江應(yīng)紅，劉易，邢斌德，孫慧，馮懷章

（新疆農(nóng)業(yè)科學院綜合試驗場，新疆烏魯木齊830012）

南疆三地州（喀什地區(qū)、和田地區(qū)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州）是新疆維吾爾自治區(qū)自然條件最為艱苦、經(jīng)濟發(fā)展最為落后、貧困人口最為集中的地區(qū)，占新疆維吾爾自治區(qū)貧困人口的80%，貧困家庭收入主要來自種植業(yè)（52.13%）和牧業(yè)（21.98%）[1]。因此，解決南疆三地州人口的貧困問題，將對新疆維吾爾自治區(qū)人民脫貧致富起到關(guān)鍵性作用。馬鈴薯作為重要的糧、菜兼用型作物，耐貧瘠、耐干旱[2]，深受南疆少數(shù)民族的喜愛。南疆三地州屬于大陸性干旱荒漠氣候，土壤類型以沙壤土為主，具有適合馬鈴薯生長發(fā)育的環(huán)境條件。自2015年國家提出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略以來，南疆地區(qū)馬鈴薯林下種植、復播技術(shù)、冷涼地區(qū)全程機械化種植技術(shù)快速發(fā)展，喀什地區(qū)澤普縣建成多熟高效新品種示范基地，推廣早熟馬鈴薯復播技術(shù)，純收益達到36 000元/hm2以上[3]。南疆果園間作雙膜覆蓋技術(shù)、三膜覆蓋技術(shù)的推廣與示范，實現(xiàn)了鮮薯提前上市，獲得了較高的經(jīng)濟效益。

馬鈴薯屬鹽敏感型作物[4]，土壤鹽堿化對馬鈴薯出苗、生長及產(chǎn)量均有很大影響。極端干旱氣候條件造就了新疆維吾爾自治區(qū)成為中國土壤鹽堿化、次生鹽漬化的主要分布區(qū)[5]，土壤鹽漬化已成為該區(qū)綠色農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要障礙。據(jù)統(tǒng)計，新疆維吾爾自治區(qū)土壤鹽漬化面積占耕地總面積的37.7%，且南疆（49.6%）高于北疆（25.2%）[6]。因此，選育耐鹽品種，探究馬鈴薯耐鹽機制，將為馬鈴薯耐鹽種質(zhì)資源創(chuàng)新及選育耐鹽品種奠定理論基礎(chǔ)，對改良和利用鹽堿地，保障糧食安全及南疆地區(qū)脫貧攻堅都具有重大意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選取4個馬鈴薯品種，分別為：‘龍薯10號’‘費烏瑞它’‘龍薯4號’‘龍薯3號’。

供試土壤采自新疆農(nóng)業(yè)科學院綜合試驗場20號地網(wǎng)室內(nèi)，土壤類型為沙壤土，取土深度0~30 cm，經(jīng)混勻、碾壓、粉碎、風干、過篩（2 mm），測定土壤基本理化性質(zhì)（表1）。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Basic physical and chemical properties of tested soil

1.2 試驗設(shè)計及方法

采用盆栽方法，設(shè)置2個處理，每個處理重復5次。由于南疆土壤鹽分以硫酸鹽-氯化物或氯化物鹽類為主[7]，故本試驗采用在供試土壤中加入氯化鈉分析純的方法，使土壤含鹽量（NaCl）分別達到：0.3%（低鹽）、0.6%（中鹽），以供試土壤為對照（不考慮供試土壤中所含鹽分）。試驗于2017年5月15日播種，塑料盆高20 cm，口徑25 cm，每盆裝供試土壤5 kg，按照設(shè)置的2個NaCl濃度，稱取NaCl分析純15、30 g均勻拌在土壤中。挑選大小一致的種子，每盆播種3顆。埋土深度大約10 cm?；ㄅ柘轮猛斜P，為避免澆水時水分淋溶造成鹽分降低，將托盤上的水及時倒回盆中。

