不同砧穗组合嫁接对马铃薯抗寒性的影响_刘国敏.pdf

黑龙江农业科学 （）：刘国敏，谢振兴，覃维治，等 不同砧穗组合嫁接对马铃薯抗寒性的影响 黑龙江农业科学，（）：不同砧穗组合嫁接对马铃薯抗寒性的影响刘国敏，谢振兴，覃维治，郑虚，廖玉娇，韦荣昌（广西壮族自治区农业科学院 经济作物研究所，广西 南宁 ；广西壮族自治区亚热带作物研究所，广西 南宁 ）摘要：为促进广西冬种马铃薯抗寒性品种选育，以陇薯号（）、陇薯号（）、桂农薯号（）为试验材料进行砧穗互接，得到个嫁接组合 、和 （接穗砧木），对砧木、接穗及嫁接组合进行抗寒性指标测定，通过主成分分析提取代表性指标，并利用隶属函数分析法综合评价砧木、接穗及嫁接组合的抗寒性。结果表明，为抗寒品种，、为不抗寒品种，、为中抗寒品种，、为低抗寒品种，抗寒性排序为 ，。抗寒性评价的结果与田间观测的植株叶片寒害表现基本一致。综合分析认为，抗寒性强的品种无论是作砧木还是接穗，均可提高嫁接组合的抗寒性，且作砧木时对嫁接组合抗寒性的影响较大。关键词：马铃薯；嫁接；抗寒性；主成分分析；隶属函数分析收稿日期：基金项目：广 西 农 业 科 学 院 基 本 科 研 业 务 专 项（桂 农 科 ）；国家现代农业产业技术体系广西薯类创新团队建设专项（）；广西农业科学院基本科研业务专项稳定资助科研团队项目（桂农科 ）；广西农业科学院科技发展基金（桂农科 ）。第一作者：刘国敏（），女，硕士，助理研究员，从事薯类栽培与育种研究。：。马铃薯（）是菜粮兼用的茄科茄属粮食作物，年我国将马铃薯列为继小麦、玉米、水稻之后的第四大主粮作物，与小麦、水稻、玉米、高粱并称为世界五大作物。广西属亚热带湿润季风气候区，具有良好的光、温等气候资源和广阔的冬闲土地资源，据统计，广西有冬闲田 多万，这些冬闲田土壤大多适合马铃薯种植。年广西冬种马铃薯面积约 万，平均产量 ，是全国最大的冬种马铃薯生产基地，也被列为全国马铃薯主粮化产业的三大地区之一。温度是影响作物生长发育及产量的重要环境因素，低温胁迫是严重影响作物生长的非生物胁迫之一，提高作物耐低温胁迫能力是目前研究热点之一。马铃薯喜寒凉，不耐霜冻，块茎形成和膨大的最适温度为 ，生长温度为以下的低温冻害和以上的低温冷害都会抑制马铃薯生长，低温对苗期马铃薯植株生长发育的影响更大，严重时会导致马铃薯减产甚至绝产，造成巨大的经济损失。因此，即使在很小的程度上提高抗霜冻能力，对于马铃薯生产也具有重要意义。在广西每年的 月至次年月是霜冻的高发期，此时正处于马铃薯生长发育的关键阶段，突然的降温或是寒潮常造成马铃薯受灾，导致马铃薯大面积受害，损失严重。年月月，广西大部分地区长时间持续低温阴雨寡照天气，月广西各地平均气温 ，高寒山区最低温度低至，桂北最低温度，多地出现霜冻天气，对马铃薯生长发育极为不利，部分马铃薯被冻伤冻坏，减产明显。所以，选育抗寒能力强的优质马铃薯品种对降低冻害风险，促进广西马铃薯产业发展有重要意义。广西是典型的马铃薯冬作区，马铃薯现蕾开花期一般在每年的月左右，这段时间往往低温多雨，光照时间短，湿度大，很难开花结实。因此，在广西开展常规马铃薯育种比较困难。嫁接技术是在农业生产和基础理论研究中广泛应用的技术，是农业栽培的重要措施之一。嫁接不仅是园艺生产改良果树、蔬菜、花卉等经济作物产量、品质、抗逆性的有效技术手段。还有研究表明，嫁接可以诱导嫁接体的性状变异，这种变异可以稳定地遗传给后代，使接穗的抗逆性、产量和品质得到改良，还可以为遗传学研究提供优良材料，对揭示砧穗间遗传物质交换的相关机制具有重要意义。生产上一般通过外源喷施生长物质、杂交育种和化学诱变等手段来提高马铃薯幼苗的耐寒性，通过嫁接来提高马铃薯抗寒性还鲜有报道，所以本研究针对不同马铃薯品种对低温胁迫响应的差异，通过对不同抗寒性的马铃薯品种间相互嫁接，探究砧木、接穗对马铃薯低温胁迫抗性的影响，以期为广西冬种马铃薯抗寒性品种选育提供新方法。黑龙江农业科学期材料与方法 材料试验材料及来源详见表。