模擬干旱脅迫下馬鈴薯莖葉發(fā)生與根系生長(zhǎng)的研究

模擬干旱脅迫下馬鈴薯莖葉發(fā)生與根系生長(zhǎng)的研究

干旱是中國(guó)的嚴(yán)重自然災(zāi)害之一。馬鈴薯是對(duì)水分虧缺非常敏感的作物。目前,國(guó)內(nèi)外有關(guān)馬鈴薯抗旱生理的研究已取得突破性進(jìn)展。近年來(lái)中國(guó)南方地區(qū)季節(jié)性干旱頻繁發(fā)生,秋旱和春旱,甚至冬春連旱有加重的趨勢(shì),這對(duì)南方冬作區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響。植物抗旱性鑒定多用高滲溶液模擬水分脅迫的方法,不少研究者應(yīng)用聚乙二醇(PEG)作為誘導(dǎo)劑和篩選劑,以獲得抗旱植株。有研究表明,小麥的根長(zhǎng)、根數(shù)可以作為抗旱性鑒定的指標(biāo)。在馬鈴薯塊莖形成前,馬鈴薯植株的莖高、葉片數(shù)、葉長(zhǎng)等都對(duì)水分敏感。筆者利用PEG6000模擬根際水分脅迫,研究干旱脅迫對(duì)馬鈴薯幼苗形態(tài)特征以及植株細(xì)胞膜透性的影響,旨在為進(jìn)一步研究馬鈴薯的抗旱機(jī)理、綜合評(píng)價(jià)馬鈴薯抗旱能力及篩選抗旱馬鈴薯品種提供參考依據(jù)。1材料和方法1.1費(fèi)烏瑞它、農(nóng)業(yè)馬鈴薯和s.chaceonus供試馬鈴薯栽培品種為中薯3號(hào)、大西洋、中薯5號(hào)、東農(nóng)303、湘馬鈴薯1號(hào)、費(fèi)烏瑞它、金山薯和S.chacoense–1號(hào)(野生種),由湖南省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心提供。供試PEG(聚乙二醇6000)由北京雙環(huán)化學(xué)試劑廠生產(chǎn),粉末狀,易溶于水,化學(xué)式為HO(CH2CH2O2)nH,n=158~204。1.2方法試驗(yàn)于2010年7月至2011年1月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院完成。1.2.1ms培養(yǎng)的時(shí)間剪取含1個(gè)腋芽的馬鈴薯莖段接種在MS培養(yǎng)基中,(23±2)℃、每天光照16h條件下培養(yǎng)1周,在根系萌發(fā)之前,分別移入含0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%PEG的MS培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)3周,每瓶接種5個(gè)莖段,每處理重復(fù)5瓶。觀測(cè)馬鈴薯存活及其主莖、側(cè)枝、根系和葉片的生長(zhǎng)狀況,同時(shí)拍照、記錄。1.2.2幼苗膜透性的測(cè)定剪取含1個(gè)腋芽的馬鈴薯莖段接種在MS培養(yǎng)基中,(23±2)℃、每天光照16h條件下培養(yǎng)21d后,分別移入0%、15%、30%、45%的PEG溶液中,每瓶10株,每個(gè)處理重復(fù)5瓶。處理4h后進(jìn)行幼苗細(xì)胞膜透性的分析。用電導(dǎo)率法檢測(cè)植株中K+滲透率:將整個(gè)植株用去離子水沖洗干凈,放入具塞試管中,加入10mL去離子水,封口后25℃振蕩1h,用DDS–11A型電導(dǎo)率儀測(cè)定初電導(dǎo)值C1;然后將材料置于-80℃處理24h,在水浴鍋中解凍后,測(cè)定其終電導(dǎo)值C2。細(xì)胞膜相對(duì)透性(電導(dǎo)率)=(C1/C2)×100%。細(xì)胞膜相對(duì)透性增加幅度=(Cn-C0)/C0,其中,Cn為脅迫下細(xì)胞膜透性;C0為對(duì)照細(xì)胞膜透性。1.3數(shù)據(jù)分析用DPS8.01軟件進(jìn)行多重比較分析。2結(jié)果與分析2.1peg脅迫對(duì)馬鈴薯扦插節(jié)段根系誘導(dǎo)與生長(zhǎng)的影響由表1可見(jiàn),在5%PEG脅迫下,8種材料中只在中薯3號(hào)、大西洋和S.chacoense–1號(hào)的根系長(zhǎng)度與對(duì)照差異顯著,而根系數(shù)量只有中薯3號(hào)與對(duì)照差異顯著。在10%~30%PEG脅迫下,8種材料的根系長(zhǎng)度均與對(duì)照差異顯著;根系數(shù)量在10%PEG脅迫下只有中薯3號(hào)、湘馬鈴薯1號(hào)、費(fèi)烏瑞它與對(duì)照差異顯著,在15%PEG脅迫下,除東農(nóng)303外的其余7種材料均與對(duì)照差異顯著,可見(jiàn),不同濃度PEG脅迫下馬鈴薯扦插節(jié)段根系誘導(dǎo)與生長(zhǎng)受到的抑制不同,脅迫最先影響到根系的長(zhǎng)度,隨著脅迫程度的加深,再影響到根系數(shù)量,其中中薯3號(hào)的根系生長(zhǎng)對(duì)PEG脅迫最敏感,而東農(nóng)303最不敏感。