NaCl脅迫對馬鈴薯生理生化特性產量及品質的影響

姚彥紅 康益晨 楊昕宇 李德明 潘曉春 李豐先 董愛云

摘要：為探明鹽脅迫對馬鈴薯生長發育及產量的影響，以定薯4號脫毒原原種為材料，采用盆栽方式，以4個NaCl濃度處理模擬不同程度鹽逆境，研究NaCl處理對馬鈴薯產量、品質、抗氧化系統、葉片超微結構及淀粉粒形態的影響。結果表明，隨著NaCl濃度的增加，馬鈴薯產量及品質均會發生不同程度的下降，葉片丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、過氧化物酶（SOD）及超氧化歧化酶（POD）含量（活性）均有不同程度升高，葉片超微結構和淀粉粒形態發生變化。鹽逆境嚴重抑制了馬鈴薯的生長發育，鹽逆境下氨基酸含量、可溶性蛋白含量、酚類物質含量及淀粉含量與產量呈極顯著正相關。

關鍵詞：NaCl脅迫;產量;品質;抗氧化系統;超微結構;淀粉粒

Abstract：In order to explore the effects of salt stress on potato growth and yield. Using of the original seed of Dingshu 4 as the material with the potted method， the effects of NaCl on potato yield， quality，antioxidant system， ultrastructure of leaves and starch grain morphology were studied by using 4 NaCl concentrations to simulate different degrees of salt stress. The results showed that with the increase of NaCl concentration， the yield and quality of potato decreased to different degrees， the content（activity） of malondialdehyde（MDA）， proline（Pro）， peroxidase（SOD） and POD in leaves increased to different degrees，and the ultrastructure and starch morphology of leaves changed. The content of amino acid， soluble protein，phenolic substance and starch were positively correlated with the yield of potato under salt stress.

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）屬多年生草本植物，是我國廣泛種植的一種農作物，產量高、營養豐富、味道佳，深受大眾喜愛，自2015年起，我國農業部啟動馬鈴薯主糧化戰略，馬鈴薯在生產中的地位愈發重要[1 - 2 ]。甘肅省定西市為中國馬鈴薯的主產區之一，得天獨厚的地理環境和自然條件使定西市成為中國乃至世界馬鈴薯最佳適種區之一，每年向全國各省市提供大量的馬鈴薯，被譽為“中國馬鈴薯之鄉”[3 - 4 ]。然而，隨著化學肥料和農藥的濫施濫用，不科學的種植制度及灌水，嚴重影響了定西市土壤質量，加之定西市屬于半干旱區，土壤蒸發量大于降水量，土壤鹽分隨水分的蒸發向上運動，使鹽分積累在土壤表層，使得土地鹽漬化愈發嚴重。當土壤含鹽量超過3 g/kg時，就會形成鹽漬災害。過量的Na+離子會對植物產生毒害作用并抑制植物對其他營養離子的吸收和利用[5 ]，當土壤溶液中鹽成分過量時，會降低植物的吸水能力，從而導致植物水分虧缺，生長受到抑制，主要體現在抑制植物組織和器官的生長和分化，提前植物的發育進程[6 ]。目前，有關馬鈴薯鹽逆境的研究大多以馬鈴薯試管苗為材料[7 ]，且多集中于植株生長發育前期，對其生理變化的研究大都缺乏連貫性，且因材料限制，難以對其產量及品質等經濟指標進行研究。部分學者采用田間試驗的方法利用鹽漬化土壤進行馬鈴薯栽培，研究了鹽逆境對其產量構成的影響[8 ]，但因試驗地的復雜性，難以精確衡量馬鈴薯對單鹽逆境的響應，結果缺乏廣泛適用性。

為探明NaCl脅迫對馬鈴薯生長及產量的影響，我們以馬鈴薯原原種為材料、NaCl不同濃度為處理布置盆栽試驗，對馬鈴薯生理生化特性、產量及品質進行了分析，探究馬鈴薯生長發育對鹽脅迫的響應規律，以期探明馬鈴薯對鹽傷害的反應機理，為其抗鹽生理和抗鹽育種奠定基礎，同時為旱作區馬鈴薯增產提質提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?供試材料

指示馬鈴薯品種為定薯4號原原種，由甘肅省定西市農業科學研究院提供。定薯4號為中晚熟品種，生育期114 d左右，蒸煮食味優。薯塊休眠期長，耐運輸、貯藏。抗晚疫病，對花葉病毒病具有較好的田間抗 性[9 ]。供試肥料速溶硫酸鉀（K2O≥52%），為俄羅斯原裝進口，規格為20 kg/袋;尿素（N≥46%），由天津市光復科技發展有限公司生產，規格為500 g/盒;普通過磷酸鈣（P2O5≥15%），由天津市大茂化學試劑廠生產，規格為500 g/盒。