1.3 觀測指標測定方法

出苗天數(shù)：以每處理超過一半出苗的日期為出苗日，觀測每盆中種子從播種日至出苗日的天數(shù)；

出苗率：播種后25 d統(tǒng)計各處理的出苗率，出苗率（%）=（出苗數(shù)/播種數(shù)）×100；

株高：播種后25 d，用直尺測量植株近地面主莖到頂端生長點的高度，每處理5次重復，求平均值；

SPAD值測定：播種后30 d，采用SPAD測定儀（型號：TYS-B）測定植株倒三葉的SPAD值，每處理5次重復，求平均值。

抗氧化酶活性測定：播種后30 d，采集植株倒三葉葉片進行抗氧化酶活性測定，取下葉片后快速用液氮速凍，做好標記放入超低溫冰箱內(nèi)保存?zhèn)溆谩＿^氧化氫酶（CAT）采用KMn04滴定法[8]；過氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚法[8]；超氧化物歧化酶（SOD）活性用NBT還原抑制法[9]測定，5次重復。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)及主成分分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS 22.0進行統(tǒng)計分析，顯著性檢驗采用最小顯著差數(shù)法（LSD）。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽脅迫對不同馬鈴薯品種出苗的影響

鹽脅迫顯著抑制了不同品種馬鈴薯的出苗率，并延長了出苗天數(shù)。處理1不同馬鈴薯品種出苗天數(shù)較對照平均延長3.25 d；處理2出苗天數(shù)較對照平均延長5.75 d，較處理1平均延長2.50 d。出苗天數(shù)在品種間存在差異，‘龍薯10號’在兩個處理中出苗天數(shù)分別較對照延長2和5 d，‘龍薯3號’分別較對照延長5和8 d。出苗率處理1、處理2較對照分別降低26.67、70.00個百分點（表2）。

表2 不同處理馬鈴薯出苗天數(shù)及出苗率Table 2 Emergence days and emergence rate of potato in different treatments

由于大田生產(chǎn)中，馬鈴薯品種耐鹽性最直觀的判斷標準即為出苗率和產(chǎn)量，因此本試驗以出苗率作為不同品種耐鹽性評價標準。由表2可知，‘龍薯10號’耐鹽性高于其他3個品種。

2.2 鹽脅迫對不同馬鈴薯品種株高的影響

各處理馬鈴薯植株的株高均隨著土壤含鹽量的升高而降低，說明鹽脅迫會抑制馬鈴薯植株的生長，且其抑制作用與鹽分含量成正相關(guān)關(guān)系?！埵?0號’‘龍薯3號’在處理1中株高分別為6.09和6.10 cm，較對照降低26.93%、22.02%，差異不顯著；處理2中，株高分別為3.67和3.33 cm，較對照降低39.73%、45.36%，差異顯著?！M烏瑞它’‘龍薯4號’在處理1中株高分別為6.21和4.94 cm，較對照降低32.65%、54.64%，差異顯著；處理2中株高分別為3.17和2.37 cm，較對照降低49.02%、52.07%，差異顯著。說明‘龍薯10號’‘龍薯3號’對鹽脅迫的耐受程度高于‘費烏瑞它’和‘龍薯4號’（圖1）。

圖1 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯的株高Figure 1 Plant heights of different potato varieties under salt stress

2.3 鹽脅迫對不同馬鈴薯品種葉片SPAD值的影響

不同品種馬鈴薯葉片SPAD值均隨鹽分濃度的升高而降低，說明鹽脅迫下，鹽分離子破壞了葉綠素的合成，進而影響植物光合作用。在處理1中，‘龍薯10號’SPAD值為49.77，較對照降低5.41%，差異不顯著；‘費烏瑞它’‘龍薯4號’‘龍薯3號’SPAD值分別為45.22、48.29、42.26，較對照降低9.33%、9.50%、14.84%，差異顯著。在處理2中，4個品種SPAD值較對照分別降低21.43%、31.25%、32.49%、23.24%，均表現(xiàn)為差異顯著。說明‘龍薯10號’耐鹽性高于其他3個品種（圖2）。

圖2 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯葉片的SPAD值Figure 2 SPAD values in leaves of different potato varieties under salt stress

2.4 鹽脅迫對不同馬鈴薯品種抗氧化酶活性的影響

在兩個處理中，不同馬鈴薯葉片過氧化物酶（POD）活性、超氧化物歧化酶（SOD）活性、過氧化氫酶（CAT）活性表現(xiàn)一致，均隨鹽分濃度的升高而降低，說明鹽分抑制了酶的活性，造成植株生長受到限制。酶活性的降低程度在不同品種和鹽分濃度下表現(xiàn)出差異（圖3~5）。

圖3 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯葉片的POD活性Figure 3 POD activity in leaves of different potato varieties under salt stress