由圖1可見(jiàn),30%PEG脅迫下,大西洋、中薯5號(hào)和S.chacoense–1號(hào)仍能正常發(fā)根,只是生長(zhǎng)變緩;湘馬鈴薯1號(hào)在15%PEG脅迫下即發(fā)根困難;中薯3號(hào)、東農(nóng)303、費(fèi)烏瑞它、金山薯的發(fā)根限制濃度為25%,而大西洋、中薯5號(hào)和S.chacoense–1號(hào)在脅迫濃度達(dá)30%時(shí)仍能正常發(fā)出根系,只是生長(zhǎng)變緩?？梢?jiàn),大西洋、中暑5號(hào)和S.chacoense–1號(hào)的根系生長(zhǎng)對(duì)干旱脅迫表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗逆性;湘馬鈴薯1號(hào)根系對(duì)干旱的耐受性稍差。2.2peg和蘇-馬鈴薯生長(zhǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),在10%~30%PEG脅迫下,所有供試材料的葉片顏色都不同程度地加深,其中費(fèi)烏瑞它的莖、葉出現(xiàn)紫化現(xiàn)象;隨PEG濃度的升高,所有材料生長(zhǎng)速率變慢,莖節(jié)短縮,除湘馬鈴薯1號(hào)和中薯5號(hào)有少量基部葉片發(fā)黃外,其他材料均沒(méi)有出現(xiàn)植株死亡或枯萎的現(xiàn)象。由表1可見(jiàn),馬鈴薯株高對(duì)PEG脅迫最敏感,在5%~30%PEG脅迫下,8個(gè)馬鈴薯品種的株高均顯著高于對(duì)照。在5%PEG脅迫下,8種材料中只有湘馬鈴薯1號(hào)和東農(nóng)303的莖節(jié)數(shù)顯著少于對(duì)照;在10%PEG脅迫下,除S.chacoense–1號(hào)外的其余7種材料的莖節(jié)數(shù)均與對(duì)照差異顯著,各材料的莖節(jié)生長(zhǎng)開(kāi)始受到抑制。在20%PEG脅迫下,費(fèi)烏瑞它和金山薯莖葉的生長(zhǎng)基本停滯(圖1)。隨PEG脅迫增加,所有供試材料的葉片變小,除湘馬鈴薯1號(hào)外的其余7種供試材料的葉片數(shù)量在10%~30%PEG脅迫下均顯著少于對(duì)照。2.3peg脅迫對(duì)s.chaceonus–1號(hào)、麻黃的電導(dǎo)率影響在5%~30%PEG脅迫下,隨PEG濃度的增加,8個(gè)馬鈴薯品種的細(xì)胞膜相對(duì)透性(電導(dǎo)率)均呈增加趨勢(shì),但增加的幅度不同。與對(duì)照相比,15%PEG脅迫下,S.chacoense–1號(hào)的電導(dǎo)率增加幅度(46.1%)最小,其次是大西洋(增加幅度為57.1%),而增加幅度在80%~100%的品種有中薯3號(hào)、中薯5號(hào)、湘馬鈴薯1號(hào)和費(fèi)烏瑞它,增加幅度超過(guò)100%的有東農(nóng)303和金山薯;在30%PEG脅迫下,S.chacoense–1號(hào)、大西洋的電導(dǎo)率的增幅仍小于80%;在45%PEG脅迫下,S.chacoense–1號(hào)、大西洋的電導(dǎo)率增幅分別為102%、166.2%,而東農(nóng)303的電導(dǎo)率增幅(213.8%)最高,其次為金山薯(213.4%)(圖2)。3生長(zhǎng)速率對(duì)馬鈴薯抗旱性的影響本研究結(jié)果表明,馬鈴薯扦插節(jié)段根系的誘導(dǎo)與生長(zhǎng)受聚乙二醇脅迫的影響明顯,根系伸長(zhǎng)對(duì)干旱脅迫的敏感度高于根系數(shù)量。在5%~30%的PEG脅迫下,8個(gè)供試材料均未出現(xiàn)植株枯死現(xiàn)象;隨PEG濃度升高,所有材料生長(zhǎng)速率變慢,莖節(jié)縮短,葉片變小,葉片數(shù)量減少,葉片顏色加深甚至紫化。以扦插苗為材料對(duì)不同品種進(jìn)行比較時(shí),需要考慮處理前由于生長(zhǎng)速率不一致造成的株高誤差?？梢杂帽容^相對(duì)生長(zhǎng)速率來(lái)取代對(duì)絕對(duì)株高的比較。隨PEG濃度的增加,8個(gè)馬鈴薯品種的細(xì)胞膜相對(duì)透性均呈增加趨勢(shì),表現(xiàn)出的規(guī)律與各供試馬鈴薯材料幼苗形態(tài)表型基本相似。供試馬鈴薯材料都能抵抗10%PEG脅迫,其中,大西洋、中暑5號(hào)和S.chacoense–1號(hào)對(duì)水分脅迫表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗逆性,而湘馬鈴薯1號(hào)的抗逆性相對(duì)較弱,這可能與材料來(lái)自雨水充足的南方耕作區(qū)有關(guān)。通過(guò)植株表型來(lái)分析作物抗旱性的方法簡(jiǎn)單、直觀、重復(fù)性好。PEG是研究植物水分虧缺反應(yīng)較理想的滲透調(diào)節(jié)劑。用PEG模擬植物干旱逆境不受土壤、氣候因素的影響,在不損傷根系的情況下能夠觀測(cè)到材料完整的根系和莖、葉表型?，F(xiàn)有的研究多用種子繁殖材料進(jìn)行PEG模擬干旱研究。本研究中通過(guò)離體培養(yǎng),以莖段作為繁殖材料進(jìn)行抗旱性植株表型分析,是運(yùn)