系数。根据这些指标值及其耐碱系数，对种质的耐碱性进行评价。

通过上述耐碱性评价，筛选出耐碱种质，加大选择压，分析其在高浓度NaHC03胁迫下的生长情况，筛选出高度耐碱种质。

1.3数据处理与分析

采用Microsoft Excel对数据进行整理和统计分析。

2结果与分析

2.1马铃薯种质耐碱性评价的适宜碱浓度

植株有效生长率代表植株能够生长的百分比。图1显示，NaHC03浓度为0～20mmol/L时，随着NaHCO。浓度升高，植株的有效生长率逐渐降低，拟合曲线为v=-4.7738x+105.32，其中，y为有效生长率，x为NaHC03浓度。根据公式计算植株有效生长率为50%时的NaHC03浓度为11.60mmol/L，把这个浓度确定为筛选马铃薯耐碱性的适宜碱浓度。

2.2马铃薯种质资源的耐碱性评价

相对耐碱性是指相较于对照处理植株在碱性盐胁迫下生长对碱的耐受性，它是一个相对值（耐碱系数）。绝对耐碱性是指植株在碱胁迫下的生长情况，它反映植株对碱胁迫环境的适应性。

2.2.1马铃薯种质的相对耐碱性鉴定对22份种质在11.60mmol/L NaHCO3胁迫下的耐碱系数进行分析，结果见表2。与非碱胁迫相比，在11.60mmol/L NaHCO3胁迫下，植株有效生长率、茎叶重、根重、株高、生根数的耐碱系数整体上呈下降趋势。其中B154、D56、S201503、SD336的有效生长率变化小，均在10%以下，D55、B302、SD751、16vY16有效生长率降低12%～17%。D56、S201503、15vC2-37、XS8的茎叶重受影响较效，减少量在20%以内；D56、S201503、15vC2-37、XS8、B686株高受影响较小，减少量在10%以内。所以D56、S201503、15vC2-37、XS8植株地上部受到的影响较小。在所有生长指标中，根重受到的影响最大，其中B154受到的影响最小，减少量低于10%，减少量在50%以内的有B154、D56、D55、S201503、SD405；生根数受到的影响较大，减少量在30%以下的有B154、15vC2-37、B686、16vY16，减少量低于10%的只有B154。总之，在11.60mmol/L NaHCO3胁迫下，B154、D56和S201503生长受到的影响较小。

从表2中可以看出，耐碱材料的有效生长率、茎叶重、根重、株高和生根数的耐碱系数平均值为0.77、0.69、0.45、0.84、0.58，盐敏感材料对应指标的耐碱系数为0.51、0.33、0.17、0.40、0.30，表明耐盐材料的耐碱系数明显高于盐敏感材料。

2.2.2马铃薯种质的绝对耐碱性鉴定对22份种质在11.60mmol/L NaHCO3胁迫下的生长情况进行统计分析，结果见表3。不同材料的茎叶重、根重、株高和生根数的表现不同（图2）。由表3可知，B154、D56、S201503、SD336的有效生长率在90%以上，D55、B302、SD751的有效生长率在80%～90%之间；有效生长植株中，B154、D56、S201503、D55的茎叶重较高，在2.00g以上，B154、D56、S201503．XS8、B686的株高较高，在10.00cm以上。所以地上部生长较好的种质是B154、D56、S2015030 8154、D56、D55、16vY16的根重在0.7g以上；B154、D56、S201503、16vY16、9304、B515的生根数在3条以上，所以B154、D56、16vY16的地下部生长较好。总之，地上部和地下部生长较好的种质为B154、D56。

从表3中可以看出，耐盐材料的有效生长率、茎叶重、根重、株高和生根数的平均值为76.39%、1.60g、0.61g、9.41cm、2.64条，盐敏感材料对应指标的平均值为47.08%、0.71g、0.26g、4.47cm、1.51条。表明耐盐材料的生长指标明显优于盐敏感材料。

2.2.3马铃薯种质高度耐碱品系鉴定通过上述耐碱性评价，筛选出两份耐碱种质B154和D56。为明确这2份种质的耐碱极限，设置20mmol/L NaHCO3处理，分析其在高浓度NaHCO3胁迫下的生长情况。结果（表4）显示，20mmol/LNaHC03胁迫下，B154和D56仍有约一半的植株能够有效生长，茎叶重分别为1.50g和0.45g，为对照的34.48%和14.56%；根重分别为0.65g和0.14g，为对照的31.25%和9.33%；株高分别为8.31cm和5.10cm，为对照的64.77%和48.90%。

