PEG-8000胁迫下马铃薯组培苗抗旱性鉴定与评价.pdf

PEG-8000 胁迫下马铃薯组培苗抗旱性鉴定与评价郭佳欢马奔驰陈杰盼冯 琰王 磊王 燕*（河北北方学院马铃薯研究中心，河北张家口 075000）摘要干旱是马铃薯生产的主要限制因子之一。本试验利用 15%PEG-8000 培养基模拟干旱胁迫，测定18 份马铃薯组培苗材料的各项生长指标变化。通过测定根干重、根鲜重、茎干重、茎鲜重、株高和根长这 6 项生长指标，计算抗旱系数，并利用主成分分析法和隶属函数法对 18 份马铃薯组培苗材料进行抗旱性综合评价。结果表明，根鲜重、根干重、茎干重和根长的抗旱系数可作为马铃薯组培苗抗旱性的主要评价指标。BFL10、BFL12、BFL13、BFL17 这 4 份马铃薯组培苗材料属耐旱性较强材料；BFL1、BFL2、BFL3、BFL4、BFL5、BFL6、BFL8、BFL18 这 8 份马铃薯组培苗材料综合评价值较低，属于抗旱性较弱材料；BFL7、BFL9、BFL11、BFL14、BFL15、BFL16 这 6 份马铃薯组培苗材料的抗旱性介于中间。关键词马铃薯；组培苗；PEG-8000；抗旱性；鉴定；评价中图分类号S532文献标识码A文章编号 1007-5739（2023）21-0059-04DOI：10.3969/j.issn.1007-5739.2023.21.015开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Identification and Evaluation of Drought Resistance of Potato Tissue Culture SeedlingsUnder PEG-8000 StressGUO JiahuanMA BenchiCHEN JiepanFENG YanWANG LeiWANG Yan*(Potato Research Center,Hebei North University,Zhangjiakou Hebei 075000)AbstractDrought is one of the main limiting factors for potato production.This experiment used 15%PEG-8000culture medium to simulate drought stress and measured the changes in various growth indicators of 18 potato tissueculture seedling materials.By measuring 6 growth indicators(root dry weight,root fresh weight,stem dry weight,stemfresh weight,plant height and root length),the drought resistance coefficient was calculated.The drought resistance of18 potato tissue culture seedling materials was comprehensively evaluated by using principal component analysis andmembership function methods.The results showed that the drought resistance coefficients of root fresh weight,root dryweight,stem dry weight and root length could be used as the main evaluation indicators for the drought resistance ofpotato tissue culture seedlings.BFL10,BFL12,BFL13 and BFL17 potato tissue culture seedling materials had strongdrought resistance;the comprehensive evaluation values of BFL1,BFL2,BFL3,BFL4,BFL5,BFL6,BFL8 and BFL18potato tissue culture seedling materials were relatively low,indicating weak drought resistance;the drought resistancesof 6 potato tissue culture seedling materials(BFL7,BFL9,BFL11,BFL14,BFL15 and BFL16)were in the middle.Keywordspotato;tissue culture seedling;PEG-8000;drought resistance;identification;evaluation干旱胁迫是农业生产中不可忽视的危害之一，对农作物影响较大1。