马铃薯新品种桂农薯1号冬种田间耐寒性鉴定

摘要：【目的】利用马铃薯冬种期间发生的持续低温霜冻条件，对选育的新品种桂农薯1号与广西主栽品种费乌瑞它进行田间耐寒性调查比较，为指导马铃薯耐寒栽培及新品种推广提供理论依据。【方法】2013年11月～2014年3月和2015年12月～2016年4月，分别对桂农薯1号和费乌瑞它在薯块膨大初期和苗期受低温胁迫后的田间寒害发生情况及寒害对产量的影响进行调查，并测定分析苗期遭受低温胁迫时幼苗叶片的可溶性蛋白含量及过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性。【结果】试验期间试验点阴雨霜冻天数分别有76和82 d，占冬季4个月总天数的63.9%和66.9%。桂农薯1号苗期和薯块膨大初期受寒害程度低于对照品种费乌瑞它，耐寒性强，2014和2016年收获期产量分别比费乌瑞它高61.0%和19.0%。在受低温胁迫后的第5 d，桂农薯1号幼苗叶片中的可溶性蛋白含量及CAT、SOD和POD活性均显著高于费乌瑞它（P<0.05）。【结论】桂农薯1号耐寒性较强，在持续低温霜冻条件下产量较高，在我国马铃薯秋冬种地区有广阔的推广应用前景。

关键词： 桂农薯1号；费乌瑞它；耐寒性；产量；生理指标

中图分类号： S532.01 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2017）01-0066-06

Abstract：【Objective】Under continuous low temperature and frost weather，the difference of field cold resistance between the new potato variety Guinongshu No.1 and main cultivar in Guangxi Favorita planted in winter was compared，in order to provide theoretical basis for cold-resistant cultivation and new variety promotion. 【Method】During November， 2013- March， 2014 and December， 2015-April， 2016， chilling injury in field of Guinongshu No.1 and Favorita at early period of tuber enlargement and seedling stage after low temperature stress were observed， and effects of chilling injury on yield were investigated. In addition，the soluble protein content， catalase（CAT） activity， superoxide dismutase（SOD） activity and peroxidase（POD） activity in leaf at seedling stage when the seedlings went through low temperature stress were detected. 【Result】During two experiment periods， rainy and frosty days were 76 and 82 days respectively， accounting for 63.9% and 66.9% of four winter months. During seedling stage and early period of tuber enlargement， Guinongshu No.1 suffered less chilling injury than Favorita， and showed stronger cold resistance. At harvest period in 2014， the yield of Guinongshu No.1 was 19.0% higher than that of Favorita， and 61.0% higher in 2016. Soluble protein content， CAT activity， SOD activity and POD activity in leaves of Guinongshu NO.1 were significantly higher than those of Favorita on the fifth day after low temperature stress（P<0.05）. 【Conclusion】 Guinongshu No.1 has strong cold resistance and high yield under continuous cold and frost weather. Therefore， it has promising application potential in the winter potato planting area in China.

Key words： Guinongshu No.1； Favorita； cold resistance； yield； physiological index