在處理1中，過氧化物酶（POD）活性較對照降幅依次為：‘費烏瑞它’<‘龍薯10號’<‘龍薯3號’<‘龍薯4號’，其中‘費烏瑞它’降幅僅為4.7%，差異不顯著，其他3個品種差異顯著；過氧化氫酶（CAT）活性降幅依次為：‘費烏瑞它’<‘龍薯3號’<‘龍薯10號’<‘龍薯4號’，其中‘龍薯4號’為47.48%，差異顯著，其他3個品種差異不顯著；超氧化物歧化酶（SOD）活性降幅依次為：‘龍薯3號’<‘龍薯10號’<‘費烏瑞它’<‘龍薯4號’，其中‘龍薯4號’為21.44%，差異顯著，其他3個品種差異不顯著。

圖4 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯葉片的CAT活性Figure 4 CAT activity in leaves of different potato varieties under salt stress

圖5 鹽脅迫下不同品種馬鈴薯葉片的SOD活性Figure 5 SOD activity in leaves of different potato varieties under salt stress

在處理2中，過氧化物酶（POD）活性較對照降幅依次為：‘費烏瑞它’<‘龍薯10號’<‘龍薯4號’<‘龍薯3號’，較對照均差異顯著；較處理1，‘龍薯10號’及‘龍薯4號’降幅分別為15.5%、5.0%，差異不顯著，‘龍薯3號’及‘費烏瑞它’降幅分別為25.3%、31.7%，差異顯著。過氧化氫酶（CAT）活性較對照降幅依次為：‘龍薯10號’<‘費烏瑞它’<‘龍薯3號’<‘龍薯4號’，均差異顯著；較處理1，‘費烏瑞它’降幅為38.2%，差異顯著，其他3個品種差異不顯著。超氧化物歧化酶（SOD）活性較對照降幅依次為‘龍薯10號’<‘費烏瑞它’<‘龍薯3號’<‘龍薯4號’，均差異顯著；較處理1，‘龍薯3號’降幅為30.85%，差異顯著，其他3個品種差異不顯著。

‘龍薯10號’在兩個處理中，出苗率、SPAD值、抗氧化酶活性均高于其他品種，因此可初步判斷‘龍薯10號’耐鹽性高于其他品種，可進行進一步試驗。

2.5 主成分分析

對4個馬鈴薯品種所測的所有指標進行主成分分析（表3）。在處理1中，6個指標可分為兩個主成分，其中第一主成分貢獻率為51.130%，第二主成分貢獻率為39.194%，兩個主成分累計貢獻率達90.324%。根據(jù)各指標成分值的大小可知，在處理1中，第一主成分包括株高、CAT、POD三個指標，第二主成分包括出苗率、SPAD值、SOD三個指標。說明，在處理1中，0.3%的鹽脅迫程度首先影響了株高、CAT、POD三個指標，其次為出苗率、SPAD值、SOD。在處理2中，僅1個主成分，累計貢獻率達78.282%，說明0.6%的鹽脅迫程度對6個指標均影響顯著，致使植株生長受到顯著抑制。

3 討論

鹽脅迫會對植物的發(fā)芽、生長發(fā)育和產(chǎn)量產(chǎn)生不利影響[10]，具體可表現(xiàn)為出苗延遲，成苗率降低，幼苗生長緩慢，長勢變?nèi)?，葉片萎蔫發(fā)黃，苗期和花期延長、產(chǎn)量下降等[11-13]，鹽分過高則會造成植物早衰甚至死亡[14]。研究表明，隨著鹽濃度的增加，土壤溶液的滲透壓降低，導致馬鈴薯實生種子吸水困難，種子發(fā)芽率降低[15]。本試驗也發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫使馬鈴薯種子出苗延遲，出苗率、株高均降低，0.3%土壤含鹽量出苗較對照平均延長3.25 d，出苗率降低26.67個百分點；0.6%土壤含鹽量出苗較對照平均延長5.75 d，出苗率降低70.00個百分點。這與周明揚等[16]、劉學良等[17]得到的結(jié)論一致。但也有研究發(fā)現(xiàn)，低鹽可以促進作物生長。劉愛榮等[18]發(fā)現(xiàn)低濃度的鹽脅迫可以促進金盞菊的生長。高玉坤等[19]、孫飛[20]對耐鹽高粱的研究結(jié)果一致認為低鹽脅迫能夠促進高粱生長，在低鹽脅迫下耐鹽品種高粱蔗，基部節(jié)長、基部莖粗和株高增加。

