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甘薯耐旱性品种苗期筛选及耐旱性指标研究

作者:未知

  摘要:
  为实现甘薯耐旱性品种的快速筛选,本试验采用室内PEG模拟连续干旱法对22个甘薯品种(系)进行了研究。结果表明:济薯21、12057、11001和零9281等品种(系)的根系持水力、根系活力和幼苗成活率较高,具有较强的苗期耐旱性;通过统计分析发现,根系持水力、薯苗质量和含水量、根系活力等可作为重要的苗期耐旱性筛选指标;干旱胁迫下根系的持水能力和采苗后薯苗状况是影响甘薯苗期耐旱性的重要因素。在生产上,选用耐旱性品种和采用壮苗是抵御干旱胁迫的重要措施。
  关键词:甘薯;干旱胁迫;苗期
  中图分类号:S531.037文献标识号:A文章编号:1001-4942(2015)03-0022-06
  Seedling Screening of Drought Resistance Varieties
  of Sweetpotato and Drought Resistance Index Research
  Yuan Zhen1,Wang Baoqing2,Jiang Yao1,Xie Beitao2,Dong Shunxu2,
  Zhang Haiyan2,Duan Wenxue2,Wang Qingmei2,Zhang Liming3*
  (1.Qingdao Agricultural University, Qingdao 266109,China;2. Crop Research Institute, Shandong Academy
  of Agricultural Sciences,Jinan 250100,China;3. Shandong Academy of Agricultural Sciences,Jinan 250100,China)
  AbstractIn order to screen drought resistance varieties of sweetpotato rapidly,22 sweetpotato varieties (lines) were studied by indoor simulated continuous drought method with PEG. The results showed that the roots water retention,root activity and seedling survival rate of Jishu21,12057,11001 and 09281 were higher,which implied strong drought resistance in seedling stage. Through statistical analysis, the roots water retention,seedling quality,water content of seedling and root activity could be used for important screening indexes of drought resistance in seedling. The water retention capacity of roots under drought stress and seedling status after cutting were the important factors influencing the sweetpotato seedling drought resistance. In production, selecting drought tolerance varieties and strong seedlings are important measures to resist drought stress.
  Key wordsSweetpotato; Drought resistance; Seedling
  甘薯(Ipomoea batatas Lam.)广泛分布在世界上111个国家和地区,不仅是世界上第五大食物能源供应作物[1],也是我国第四大粮食作物,在维护粮食安全和缓解能源危机方面的重要性日益凸显[2]。2013年,我国甘薯种植面积达352.5×104 hm2,总产达7 909.0×104 t,分别占世界的42.8%和71.4%[3]。
  干旱造成的农作物损失在所有的非生物胁迫中占首位[4]。虽然甘薯根系发达较耐旱,但甘薯不同于其它作物,一方面甘薯栽插的是幼嫩的薯苗,对土壤水分状况非常敏感,遭受干旱胁迫后地上部易枯萎,地下部根系的形成受阻;另一方面,甘薯一般种植在丘陵山区及无灌溉条件的旱作区,多依靠自然降水满足生长发育的水分需求,一旦发生严重的干旱胁迫,没有足够的人工水源补充。因此,薯苗质量和耐旱性的优劣对薯苗成活率至关重要,而这些方面又与其品种的特性息息相关。
