郑子凡，于佳乐，聂虎帅，刘 杰，魏 巍，王沛捷，武小娟，吴 娟，马艳红*

（1.内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010019；2.华颂种业（北京）股份有限公司，北京 100036）

马铃薯是继水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食作物，因其具有耐贫瘠、耐干旱的特点，目前已在全球157 个国家和地区广泛种植[1]，亦是中国西部地区经济的支柱产业[2]。然而，随着全球性气候变化加剧，各种极端气候和自然灾害的发生频率愈来愈高，其中干旱胁迫就是危害农业生产的主要自然灾害。目前，干旱胁迫已经对全球多个国家和地区的植物生长以及陆地生态生产力产生了制约[3,4]，对马铃薯生产的限制也愈发明显。因此，筛选抗旱的马铃薯种质资源并建立相应的评价体系，对于加速抗旱育种进程，促进马铃薯产业健康、可持续的和环境友好的发展具有重要意义[5]。

水分是植株体内基本生理生化代谢的直接参与者。干旱胁迫下，脯氨酸（Proline，Pro）含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、叶片水势、超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性、过氧化物酶（Peroxidase，POD）活性、丙二醛（Malondialdehyde，MDA）含量、叶绿素a含量、叶绿素b 含量、总叶绿素含量、叶绿素a/b、ATP 含量和离体叶片失水速率均会发生变化[6,7]。杜培兵和杨文静[8]对15个马铃薯品种在开花期进行离体叶片失水率的测定，发现所有参试品种经干旱胁迫后，叶片失水率与正常灌溉的对照相比均显著降低。马铃薯在受到干旱胁迫时，植株本身会启动自身的防御系统，通过降低细胞本身的渗透势来适应外界的环境变化，在苗期和块茎形成期，马铃薯叶片的SOD 活性会持续降低。对于马铃薯抗旱性强的品种，其MDA和Pro含量的增加幅度比较小，SOD的活力较高，而抗旱性弱的马铃薯品种则刚好相反[9]。在干旱条件下，马铃薯不同品种的Pro 含量升高1.01～5.40倍，MDA含量升高1.10～1.91倍[10]。贾琼等[11]通过研究不同浓度聚乙烯乙二醇（Polyethylene glycol，PEG）胁迫对5个马铃薯品种生理特性的影响，发现可溶性蛋白含量及Pro含量随胁迫加剧呈现一直升高的变化趋势，且与品种抗旱性呈负相关；POD 活性随胁迫加剧呈现先升高后降低的变化趋势，抗旱性强的品种表现出更强的POD 活性；SOD在轻度胁迫下活性下降，在中、重度胁迫下除‘04-6’品系之外全部呈现活性上升的趋势，但与品种的抗旱性均未表现出明显的相关规律；MDA在轻、中度胁迫下含量上升，与品种抗旱性呈显著负相关，重度胁迫下，品种间表现虽有不同，但其含量的高低与品种抗旱性仍表现为负相关关系。

叶绿素是植物进行光合作用的主要场所，植物在生长过程中所需要的大多数营养物质都是通过光合作用获得。叶绿素含量的多少与外界水分含量密切相关，进而影响光合作用效率，最终影响马铃薯的生长状态[12]。马铃薯叶绿素含量（SPAD 值）对水分亏缺非常敏感，亏缺程度不同，其叶绿素含量值降低的程度不同[13]。综上所述，马铃薯的抗旱性可以通过多个生理指标进行评价。

本研究旨在通过对18 个马铃薯品种进行干旱胁迫，测定与干旱相关的生理生化指标并进行抗旱性评价，筛选出相对抗旱的马铃薯品种。

1 材料与方法

1.1 试验材料

‘中薯28号’‘华颂34’‘中薯668号’‘中薯9号’‘中薯27 号’‘中薯19 号’‘中薯31 号’‘希森6 号’‘华颂7 号’‘冀张薯12 号’‘内农薯2 号’‘大西洋’‘V7’‘华颂58’‘华颂56’‘内农薯1号’‘中薯18号’‘Innovator’。试验材料由华颂种业（北京）股份有限公司提供。