植物體內(nèi)的葉綠體對鹽脅迫等逆境較為敏感。當植物遭受鹽脅迫時，葉綠體結(jié)構(gòu)受到損害，導致葉綠素含量減少，光合能力下降[21]。葉綠素是一類含脂的綠色色素，是綠色植物進行光合作用的主要色素。由于葉片SPAD值與葉綠素含量具有顯著相關(guān)性[22-24]，因而SPAD值常被用來表征植物體葉片葉綠素含量。本試驗發(fā)現(xiàn)隨著鹽脅迫程度的增加，馬鈴薯葉片中SPAD值呈降低趨勢，這與前人關(guān)于玉米[25]、向日葵[26]的研究結(jié)論一致；但王明泉等[27]通過水培法研究發(fā)現(xiàn)，低濃度鹽（55 mmol/L NaCl）脅迫條件可促進玉米自交系幼苗葉綠素含量的增加。

過氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）均為植物體內(nèi)的抗氧化保護酶系統(tǒng)。一般來講，植物體內(nèi)的POD、SOD、CAT等酶活性與植物的抗氧化能力呈正相關(guān)。鹽生植物與非鹽生植物相比，其POD、SOD、CAT活性更高，因而更能有效地清除活性氧，阻止膜質(zhì)過氧化[28]。本試驗中，馬鈴薯葉片POD、SOD、CAT活性表現(xiàn)一致，均隨鹽脅迫程度的升高而降低，這與包云飛[29]的研究結(jié)論一致。推測兩個處理的鹽脅迫程度均已超出植物耐受能力，致使植株葉片酶活性降低。而兩個處理中，‘龍薯10號’的抗氧化酶活性均高于其他品種，也說明了‘龍薯10號’的耐鹽性高于其他品種。但關(guān)于抗氧化酶活性的研究結(jié)論各不相同。高玉坤等[19]研究認為鹽脅迫下高粱葉片的SOD、POD和CAT活性均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢。張景云等[30]研究表明，耐鹽組馬鈴薯葉片的SOD活性呈升高的趨勢，中耐鹽組和感鹽組呈先降低后升高的趨勢，耐鹽組和中耐鹽組POD活性相對值呈先降低后升高的趨勢，感鹽組呈降低的趨勢。胡德龍等[31]對6個馬鈴薯品種的組培苗進行鹽脅迫，發(fā)現(xiàn)隨NaCl脅迫濃度增加，CAT活性呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢，SOD活性的變化規(guī)律為：先降低再升高最后再降低。凌云鶴等[26]研究了250 mmol/L NaCl溶液對向日葵幼苗的影響，發(fā)現(xiàn)鹽脅迫使向日葵SOD、POD、CAT活性均升高。鄒春雷[32]研究也發(fā)現(xiàn)，一定濃度（25/50 mmol/L）的鹽脅迫處理可以提高甜菜葉片的SOD和POD活性。

以上結(jié)論的不同，推測可能與試驗方法、鹽漬化土壤種類、鹽脅迫程度、脅迫時間、作物、試驗操作等因素都有關(guān)系。適當?shù)柠}分脅迫下保護酶活性會增強，其中SOD催化超氧陰離子自由基發(fā)生歧化反應(yīng)，消除有毒離子O2-，從而產(chǎn)生危害性較小的H2O2和O2[33]。CAT能繼續(xù)催化H2O2分解，形成H2O和O2。此時，POD也在清除H2O2的過程中起著重要的作用[34,35]。由于這3種保護酶的聯(lián)合作用，使得植物體內(nèi)自由基含量穩(wěn)定，防止生物膜結(jié)構(gòu)和功能受到破壞，使植物保持了一定的耐鹽能力。這便解釋了以上關(guān)于鹽脅迫條件下抗氧化酶活性升高的原因，同時，植物對逆境脅迫的響應(yīng)，促進了葉片中葉綠素的合成過程[27]，進而促進了植株的生長；當鹽分脅迫程度超出植物耐受范圍之后，鹽分脅迫程度越高，抗氧化酶活性越低，葉綠素合成受阻，細胞膜系統(tǒng)受到破壞，代謝紊亂，進而死亡。在植株形態(tài)上則表現(xiàn)為生長發(fā)育緩慢，葉片黃化，甚至死亡。因此，作物生長生理指標的變化與作物本身的耐鹽性及鹽脅迫的程度均有較大關(guān)系。而馬鈴薯本身為鹽敏感型作物，因此本試驗中株高、葉綠素及抗氧化酶活性均呈現(xiàn)降低趨勢。