马铃薯块茎营养丰富，具有菜粮兼用，适应性广，产业链条长，增产潜力大及生长周期短等特点，是农民种植增收的主要作物之一^[1]。云南省各地通常以种植春马铃薯为主，即3月播种，当年7—10月收获，春节期间(2月中旬至翌年5月中旬)马铃薯鲜薯上市量很少，无法满足市场供应。而冬马铃薯于11月播种，翌年2—5月收获，可作为冬春蔬菜错季上市，在弥补市场空缺的同时还可增加农民收入。云南省具有马铃薯四季种植、周年收获的气候优势，可大力发展冬马铃薯的种植^[2]，但云南属典型的季风气候，冬季降水量稀少，旱情频发，干旱胁迫严重影响了马铃薯的正常生长发育和产量形成，抑制了马铃薯产业的良性发展^[3]。所以，针对云南省冬马铃薯产业发展中存在的干旱问题，深入研究不同马铃薯品种的抗旱性，探明不同品种对干旱胁迫的响应机制显得尤为重要。

光合作用维持植株的生命活动，是决定生产力高低的重要因素^[4]。干旱胁迫主要是通过降低植物的气孔导度，使得碳同化速率降低，不能充分利用吸收的光能，过剩光能的增加会诱发光抑制和破坏光合机构，表现为叶绿素含量的降低、光系统反应中心受损，甚至光合结构功能失活或遭受破坏等^[5-6]。前人研究认为叶绿素荧光动力学对干旱胁迫十分敏感，以光合作用理论为基础，能够快捷、灵敏、无损伤的评价干旱胁迫下，不同马铃薯品种植株叶内光合机构的运转，检测光能的吸收与利用^[7-8]。现蕾期是马铃薯植株地上地下部分同时生长的时期，此时匍匐茎顶端膨大，块茎开始形成，是需水量最大的时期，更是获得丰产的重要时期。为此，本研究以云南省主栽的4个马铃薯品种于冬季播种进行盆栽干旱胁迫试验，比较现蕾期干旱胁迫与对照条件下各马铃薯品种叶绿素荧光参数的变幅差异，明确水分亏缺对冬马铃薯现蕾期荧光特性的影响，比较品种间的抗旱性，为冬马铃薯的抗旱栽培及培育优质耐旱的冬马铃薯品种提供理论依据。

1.   材料与方法

1.1   供试材料

选用云南省主栽的4个马铃薯品种：合作88 (晚熟130 d)、丽薯6号(中晚熟112 d)、宣薯2号(中晚熟90 d)及会-2 (中晚熟100 d)，均由云南省曲靖市农业科学院提供。

1.2   试验设计

试验于2015年11月—2016年4月在云南农业大学后山大棚内进行，地理位置N 25°18′，E 102°35′，海拔1 930 m，冬季(12—2月)无严寒，日照充足，光强在800~1 200 lx。天晴少雨，棚内平均气温10 ℃，极端低温1 ℃，平均湿度51.6%。试验用盆选取规格一致的塑料盆，高27 cm，上径39 cm，下径20 cm。试验用土为山地红壤土，pH值5.7。每盆装土10 kg，施有机肥(N+P₂O₅+K₂O，有机质≥60%，腐殖≥25%，pH=5.5~8) 50 g，复合肥[m(N):m(P):m(K)=3:1:1] 10 g，作为基肥与土壤混匀后装盆。选取健康、大小一致的块茎作为种薯，于2015年11月7日播种马铃薯。

设每品种每处理3盆。马铃薯植株现蕾期阶段开始控水，于每日早9：00采用称重法补水控水并记录，具体操作方法参考李旺霞等^[9]。干旱胁迫3盆为处理，胁迫至叶片呈萎蔫状态，土壤相对含水量为20%~30%时开始试验，同期以正常浇水3盆为对照(CK)，始终保持土壤湿润，土壤相对含水量保持在75%~85% (处理期间其他管理均一致)。选择晴朗无风天气(2016年2月7日)，取各马铃薯品种植株对照及处理倒4顶小叶，先测定实时荧光，再测定凌晨荧光，次日清晨8：00于棚内取样，放进冰盒中带入实验室测定叶绿素含量，试验过后将干旱胁迫处理的马铃薯植株正常供水至收获。