表试验材料材料编号来源陇薯号 甘肃省农业科学院陇薯号 甘肃省农业科学院桂农薯号 广西壮族自治区农业科学院经济作物研究所陇薯号桂农薯号 嫁接所得陇薯号桂农薯号 桂农薯号陇薯号 桂农薯号陇薯号 注：、为嫁接植株、接穗品种砧木品种。方法 试验设计嫁接试验于 年 月在广西壮族自治区农业科学院雾培室进行。马铃薯砧木、接穗培育：将经催芽处理的马铃薯原原种播种于灭菌的基质中，株高，片叶时，将马铃薯从地面处切断，清洗消毒后移植到雾培定植板上生长，缓苗后即可作为砧木或接穗进行嫁接。嫁接：剪取接穗马铃薯幼苗顶端茎节 ，去掉多余叶片，只留最顶上两片小叶，接穗苗茎端削成平滑的楔形。缓苗后的砧木留下定植板往上 茎段，其余剪去，在切口中间位置向下深切 左右，立即将接穗苗插入切口，使用嫁接夹固定。缓苗后 之内所结种薯全部剪掉（目的是排除这段时间内砧木所结种薯，只保留嫁接株所结种薯），后开始留薯，成熟后分别收集砧木、接穗、嫁接植株所结种薯，并于 冷库中保存。年 月底将冷库中保存完好的砧木、接穗、嫁接植株种薯经催芽消毒后播种于广西壮族自治区农业科学院试验田中。测定项目及方法于 年月 日，田间连续温度 时，取砧木、接穗、嫁接植株的叶片，测定相对电导率、丙二醛（）含量、过氧化 氢 酶（）活 性、超 氧 化 物 歧 化 酶（）活性、可溶性蛋白含量、脯氨酸（）含量、可溶性糖含量、叶绿素含量、过氧化物酶（）含量。相对电导率采用 型电导率仪测定，含量采用硫代巴比妥酸显色法测定，活性、活性、含量、可溶性糖含量、含量采用苏州格锐思生物科技有限公司试剂盒测定，可溶性蛋白质含量采用考马斯亮蓝法测定，叶绿素含量是根据叶绿素提取液对可见光谱的吸收，在 和 处测定叶绿素提取物的吸光值，然后利用经验公式计算出样品中叶绿素含量。数据分析利用 进行数据整理、制作图表和隶属函数值的计算，利用 进行各指标的差异性分析及主成分分析。结果与分析 天气情况统计分析由图、图可以看出，年月月，马铃薯生长发育的关键时期，南宁市多低温寡照天气，月试验田环境最低温度，对马铃薯生长有较大影响。采样前连续（月 日 日）最低温度。图 年月日 日（采样日）试验田中日最低温度和日最高温度图 年月日月 日南宁市各类天气占比 不同试验材料抗寒性指标比较由表可以看出，、的 活性差异不显著，三者显著低于 ；、的 活性差异不显著，两者与 、差异显著，的 活性最强，最弱；、期刘国敏等：不同砧穗组合嫁接对马铃薯抗寒性的影响 的 活性差异不显著，二者显著低于 和 ，后两者差异不显著；、的 含量差异不显著，种材料中，的 含量最低；种材料的游离蛋白质含量和相对电导率差异均不显著；、可溶性糖含量差异不显著，可溶性糖含量最高；和其他种材料的 含量差异不显著，显著低于 和 ；叶绿素含量最高，叶绿素含量最低，、叶绿素含量差异不显著。从表可以看出，的 活性最强，与其他 种 材 料 相 比 差 异 性 显 著；、的 活性差异不显著，三者均显著低于；的 活性最强，其次是 ，两者间差异显著，且一直显著高于 和 ；的 含量显著高于其他材料，最低；游离蛋白质含显著低于其他种材料；种材料可溶性糖含量呈显著性差异，含量最高，其次是 和 ，含量最低；种材料相对电导率差异不显著；的 含量最高，与 差异不显著，与 和 相比差异显著；叶绿素含量最高，其次是 ，二者与 和 相比差异显著。表 和 组合试验材料抗寒指标的比较材料编号 （）（）（）（）游离蛋白质（）可溶性糖（）相对电导率 （）叶绿素含量（）注：不同小写字母表示差异显著（.）。下同。表 和 组合试验材料抗寒指标的比较材料编号 （）（）（）（）游离蛋白质（）可溶性糖（）相对电导率 （）叶绿素含量（）马铃薯嫁接材料抗寒性指标分析 和 组合试验材料田间寒害表现马铃薯寒害的症状一般为叶片出现淡黄色至淡褐色，从图可以看出，、植株叶片基本无寒害表现，叶片寒害表现最为明显，叶片有轻微寒害表现。和 组合试验材料抗寒性指标主成分分析对不同试验材料的抗寒性指标进行主成分分析，提取了特征值大于的个主成分（表）。