干旱脅迫下隴薯系列馬鈴薯幼苗葉片抗逆生理指標比較及抗旱性評價

賈小霞　齊恩芳　劉石　馬勝　黃偉　呂和平　文國宏

摘要：為了比較隴薯系列馬鈴薯品種的抗旱性，以隴薯系列和LK99的幼苗為材料，用PEG溶液模擬干旱脅迫，將所有參試品種的根系在20% PEG溶液浸泡2 h后，對葉片相對含水量、葉綠素含量和丙二醛（MDA）含量、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性進行測定和顯著性分析。結果表明，參試品種葉片各測定指標間有較大差異，但不同指標與抗旱性之間沒有一致的相關性，單一指標不能完全反映抗旱性的強弱。隸屬函數法綜合評價結果顯示，各品種的抗旱性從強到弱依次為隴薯10號、隴薯4號、隴薯7號、隴薯5號、隴薯8號、隴薯12號、隴薯9號、隴薯6號、隴薯3號、隴薯14號、LK99、隴薯11號。

關鍵詞：馬鈴薯;抗旱性;隸屬函數法

中圖分類號：S532 ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? 文章編號：1001-1463（2021）04-0073-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.04.018

Dynamic Analysis of Physicochemical Indexs and Antioxidant Activities of

Apple Jiaosu during Natural Fermentation Process

ZHANG Haiyan 1，2

（1. Agricultural Product Storage and Processing Research Institute， Gansu Academy of Agricultural Science，Lanzhou Gansu 730070， China; 2. Innovative Center for Storage and Processing Technology ?of fruits and vegetables in Gansu， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract：In order to study the changes of physicochemical indexs and antioxidant activities of Apple Jiaosu during natural fermentation process and clarify the health function mechanism of malenzyme， the dynamic changes of the soluble solids content， pH， total acid content， ethanol content， DPPH free radicals， hydroxyl free radicals， superoxide anion free radicals， and ABTS free radicals were investigated. The results showed that the soluble solid content and pH value decreased gradually with the extension of fermentation time. After 90 days of fermentation， the soluble solid content dropped to 4.5 °Brix and the pH dropped to 3.06， which were reduced by 70% and 32% respectively compared with the initial stage of fermentation. The total acid content gradually increased， increased to 42.9 g/L after 90 days， and increased 98%. the ethanol content first increased and then decreased， it was achieved to 1.0 g/L， after 90 days， and complied with regulations of QB/T5323-2018. The antioxidant activities were reached the better in fermentation to 75～90 days. The free radical scavenging rates of DPPH and hydroxyl were reached to 86.16% and 79.03% after 90 days， and increased 44.5% and 45.53%， respectively. The superoxide anion and ABTS were peaked at fermentation 75 days（65.06% and 69.04%， respectively），which were increased 39.12% and 46.47%. The study would provide some theoretical basis for further elucidating the health function mechanism and comprehensive development of Apple Jiaosu.

Key words：Apple Jiaosu;Natural fermentation;Physicochemical indexs;Antioxidant activities

隴薯系列是甘肅省農業科學院馬鈴薯研究所自主選育的系列馬鈴薯品種，不僅在甘肅各市區廣泛種植，而且在陜西、寧夏、青海和新疆等省區大面積推廣種植，為促進甘肅省乃至西北地區馬鈴薯產業發展作出了巨大貢獻[1 ]。據統計，西北地區馬鈴薯主栽區多集中在干旱半干旱區[2 ]，因此選擇抗旱品種更利于各地馬鈴薯產業的發展。有關隴薯系列馬鈴薯品種抗旱性的比較研究相對缺乏，生產者在品種選擇上存在一定的盲目性。我們以隴薯系列12個馬鈴薯品種幼苗為研究對象，用20% PEG溶液脅迫處理后，對各參試品種葉片的抗逆生理指標進行測定和顯著性分析，并利用隸屬函數法對各品種的抗旱性進行綜合評價，旨在為各地區種薯的合理選擇提供依據，也為抗旱品種選育提供參考。

1 ? 材料與方法

1.1 ? 試驗材料

供試馬鈴薯品種12個：隴薯3號、隴薯4號、隴薯5號、隴薯6號、隴薯7號、隴薯8號、隴薯9號、隴薯10號、隴薯11號、隴薯12號、隴薯14號和LK99，均由甘肅省農業科學院馬鈴薯研究所提供。2019年5月20日將苗齡28 d的試管苗移入蛭石中，幼苗生長60 d后，各品種挑選長勢一致的植株用于試驗。