1.2? ?試驗方法

試驗于2018年4 — 9月在甘肅省定西市農業科學研究院進行。采用盆栽種植方式，培養盆規格為30 cm×30 cm，栽培基質以蛭石和珍珠巖按體積比4∶1的比例混合均勻，播種前將基質總量0.2%的50%多菌靈可濕性粉劑拌入基質消毒后入盆。各處理均種植20盆，基質厚22 cm，播種前2 d澆透水。試驗共設5個NaCl濃度處理，分別為0（CK）、60（T1）、120（T2）、180（T3）、240 mmol/L（T4）。2018年4月17日選擇飽滿芽體種薯播種，每盆1個薯塊，芽體朝上，每7 d按試驗方案以不同濃度NaCl溶液澆灌盆栽1次，每次2 L。各處理肥料施用總量為速溶硫酸鉀5.827 g/株、普通過磷酸鈣10.694 g/株、尿素7.575 g/株，其中基肥與追肥各占肥料施用總量的1/2，于現蕾期（6月20日）追肥。馬鈴薯苗齊后用遮陽網遮陰，常規管理，分別于6月20日、7月20日、8月20日取樣，9月20日收獲。

1.3? ?測定項目及方法

1.3.1? ? 馬鈴薯產量? ? 馬鈴薯成熟后收獲計產并折合產量。

1.3.2? ? 馬鈴薯抗氧化酶活性? ? 分別于6月20日、7月20日、8月20日進行葉片抗氧化酶活性測定。其中超氧化物歧化酶（SOD）活性測定采用氮藍四唑（NBT）光還原法[10 ]，過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚氧化法[10 ]，丙二醛（MDA）含量測定采用硫代巴比妥酸法[10 ]，葉片中脯氨酸（Pro）含量采用磺基水楊酸法測定[10 ]。

1.3.3? ? 葉片微觀結構? ? 于盛花期（7月20日）選取差異較大的處理，用日本生產的JEM- 1230JEOL透射電子顯微鏡觀察并拍照[11 ]。

1.3.4? ? 薯塊淀粉粒形態? ? 用光學顯微鏡觀? ?察 [12 ]。

1.3.5? ?馬鈴薯塊莖品質測定? ? 9月20日收獲后隨機選取各處理有代表性的薯塊，去皮后進行品質測定，3次重復。淀粉含量采用碘比色法測定[13 ]，還原糖含量采用3，5-二硝基水楊酸（DNS）比色法測定[14 ]，Vc含量采用紫外分光光度法測定[13 ]，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍G-250法測定[13 ]，氨基酸含量采用茚三酮比色法測定[13 ]，酚類物質含量采用Folin酚試劑法測定[15 ]。

1.4? ?數據處理

運用Microsoft Excel 2010 軟件進行數據統計，用SPSS 19.0軟件進行數據分析，用Origin 2018軟件進行數據分析及作圖。

2? ?結果與分析

2.1? ?NaCl脅迫對馬鈴薯塊莖產量及品質的影響

2.1.1? ? 產量? ? 通過圖1可以看出，隨著NaCl濃度增大，馬鈴薯產量呈減小趨勢。處理 他處理;處理T1、處理T2與CK相比，減產率分別為5.9%和10.0%;處理T3、處理T4產量顯著低于其他處理，分別為16 468、15 874 kg/hm2，與CK相比，減產率分別為20.0%和23.0%，可見，NaCl脅迫會造成馬鈴薯減產。

2.1.2? ? 品質? ? 如圖2所示，隨著NaCl濃度的增大，各品質指標均有不同程度變化。淀粉含量以處理CK最高，與處理T1無顯著差異，顯著高于處理T2、處理T3、處理T4。氨基酸含量以處理CK最高，與處理T1、處理T2無顯著差異，與處理T3、處理T4差異顯著，較處理T3、處理T4分別高10.0%、14.0%。可溶性蛋白含量的總體由大到小表現為CK、處理T1、處理T2、處理T3、處理T4，各處理間無顯著差異。還原糖含量以CK最高，顯著高于其余處理;其次為處理T1，與處理T2無顯著差異，顯著高于處理T3、處理T4;處理T4顯著低于其他處理，比CK低39.0%。Vc含量以CK最高，顯著高于其他處理，其他各處理間無顯著差異。酚類物質含量以CK最高，顯著高于其余處理;其次為處理T1，顯著高于處理T2、處理T3、處理T4;處理T2與處理T3無顯著差異，顯著高于T4;處理T3、處理T4間差異不顯著。

