模擬干旱脅迫下馬鈴薯莖葉發(fā)生與根系生長的研究

模擬干旱脅迫下馬鈴薯莖葉發(fā)生與根系生長的研究

干旱是中國的嚴重自然災害之一。馬鈴薯是對水分虧缺非常敏感的作物。目前,國內外有關馬鈴薯抗旱生理的研究已取得突破性進展。近年來中國南方地區(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,這對南方冬作區(qū)馬鈴薯生產造成了嚴重影響。植物抗旱性鑒定多用高滲溶液模擬水分脅迫的方法,不少研究者應用聚乙二醇(PEG)作為誘導劑和篩選劑,以獲得抗旱植株。有研究表明,小麥的根長、根數可以作為抗旱性鑒定的指標。在馬鈴薯塊莖形成前,馬鈴薯植株的莖高、葉片數、葉長等都對水分敏感。筆者利用PEG6000模擬根際水分脅迫,研究干旱脅迫對馬鈴薯幼苗形態(tài)特征以及植株細胞膜透性的影響,旨在為進一步研究馬鈴薯的抗旱機理、綜合評價馬鈴薯抗旱能力及篩選抗旱馬鈴薯品種提供參考依據。1材料和方法1.1費烏瑞它、農業(yè)馬鈴薯和s.chaceonus供試馬鈴薯栽培品種為中薯3號、大西洋、中薯5號、東農303、湘馬鈴薯1號、費烏瑞它、金山薯和S.chacoense–1號(野生種),由湖南省馬鈴薯工程技術研究中心提供。供試PEG(聚乙二醇6000)由北京雙環(huán)化學試劑廠生產,粉末狀,易溶于水,化學式為HO(CH2CH2O2)nH,n=158~204。1.2方法試驗于2010年7月至2011年1月在湖南農業(yè)大學園藝園林學院完成。1.2.1ms培養(yǎng)的時間剪取含1個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個莖段,每處理重復5瓶。觀測馬鈴薯存活及其主莖、側枝、根系和葉片的生長狀況,同時拍照、記錄。1.2.2幼苗膜透性的測定剪取含1個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,每個處理重復5瓶。處理4h后進行幼苗細胞膜透性的分析。用電導率法檢測植株中K+滲透率:將整個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型電導率儀測定初電導值C1;然后將材料置于-80℃處理24h,在水浴鍋中解凍后,測定其終電導值C2。細胞膜相對透性(電導率)=(C1/C2)×100%。細胞膜相對透性增加幅度=(Cn-C0)/C0,其中,Cn為脅迫下細胞膜透性;C0為對照細胞膜透性。1.3數據分析用DPS8.01軟件進行多重比較分析。2結果與分析2.1peg脅迫對馬鈴薯扦插節(jié)段根系誘導與生長的影響由表1可見,在5%PEG脅迫下,8種材料中只在中薯3號、大西洋和S.chacoense–1號的根系長度與對照差異顯著,而根系數量只有中薯3號與對照差異顯著。在10%~30%PEG脅迫下,8種材料的根系長度均與對照差異顯著;根系數量在10%PEG脅迫下只有中薯3號、湘馬鈴薯1號、費烏瑞它與對照差異顯著,在15%PEG脅迫下,除東農303外的其余7種材料均與對照差異顯著,可見,不同濃度PEG脅迫下馬鈴薯扦插節(jié)段根系誘導與生長受到的抑制不同,脅迫最先影響到根系的長度,隨著脅迫程度的加深,再影響到根系數量,其中中薯3號的根系生長對PEG脅迫最敏感,而東農303最不敏感。由圖1可見,30%PEG脅迫下,大西洋、中薯5號和S.chacoense–1號仍能正常發(fā)根,只是生長變緩;湘馬鈴薯1號在15%PEG脅迫下即發(fā)根困難;中薯3號、東農303、費烏瑞它、金山薯的發(fā)根限制濃度為25%,而大西洋、中薯5號和S.chacoense–1號在脅迫濃度達30%時仍能正常發(fā)出根系,只是生長變緩?？梢?大西洋、中暑5號和S.chacoense–1號的根系生長對干旱脅迫表現出較強的抗逆性;湘馬鈴薯1號根系對干旱的耐受性稍差。2.2peg和蘇-馬鈴薯生長試驗中發(fā)現,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,其中費烏瑞它的莖、葉出現紫化現象;隨PEG濃度的升高,所有材料生長速率變慢,莖節(jié)短縮,除湘馬鈴薯1號和中薯5號有少量基部葉片發(fā)黃外,其他材料均沒有出現植株死亡或枯萎的現象。由表1可見,馬鈴薯株高對PEG脅迫最敏感,在5%~30%PEG脅迫下,8個馬鈴薯品種的株高均顯著高于對照。在5%PEG脅迫下,8種材料中只有湘馬鈴薯1號和東農303的莖節(jié)數顯著少于對照;在10%PEG脅迫下,除S.chacoense–1號外的其余7種材料的莖節(jié)數均與對照差異顯著,各材料的莖節(jié)生長開始受到抑制。在20%PEG脅迫下,費烏瑞它和金山薯莖葉的生長基本停滯(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號外的其余7種供試材料的葉片數量在10%~30%PEG脅迫下均顯著少于對照。2.3peg脅迫對s.chaceonus–1號、麻黃的電導率影響在5%~30%PEG脅迫下,隨PEG濃度的增加,8個馬鈴薯品種的細胞膜相對透性(電導率)均呈增加趨勢,但增加的幅度不同。與對照相比,15%PEG脅迫下,S.chacoense–1號的電導率增加幅度(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、中薯5號、湘馬鈴薯1號和費烏瑞它,增加幅度超過100%的有東農303和金山薯;在30%PEG脅迫下,S.chacoense–1號、大西洋的電導率的增幅仍小于80%;在45%PEG脅迫下,S.chacoense–1號、大西洋的電導率增幅分別為102%、166.2%,而東農303的電導率增幅(213.8%)最高,其次為金山薯(213.4%)(圖2)。3生長速率對馬鈴薯抗旱性的影響本研究結果表明,馬鈴薯扦插節(jié)段根系的誘導與生長受聚乙二醇脅迫的影響明顯,根系伸長對干旱脅迫的敏感度高于根系數量。在5%~30%的PEG脅迫下,8個供試材料均未出現植株枯死現象;隨PEG濃度升高,所有材料生長速率變慢,莖節(jié)縮短,葉片變小,葉片數量減少,葉片顏色加深甚至紫化。以扦插苗為材料對不同品種進行比較時,需要考慮處理前由于生長速率不一致造成的株高誤差?？梢杂帽容^相對生長速率來取代對絕對株高的比較。隨PEG濃度的增加,8個馬鈴薯品種的細胞膜相對透性均呈增加趨勢,表現出的規(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號和S.chacoense–1號對水分脅迫表現出較強的抗逆性,而湘馬鈴薯1號的抗逆性相對較弱,這可能與材料來自雨水充足的南方耕作區(qū)有關。通過植株表型來分析作物抗旱性的方法簡單、直觀、重復性好。PEG是研究植物水分虧缺反應較理想的滲透調節(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到材料完整的根系和莖、葉表型?，F有的研究多用種子繁殖材料進行PEG模擬干旱研究。本研究中通過離體培養(yǎng),以莖段作為繁殖材料進行抗旱性植株表型分析,是運