1.2 试验地概况

试验地位于内蒙古自治区乌兰察布市中部集宁区，阴山山脉灰腾梁南麓，地处N 40°1′，E 113°10′，集宁区气候四季分明，年平均气温4.4℃，年日照时数为3 130 h，年均降水量384 mm，无霜期为130 d，海拔1 417 m，属于典型的蒙古高原大陆性气候。

1.3 试验设计及播种管理

大田干旱胁迫处理试验在内蒙古自治区乌兰察布市集宁区华颂种业（北京）股份有限公司基地的试验田进行。设置2个处理：干旱胁迫处理为自然降水（生育期内不进行灌溉，每隔5 d 对试验田随机取样，测得马铃薯生育期内土壤相对含水量为7%～60%）；以自然降水结合常规灌溉（苗期和块茎形成期各灌水1 次，块茎膨大期灌水2 次，每隔5 d 对试验田随机取样，使试验田的土壤相对含水量维持在65%～80%）为对照。采用随机区组试验设计，播种方式为机械起垄，人工点播，株距为0.4 m，行距为1.1 m，每个品种3 行，每行10 株，小区面积为20 m2，设3 次重复。在幼苗长到0.13 m 左右时进行中耕除草；在现蕾期高度约为0.2 m时进行机械起垄培土1次；播种时施用有机肥225 kg/hm2+马铃薯专用肥（N∶P2O5∶K2O = 17∶17∶17）975 kg/hm2共1 200 kg/hm2，后期追加施用大量元素水溶肥（N∶P2O5∶K2O = 14∶14∶30）375 kg/hm2，植株生长期间及时除草，防御病虫草害。试验于2021年5月17日播种，9月18日收获。

1.4 试验方法

分别在马铃薯苗期、块茎形成期和块茎膨大期，于早晨7：00～9：00随机摘取18个马铃薯品种的叶片，置于液氮中保存，带回实验室，参照南京建成生物工程研究所试剂盒（SOD试剂盒、MDA试剂盒、Pro试剂盒、POD试剂盒、植物可溶性糖试剂盒）的操作说明测定18 个马铃薯品种3 个生育期叶片中SOD活性、MDA含量、Pro含量、POD活性及可溶性糖含量，每个处理3次生物学重复。

SPAD 值的测定采用SPAD-502 叶绿素测定仪进行，分别测定各材料每株第3 个平展叶的SPAD值，3次生物学重复。

1.5 数据处理

试验数据采用Microsoft excel 2017 软件进行相关数据的汇总，计算均值、变异系数等；对测定的相关指标利用SPSS 22.0 软件进行方差分析和显著性分析。模糊数学隶属函数采用公式X（μ）=（X-Xmin）/（Xmax-Xmin），MDA含量采用反隶属函数公式X（μ）=1-[（X-Xmin）/（Xmax-Xmin）]。式中X表示不同马铃薯品种某一指标的测定值，该指标测定值中的最小值用Xmin表示，最大值用Xmax表示。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫对18个品种相关生理指标的影响

2.1.1 干旱胁迫对18个品种保护酶活性的影响

不同时期叶片过氧化物酶（POD）活性和超氧化物歧化酶（SOD）活性在处理、品种及品种与处理互作效应均极显著（表1、表2）。

表1 干旱胁迫下18个品种过氧化物酶（POD）活性的方差分析Table 1 Analysis of variance for peroxidase activity in leaves of 18 varieties under drought stress

表2 干旱胁迫下18个品种超氧化物歧化酶（SOD）活性的方差分析Table 2 Analysis of variance for superoxide dismutase activity in leaves of 18 varieties under drought stress

随着干旱胁迫时间的延长，18 个马铃薯品种的POD 活性均呈现先升高后降低的变化趋势，在块茎形成期POD活性达到最大（表3）。

表3 干旱胁迫下18个品种过氧化物酶（POD）活性的比较Table 3 Comparison of peroxidase activity in leaves of 18 varieties under drought stress

随着干旱胁迫时间的延长，‘大西洋’的SOD活性呈现逐渐升高的变化趋势，‘中薯31号’的SOD活性呈现逐渐降低的变化趋势，其余16 个品种的SOD活性呈现先升高后降低的变化趋势（表4）。

表4 干旱胁迫下18个品种超氧化物歧化酶（SOD）活性的比较Table 4 Comparison of superoxide dismutase activity in leaves of 18 varieties under drought stress