2.2? ?NaCl脅迫對馬鈴薯抗氧化系統的影響

由圖3可以看出，丙二醛含量在馬鈴薯整個生育期內呈持續升高趨勢。6月20日，處理T3、處理T4極顯著高于其余處理，處理T2極顯著高于處理T1與CK;7月20日，處理T4極顯著高于其余處理，處理T3極顯著高于處理T1與CK;8月20日，各處理間差異與6月20日相同。SOD活性在整個生育期呈先升高后降低的趨勢，各個生育期差異趨勢大致相同，均為處理T4、處理T3極顯著高于其余處理，處理T2極顯著高于處理T1與CK。POD活性在馬鈴薯整個生育期趨勢呈先升高后降低的趨勢。6月20日與7月20日，各處理間差異均為處理T3、處理T4極顯著高于處理CK、處理T1、處理T2。脯氨酸含量在馬鈴薯整個生育期趨勢與POD活性的趨勢大致相同，均呈先升高后降低的趨勢，且在3個時期各處理間顯著性差異相同，均為處理T4極顯著高于其余處理，處理T3極顯著高于CK、處理T1及處理T2。

2.3? ?鹽脅迫對馬鈴薯葉片微觀結構及淀粉粒形態的影響

由于只有在濃度差異較大時電鏡觀察效果明顯，故葉片超微結構觀察選取了差異較大、有代表性的處理。如圖4，在放大4 000倍時可看出，CK細胞整體結構完整，葉綠體含量最多，葉綠體形態最為規整，呈長橢圓形，且與細胞壁緊密貼合，葉綠體內淀粉粒含量多，淀粉粒大飽滿，而處理T4葉綠體含量相對減少，且出現葉綠體與細胞壁分離的現象。放大至20 000倍時可看出，處理T2和處理T4葉綠體均發生不同程度變形，不再是規則的橢圓形。放大倍數為40 000時，CK和處理T2可明顯看到葉綠體的雙層膜結構，基粒片層致密緊湊的排列在葉綠體上，而處理T4葉綠體被膜與基粒片層相對模糊，且葉綠體嚴重變形。

由圖5可看出，各處理間馬鈴薯淀粉粒大小及形狀均有較大差異。放大40倍時，可以觀察到CK的淀粉顆粒直徑大于其他各處理，平均粒徑約為65 μm，而處理T4淀粉顆粒較小，平均粒徑約為45 μm;放大100倍時，可觀察到淀粉顆粒上有同心環狀紋理，中心點為馬鈴薯淀粉粒臍點，淀粉顆粒較大時臍點偏于一端。CK、處理T1及處理T2的淀粉顆粒形狀規整，呈卵圓型，而處理T3和處理T4淀粉粒形狀發生了不同程度的變形。

2.4? ?馬鈴薯產量與品質及抗氧化系統的相關性分析和聚類分析

利用Origin軟件對數據進行無量綱化。顏色越深，越接近+1，說明正相關性越大;顏色越淺，越接近-1，說明負相關性越大。從圖6可以看出，產量與氨基酸含量、可溶性蛋白含量、酚類物質含量、淀粉含量呈極顯著正相關，與還原糖含量及Vc含量呈顯著正相關。其中，與氨基酸含量正相關性最大，r=0.998，按與產量正相關性由大到小依次為可溶性蛋白含量（r=0.982）、酚類物質含量（r=0.981）、淀粉含量（r=0.965）、還原糖含量（r=0.958）、Vc含量（r=0.935）。產量與POD活性呈極顯著負相關，r=-0.990，與脯氨酸含量、過氧化物酶（SOD）活性及丙二醛（MDA）含量呈顯著負相關。產量、氨基酸含量、可溶性蛋白含量、酚類物質含量、淀粉含量、還原糖含量及Vc含量均與超氧化歧化酶（POD）活性呈負相關。

根據不同指標間的差異，對各處理進行了聚類分析，可將所有處理分為3類，分別是處理T3和處理T4、處理T2和處理T1、CK。其中，處理T3及處理T4與其他處理相對距離較大，表明處理T3和處理T4的相似性較大，但與其他3個處理差異較大。根據各處理間差異，對多指標進行了聚類分析，最多歸為6類。圖7中色彩的差異反映了各指標數值間的差異，CK的產量及各項品質參數均高于其他處理，而處理T3、處理T4的產量及各項品質參數在數值上表現為下降，且處理T3、處理T4的脯氨酸含量、SOD活性、POD活性、丙二醛（MDA）含量在數值上均高于其他各處理。

3? ?結論與討論

研究表明，NaCl處理會顯著降低馬鈴薯薯塊產量及品質，葉片的丙二醛（MDA）、脯氨酸（Pro）、過氧化物酶（SOD）及超氧化歧化酶（POD）含量（活性）顯著升高，葉片超微結構和淀粉粒形態遭到破壞。鹽逆境下氨基酸含量、可溶性蛋白含量、酚類物質含量及淀粉含量與馬鈴薯產量呈極顯著正相關。