第主成分贡献率为 ，第主成分贡献率为 ，累计贡献率达到 ，可以解释原始数据的大部分信息，因此选择前两个主成分进行分析。各主成分载荷值代表主成分对该类物质的反映程度，从表可以看出，决定第主成分的主要是 、游离蛋白质含量、相对电导率、叶绿素总量；决定第主成分的主要是 。说明 、游离蛋白质含量、相对电导率、叶绿素总量、这个指标可以用作砧木、接穗、嫁接组合抗寒性评价的指标。图 和 组合试验材料田间寒害表现黑龙江农业科学期表 和 组合试验材料主成分分析特征值及贡献率主成分特征值贡献率累计贡献率 表 和 组合试验材料主成分载荷矩阵主成分物质主成分主成分 游离蛋白质含量 可溶性糖 相对电导率 叶绿素含量 和 组合试验材料抗寒性综合评价为了全面反映马铃薯嫁接材料的抗寒性，对 、游离蛋白质含量、相对电导率、叶绿素总量、这个指标，进行平均隶属函数值分析（表）。根据张文娥等 将耐寒性按平均隶属度分为个等级（见表注），为不抗寒品种；为中抗寒品种；为低抗寒品种；为抗寒品种。砧木、接穗、嫁接组合的抗寒性排序为 。抗寒性强的品种无论是作砧木还是接穗，均可提高嫁接组合的抗寒性，且作砧木时对嫁接组合抗寒性的影响较大。和 组合试验材料田间寒害表现从图可以看出，、植株叶片基本无寒害表现，、叶片寒害表现明显，这与 、互相嫁接之后的材料田间寒害表现基本相同。表马铃薯 和 嫁接材料抗寒性指标隶属函数值材料编号 游离蛋白质相对电导率叶绿素含量平均隶属函数值抗寒级别 注：耐寒性按平均隶属度可分为个等级：为级高抗寒；为级抗寒；为级中抗寒；为级低抗寒；为级不抗寒。下同。图 和 组合试验材料田间寒害表现 和 组合试验材料抗寒性指标主成分分析为了尽量降低由品种带来的误差，使马铃薯嫁接材料抗寒性评判结果更加客观真实，对、互相嫁接的组合 、和、继续进行抗寒性评判。对试验材料抗寒性指标进行主成分分析，提取出个主成分（表），第主成分贡献率为 ，第 主成分贡献率为 ，累计贡献率达到 ，可以解释原始数据的大部分信息，因此选择前两个主成分进行分析。从表各主成分载荷值可以看出，决定第主成分的主要是 、可溶性糖、相对 电 导 率、；决 定 第 主 成 分 的 主 要 是。说明 、可溶性糖、相对电导率、这个指标可以用作砧木、接穗、嫁接组合抗寒性评价的指标。表 和 组合试验材料主成分分析特征值及贡献率主成分特征值贡献率累积贡献率 期刘国敏等：不同砧穗组合嫁接对马铃薯抗寒性的影响表 和 组合试验材料主成分载荷矩阵主成分物质主成分主成分 游离蛋白含量 可溶性糖 相对电导率 叶绿素总含量 和 组合试验材料抗寒性综合评价为了全面反映马铃薯嫁接材料的抗寒性，对 、可溶性糖、相对电导率、这个指标，进行平均隶属函数值分析（表）。结果表明，为 不 抗寒 品种；为 中 抗 寒 品 种；为低抗寒品种；为抗寒品种。砧木、接穗、嫁接组合的抗寒性排序为 。进一步说明了，抗寒性强的品种无论是作砧木还是接穗，均可提高嫁接组合的抗寒性，且作砧木时对嫁接组合抗寒性的影响较大。表马铃薯嫁接材料抗寒性指标隶属函数值试验材料 可溶性糖相对电导率 平均隶属函数值抗寒级别 讨论低温胁迫是严重影响作物生长的非生物胁迫之一，已成为国内外学者关注的热点。植物抗寒性受多重因素影响，抗寒机制复杂。低温胁迫下，植物体内会产生一系列的生理响应，在不同程度上保护植物的生长，当胁迫程度超出植物抵御极限时，就会造成植物死亡。目前用于植物抗寒性鉴定的方法，主要有田间直接鉴定法、电解质渗漏法、生理生化指标测定法。其中生理生化指标测定法 是通过 对低温胁迫 下 植 物 、可溶性糖、游离蛋白质、叶绿素、相对电导率等生理生化指标的测定，来直观评价植物抗寒性，已广泛应用于多种作物的抗寒性鉴定。本研究主要是通过生理生化指标测定结合主成分分析、隶属函数分析对供试的马铃薯材料进行抗寒性评价。马铃薯是喜寒凉但不耐寒的作物，低温霜冻严重影响马铃薯的产量和品质。年 月至 年月，正值广西冬种马铃薯关键生长期，广西天气持续低温寡照，严重影响马铃薯的正常生长。年月，在连