郭佳卓，彭露，金磊，曲自成，李世偉，呂文河，石瑛，唐鑫華

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030）

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）是兼用型的全球第四大糧食作物，被稱為“地下蘋果”和“第二面包”[1]。2014年以來中國(guó)馬鈴薯單位面積產(chǎn)量逐年上升，2018年達(dá)到4 718 kg/hm2[2]。馬鈴薯采用塊莖繁殖，塊莖極容易攜帶病毒病等導(dǎo)致馬鈴薯種薯發(fā)生退化，制約了馬鈴薯產(chǎn)量，20世紀(jì)50年代以來，脫毒試管苗技術(shù)興起，培育無毒苗緩解了產(chǎn)量和品質(zhì)問題。

光照強(qiáng)度是影響馬鈴薯組培苗質(zhì)量的重要因素。植物的光合作用是將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能并用于自身形態(tài)建成及生長(zhǎng)發(fā)育，植株葉片中葉綠素能直接捕光獲得能量，能量的利用方式有發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)、以熱的形式耗散和發(fā)射熒光3種，其中以光化學(xué)反應(yīng)為主。激發(fā)態(tài)的色素分子將能量在光系統(tǒng)中傳遞，在這個(gè)過程會(huì)發(fā)生電荷、質(zhì)子轉(zhuǎn)移，形成光合電子流，最大電子傳遞速率ETRmax是表征電子流動(dòng)快慢的參數(shù)，電子傳遞速率越大，相應(yīng)光合作用越快，植株光合能力越強(qiáng)。IK值是葉片半飽和光強(qiáng)，能反映葉片耐強(qiáng)光的能力。光能利用率α是葉片快速光曲線中初始斜率，能表示植株光合器官葉片對(duì)光能的利用率[3]。

光照強(qiáng)度的下降對(duì)作物的影響體現(xiàn)在冬小麥光合速率和產(chǎn)量構(gòu)成三要素：穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重顯著下降，葉片葉綠素含量增加，光能轉(zhuǎn)化率提高[4]；適當(dāng)遮光可極顯著提高喜陰作物巖白菜株幅、株高、葉片數(shù)和葉面積等生長(zhǎng)指標(biāo)，抑制光系統(tǒng)Ⅱ的活性[5]；燕麥株高、根長(zhǎng)、地上和地下部分鮮重及葉綠素含量均有所下降[6]。本研究設(shè)置3個(gè)等差光照強(qiáng)度，測(cè)定其對(duì)二倍體及四倍體馬鈴薯組培苗生長(zhǎng)及熒光參數(shù)等的作用，探究不同光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯組培苗生長(zhǎng)的影響，為解析光照強(qiáng)度對(duì)作物生長(zhǎng)的作用機(jī)制奠定基礎(chǔ)，并優(yōu)化馬鈴薯組培條件，為篩選耐弱光馬鈴薯品種（系）提供一定理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的馬鈴薯材料有5個(gè)二倍體品系：‘A44’‘A46’‘A92’‘A231’‘A232’，7個(gè)四倍體品種：‘費(fèi)烏瑞它’‘東農(nóng)303’‘東農(nóng)310’‘東農(nóng)312’‘東農(nóng)321’‘東農(nóng)322’‘中薯3號(hào)’。其中二倍體品系是兩個(gè)適應(yīng)長(zhǎng)日照的原始二倍體栽培種富利亞（S.phureja，PHU）與窄刀薯（S.stenotomum，STN）雜種（PHU-STN）無性系的雜交后代[7,8]。

1.2 試驗(yàn)方法

將各個(gè)品種長(zhǎng)勢(shì)一致的脫毒試管苗除去頂部和基部莖段后，剪成1 cm左右的莖段，每個(gè)莖段上有一片葉，接種在MS培養(yǎng)基中，每瓶扦插3苗，每個(gè)處理7瓶，置于光照培養(yǎng)箱。設(shè)3個(gè)光照強(qiáng)度，對(duì)照（CK）：3 000 lx（100%），處理1：1 800 lx（60%），處理2：600 lx（20%）。每天光照12 h，溫度24℃。28 d后，測(cè)定不同處理下組培苗的生理指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

培養(yǎng)至28 d時(shí)測(cè)定組培苗的根、莖和葉鮮重，根、莖和節(jié)間長(zhǎng)度，莖粗，葉面積，葉綠素相對(duì)含量和葉片熒光參數(shù)。具體操作參照唐鑫華等[9]和唐鑫華[10]方法。