干旱胁迫会使植物细胞伸长和分裂受到抑制，将会导致作物萎蔫，光合作用速率大幅度降低，从而影响作物产量和质量2。马铃薯是茄科茄属一年生草本双子叶作物，在我国作为第四大粮食作物大量种植。马铃薯喜欢湿润、冷凉的生长环境3。马铃薯生长发育过程中，蒸腾系数较高及主要根系分布较浅，导致根系吸收水分和养分的能力弱，因而在缺水时马铃薯变得敏感4。干旱缺水会影响马铃薯生长发育，严重时可直接导致马铃基金项目河北省农业科技成果转化资金项目“早熟、丰产马铃薯新品种北方 001、北方 002 中试及示范”（21621316D）；河北省重点研发项目“马铃薯远缘杂交育种技术优化及节水抗旱高产优质新品种选育”（20326316D）；河北北方学院大学生创新创业训练技术项目（20211009）。第一作者 郭佳欢（2001），男，本科在读，从事马铃薯高产栽培技术研究工作。E-mail：*通信作者 E-mail：收稿日期 2023-03-07现代农业科技2023 年第 21 期园艺学59现代农业科技2023 年第 21 期园艺学薯减产乃至绝收。对于马铃薯产业化生产来说，干旱是一个极其关键的限制性因素。因此，在马铃薯的产业化进程中，减少干旱对马铃薯的不利影响，选择抗旱性优异的品种，具有非常重要的价值。马铃薯的抗旱性评价方法有很多，每种方法都有优缺点5。目前，常用渗透调节剂，通过组织培养的方法研究马铃薯组培苗在干旱胁迫下的反应，这能在一定程度上解决田间筛选耐旱材料的弊端。渗透调节物质聚乙二醇（PEG）可以营造相对稳定和容易控制的模拟系统，因而用作模拟干旱胁迫环境6-7。邓 珍等8用 5%、10%、15%、20%PEG-8000 模拟干旱对马铃薯生长指标的影响，结果表明，当 PEG-8000 浓度为 5%和 20%时，马铃薯各指标差异较小；当 PEG-8000 浓度为 10%和 15%时，马铃薯各指标差异较大，且 PEG-8000 浓度为 15%时各指标的变异系数较PEG-8000 浓度为 10%大，此时马铃薯组培苗差异较大。基于此，本试验将浓度为 15%的 PEG 作为最优浓度来确定马铃薯组培苗对干旱胁迫的反应。本试验以 18 份马铃薯组培苗材料为研究对象，利用 15%PEG-8000 培养基模拟干旱环境胁迫，并测定马铃薯各生长指标的变化，计算抗旱系数，再利用主成分分析和隶属函数法进行抗旱性综合评价，以期为马铃薯抗旱性鉴定及抗旱马铃薯育种提供参考。1材料与方法1.1试验材料供试材料为不同抗旱等级的 18 份马铃薯组培苗材料，分别为 BFL1、BFL2、BFL3、BFL4、BFL5、BFL6、BFL7、BFL8、BFL9、BFL10、BFL11、BFL12、BFL13、BFL14、BFL15、BFL16、BFL17 和 BFL18。1.2培养基制作参考邓 珍等8的方法制作培养基。先将固体PEG-8000 在无菌液体培养基中进行溶解，然后调节pH 值至 5.8 左右，将液体的 PEG-8000 培养基转移到提前加有固体培养基的培养瓶里，将固体和液体培养基共同放置 2 d，使 PEG-8000 能够完全渗透到固体培养基中，倒出顶层液体，即得到含有浓度为 15%PEG-8000 的固体培养基。1.3试验方法选取生长一致的抗旱等级不同的马铃薯组培苗为试验材料，将组培苗茎段切开，分别放入浓度为 0%和 15%的 PEG-8000 培养基中，每个营养瓶中放入3 个茎段，每个处理培养 5 瓶，培养室温度 23，光照时间 14 h/d，光照强度 3 000 lx。培养 60 d 后，测定组培苗的株高、根长、鲜重和干重等生长指标。1.4测定内容及方法马铃薯组培苗培养 60 d 后，用无菌水清洗根部，再用吸水纸吸去残留水分。用软尺测量根长和株高，用分析天平称取根鲜重和茎鲜重。将茎和根放入80 烘箱中烘干至恒重，取出冷却至室温，称量茎干重和根干重。抗旱系数和隶属函数分析参考王 燕等9的方法，主成分分析参考何海旺等10的方法。1.5数据处理试验数据使用 Excel 2020 和 SPSS 22.0 软件进行处理和分析。2结果与分析2.1马铃薯各项生长指标的抗旱系数抗旱系数越大，表明马铃薯组培苗的抗旱性越好。由表 1 可知，18 份马铃薯组培苗株高的抗旱系数在 0.270.79 之间，株高抗旱系数0.70 的马铃薯组培苗材料有 BFL6、BFL7、BFL10、BFL13、BFL14、BFL15、BFL17、BFL18。茎鲜重抗旱系数在 0.230.93 之间，茎 鲜 重 抗 旱 系 数 0.80 的 马 铃 薯 组 培 苗 材 料 有BFL10、BFL11、BFL13、BFL15、BFL16、BFL17。