目前，有關馬鈴薯非生物逆境的研究大多集中于水分上[16 - 17 ]，鹽逆境的研究大多以馬鈴薯試管苗為材料[18 ]，且多集中于植株生長發育前期，難以衡量其產量及品質等經濟指標[19 - 20 ]。部分學者采用田間試驗的方法利用鹽漬化土壤進行馬鈴薯栽培[8 ]，研究鹽逆境對其產量構成的影響，但因試驗地的復雜性，難以精確衡量馬鈴薯對單鹽逆境的響應。本試驗在前人的基礎上，采用基質栽培，既可以對馬鈴薯整個生育期進行研究，同時也避免了因土壤復雜性給試驗結果帶來的誤差。

參考文獻：

[1] 谷? ?茂，豐秀珍.? 馬鈴薯栽培種的起源與進化[J].? 西北農業學報，2000（1）：114-117.

[2] 尚晉伊，史小峰.? 中國馬鈴薯主食產業化發展現狀與前景展望[J].? 科技資訊，2018，16（21）：109-111;115.

[3] 趙永萍，潘麗娟.? 甘肅省定西市安定區馬鈴薯產業發展現狀及對策[J].? 中國馬鈴薯，2019，33（3）：189-192.

[4] 王富勝，潘曉春，張? ?明，等.? 定西市馬鈴薯產業可持續發展途徑及建議[J].? 中國馬鈴薯，2008（1）：59-60.

[5] PARIHAR P，SINGH S，SINGH R，et al. Effect of salinity stress on plants and its tolerance strategies：a review[J].? Environmental Science and Pollution Research International，2015，

22（6）：4056-4075.

[6] 鄒春雷.? 甜菜適應堿性鹽脅迫的生理機制及其轉錄組分析[D].? 哈爾濱：東北農業大學，2019.

[7] 裴懷弟，張敏敏，劉新星，等.? NaCl脅迫條件下馬鈴薯再生苗耐鹽性研究[J].? 甘肅農業科技，2014（11）：39-42.

[8] 柳永強，馬廷蕊，王? ?方，等.? 馬鈴薯對鹽堿土壤的反應和適應性研究[J].? 土壤通報，2011，42（6）：1388-1392.

[9] 李德明，劉榮清，羅? ?磊，等.? 馬鈴薯新品種‘定薯4號的選育[J].? 中國馬鈴薯，2017，

31（1）：63-64.

[10] 陳建勛，王曉峰.? 植物生理學實驗指導[M].? 廣州：華南理工大學出版社，2013.

[11] 張麗莉，石? ?瑛，祁? ?雪，等.? 干旱脅迫對馬鈴薯葉片超微結構及生理指標的影響[J].? 干旱地區農業研究，2015，33（2）：75-80.

[12] 徐? ?忠，徐巧姣，王勝男，等.? 不同品種馬鈴薯淀粉微觀結構和熱力學性質比較[J].? 食品工業科技，2017，38（6）：132-136.

[13] 張永成，田? ?豐.? 馬鈴薯試驗研究方法[M].? 北京：中國農業科學技術出版社，2007.

[14] 崔輝梅，石國亮，安君和.? 馬鈴薯還原糖含量測定方法的比較研究[J].? 安徽農業科學，2006，34（19）：4821-4823.

[15] 周勝男，陸? ?寧.? 馬鈴薯中多酚類物質提取方法的研究[J].? 食品工業科技，2009（9）：217-219.

[16] 康益晨.? 不同水分條件對馬鈴薯產量形成的影響[G]//中國作物學會馬鈴薯專業委員會.馬鈴薯產業與現代可持續農業.? 哈爾濱：哈爾濱地圖出版社，2015：385-389.

[17] 張立勤，車宗賢，崔云玲，等.? 不同供水條件對加工型馬鈴薯大西洋產量和水分生產效應的影響[J].? 甘肅農業科技，2019（11）：68-73.

[18] 裴懷弟，陳玉梁，王紅梅，等.? 馬鈴薯試管苗耐鹽性研究[J].? 甘肅農業科技，2011（6）：10-14.

[19] 白江平，王曉斌，高慧娟，等.? 干旱和鹽脅迫對馬鈴薯試管苗亞細胞結構及生理生化指標的影響[J].? 西北植物學報，2016，36（11）：2233-2240.

[20] 李? ?欣.? 模擬干旱和鹽逆境對馬鈴薯試管苗生長生理及脯氨酸積累相關基因表達的影響[D].? 蘭州：甘肅農業大學，2016.

（本文責編：陳? ? 偉）