1.3.1 植株性狀測(cè)定

根、莖、葉和總鮮重（g）使用萬分之一電子天平稱量；莖長(zhǎng)（cm）用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量莖基部到莖尖生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度；節(jié)間長(zhǎng)（cm）用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量苗中部3個(gè)節(jié)間長(zhǎng)度后取均值；莖粗（cm）用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量莖基部橫縱雙向數(shù)值的平均值。

1.3.2 葉面積測(cè)定

使用葉面積儀（YMJ-D，中國(guó)浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司）進(jìn)行測(cè)定。各處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)一致的組培苗，將每株苗的所有葉片摘下后平鋪于平面上，再利用儀器測(cè)定葉面積。

1.3.3 葉綠素相對(duì)含量測(cè)定

使用葉綠素儀（柯尼卡美達(dá)能SPAD-502，日本美能達(dá)）進(jìn)行測(cè)定。各處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)一致的組培苗，測(cè)定其上部第3、4葉。

1.3.4 葉片葉綠素?zé)晒鈪?shù)測(cè)定

各處理選取3株長(zhǎng)勢(shì)一致的組培苗，對(duì)其上部第3、4葉暗處理15 min，用葉綠素?zé)晒鈨x（WALZPAM-2500，德國(guó)PAM-WALZ）測(cè)定其熒光動(dòng)力學(xué)參數(shù)（初始熒光產(chǎn)量F0、最大熒光產(chǎn)量Fm、PSII最大光化學(xué)量子產(chǎn)量FV/Fm）和熒光快速光曲線參數(shù)（最大電子傳遞速率ETRmax、半飽和光強(qiáng)Ik、光能利用率α）。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析處理

應(yīng)用Microsoft Excel 2012軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，應(yīng)用SPSS Statistics 23進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，GraphPad Prism 8制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯組培苗生長(zhǎng)量的影響

馬鈴薯組培苗根鮮重隨光照強(qiáng)度的降低而下降，二倍體馬鈴薯品系處理1、2顯著低于CK；四倍體馬鈴薯‘費(fèi)烏瑞它’處理之間差異不顯著，其他品種處理2顯著低于CK，其中‘東農(nóng)321’和‘中薯3號(hào)’處理1、2均顯著低于CK。光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯不同品種及品系的莖鮮重影響較小，‘A44’和‘中薯3號(hào)’處理2顯著低于CK，‘東農(nóng)310’和‘東農(nóng)312’處理2顯著高于CK和處理1，其他馬鈴薯品種或品系的各處理之間差異未達(dá)到顯著水平。二倍體馬鈴薯品系葉鮮重‘A44’和‘A46’處理2顯著低于CK，‘A232’處理2顯著低于CK及處理1；光照強(qiáng)度的降低顯著降低了‘東農(nóng)312’‘東農(nóng)321’和‘中薯3號(hào)’葉片鮮重，而‘東農(nóng)310’葉鮮重在處理1時(shí)最大，其他四倍體馬鈴薯品種葉鮮重受光強(qiáng)影響相對(duì)較小。光照強(qiáng)度減弱對(duì)組培苗總鮮重影響明顯，二倍體各品系總鮮重呈下降趨勢(shì)，處理2低于CK，但‘A231’表現(xiàn)為處理1>CK>處理2，且降幅最??；四倍體變化趨勢(shì)不一致，隨光照強(qiáng)度降低‘費(fèi)烏瑞它’‘東農(nóng)312’和‘東農(nóng)322’總鮮重下降幅度較小。光照強(qiáng)度的降低使得二倍體馬鈴薯品系株高升高，‘A231’處理2株高顯著高于CK、處理1；對(duì)四倍體馬鈴薯各品種株高的影響不一致，‘費(fèi)烏瑞它’和‘中薯3號(hào)’CK株高最高，‘東農(nóng)303’‘東農(nóng)310’和‘東農(nóng)322’處理1最高，‘東農(nóng)312’和‘東農(nóng)321’處理2最高。光照強(qiáng)度的降低提高了馬鈴薯節(jié)間長(zhǎng)，其中‘A231’‘A232’‘東農(nóng)303’‘東農(nóng)321’‘東農(nóng)322’和‘中薯3號(hào)’處理2節(jié)間長(zhǎng)顯著高于CK。光照強(qiáng)度的降低顯著降低了二倍體馬鈴薯莖粗，除‘A92’外處理2均顯著低于CK；四倍體馬鈴薯規(guī)律不太一致，‘中薯3號(hào)’處理2顯著高于處理1。葉面積在各處理之間均達(dá)到差異顯著水平，除‘費(fèi)烏瑞它’外其他品種隨光照強(qiáng)度的降低，葉面積顯著下降（表1）。