0 引言

【研究意义】马铃薯（Solanum tuberosum L.）是重要的主粮化作物之一，目前全球有160多个国家栽培马铃薯。我国秋冬种马铃薯主要分布在福建、广西、广东、浙江、四川、云南、贵州、湖南和湖北等省（区），面积大约为40万ha（古秋霞等，2016）。马铃薯喜冷凉，但不耐低温霜冻，秋冬种马铃薯在生长过程中常受到偶发性的短时低温伤害，甚至持续性低温霜冻灾害。尤其近年来气候变化反常，每年冬季低温霜冻天气均会给秋冬种马铃薯生产造成不同程度的危害和损失（廖铭燕和陈斌艳，2008），低温霜冻已成为秋冬种马铃薯健康可持续发展的主要限制因子。因此，选育马铃薯新品种并进行田间耐寒鉴定，对马铃薯耐寒品种的筛选及马铃薯产业的发展均具有重要意义。【前人研究进展】李飞等（2008）对马铃薯野生种Solanum acaule的25份后代與中薯3号进行了耐寒性比较，结果表明，中薯3号属低温霜冻敏感型，无冷驯化能力，不耐霜冻，25份S. acaule的无性系材料中强耐冻型、耐冻型和霜冻敏感型在冷驯化前的比例是2∶12∶11，经冷驯化后其比例变为10∶12∶3。刘浩和张宗山（2008）对宁夏南部山区种植的18个马铃薯品种进行了耐寒性研究，结果表明，新大平、晋薯7号和内薯7号耐霜冻，其他品种不耐霜冻或中等耐霜冻。魏亮（2013）利用电导率法研究了115份马铃薯材料的抗寒性，发现抗寒性最强的品种是克新2号、晋薯2号、郑薯6号和郑薯5号，其半致死温度均低于-3.5 ℃，115份材料可分为抗寒型、中间型和低温敏感型三大类，分别占14.7%、29.6%和55.7%。周真珍等（2016）通过测定分析低温胁迫下马铃薯品种大西洋和东农303的耐寒性相关生理指标得出，大西洋幼苗的抗寒性高于东农303。【本研究切入点】桂农薯1号为广西农业科学院经济作物研究所自主选育的耐寒型秋冬种马铃薯新品种，其田间耐寒性及耐寒生理机制尚需进一步研究，且目前关于南方低温霜冻天气下不同马铃薯品种田间耐寒性及寒害对产量影响的研究也鲜见报道。【拟解决的关键问题】以广西主栽马铃薯品种费乌瑞它和新选育马铃薯品种桂农薯1号为试验材料，利用马铃薯冬种期间发生的持续低温霜冻条件，对比两品种在苗期和薯块膨大期田间连续遭受低温胁迫后的田间受害情况及寒害对产量的影响，测定分析苗期叶片可溶性蛋白含量及过氧化氢酶（CAT）、超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性等主要生理生化指标的变化，探讨马铃薯秋冬种品种的耐寒性和耐寒机理，为指导马铃薯耐寒栽培及新品种推广提供理论依据。

1 材料与方法

1. 1 试验材料

供试马铃薯品种为桂农薯1号（由广西农业科学院经济作物研究所自主选育，耐寒型）和费乌瑞它（秋冬种区主栽品种，设为对照），均由广西农业科学院经济作物研究所提供。

1. 2 试验方法

田间试验分别于2013年11月～2014年3月和2015年12月～2016年3月两个冬种时间段进行。

第一时间段试验地点位于南宁市坛洛镇马六坡村，试验地为缓坡地（小于10°），坡向朝西，红壤，土壤疏松，前作玉米。2013年11月15日播种，12月8～10日出苗。试验采用随机区组设计，按不同坡度划分区组，株行距为0.30 m×0.80 m，单行种植，小区面积约266.6 m2。3次重复。主要用于田间寒害程度和产量调查。

第二时间段试验地点位于广西农业科学院经济作物研究所试验地，试验地为平地，红壤，前作甘薯。2015年12月25日播种，2016年1月15～16日出苗。试验采用随机区组设计，种植垄面宽约1.10 m，一垄双行定植，株距0.25 m，小区面积约66.6 m2。 3次重复。主要进行幼苗叶片寒害相关生理指标研究、寒害和产量调查。

1. 3 测定项目及方法

1. 3. 1 试验地区天气状况调查 在马铃薯冬种生育期（12月～翌年3月）根据当地气象部门气象资料，分析最高温、最低温及阴天、雨天、多云、晴天和霜冻等天气情况。

1. 3. 2 田间寒害情况调查 马铃薯薯块膨大期田间寒害情况调查方法：随机选取各参试品种每小区在同一地势高度的3个点，每点各选取100株进行寒害情况调查。植株受害程度分为4个等级：0级，无受害小叶；1级，单株受害小叶片数1～10片；2级，单株受害小叶片数11～20片；3级，单株受害小叶片数20片以上。统计受害株率和受害株的受害程度。小区受害株率（%）=小区受害株数/300×100。

马铃薯苗期植株寒害受害调查标准参考Vega和Bamberg（1995）、Chen等（1999）的方法分为6个等级：0级，无损伤；1级，顶部叶片轻微受害；2级，顶部一些叶片冻死；3级，所有顶部叶片冻死；4级，所有叶片和小叶柄冻死；5级，叶和茎全冻死。

1. 3. 3 幼苗叶片寒害相关生理指标调查 在马铃薯叶片幼苗期田间低温期间（-1～7 ℃连续5 d）进行叶片取样分析，每品种取样9株。取样时从每株顶部展开叶片取1～2片成熟叶，分别混匀，用于各项抗寒生理指标测定。3次重复。