茎干重抗旱系数在 0.440.98 之间，茎干重的抗旱系数0.80 的马铃薯组培苗材料有 BFL6、BFL7、BFL9。根鲜重抗旱系数在 0.220.93 之间，根鲜重抗旱系数0.85 的马铃薯组培苗材料有 BFL10、BFL11、BFL13、BFL15、BFL16。根长抗旱系数在 0.500.92 之间，根长抗旱系数0.85 的马铃薯组培苗材料有 BFL7、BFL9、BFL11、BFL13、BFL17。根干重的抗旱系数在0.300.82 之间，根干重的抗旱系数0.75 的马铃薯组培苗材料有 BFL10、BFL12、BFL14、BFL16、BFL17、BFL18。综 上 可 知，BFL10、BFL11、BFL12、BFL13、BFL17 马铃薯组培苗材料抗旱性较强。2.2主成分分析以 18 份马铃薯组培材料 6 个成分含量为指标建立数据集，输入 SPSS 22.0 软件，使用主成分分析处理，当提取的主成分特征值大于 1 时，主成分才有意义。在分析结果中提取到了 2 个主成分，这 2 个主成分的累积贡献率85%，为 86.570%，表明这 2 个主成分可代表抗旱性 6 个有效成分信息的 86.570%，具有代表性。表 2 为 18 份材料 6 个抗旱指标的特征值、60总方差和贡献率。特征向量矩阵用于表示各主成分里每个测定指标的荷载，第一主成分的特征值为 3.319，在此主成分上有较高荷载的是根鲜重和根干重的抗旱系数。第二主成分的特征值为 1.875，在此主成分上有较高荷载的是茎干重和根长的抗旱系数。因此，对这 18 份马铃薯组培材料进行抗旱系数评价时，根鲜重、根干重、茎干重和根长的抗旱系数可作为主要评价指标。表 118 份马铃薯组培苗各项生长指标的抗旱系数材料BFL1BFL2BFL3BFL4BFL5BFL6BFL7BFL8BFL9BFL10BFL11BFL12BFL13BFL14BFL15BFL16BFL17BFL18株高（X1）0.310.370.270.560.620.700.790.600.640.760.650.670.780.740.740.690.710.70根长（X2）0.560.610.540.720.820.840.880.850.890.720.880.800.920.760.690.670.870.50茎鲜重（X3）0.260.240.280.490.360.490.360.230.500.960.820.500.930.300.840.820.860.68根鲜重（X4）0.240.220.260.340.340.330.340.300.360.870.920.830.930.630.880.880.840.84茎干重（X5）0.510.530.560.700.700.860.860.770.980.530.610.760.740.760.470.560.440.47根干重（X6）0.300.350.360.560.480.560.530.560.570.760.480.760.740.820.750.770.800.80表 2各成分的特征值、总方差及贡献率成分123456初始特征值特征根3.3191.8750.4650.1510.1200.069方差贡献值55.31231.2587.7572.5182.0011.153累计方差贡献值55.31286.57094.32796.84598.847100.000提取因子的载荷平方和特征根3.3191.875方差贡献值55.31231.258累计方差贡献值55.31286.5702.3抗旱性评价设变量为株高、根长、茎鲜重、根鲜重、茎干重、根干重，标准化后的数据依次为 X1、X2、X3、X4、X5、X6。6 个变量的系数见表 3。主成分表达式为：y1=0.483X1+0.227X2+0.476X3+0.499X4-0.046X5+0.488X6，y2=0.267X1+0.592X2-0.207X3-0.233X4+0.694X5-0.034X6，其中 y1为第一主成分表达式，y2为第一主成分表达式。由表 4 可知，综合评价指数公式 y=3.319/（3.319+表 3各项综合指标的系数及贡献率主成分y1y2X10.4830.267X20.2270.592X30.476-0.207X40.499-0.233X5-0.0460.694X60.488-0.034贡献率/%55.31231.2581.875）y1+1.875/（3.319+1.875）y2。综合评价指数越高，说明以 6 个有效成分为指标的耐旱水平越高。通过计算 18 份马铃薯组培苗的综合评价指数，BFL13、BFL17、BFL10、BFL12、BFL14、BFL11、BFL15、BFL9、BFL16、BFL7、BFL6、BFL18、BFL8、BFL5、BFL4、BFL2、BFL3、BFL1 抗旱性依次减弱。第一主成分与第二主成分比值相对较高的品种，综合评价指数高。