1.3   项目测定及方法

叶绿素含量采用浸提法^[10]测定，3次重复，结果取平均值。

叶绿素荧光参数的测定使用LI-6400XT仪器所配备的6400-64荧光叶室进行测定，测定前设定1 000 lx光强光诱导30 min，测定方法参考张永强等^[11]和张仁和等^[12]。取各马铃薯品种植株叶片的倒4顶小叶进行测定并标记，9次重复(即随机测定各品种3株马铃薯的光合及荧光参数，均3次读数，求其平均值)，测定时避开主叶脉。实时荧光测定时间为9：00—12：00，测定干旱胁迫及对照处理的电子传递效率(ETR)、实际光化学量子产量(F_v′/F_m′)、光化学猝灭系数(qP)，非光化学猝灭系数(qN)。凌晨荧光测定时间为凌晨1：00~3：00，测定前设定0 lx光强光诱导30 min，测定干旱胁迫及对照处理的最大荧光(F_m)、最小初始荧光(F₀)、可变荧光(F_v)、最大光化学量子效率(F_v/F_m)。测定后计算各指标变幅。

变幅(%)=[(处理值−对照值)/对照值]×100

式中，变幅>0时，为升幅；变幅<0时，为降幅。

1.4   统计分析

试验数据使用Excel 2003进行整理，再用SPSS 17.0对各项生理指标变幅进行单因素(One-way ANOVA)和最小显著差异法(LSD)分析，最后通过计算各供试马铃薯品种叶绿素含量及荧光参数变幅的模糊隶属函数值^[13]，对4个马铃薯品种的抗旱性进行综合评价，加权平均值越大，该马铃薯品种抗旱性越强。

2.   结果与分析

2.1   4个马铃薯品种处理与对照的土壤含水量

由表1可知：在干旱胁迫下，4个马铃薯品种的土壤相对含水量为21.93%~23.60%，CK的土壤相对含水量为80.64%~81.95%，分别将现蕾期干旱胁迫与对照处理(正常供水)的4个马铃薯品种的土壤相对含水量值进行方差分析，干旱胁迫与CK处理的4个马铃薯品种的土壤相对含水量值差异均不显著，说明4个马铃薯品种在干旱胁迫与CK处理的水分环境相同。焦志丽等^[14]研究不同程度干旱胁迫对马铃薯植株幼苗的影响，认为土壤含水量在80%的田间最大持水量时马铃薯植株长势最好，土壤含水量在60%的田间最大持水量为轻度干旱胁迫，土壤含水量在40%的田间最大持水量为中度干旱胁迫，土壤含水量在20%的田间最大持水量为重度干旱胁迫，因此认为本试验为重度的干旱胁迫。

表  1  4个马铃薯品种的土壤含水量

Table  1.  The soil water contents of four potato varieties

品种 varieties	土壤相对含水量/% relative soil water content
	对照 CK	干旱处理 (DT) drought treatment
合作88 Hezuo88	81.55	23.60
丽薯6号 Lishu6	80.64	23.01
宣薯2号 Xuanshu2	81.95	22.13
会-2 Hui-2	81.40	21.93

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2.2   干旱胁迫对马铃薯叶绿素含量的影响

无论干旱胁迫还是CK处理(正常浇水)，4个马铃薯品种的叶绿素a含量均高于叶绿素b含量。在干旱胁迫下，4个马铃薯品种的叶绿素a含量、叶绿素b含量、叶绿素a/b分别低于CK，说明干旱胁迫抑制植株叶内叶绿素的合成，所以叶绿素a/b的值小于3:1。CK处理叶绿素a/b的值比较接近3:1，而干旱胁迫处理后，叶绿素a/b的比值小于3:1，说明干旱对叶绿素a和叶绿素b的影响不同。合作88与会-2的叶绿素a含量降幅绝对值大于叶绿素b，丽薯6号与宣薯2号的叶绿素a含量降幅绝对值小于叶绿素b，说明不同马铃薯品种的叶绿素含量对干旱的响应不同。分别将4个马铃薯品种的叶绿素a含量、叶绿素b含量及叶绿素a/b的降幅进行方差分析，丽薯6号的叶绿素a含量降幅绝对值高于合作88，丽薯6号与合作88的叶绿素a含量降幅绝对值显著高于宣薯2号与会-2，宣薯2号的叶绿素a含量降幅绝对值高于会-2。丽薯6号的叶绿素b含量降幅绝对值显著高于合作88，宣薯2号次之，会-2的叶绿素b含量降幅绝对值最小。在干旱胁迫下，叶绿素a/b的变幅差异不显著，但会-2的叶绿素a/b降幅绝对值最小。说明在干旱胁迫下，会-2能够维持较高的叶绿素含量水平，丽薯6号植株叶内维持较低的叶绿素含量水平(表2)。