相关生理指标测定参考李合生（1999）的方法。叶片可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝G-250染色法测定；CAT活性采用紫外吸收法测定；SOD活性采用氮蓝四唑法测定；POD活性采用愈创木酚法测定。

1. 3. 4 产量调查方法 2014年在连续低温胁迫发生时每小区取20株，去泥称重，折算产量；在收获时将所有小区马铃薯全部挖取，去泥称重，折算产量；2016年在低温胁迫发生时由于植株处于苗期还未形成产量，因此仅在收获时测产，方法同2014年。

1. 4 统计分析

试验数据采用SPSS 18.0和Excel 2003进行数据统计分析和图形绘制。

2 结果与分析

2. 1 试验期间试验点天气情况分析

由图1～图4可知，试验期间两个冬季最低气温低于7 ℃的分别有24和10 d（分别占冬季4个月总天数的20.1%和8.2%），低于10 ℃的分别有43和59 d（占冬季4个月总天数的36.1%和48.8%）（图1、图3），阴雨霜冻天数分别有76和82 d（占冬季4个月总天数的63.9%和66.9%）（图2、图4）。2014年1月和2016年1月甚至出现-2～-1 ℃的霜冻和雨夹雪天气，低温阴雨寡照给冬种马铃薯的生长造成了极大影响。

2. 2 桂农薯1号和费乌瑞它的田间寒害受害程度比较

2. 2. 1 田间薯块膨大初期寒害受害程度比较 2014年1月13～24日试验区域遭遇极端低温霜冻（-2～6 ℃）天气，供试马铃薯植株处于块茎膨大初期，此时桂农薯1号株高20～23 cm，小叶片总数71～81张；费乌瑞它株高18～21 cm，小叶片总数60～70张。由表1可看出，此时期不同马铃薯品种的受害程度差异明显，桂农薯1号的受害株率仅为16.3%，极显著低于费乌瑞它（P<0.01，下同），且受害植株的受害程度较轻，受害率主要为1级（78.4%），其余为2级（21.6%），无3级受害率，植株恢复生长的潜力较大；费乌瑞它受害株率高达73.0%，且受害程度较重，1级、2级和3级受害率分别达48.0%、20.8%和31.2%。表明桂農薯1号在薯块膨大初期的耐寒性比费乌瑞它强。

2. 2. 2 田间苗期寒害受害程度比较 2016年1月对遭受田间-1～7 ℃持续5 d低温胁迫后的马铃薯田间植株的受害情况进行调查。由表2可知，马铃薯幼苗期受寒害后两品种的受害级别差异明显，桂农薯1号受害级别为0级，叶片和植株正常，受害轻，耐寒性强；而费乌瑞它的受害级别为1级，植株有2～3片叶片出现萎蔫卷曲。

2. 3 桂农薯1号和费乌瑞它田间受寒害后产量比较

由表3可看出，2014年霜冻发生时，桂农薯1号和费乌瑞它块茎膨大初期的产量无显著差异（P>0.05，下同），但两品种收获期的产量达极显著差异水平，桂农薯1号比费乌瑞它高61.0%。2016年收获期桂农薯1号产量比费乌瑞它高19.0%，差异也达极显著水平。

2. 4 桂农薯1号和费乌瑞它的耐寒性相关生理指标比较

2. 4. 1 耐寒性生理指标测定期间的田间气温情况 2016年1月耐寒性相关生理指标测定期间的田间气温如图5所示，在5 d的田间低温胁迫期间，前4 d气温持续下降，1月24日最低气温降到-1 ℃，1月25日最低气温回升至4 ℃。

2. 4. 2 低温胁迫期间马铃薯幼苗叶片可溶性蛋白含量比较 由图6可看出，两品种马铃薯可溶性蛋白含量在测定时期内均呈先降低后升高的变化趋势，可溶性蛋白含量均在1月24日时降至最低，该趋势也与测定时期内的气温变化趋势相吻合。除1月24日（最低气温-1 ℃）时费乌瑞它可溶性蛋白含量显著高于桂农薯1号外（P<0.05，下同），其他测定时期桂农薯1号的可溶性蛋白含量均显著高于费乌瑞它。