1.2 ? 方法

將幼苗連根從蛭石中移出，沖洗干凈后，將根浸入20% PEG溶液中模擬干旱脅迫，處理2 h后，統一采集各品種同層完全展開葉測定相對含水量、葉綠素含量、MDA含量、POD和CAT活性等生理指標。

1.3 ? 測定指標與方法

MDA含量、POD和CAT活性均采用蘇州科銘生物科技有限公司的試劑盒測定，葉片相對含水量采用稱重法測定[3 ]，葉綠素含量參照李合生的方法測定[4 ]。

1.4 ? 數據統計

用Microsoft Excel 2010和DPS V3.01專業版統計分析軟件處理數據，用Duncans 法分析試驗結果的差異顯著性。所有數據均為各重復的平均值±標準差。不同品種抗旱性評價用模糊數學隸屬函數法[5 ]，即先計算各品種葉片單個指標的隸屬函數值，再求各品種所有指標的平均隸屬函數值，平均隸屬函數值越大，表明抗旱性越強。

用于抗旱性綜合評價的隸屬函數值[X（μ1），X（μ2）]的計算公式為：

X（μ1） = （X-Xmin） /（Xmax-Xmin） ? ? ?（1）

X（μ2） = 1- （X-Xmin） /（Xmax-Xmin） （2）

式中，X為某一馬鈴薯品種某一指標的測定值;Xmax為所有參試品種中該指標的最大值;Xmin為所有參試品種中該指標的最小值。采用 X（μ1） 計算與抗旱性呈正相關指標的隸屬函數值;用X（μ2） 計算與抗旱性呈負相關指標的隸屬函數值。

2 ? 結果與分析

2.1 ? 干旱脅迫下不同品種幼苗葉片相對含水量和葉綠素質量濃度比較

葉片相對含水量能體現植株葉片水勢， 受到干旱脅迫后， 耐旱性強的植株葉片相對含水量高于耐旱性差的植株[6 - 7 ]。由表1可知，參試品種的葉片相對含水量從高到低依次為隴薯5號、隴薯10號、隴薯7號、隴薯4號、隴薯12號、隴薯8號、隴薯6號、LK99、隴薯9號、隴薯3號、隴薯11號、隴薯14號。以隴薯5號最高，為96.77%，顯著高于隴薯11號（85.76%）和隴薯14號（85.53%），與其余品種均未達到顯著差異。葉綠素質量濃度從高到低依次為隴薯10號、隴薯4號、隴薯7號、隴薯5號、隴薯12號、隴薯14號、隴薯8號、隴薯9號、隴薯3號、隴薯11號、隴薯6號、LK99。以隴薯10號最高，為15.68 mg/L，與隴薯4號（14.03 mg/L）和隴薯7號（13.91 mg/L）差異不顯著，但顯著高于其余品種;LK99最低，為7.63 mg/L，顯著低于所有其余品種。

2.2 ? 干旱脅迫下不同品種幼苗葉片MDA含量比較

干旱脅迫下，MDA含量常被用來評價葉片細胞質膜的損傷程度，MDA含量越高，質膜損傷越嚴重[8 - 9 ]。由表1可知，參試品種的MDA含量從高到低依次為隴薯14號、隴薯6號、隴薯9號、隴薯12號、隴薯10號、隴薯11號、LK99、隴薯8號、隴薯5號、隴薯7號、隴薯3號、隴薯4號。以隴薯14號最高，為62.28 nmol/（g· FW），與隴薯6號、隴薯9號、隴薯10號、隴薯12號、隴薯11號和LK99的差異不顯著，但顯著高于隴薯3號、隴薯4號、隴薯5號、隴薯7號和隴薯8號;隴薯4號最低，為60.50 nmol/（g· FW）。

2.3 ? 干旱脅迫下不同馬鈴薯品種抗氧化酶活性比較

POD和CAT是植物酶促體系成員，常被用來衡量逆境脅迫下細胞活性氧清除能力的大小[10 ]。由表1可知，參試品種的POD活性從高到低依次為隴薯14號、隴薯12號、隴薯10號、隴薯6號、隴薯8號、隴薯11號、隴薯9號、隴薯7號、隴薯4號、隴薯3號、LK99、隴薯5號。以隴薯14號最高，為2 572.00 U/（g· FW），與隴薯6號、隴薯8號、隴薯9號、隴薯10號、隴薯11號和隴薯12號無顯著差異，但顯著高于其余品種;隴薯5號的POD酶活性最低，為786.67 U/（g· FW），顯著低于其余品種。CAT活性從高到低依次為隴薯10號、隴薯9號、隴薯6號、隴薯8號、隴薯14號、隴薯5號、LK99、隴薯7號、隴薯4號、隴薯11號、隴薯3號、隴薯12號。以隴薯10號最高，為61.92 U/（g· FW），顯著高于其余品種;隴薯12號最低，為20.93 U/（g· FW），顯著低于隴薯10號和隴薯9號，與其余品種間差異不顯著。