2.1.2 干旱胁迫对18个品种丙二醛（MDA）含量的影响

不同时期叶片丙二醛（MDA）含量在处理、品种及品种与处理互作效应均极显著（表5）。

表5 干旱胁迫下18个品种丙二醛（MDA）含量的方差分析Table 5 Analysis of variance for malondialdehyde content in leaves of 18 varieties under drought stress

随着干旱胁迫时间的延长，MDA 含量总体呈上升趋势，但不同品种的变化趋势不同（表6）。随着生育期的推进，在干旱胁迫下，‘V7’‘Innovator’‘中薯28 号’‘大西洋’‘冀张薯12 号’‘中薯27 号’‘中薯31号’‘内农薯2号’‘华颂34’和‘中薯668号’的MDA含量呈先下降后上升的变化趋势，即这10个品种叶片的MDA 含量均在块茎形成期降到最低值；‘中薯9号’‘内农薯1号’‘中薯19号’‘华颂7号’‘华颂56’‘华颂58’‘希森6 号’和‘中薯18 号’的MDA 含量呈一直上升的变化趋势，这8 个品种叶片的MDA含量最小值均在苗期。

表6 干旱胁迫下18个品种丙二醛（MDA）含量的比较Table 6 Comparison of malondialdehyde content in leaves of 18 varieties under drought stress

2.1.3 干旱胁迫对18个品种可溶性糖含量的影响

不同时期叶片可溶性糖含量在处理、品种及品种与处理互作效应均极显著（表7）。

表7 干旱胁迫下18个品种可溶性糖含量的方差分析Table 7 Analysis of variance for soluble sugar content in leaves of 18 varieties under drought stress

随着干旱胁迫时间的延长，可溶性糖含量总体呈上升趋势，但不同品种的变化趋势也明显不同（表8）。随着胁迫时间的延长，‘冀张薯12 号’‘华颂56’‘中薯27 号’‘中薯31 号’‘内农薯2 号’‘中薯668号’的可溶性糖含量呈先上升后下降的变化趋势，可溶性糖含量在块茎形成期达到最大值；其他12 个品种的可溶性糖含量呈上升的变化趋势，可溶性糖含量在块茎膨大期达到最大值。

表8 干旱胁迫下18个品种可溶性糖含量的比较Table 8 Comparison of soluble sugar content in leaves of 18 varieties under drought stress

2.1.4 干旱胁迫对18 个品种脯氨酸（Pro）含量的影响

不同时期叶片Pro含量在处理、品种及品种与处理互作效应均极显著（表9）。随着干旱胁迫时间的延长，18 个品种的Pro 含量变化趋势不同（表10）。只有‘内农薯2号’的Pro含量随胁迫时间的延长呈一直上升的变化趋势，在块茎膨大期达到顶峰；‘Innovator’‘中薯28号’‘大西洋’‘内农薯1 号’‘华颂58’和‘中薯27 号’的Pro 含量随胁迫时间延长呈现先下降后上升的变化趋势；其他11 个品种的Pro 含量呈现先上升后下降的变化趋势，Pro含量在块茎形成期达到最大值。

表9 干旱胁迫下18个品种脯氨酸（Pro）含量的方差分析Table 9 Analysis of variance for proline content in leaves of 18 varieties under drought stress

2.1.5 干旱胁迫对18个品种SPAD值的影响

不同时期品种和处理对18 个马铃薯品种的叶片SPAD值均有极显著影响，品种和处理互作效应仅在块茎膨大期显著（表11）。

表11 干旱胁迫下18个品种SPAD值的方差分析Table 11 Analysis of variance for SPAD value in leaves of 18 varieties under drought stress

随着生育期的不断推进，对照处理下18 个马铃薯品种的叶片SPAD值总体呈下降的趋势；随着生育期的推进，在干旱胁迫下，18 个马铃薯品种的叶片SPAD值整体呈现下降的趋势，而且干旱处理下的叶片SPAD值普遍低于对照，但也有个别品种的SPAD值在某个时期有所不同（表12）。

表12 干旱胁迫下18个品种SPAD值的比较Table 12 Comparison of SPAD value in leaves of 18 varieties under drought stress