因此，抗旱性较强的马铃薯组培苗材料有 BFL13、BFL17、BFL10、BFL12。2.4隶属函数分析根据 6 个指标的抗旱系数平均隶属函数值，18 份马铃薯组培苗的抗旱性从强到弱依次为 BFL13BFL10BFL17BFL12BFL11BFL16BFL15BFL14BFL9BFL7BFL6BFL18BFL8BFL5BFL4BFL2BFL3BFL1（表 5）。18 份马铃薯组培苗材料的平均隶属函数值在 0.3150.890 之间，其中 BFL13 的隶属郭佳欢等：PEG-8000 胁迫下马铃薯组培苗抗旱性鉴定与评价61现代农业科技2023 年第 21 期园艺学函数值最高。3结论本试验利用浓度为 15%的 PEG-8000 模拟干旱胁迫，测定 18 份马铃薯组培苗材料的生长指标。运用主成分分析法对 18 份马铃薯组培苗的抗旱性指标进行分析，结果表明，根鲜重、根干重、茎干重和根长的抗旱系数可作为鉴定马铃薯抗旱性的主要评价指标。通过主成分分析法和隶属函数法对 18 份马铃薯组培苗材料进行分析，结果表明：BFL10、BFL12、BFL13、BFL17 这 4 份马铃薯组培苗属耐旱性较强材料；BFL1、BFL2、BFL3、BFL4、BFL5、BFL6、BFL8、BFL18这 8 份马铃薯组培苗材料综合评价值较低，属于抗旱性较弱材料；BFL7、BFL9、BFL11、BFL14、BFL15、BFL16这 6 份马铃薯组培苗的抗旱性介于中间。表 418 份马铃薯组培苗的综合评价指数及排序材料BFL1BFL2BFL3BFL4BFL5BFL6BFL7BFL8BFL9BFL10BFL11BFL12BFL13BFL14BFL15BFL16BFL17BFL18y1-3.26-2.92-3.19-0.93-1.04-0.36-0.32-1.15-0.392.081.030.962.420.571.751.562.091.09y2-1.48-1.04-1.460.190.861.672.111.382.29-1.06-0.050.550.770.80-1.41-1.17-0.77-2.18y-2.62-2.24-2.57-0.53-0.350.370.56-0.240.580.950.640.811.820.650.610.571.06-0.09排序181617151411101383641579212表 518 份马铃薯组培苗隶属函数值材料BFL1BFL2BFL3BFL4BFL5BFL6BFL7BFL8BFL9BFL10BFL11BFL12BFL13BFL14BFL15BFL16BFL17BFL18隶属函数值株高0.4160.6850.5380.3650.4810.8271.0000.6350.7120.9420.7310.7690.9810.9040.9040.8080.8460.827根长0.2510.3980.4910.5240.7620.8100.9050.8330.9290.5240.9050.7141.0000.6190.4520.4050.8810.000茎鲜重0.3620.4530.3160.3560.1780.3560.1780.0000.3701.0000.8080.3700.9590.0960.8360.8080.8630.616根鲜重0.3170.3290.3310.1690.1690.1550.1690.1130.1970.9150.9860.8591.0000.5770.9300.9300.8730.873茎干重0.2860.2830.2180.4810.4810.7780.7780.6111.0000.1670.3150.5930.5560.5930.0560.2220.0000.056根干重0.2580.1260.2540.5000.3460.5000.4420.5000.5190.8850.3460.8850.8461.0000.8650.9040.9620.962平均0.3150.3790.3580.3990.4030.5710.5790.4490.6210.7390.6820.6980.8900.6320.6740.6800.7380.556排名181617151411101392541876312参考文献1 王芳.干旱胁迫对马铃薯的危害C/中国作物学会.马铃薯专业委员会.马铃薯产业与小康社会建设.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2014.2 SCHAPENDONK A，SPRITTERS C J T，GROOT P J.Effetsofwaterstressonphotosynthesisandchlorophyllfuorescence of five potatocultivarsJ.Potato 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