表1 光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯組培苗生長(zhǎng)量的影響Table 1 Effect of light intensity on growth of potato plantlets in vitro

2.2 不同光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯組培苗葉綠素含量及熒光參數(shù)的影響

光照強(qiáng)度的降低導(dǎo)致馬鈴薯葉片葉綠素含量普遍下降。二倍體馬鈴薯5個(gè)品系處理1、2的葉綠素相對(duì)含量水平均低于CK，處理1和處理2差異未達(dá)到顯著水平。‘A44’處理1值較CK下降幅度最大，‘A231’最小。四倍體與二倍體趨勢(shì)基本一致，其中‘費(fèi)烏瑞它’和‘東農(nóng)310’處理1較CK下降幅度較大，另外5個(gè)品種差異不顯著?！畺|農(nóng)321’和‘東農(nóng)322’在處理1條件下的葉綠素相對(duì)含量稍高于CK和處理2，但差異不顯著。除‘費(fèi)烏瑞它’外，各品種在處理1條件下的葉綠素相對(duì)含量均高于處理2（圖1）。

圖1 光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯葉片葉綠素相對(duì)含量的影響Figure 1 Effect of light intensity on relative chlorophyll contents in leaves of potato plantlets in vitro

光照強(qiáng)度降低，除‘A46’外其他二倍體馬鈴薯組培苗葉片F(xiàn)v/Fm值均呈現(xiàn)先升高后降低的倒“V”字形趨勢(shì)?！瓵44’處理1顯著高于CK，‘A92’和‘A232’處理1顯著高于處理2?！瓵46’和‘A231’各處理之間差異不顯著。除‘東農(nóng)310’外，其他四倍體馬鈴薯組培苗葉片F(xiàn)v/Fm整體隨光照強(qiáng)度的降低而降低?！M(fèi)烏瑞它’‘東農(nóng)303’‘東農(nóng)321’‘東農(nóng)322’和‘中薯3號(hào)’處理2顯著低于CK，‘東農(nóng)310’和‘東農(nóng)312’各處理間差異不顯著（表2）。

表2 光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯組培苗葉片最大光化學(xué)量子產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of light intensity on maximum photochemical yields in leaves of potato plantlets in vitro

2.3 不同光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯組培苗葉片葉綠素?zé)晒饪焖俟馇€參數(shù)的影響

光照強(qiáng)度下降影響電子在光合傳遞鏈中的最大傳遞速率。處理2的ETRmax值均低于CK，處理1普遍低于CK。‘A92’‘A231’‘A232’和‘東農(nóng)321’處理1高于CK，表明適當(dāng)減弱光強(qiáng)有利于加快其電子傳遞速率，提高光合效率。組培苗的半飽和光強(qiáng)IK隨光照強(qiáng)度的下降呈下降趨勢(shì)，除‘東農(nóng)303’外，處理2的IK值均低于CK?！瓵44’‘A231’‘A232’‘東農(nóng)312’和‘東農(nóng)321’的IK值呈倒“V”分布，表現(xiàn)為處理1>CK>處理2（圖2）。

圖2 光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯組培苗葉片ETRmax和IK的影響Figure 2 Effect of light intensity on ETRmax and IK in leaves of potato plantlets in vitro

光照強(qiáng)度減弱普遍降低了組培苗葉片將光能轉(zhuǎn)化為物化能的效率，即各處理間光能利用率順序?yàn)镃K>處理1>處理2（圖3）。‘A92’和‘A231’光能利用率α處理1分別高于CK和處理2 5.21%、31.36%和13.89%、33.49%?！畺|農(nóng)312’處理1、2顯著低于CK，說明其受光強(qiáng)影響程度大，耐弱光能力較弱，而‘東農(nóng)321’下降幅度小，耐弱光能力較強(qiáng)。

圖3 光照強(qiáng)度對(duì)馬鈴薯組培苗葉片光能利用率的影響Figure 3 Effect of light intensity on light energy utilization efficiency in leaves of potato plantlets in vitro