表  2  4个马铃薯品种的叶绿素含量

Table  2.  The chlorophyll contents of four potato varieties

品种 varieties	叶绿素a含量 chlorophyll a content				叶绿素b含量 chlorophyll b content				叶绿素a/b chlorophyll a/b
	CK/(mg·g−1)	DT/(mg·g−1)	CR/%		CK/(mg·g−1)	DT/(mg·g−1)	CR/%		CK/(mg·g−1)	DT/(mg·g−1)	CR/%
合作88 Hezuo88	1.92 a	1.29 a	−32.83 b		0.77 a	0.55 a	−28.28 bc		2.51 a	2.36 a	−6.15 a
丽薯6号 Lishu6	1.40 a	0.89 a	−37.67 b		0.70 a	0.40 a	−43.89 c		2.30 a	1.91 a	−16.58 a
宣薯2号 Xuanshu2	1.65 a	1.42 a	−13.99 a		0.67 a	0.54 a	−19.34 ab		2.67 a	2.46 a	−7.46 a
会-2 Hui-2	1.44 a	1.30 a	−9.83 a		0.63 a	0.58 a	−8.28 a		2.30 a	2.24 a	−2.58 a
注：CR.变幅; 同列小写字母表示不同马铃薯品种于该指标中，在干旱处理、对照处理及变幅中0.05水平的差异显著性; 下同。 Note: CR. change range; lowercase letters following data in the table denote different varieties in significant of difference at level 0.05 under drought treatment, contrast treatment and change range; the same as below.

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2.3   干旱胁迫对光适应中马铃薯叶绿素荧光参数的影响

2.3.1   干旱胁迫对4个马铃薯品种ETR及F_v′/F_m′的影响

在干旱胁迫下，4个马铃薯品种的ETR值与F_v′/F_m′值分别低于CK处理，说明干旱胁迫抑制电子传递水平，使电子传递速率降低，进而抑制实际光能的捕获效率，但4个品种受影响的程度不同。分别将4个马铃薯品种的ETR与F_v′/F_m′降幅进行方差分析，丽薯6号的ETR降幅绝对值显著高于合作88与宣薯2号，合作88的ETR降幅绝对值高于宣薯2号，会-2的ETR降幅绝对值最小。丽薯6号的F_v′/F_m′降幅绝对值显著高于合作88，宣薯2号次之，会-2的F_v′/F_m′降幅绝对值最小。说明在干旱胁迫下，会-2能够维持较高的电子传递及实际光化学量子产量水平，宣薯2号次之，合作88再次，丽薯6号植株叶内电子传递及实际光能捕获效率受干旱影响最严重(表3)。

2.3.2   干旱胁迫对4个马铃薯品种qP及qN的影响

在干旱胁迫下，4个马铃薯品种的qP值较CK处理的4个马铃薯品种的qP值降低，而qN较CK处理的4个马铃薯品种的qN值增加，这是植株的一种自我保护机制，但也是一种被动的内耗损的适应方式，能够维持生存，但不利于植株的生长。分别将4个马铃薯品种的qP降幅与qN升幅进行方差分析，在干旱胁迫下，丽薯6号的qP降幅绝对值显著高于合作88与宣薯2号，合作88的qP降幅绝对值高于宣薯2号，会-2的qP降幅绝对值最小。在干旱胁迫下，丽薯6号的qN升幅显著高于合作88，宣薯2号的qN升幅高于会-2。说明在干旱胁迫下，会-2的光系统Ⅱ光合电子传递活性最大，宣薯2号次之，合作88再次，丽薯6号的PSⅡ反应中心的开放程度较其他3个马铃薯品种低(表3)。

表  3  4个马铃薯品种光适应下测定的叶绿素荧光参数

Table  3.  The chlorophyll fluorescence parameters of four potato varieties under light adaptation