2. 4. 3 低温胁迫期间马铃薯幼苗叶片CAT活性比较 由图7可看出，两品种马铃薯幼苗叶片CAT活性在田间低温胁迫期间呈波浪上升趋势，在1月24日受到-1 ℃的最低温胁迫后，1月25日桂农薯1号的CAT活性急剧上升，费乌瑞它则缓慢上升。除1月23日两品种马铃薯CAT活性差异不显著外，其他测定时期桂农薯1号的CAT活性均显著高于费乌瑞它。

2. 4. 4 低温胁迫期间幼苗叶片SOD和POD活性比较 由图8和图9可看出，两品种马铃薯幼苗叶片SOD和POD活性在田间低温胁迫期间整体呈上升—下降—上升的变化趋势。费乌瑞它的SOD和POD活性均在1月23日达峰值，1月24日受到-1 ℃的最低气温胁迫后急剧降低，随后变化缓慢；桂农薯1号1月24日受到-1 ℃的最低气温胁迫后，SOD和POD活性较1月23日有所降低，但1月25日最低气温回升至4 ℃后（气温连续胁迫第5 d），SOD和POD活性随之急剧升高，此时SOD和POD活性显著高于费乌瑞它。

3 讨论

3. 1 品种耐寒性与产量的关系

品种的耐寒性越强，植株受害株率越低，受害程度也会越低。本研究中，桂农薯1号薯块膨大初期的受害株率及苗期的受害级别均明显低于对照品种费乌瑞它，表明其耐寒性较对照强。Zheng（2007）研究发现，在马铃薯块茎膨大初期，由于块茎是最大的库，在连续受害结束后光合产物主要输送至块茎，导致叶片恢复生长较慢甚至无法恢复生长，进而影响了后期的光合作用，光合产物减少，最终导致产量降低。因此，寒害结束时未受害叶片的数量对最终产量的形成具有决定性作用，即植株受害率越高，受害程度越重，产量就越低。本研究结果表明，薯块膨大初期受寒害后，桂农薯1号与费乌瑞它差异显著，在同样遭受低温胁迫后，费乌瑞它收获期产量与桂农薯1号相比减产61.0%，苗期受寒害后费乌瑞它收获期产量比桂农薯1号减产19.0%。由此可见，薯块膨大初期持续遭受低温寒害对产量的影响程度大于苗期，原因可能是苗期受害时薯块刚刚形成，植株叶片生产的光合产物主要供给根茎叶用于恢复生长从而对最终产量的影响较小，但薯块膨大初期由于块茎已经膨大成为主要的库，叶片等恢复生长受到较大影响，导致后期光合产物减少，因此薯块膨大初期寒害对产量影响较明显。

3. 2 品种耐寒性与耐寒性生理指标的关系

有研究表明，植物在低温逆境条件下自身的各种保护性酶类活性及可溶性糖和可溶性蛋白等渗透物质含量均会发生改变，从而起到自我调节保护作用（Baek and Skinner，2003）。如植物在低温胁迫条件下会产生过多的活性氧，而此时SOD、CAT和POD等保护酶系的活性会上升，用于清除过多的活性氧，以降低植物受害程度（赖静等，2015；吴雪霞等，2016）。本课题组前期研究结果表明，持续低温胁迫后期（5～7 d）马铃薯叶片SOD、POD和CAT活性可作为鉴定马铃薯品种耐寒性强弱的生理指标，活性越强耐寒性越强（许娟等，2016）。本研究结果再次验证这一结论，在连续受害至第5 d时，桂农薯1号叶片中CAT、POD和SOD活性均显著高于费乌瑞它，说明桂农薯1号的抗寒性较强。同时，田间调查结果也表明桂农薯1号比费乌瑞它受害程度低，耐寒性强。

4 结论

本研究结果表明，与对照品种费乌瑞它相比，桂农薯1号耐寒性较强，在持续低温霜冻条件下产量相对较高，因此该品种在我国马铃薯秋冬种地区有广阔的推广应用前景。

参考文献：

古秋霞，林群，黄修杰，曹先维. 2016. 2015年广东马铃薯产业发展形势与对策建议[J]. 广东农业科学，43（3）：21-24.

Gu Q X，Lin Q，Huang X J，Cao X W. 2016. Development situation and countermeasure of Guangdong potato industry in 2015[J]. Guangdong Agricultural Sciences，43（3）：21-24.