2.2 18 个马铃薯品种生理指标的隶属函数值及抗旱性评价

2.2.1 苗期生理指标的隶属函数值及抗旱性评价

综合分析发现，各指标间存在较大差异，且不同指标与抗旱性之间无一致性，单一指标无法完全反映抗旱性的强弱。在干旱胁迫条件下，不同马铃薯品种POD活性平均为450.63 U/g·FW，变异系数为12.14%，POD 活性以‘希森6 号’最高，为547.33 U/g·FW，‘华颂34’最低，为328.00 U/g·FW。MDA 含量平均为43.85 nmol/g·FW，变异系数为25.37%，其中以‘V7’最高，为77.74 nmol/g·FW，‘内农薯1号’最低，为24.73 nmol/g·FW。可溶性糖含量平均为8 856.52 μg/g·FW，变异系数为19.61%，‘中薯668 号’含量最高，为13 130.08 μg/g·FW，‘华颂7 号’含量最低，为6 476.96 μg/g·FW。Pro含量平均为26.47 μg/g·FW，变异系数为54.90%，其中‘中薯28 号’含量最高，为66.78 μg/g·FW，‘中薯19 号’含量最低，为14.12 μg/g·FW。SOD 活性平均为519.98 U/g·FW，变异系数为32.20%，‘中薯31号’的SOD 活性最高，为926.83 U/g·FW，最低的是‘华颂56’，为175.69 U/g·FW。SPAD 值平均为44.64，变异系数为6.41%，其中以‘中薯668号’最高，为50.97，‘中薯9号’最低，为38.27。

采用隶属函数法对18 个马铃薯品种苗期的抗旱性进行综合评价，18 个品种苗期的综合抗旱性由强到弱依次为‘Innovator’‘中薯28号’‘中薯9号’‘中薯19号’‘华颂58’‘大西洋’‘内农薯1号’‘希森6号’‘中薯27号’‘中薯668号’‘中薯18号’‘内农薯2 号’‘中薯31 号’‘V7’‘冀张薯12 号’‘华颂7 号’‘华颂56’‘华颂34’（表13）。

表13 18个品种苗期抗旱性分析Table 13 Analysis of drought resistance for 18 varieties at seedling stage

2.2.2 块茎形成期生理指标的隶属函数值及抗旱性评价

在干旱胁迫条件下，不同马铃薯品种POD 活性平均为490.33 U/g·FW，变异系数为7.88%，POD 活性以‘希森6 号’最高，为565.33 U/g·FW，‘中薯31 号’最低，为423.67 U/g·FW。MDA 含量平均为37.93 nmol/g·FW，变异系数为17.87%，其中以‘华颂56’最高，为50.58 nmol/g·FW，‘中薯27 号’最低，为19.93 nmol/g·FW。可溶性糖含量平均为10 588.68 μg/g·FW，变异系数为24.74%，‘中薯668 号’含量最高，为17 168.02 μg/g·FW，‘华颂7 号’含量最低，为6 551.49 μg/g·FW。Pro含量平均为27.86 μg/g·FW，变异系数为20.11%，其中‘中薯18 号’含量最高，为41.22 μg/g·FW，‘内农薯1 号’含量最低，为19.02 μg/g·FW。SOD活性平均为791.43 U/g·FW，变异系数为8.35%，‘华颂58’的SOD 活性最高，为935.02 U/g·FW，最低的是‘内农薯2 号’，为663.30 U/g·FW。SPAD 值平均为41.44，变异系数为7.67%，其中以‘华颂7 号’最高，为46.47，‘中薯9 号’最低，为35.70。

通过隶属函数法对18 个马铃薯品种块茎形成期的抗旱性进行评价可知，18 个品种块茎形成期的综合抗旱性由强到弱依次为‘中薯668 号’‘中薯28号’‘中薯27号’‘华颂56’‘中薯9号’‘中薯19号’‘华颂58’‘Innovator’‘内农薯2号’‘中薯18号’‘V7’‘华颂7 号’‘冀张薯12 号’‘华颂34’‘内农薯1 号’‘希森6号’‘中薯31号’‘大西洋’（表14）。

表14 18个品种块茎形成期抗旱性分析Table 14 Analysis of drought resistance for 18 varieties at tuber formation stage