3讨论与结论

我国的盐碱土主要分为中性盐渍化土壤和碱性土壤，其中中性盐渍土的主要成分为NaCl和Na2S04，碱性土壤的主要成分为NaHCO3和Na2C03，并且在苏打型碱性土壤中NaHCO3的含量很高。碱性土壤在滨海盐碱地和东北的松嫩平原都有分布。因此，本试验选用NaHCO3胁迫来筛选马铃薯耐碱种质。另外，一般选用半致死剂量来确定浓度或剂量：紫薇种子EMS诱变的适宜浓度是种子的半致死剂量；Co射线用于藜麦诱变育种的适宜剂量是半致死剂量：利用半致死剂量的秋水仙素诱变，获得高品质油莎豆变异种质资源。本研究中，11.60mmol/LNaHC03碱胁迫下，植株的有效生长率达到50%，因此确定11.60mmol/L NaHCO3作为筛选马铃薯耐碱种质的适宜碱浓度。

马铃薯在11.60mmol/L NaHCO3脅迫下，植株的有效生长率降低，并且部分种质植株白化，不能正常生长。茎叶重、株高、根重和生根数整体上都呈现下降趋势，根重受到的影响最大，这与前人的研究结果一致。碱性环境下，根系细胞质的氨基酸带负电荷，易于吸收外界溶液中的阳离子：并且pH通过影响矿质离子的存在状态，引起溶液中养分的溶解或沉淀，自由离子浓度降低，膜脂过氧化和毒害物质积累等的共同作用导致膜系统受到损伤，影响离子的吸收。所以在11.60mmol/L NaHCO3胁迫时，马铃薯植株根部不能正常吸收环境中的离子，进而引起植株茎叶生长受到抑制。另外，由于根系直接与碱接触，根系的水势降幅大于叶片，所以根部受到的影响最大。

植物对盐胁迫的适应是一个复杂的生理和代谢过程，涉及到离子平衡、激素调节、色素代谢等过程。盐胁迫下，作物抵御盐的方式主要有拒盐、排盐和稀盐。稀盐主要是指作物在盐分胁迫下，吸收大量的水分以稀释体内的盐分浓度。本研究中，耐碱性盐马铃薯种质的根部比较发达，质量较高，这些发达的根部有利于从环境中吸收更多的水分，通过稀盐的方式来抵御碱性盐胁迫对植株的损伤。另外，耐碱性盐马铃薯种质植株的株高较高，地上部质量较高，植株发达，这些均有利于光合作用的进行，积累更多的有机物质并运输到根部，促进根部的生长发育，从而有利于抵御盐对根的损伤。碱性盐胁迫下，耐盐碱作物品种保持了较高的可溶性糖、有机酸和K+含量。近年，随着分子生物学技术的发展，人们利用组学技术发现作物耐碱性与活性氧的清除、脂质转运蛋白和转录因子等有关。马铃薯耐碱性盐的机理目前仍不清楚，还需进一步研究。

本研究中，马铃薯耐盐材料的耐碱性优于盐敏感材料。赵明辉等的研究表明，5、10mmol/LNaHC03胁迫时，马铃薯的表型性状和生理性状表现都得出耐中性盐无性系的耐碱性大于感盐无性系。这是因为无论是碱性盐还是中性盐最终均造成细胞内离子稳态的破坏，根部吸收大量盐离子并运输到其他部位，进而引起叶绿素合成受阻、PSⅡ电子转移和碳同化受到抑制等一系列生理反应，最终导致植株的生长发育受阻。

本试验利用12份耐盐材料和10份盐敏感材料组培苗的生长指标及其耐碱系数对11.60mmol/LNaHC03胁迫下马铃薯种质的耐碱性进行评价，筛选出两份高度耐碱种质B154和D56，它们在20mmol/L NaHCO3胁迫下仍有一定程度生长，株高分别达到8.31cm和5.10cm，分别为对照的64.77%和48.90%。这些材料既具有耐盐性，又具有耐碱性，可为创新马铃薯耐盐碱种质和培育耐盐碱品种提供良好的材料和方法。