赖静，杨伟，龚荣高，石佳佳，郑云峰，陈仲刚. 2015. 低温胁迫下枇杷幼果种子膜脂过氧化、保护酶活性及显微结构的变化[J]. 广西植物，35（5）：663-667.

Lai J，Yang W，Gong R G，Shi J J，Zheng Y F，Chen Z G. 2015. Changes in membrane lipid peroxidation，activities of cell defense enzyme and microstructure in the seed of loquat young fruit under chilling stress[J]. Guihaia，35（5）：663-667.

李飞，雷尊国，刘杰，金黎平. 2008. 野生马铃薯材料苗期耐冻性鉴定[J]. 中国蔬菜，（12）：6-10.

Li F，Lei Z G，Liu J，Jin L P. 2008. Assessment for seedling freezing-tolerance in Solanum acaule[J]. China Vegetables，（12）：6-10.

李合生. 1999. 植物生理生化實验技术[M]. 北京：高等教育出版社.

Li H S. 1999. Plant Physiological and Biochemical Experiment Technology[M]. Beijing：Higher Education Press.

廖铭燕，陈斌艳. 2008. 2008年初低温雨雪冰冻天气对马铃薯的影响及应对措施[J]. 广西农学报，23（SI）：39-40.

Liao M Y，Chen B Y. 2008. Effects of low temperature，rainy and snowy weather on potato in early 2008 and countermeasures[J]. Journal of Guangxi Agriculture，23（SI）：39-40.

刘浩，张宗山. 2008. 宁夏南部山区马铃薯主栽品种耐霜冻性研究[J]. 安徽农业科学，36（33）：14485-14486.

Liu H，Zhang Z S. 2008. Research on the frost-resistant of potato variety grown in southern mountain of Ningxia Hui autono-

mous district[J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences，36（33）：14485-14486.

魏亮. 2013. 中国主要马铃薯品种抗寒性鉴定及抗寒相关基因表达分析[D]. 呼和浩特：内蒙古农业大学：14-25.

Wei L. 2013. Evaluation of freezing tolerance of major potato cultivars in China and expression analysis of genes induced by freezing[D]. Huhhot：Inner Mongolia Agricultural University：14-25.

吴雪霞，朱宗文，许爽，查丁石. 2016. 低温胁迫及恢复对茄子幼苗活性氧代谢和渗透调节物质含量的影响[J]. 江西农业学报，28（7）：17-21.

Wu X X，Zhu Z W，Xu S，Zha D S. 2016. Effects of low tempe-

rature stress and recovery on reactive oxygen metabolism and osmotic adjustment substance contents in eggplant seedlings[J]. Acta Agriculturae Jiangxi，28（7）：17-21.

许娟，郑虚，闫海锋，唐秀桦，熊军，韦民政，覃维治，李韦柳. 2016. 不同马铃薯品种苗期叶片对低温胁迫的生理响应[J]. 南方农業学报，47（11）：1837-1943.

Xu J，Zheng X，Yan H F，Tang X H，Xiong J，Wei M Z，Qin W Z，Li W L. 2016. Physiological responses of different potato varieties to cold stress at seedling stage[J]. Journal of Sou-

thern Agriculture，47（11）：1837-1943.

周真珍，史端甫，李力，徐明，贺利雄. 2016. 马铃薯东农303、大西洋在低温胁迫下生理生化及光合特性的比较[J]. 江西农业学报，27（5）：24-27.

Zhou Z Z，Shi D F，Li L，Xu M，He L X. 2016. Comparison of physiological and biochemical characteristics and photosynthetic characteristics of potato ‘Dongnong 303’ and ‘Atlantic’ under low temperature stress[J]. Journal of Jiangxi Agricultural Sciences，27（5）：24-27.

Baek K H，Skinner D Z. 2003. Alteration of antioxidant enzyme gene expression during cold acclimation of near-isogenic wheat lines[J]. Plant Science，165：1221-1227.

Chen Y K H，Bamberg J B，Palta J P. 1999. Expression of free-

zing tolerance in the interspecific F1 and sonmatic hybrids of potato[J]. Theoretical and Applied Genetics，98：995-1004.

Vega S E，Bamberg J B. 1995. Screening the US potato collection for frost hardiness[J]. American Journal of Potato Research，72：13-21.

Zheng X. 2007. Dynamics of non-structural carbohydrate in potato shoot[D]. Sapporo：Hokkaido University：2-4.

（责任编辑 王 晖）