品种 varieties	电子传递效率 ETR				实际光化学量子产量 Fv′/Fm′				光化学猝灭系数 qP				非光化学猝灭系数 qN
	CK	DT	CR/%		CK	DT	CR/%		CK	DT	CR/%		CK	DT	CR/%
合作88 Hezuo88	66.75 a	44.34 ab	−33.15 b		0.36 a	0.31 ab	−15.61 b		0.32 a	0.19 a	−40.09 ab		1.45 b	1.55 b	6.67 ab
丽薯6号 Lishu6	70.60 a	35.79 ab	−49.39 c		0.37 a	0.27 b	−26.43 c		0.38 a	0.17 a	−54.13 b		1.36 c	1.56 ab	14.76 a
宣薯2号 Xuanshu2	48.19 a	34.32 b	−28.67 b		0.38 a	0.33 a	−11.46 ab		0.27 a	0.18 a	−34.59 ab		1.48 b	1.56 b	5.41 b
会-2 Hui-2	81.78 a	73.67 a	−10.60 a		0.38 a	0.36 a	−5.94 a		0.27 a	0.22 a	−17.39 a		1.62 a	1.66 a	2.25 b

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2.4   干旱胁迫对暗适应中马铃薯叶绿素荧光参数的影响

由表4可知：在干旱胁迫下，4个马铃薯品种的F_m、F_v及F_v/F_m值均较CK降低，F₀由于光反应中心受到不可逆的破坏而上升。将表4中的F_v/F_m与表5中的F_v′/F_m′值进行对比，可以看出：无论干旱胁迫还是正常浇水情况下，F_v/F_m值均大于F_v′/F_m′，说明在光适应状态下，非光化学过程得到活化。在干旱胁迫下，分别将4个马铃薯品种F_m降幅与F₀的升幅进行方差分析，品种间的F_m降幅与F₀升幅的差异均不显著，说明这2个指标在干旱胁迫下较为保守、稳定。分别将4个马铃薯品种的F_v与F_v/F_m降幅进行方差分析，在干旱胁迫下，丽薯6号的F_v降幅绝对值显著高于其他3个品种，合作88次之，宣薯2号再次，会-2的F_v降幅绝对值最小。丽薯6号的F_v/F_m降幅绝对值高于合作88，丽薯6号与合作88的F_v/F_m降幅绝对值显著高于宣薯2号和会-2，会-2的F_v/F_m降幅绝对值高于宣薯2号。说明在干旱胁迫下，丽薯6号在光系统Ⅱ中的电子受体QA氧化还原水平最弱，合作88次之，宣薯2号再次，会-2在干旱胁迫中能够维持较高的电子受体QA氧化还原水平，合作88与丽薯6号受光抑制影响最强，光系统Ⅱ反应中心内禀光能的转换效率最少，宣薯2号与会-2受光抑制影响较小。

表  4  4个马铃薯品种暗适应下测定的叶绿素荧光参数

Table  4.  The chlorophyll fluorescence parameters of four potato varieties under dark adaptation

品种 varieties	最大荧光Fm				最小初始荧光F0				可变荧光Fv				最大光化学量子效率Fv/Fm
	CK	DT	CR/%		CK	DT	CR/%		CK	DT	CR/%		CK	DT	CR/%
合作88 Hezuo88	1 073.56 a	977.13 a	−8.99 a		184.80 a	219.40 a	18.25 a		858.20 a	785.93 a	−8.43 a		0.81 a	0.74 b	−9.42 b
丽薯6号 Lishu6	1 082.92 a	947.83 a	−12.57 a		170.95 a	211.53 a	24.45 a		894.83 a	717.12 a	−19.87 b		0.83 a	0.75 b	−9.97 b
宣薯2号 Xuanshu2	1 056.53 a	983.79 a	−6.88 a		188.95 a	201.54 a	6.67 a		858.23 a	793.60 a	−7.54 a		0.82 a	0.80 a	−2.83 a
会-2 Hui-2	1 030.04 a	1 014.40 a	−1.53 a		185.13 a	195.82 a	5.69 a		850.55 a	806.21 a	−5.22 a		0.82 a	0.79 a	−3.25 a

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2.5   模糊隶属函数法对4个马铃薯品种进行抗旱性综合评价

为避免单一叶绿素荧光参数指标对4个马铃薯品种进行抗旱性鉴定评价的片面性，利用模糊隶属函数进行综合评价较真实可靠，根据表5所示，4个马铃薯品种抗旱性由强到弱依次是：会-2>宣薯2号>合作88>丽薯6号。