2.4 ? 不同馬鈴薯品種的抗旱性分析

由表2可以看出，不同馬鈴薯品種葉片相對含水量平均為91.55%，變異系數為13.55%。相對含水量以隴薯5號最高，為96.77%;隴薯11號最低，為85.75%。葉綠素平均質量濃度為11.94 mg/L，變異系數為16.58%。其中以隴薯10號最高，為15.68 mg/L，LK99最低，為7.63 mg/L。POD活性平均為1 605.33 U/（g·FW），變異系數為31.32%。其中以隴薯14號最高，為2 572.00 U/（g·FW）;隴薯5號最低，為786.67 U/（g· FW）。CAT活性平均為36.64 U/（g·FW），變異系數為27.73%。其中以隴薯10號最高，為61.92 U/（g·FW）;隴薯12號最低，為20.93 U/（g·FW）。MDA平均含量為61.32 nmol/（g·FW），變異系數為0.87%。其中以隴薯14號最高，為62.28 nmol/（g·FW）;隴薯4號最低，為60.50 nmol/（g·FW）。

以上分析表明，參試品種葉片各測定指標間有較大差異，且不同指標與抗旱性之間沒有一致的相關性，單一指標不能完全反映抗旱性的強弱，無法通過單一指標對參試品種的抗旱性進行客觀評價。采用隸屬函數法對抗旱性進行評價可知，12個參試品種的綜合抗旱性從強到弱的順序依次為隴薯10號、隴薯4號、隴薯7號、隴薯5號、隴薯8號、隴薯12號、隴薯9號、隴薯6號、隴薯3號、隴薯14號、LK99、隴薯11號。

3 ? 結論與討論

用PEG溶液模擬干旱脅迫，將隴薯系列和LK99的馬鈴薯幼苗的根系在20% PEG溶液浸泡2 h后，對葉片相對含水量、葉綠素質量濃度和丙二醛（MDA）含量、過氧化物酶（POD）和過氧化氫酶（CAT）活性進行了測定和顯著性分析。結果表明，參試品種葉片的各測定指標間有較大差異，但不同指標與抗旱性之間沒有一致的相關性，單一指標不能完全反映抗旱性的強弱。隸屬函數法綜合評價結果顯示，參試各品種的抗旱性從強到弱依次為隴薯10號、隴薯4號、隴薯7號、隴薯5號、隴薯8號、隴薯12號、隴薯9號、隴薯6號、隴薯3號、隴薯14號、LK99、隴薯11號。

葉片是植物進行光合作用和蒸騰作用的主要場所，也是與外界環境接觸最為密切的器官之一，其組織結構和生理特性易受環境因子的影響，也最能反映植物對環境的適應能力[11 ]。在植物的抗旱性研究中，葉片相對含水量、葉綠素質量濃度、MDA含量和抗氧化酶活性等生理特性常被作為重要的評價指標，其中葉片相對含水量、葉綠素質量濃度、CAT和POD等抗氧化酶活性與抗旱性呈正相關，MDA含量與抗旱性呈負相關[12 ]。目前，用于植物抗旱性評價的方法包括分級評價法、灰色關聯分析法、主成分分析法和隸屬函數法等好多方法[13 ]。其中隸屬函數法可對多個指標進行較為全面、綜合的評價，避免了單一指標評價的片面性和局限性，在抗旱性評價中應用最多。本研究采用模糊數學隸屬函數法對參試品種的抗旱性進行評價，結果葉片相對含水量、葉綠素質量濃度、CAT和POD活性與抗旱性呈正相關，MDA含量與抗旱性呈負相關。本研究僅為馬鈴薯幼苗葉片在PEG脅迫下的有關生理指標比較結果，其在生產中的抗旱性還需進行田間驗證。

參考文獻：

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（本文責編：楊 ? ? 杰）

收稿日期：2020 - 11 - 26

基金項目：甘肅省農業科學院科技創新專項（2020GAAS16）;甘肅省農業科學院生物技術育種專項（2020GAAS10）;國家現代農業產業技術體系（CARS-09-P06）。

作者簡介：賈小霞（1978 — ），女，甘肅定西人，副研究員，主要從事馬鈴薯種質改良研究工作。聯系電話：（0）13519311726。Email：jiaxx0601@163.com。