3 討論

光照強(qiáng)度會(huì)影響植株光合作用，成為限制幼苗生長(zhǎng)健壯的一個(gè)重要因素。隨著光照強(qiáng)度下降，馬鈴薯組培苗根、莖、葉和總鮮重存在不同程度降低。‘A231’和‘東農(nóng)322’總鮮重表現(xiàn)為處理1>CK>處理2，結(jié)合本試驗(yàn)其他測(cè)定指標(biāo)可知適當(dāng)降低光照強(qiáng)度可提高其捕獲與轉(zhuǎn)化光能能力，加快電子傳遞速率，提高光合速率，增強(qiáng)自身對(duì)弱光的利用能力。株高在二倍體各品系中顯著增加，這與張欣等[11]、李潤(rùn)等[12]、秦玉芝等[13]結(jié)論一致，在四倍體各品種中趨勢(shì)不一致，可能原因是不同馬鈴薯品種光飽和點(diǎn)不同，光照強(qiáng)度過飽和對(duì)植株生長(zhǎng)造成一定程度的光抑制。同時(shí)不同品種（系）均表現(xiàn)出節(jié)間長(zhǎng)增長(zhǎng)、莖粗降低、葉面積顯著下降趨勢(shì)，與CK差異顯著。表明光照強(qiáng)度降低改變幼苗生長(zhǎng)環(huán)境中紅光（Pr）與遠(yuǎn)紅光（Pfr）的比例[14]，光敏色素及時(shí)感應(yīng)到變化并調(diào)節(jié)自身生長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)分配側(cè)重于莖，導(dǎo)致莖發(fā)生徒長(zhǎng)表現(xiàn)出纖細(xì)、彎曲、柔弱。馬鈴薯葉片葉綠素含量普遍隨光照強(qiáng)度的減弱而降低，光合活力降低?！瓵44’‘A92’和‘費(fèi)烏瑞它’呈現(xiàn)先降后升的趨勢(shì)，根據(jù)‘費(fèi)烏瑞它’的耐弱光系數(shù)可知其具有一般耐弱光性[15]，當(dāng)光照強(qiáng)度降低，為保證自身生長(zhǎng)需求增加葉綠素相對(duì)含量來提高光合速率，進(jìn)而提高對(duì)弱光的利用能力。即隨著光照強(qiáng)度降低馬鈴薯組培苗根鮮重、葉鮮重和葉面積顯著下降，二倍體馬鈴薯組培苗株高顯著升高，莖粗顯著降低，四倍體馬鈴薯節(jié)間長(zhǎng)顯著增加。二倍體馬鈴薯葉片葉綠素相對(duì)含量處理1低于CK，大部分四倍體馬鈴薯葉綠素相對(duì)含量呈下降趨勢(shì)。

光照強(qiáng)度的降低影響組培苗光合作用。最大光化學(xué)量子產(chǎn)量FV/Fm=（Fm-F0）/Fm反映了PSII的最大光能轉(zhuǎn)換率。FV/Fm是衡量植株是否受到脅迫的重要指標(biāo)。隨著光照強(qiáng)度降低，多數(shù)二倍體馬鈴薯組培苗FV/Fm先升后降，多數(shù)四倍體顯著下降，表明低光照會(huì)抑制組培苗PSII光能的轉(zhuǎn)換，降低光合作用水平[16]。同時(shí)葉片最大電子傳遞速率ETRmax和半飽和光強(qiáng)IK隨光照強(qiáng)度的下降顯著下降，處理2顯著低于CK，即低光強(qiáng)顯著降低電子傳遞速率，減少了參與固定CO2環(huán)節(jié)中的電子。而部分品系和品種ETRmax或IK值處理1高于CK，說明不同品系或品種遺傳背景不同，對(duì)弱光的反應(yīng)能力有差別，‘A231’和‘A232’的ETRmax和IK值在處理1條件下均表現(xiàn)出高于CK的特征，可得出其具有一定耐弱光的能力。光能利用率α也隨之下降，處理1、2普遍低于CK。‘東農(nóng)312’處理1、2顯著低于CK，‘東農(nóng)312’為直立株型，中等分枝[17]，截獲光能少，因此受光強(qiáng)影響程度大，耐弱光能力較弱，而‘東農(nóng)321’下降幅度小，表現(xiàn)為莖稈增重增粗，耐弱光能力較強(qiáng)。即多數(shù)二倍體馬鈴薯Fv/Fm先升后降，多數(shù)四倍體持續(xù)降低。馬鈴薯葉片快速光曲線參數(shù)最大電子傳遞速率ETRmax、半飽和光強(qiáng)IK和光能利用率α隨光照強(qiáng)度的降低而降低。