表  5  各马铃薯品种的隶属函数值

Table  5.  Subordinate function values of four potato varieties

指标 indexes	合作88 Hezuo88	丽薯6号 Lishu6	宣薯2号 Xuanshu2	会-2 Hui-2
叶绿素a含量 chlorophyll a	0.42	0.39	0.43	0.57
叶绿素b含量 chlorophyll b	0.41	0.54	0.63	0.56
叶绿素a/b chlorophyll a/b	0.52	0.46	0.53	0.66
电子传递效率 ETR	0.49	0.37	0.46	0.51
实际光化学量子产量 Fv′/Fm′	0.50	0.47	0.58	0.56
光化学猝灭系数 qP	0.39	0.68	0.37	0.44
非光化学猝灭系数 qN	0.48	0.35	0.39	0.66
最大荧光 Fm	0.52	0.35	0.37	0.56
最小初始荧光 F0	0.35	0.45	0.57	0.58
可变荧光 Fv	0.46	0.40	0.64	0.67
最大光化学量子效率 Fv/Fm	0.43	0.35	0.55	0.66
平均值 average value	0.45	0.44	0.50	0.58
抗旱序位 drought resistance sequence	3	4	2	1

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3.   讨论

光合作用是马铃薯植株对各种内外因子最敏感的生理过程之一，叶绿素含量的测定是分析干旱胁迫下冬马铃薯植株叶片光合生理功能的重要手段。干旱胁迫使叶绿素合成受阻，叶绿素含量降低，与刘玲玲等^[15]的研究结果相一致。伍泽堂等^[16]认为：干旱胁迫下氧自由基破坏叶绿素，叶绿素a比叶绿素b要稳定；詹妍妮等^[17]认为：叶绿素b比叶绿素a对干旱胁迫敏感。在本试验中，根据供试4个马铃薯品种叶绿素含量降幅数据显示：丽薯6号与宣薯2号的叶绿素a降幅绝对值小于叶绿素b，合作88与会-2的叶绿素a降幅绝对值大于叶绿素b，因此认为叶绿素a和叶绿素b对干旱敏感程度因品种而异，与前人研究结果不一致。

光合作用是一个复杂的过程，有光反应和暗反应两个阶段，本研究中：干旱胁迫使光系统Ⅱ反应中心氧化受损而钝化，伴随着F₀、qN上升，ETR、F_v′/F_m′、qP、F_m、F_v、F_v/F_m较对照下降，这与前人对春马铃薯^{[3, 18-19]}的研究结果基本一致。因为水分亏缺抑制光系统Ⅱ反应中心的能量化作用，所以叶绿素荧光动力学对干旱胁迫十分敏感。KALAPOS等^[20]研究认为，在干旱胁迫下，F_v/F_m和F_v的下降与F₀有关。在本试验中，F_v的大小由F_m与F₀的差决定。在马铃薯叶内叶绿素荧光反应中，F₀不参与光化学反应的光能辐射部分，但F_v参与。对4个马铃薯供试品种的F₀变幅进行方差分析时，差异不显著，品种间F₀变幅较稳定。由此认为在干旱胁迫下，4个马铃薯品种的F_v值降低与F_m降低有关，与F₀无关。而F_m的降低可能是因为在干旱胁迫下，植株的气孔慢慢闭合，使得碳同化速率降低，造成了对光能的利用效率降低了。干旱胁迫下的F_v/F_m值较对照处理降低，则是F_v与F_m降低的综合结果，说明干旱胁迫严重抑制光能的有效利用，电子受体QA氧化还原受阻，导致反应中心受到破坏^[21]。

干旱胁迫下，4个马铃薯品种间的叶绿素含量及叶绿素荧光参数的变幅不同，原因可能是不同品种的光化学特征和光学特性不同，对干旱胁迫的适应调节能力不同所致，通常叶绿素含量及叶绿素荧光参数的降幅大小被用来鉴定植物抵御干旱的能力。在干旱胁迫下，会-2的多数指标均表现较小的变幅，丽薯6号表现较大的变幅，因此认为，马铃薯对干旱的适应调节能力与品种的抗旱性有关，变幅越大，该品种抗旱性越弱。马铃薯耐旱性是多基因遗传控制的，单一指标难以准确的评价不同品种间的耐旱性差异^[22]。所以由模糊隶属函数综合评价可知，4个马铃薯品种的抗旱性由强到弱依次是：会-2>宣薯2号>合作88>丽薯6号。