  前人关于甘薯的耐旱性研究较多,主要集中在甘薯种质资源耐旱性鉴定、筛选等基础性研究方面。钮福祥等[5]从甘薯栽后45 d始进行土壤连续干旱处理,以抗旱系数(旱池干产/对照池干产)为主要指标,鉴定了60个甘薯品种的耐旱性。侯利霞等[6]从甘薯栽插浇窝水后就不再供水,持续土壤干旱70 d,以植株的成活率为主要指标,鉴定了15个品种的耐旱性,并发现不能用甘薯的地上部生长指标作为品种耐旱性强弱的评价依据。张明生等[7]对水培15 d后的甘薯苗期根系进行了PEG干旱处理,认为干旱胁迫下15个甘薯品种的叶片相对含水量、丙二醛和SOD可作为室内快速鉴定其耐旱性的指标。谢世清等[8]在甘薯栽后40 d控制土壤水分达30%直至收获,以抗旱系数为主要指标,筛选到11个抗旱性较强的品种。张允刚等[9]也对235份甘薯品种资源进行了耐旱性筛选和综合评价,发现一批抗旱兼具优良性状的资源。前人关于甘薯耐旱性的筛选,从鉴定方法上看,干旱处理的方式、时间及持续期各不尽相同,田间鉴定时间长、影响因素多,室内鉴定又不能模拟田间土壤的干旱过程;从鉴定指标上看,甘薯地上部叶片生理指标受干旱处理和取样时间、节位等影响较大,抗旱池(棚)中甘薯的地下部产量指标随机误差较大,并不能真实地反映品种的产量水平。这些方法都有待改进的地方。   本试验在总结前人在甘薯耐旱性研究的基础上,采用甘薯苗期水培方式探索模拟田间土壤干旱条件下以苗期地上部和地下部的生物学、生理性状作为快速鉴定甘薯苗期耐旱性的指标,旨在为甘薯耐旱性种质筛选和耐旱性栽培提供理论依据。
  1材料与方法
  1.1试验材料
  供试材料以山东省农业科学院作物研究所选育的为主,有济薯22、济薯25、济黑1、Aya、济薯21、济薯26、济薯27、徐薯18、零16、零9281、12169、零8123、11001、11027、12227、12172、11076、12173、12038、12057、零5052和零8196共22个品种(系)。
  1.2试验方法
  1.2.1材料培养于6月10日统一剪取采苗圃中上述甘薯品种(系)的植株大小一致(每棵苗质量相差不超过0.5 g)、节间均匀、无病斑的薯苗各30株,用海绵条将薯苗固定在泡沫板上,在16∶00时定植于日光温室的水培试验系统中生长7 d,确保薯苗基部的3个节没入营养液中,温室内温度(20~25)℃,自然光散射,水培箱内连续24 h通气。随机区组排列,每个品种重复3次,每重复10株。
  水培试验系统由定植系统、通气系统和贮液系统组成。定植系统由塑料盆、泡沫板和海绵组成。塑料盆长50 cm,宽40 cm,深10 cm,用于装盛1/2 Hoagland营养液。泡沫板长度、宽度与塑料盆相同,每一泡沫板打24个孔,横向4排,每排6孔,离薯苗底端15 cm处用海绵包裹薯苗并将其装入孔中。通气系统由气泵、注射针头和乳胶软管组成,主管内径8 mm,支管内径6 mm,注射器针头规格为12号。贮液系统由3个塑料桶组成,每桶容积60 L,用于配制1/2 Hoagland营养液。塑料盆、泡沫板和海绵等购自济南市七里堡批发市场。
  1.2.2干旱处理基于汪宝卿等[10]研究的田间土壤干旱过程,梯度干旱处理参考陈京[11]的试验设计,并略有改动。采用PEG-6000模拟土壤梯度干旱过程,用1/2 Hoagland营养液溶解并配置含有5%(W/V)、10%、20%和30%的 PEG-6000溶液,将正常生长7 d的薯苗转入5% PEG-6000溶液中生长3 d后转入10% PEG-6000溶液中生长3 d,再转入20% PEG-6000溶液中生长3 d,最后转入30% PEG-6000溶液中生长3 d。
  1.2.3测定项目及方法采苗后,立即称量薯苗的鲜重并测定干重。干旱处理过程中,每一株的落叶分别编号、收集、烘干,并记录重量。干旱处理结束后,统计幼苗存活率,每重复取3株测定甘薯各品种(系)的茎叶和根系的鲜重、干重、含水量,并计算根系持水力和根系活力。
  苗期根鲜重(g)用电子称称量,后放入烘箱105℃烘30 min,再80℃烘至恒重,称量苗期根干重(g)。
  根系持水力测定参考胡文海等[12]的方法。干旱处理结束后,立即分离茎叶和根,将其置于室内自然脱水,每天称重3次,每隔24 h记录鲜重,直至材料达到恒重为止,然后将其置于80℃烘箱内烘干称重,称重精度为0.0001 g。持水力大小以失水率进行比较,失水率小的持水力高。失水率计算公式:
  D(%)=(F-H)/W×100
  式中D为失水率,F为材料初始鲜重,H为称重时间点的鲜重,W为材料含水量(不包括材料残留水)。
  持水力=1-失水率