2.2.3 块茎膨大期生理指标的隶属函数值及抗旱性评价

在干旱胁迫条件下，不同马铃薯品种POD 活性平均为375.05 U/g·FW，变异系数为12.52%，POD 活性以‘Innovator’最高，为448.50 U/g·FW，‘大西洋’最低，为292.50 U/g·FW。MDA 含量平均为58.36 nmol/g·FW，变异系数为24.49%，其中以‘中薯18号’最高，为112.45 nmol/g·FW，‘大西洋’最低，为44.12 nmol/g·FW。可溶性糖含量平均为14 204.31 μg/g·FW，变异系数为35.30%，‘中薯28 号’含量最高，为26 158.54 μg/g·FW，‘中薯31号’含量最低，为6 382.11 μg/g·FW。Pro含量平均为28.02 μg/g·FW，变异系数为54.87%，其中‘中薯28 号’含量最高，为71.05 μg/g·FW，‘中薯18号’含量最低，为13.18 μg/g·FW。SOD活性平均为714.36 U/g·FW，变异系数为10.27%，‘Innovator’的SOD 活性最高，为825.22 U/g·FW，最低的是‘V7’，为578.44 U/g·FW。SPAD 值平均为35.10，变异系数为10.97%，其中以‘中薯31号’最高，为41.07，‘内农薯1号’最低，为29.20。

采用隶属函数法对18 个马铃薯品种块茎膨大期的抗旱性进行评价可知，18 个品种在块茎膨大期的综合抗旱性由强到弱的顺序依次为‘中薯28号’‘Innovator’‘中薯9 号’‘内农薯1 号’‘大西洋’‘华颂56’‘华颂34’‘华颂58’‘中薯668 号’‘华颂7 号’‘中薯19号’‘希森6号’‘内农薯2号’‘V7’‘中薯27 号’‘冀张薯12 号’‘中薯31 号’‘中薯18 号’（表15）。

表15 18个品种块茎膨大期抗旱性分析Table 15 Analysis of drought resistance for 18 varieties at tuber bulking stage

3 讨 论

叶片是植物进行光合作用的主要场所，与环境接触最为密切，因此，通过测定叶片的生理指标并根据其变化情况来判断植物对环境的适应能力是可行的。在植物的抗旱性研究中，抗氧化酶活性、MDA含量、Pro含量和可溶性糖含量是重要的评价指标，其中叶片相对含水量、叶绿素质量浓度和POD 等抗氧化酶活性与抗旱性呈正相关，MDA 含量与抗旱性呈负相关[14]。叶绿素是植物进行光合作用的重要条件，一定程度上反映植物的抗逆能力。叶绿素的合成受相对含水量的影响，相对含水量下降会导致已形成的叶绿素分解[15]。本试验发现18 个马铃薯品种的POD 活性随干旱胁迫时间的延长呈现出先升高后下降的变化趋势，这与贾琼等[11]的研究结果一致。16个马铃薯品种SOD活性随干旱胁迫时间的延长呈现出先升高后下降的变化趋势，这与武敏等[16]的研究结果一致。MDA含量随干旱胁迫时间的延长呈现上升的变化趋势，这与张明晓等[17]和单皓等[18]的研究结果一致。SPAD 值随干旱胁迫时间的延长呈现不断降低的趋势，这与赵媛媛等[19]的研究结果一致。可溶性糖含量随干旱胁迫时间的延长呈现上升的趋势，这与干旱胁迫下马铃薯[20]和辣椒[21]中的可溶性糖含量变化一致。

模糊数学中的隶属函数值法不仅能规避主观分析和决策的弊端，而且能整合多主体评价信息并使其得到最优唯一解[22]。目前，隶属函数分析法在番茄[23]、辣椒[24]和紫花苜蓿[15]等作物研究上均有应用。本试验在干旱胁迫下，测定18 个马铃薯品种在苗期、块茎形成期和块茎膨大期的POD 活性、SOD活性、MDA含量、Pro含量、可溶性糖含量和SPAD 值，对各生理指标进行隶属函数分析。对三个时期的隶属函数值取平均值可知，‘中薯28号’和‘中薯9号’是相对抗旱的马铃薯品种。