  根系活力测定采用TTC还原法[13]。
  在进行相关性、灰色关联度和主成分分析时,将成活率定义为Y(母序列),各指标定义为Xi=[Xi(1),Xi(2) ,Xi(3)…Xi(16)]=[薯苗茎叶鲜重、薯苗茎叶干重、薯苗茎叶干重/鲜重、薯苗茎叶含水量、干旱处理后茎叶鲜重、干旱处理后茎叶干重、干旱处理后茎叶干重/鲜重、干旱处理后茎叶含水量、干旱处理后根系鲜重、干旱处理后根系干重、干旱处理后根系干重/鲜重、干旱处理后根系含水量、干旱处理后根系活力、干旱处理结束后24 h根系持水力、干旱处理结束后48 h根系持水力、干旱处理结束后72 h根系持水力]。灰色关联度分析中,设定分辨系数为0.5。
  1.3数据处理和统计分析
  所有数据处理和统计分析用Microsoft Excel 2007和DPS 7.05完成。
  2结果与分析
  2.1不同甘薯品种(系)的根系持水力分析
  如图1所示,22个供试材料在干旱处理结束后24 h,济薯21、零9281和12057三个品种(系)的根系持水力达到或超过70%;干旱处理结束后48 h,根系持水力超过50%的品种(系)依次为济薯21、12057、零9281和11001;干旱处理结束后72 h,根系持水力在40%以上的品种(系)依次为济薯21、12057、11001和零9281。可见,上述品种(系)苗期根系的耐旱性较强。
  2.2不同甘薯品种(系)的根系活力分析
  如图2所示,干旱处理结束后根系活力测定表明,供试各品种(系)中济薯21、零9281、11001、12057和济薯26的根系活力较高,耐旱性较强;而济黑1和Aya的根系活力最低,耐旱性最差;其余品种(系)的根系活力介于上述两类品种(系)之间,苗期根系耐旱性较差。
  2.3耐旱性指标的相关性分析
  2.4耐旱性指标的灰色关联度分析
  甘薯耐旱性指标的灰色关联度分析结果如表2所示。与幼苗成活率关联度最高的指标是干旱处理结束后24 h根系持水力,关联度达到0.4521。灰色关联度排名前6位的指标依次为:干旱处理结束后24 h根系持水力>干旱处理结束后48 h根系持水力>根系活力>干旱处理后茎叶干重>干旱处理结束后72 h根系持水力>薯苗茎叶干重。
  2.5耐旱性指标的主成分分析   甘薯耐旱性指标的主成分分析如表3所示。主成分1的特征向量中,干旱处理结束后24、48、72 h的根系持水力3个指标值较高,主成分1的贡献率达到50.22%,主要反映了根系持水力指标特征。主成分2的特征向量中,采苗后薯苗茎叶鲜重和薯苗茎叶干重值较高(0.4874、0.4857),主成分2的贡献率达到20.72%,主要反映了薯苗质量指标特征。主成分3中薯苗茎叶含水量的特征向量较高(0.6313),主成分3的贡献率为13.47%,主要反映了薯苗水分指标特征。主成分4的贡献率为8.03%,其中根系活力的特征向量较高(0.4196),主要反映了根系的生理活性指标特征。
  3结论与讨论
  肖利贞等[14]研究发现,地上部叶片的萎蔫是对水分胁迫的一种积极响应。因此,通过测定干旱胁迫下的地上部尤其是叶片的形态、生理指标,并以此作为甘薯耐旱性的筛选指标可能并不准确。与以往的甘薯干旱研究指标不同,本研究首次采用地下部根系的相关生物学和生理性状作为甘薯苗期耐旱性的鉴定指标,并且综合考虑苗子质量对苗期耐旱性的影响。
  为了明确耐旱性指标之间的关系,本试验对其进行了统计分析。相关性分析只能解释两两之间的关系,因此进行了灰色关联度和主成分分析。结果表明,根系持水力的关联度和贡献度最高,这说明甘薯组织的持水或抗脱水能力是甘薯耐旱性的主要因素,这与张明生等[15]的研究结论一致。同时,我们还在主成分分析中发现,除了根系持水力外,还有薯苗茎叶鲜重、薯苗茎叶干重、薯苗茎叶含水量3个指标对植株耐旱性的贡献率累计达到34.19%,这些都是采苗后薯苗的性状,说明薯苗质量和水分状况是影响耐旱性的重要因素。以前的文献中很少有研究涉及到薯苗对品种耐旱性的影响,这对生产有重要的指导意义,选用耐旱性品种和采用壮苗是抵御苗期干旱胁迫的重要措施。
  总之,本试验筛选出苗期耐旱性较强的甘薯品种(系)有济薯21、12057、11001和零9281等,分析了根系性状在苗期耐旱性研究中的重要性,明确了根系持水力、薯苗质量和含水量以及根系活力等作为重要的苗期耐旱性筛选指标,发现干旱胁迫下的根系持水能力和采苗后的薯苗状况是影响甘薯苗期耐旱性的重要因素。本试验采用的连续干旱法简便、快速,能在短时间内对大量的品种资源进行苗期耐旱性筛选。筛选出的品种(系)只能说明具备了耐旱性的潜质,但并不能说明其具备了高产性的可能,因此,对品种选育而言,除苗期的耐旱性筛选外,还必须进行产量验证,这将在下一步的试验中完善。
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