中国西北地区马铃薯种质资源抗旱性筛选与综合评价研究

　　本研究针对西北干旱区马铃薯产业发展的关键限制因素，创新性地通过两年田间试验对31份马铃薯种质资源进行多维度抗旱性评价。研究人员采用主成分分析(PCA)结合隶属函数法，建立了包含24项形态生理指标的综合评价体系，筛选出Long10等5份强抗旱材料，并确定地上鲜重(FAB)、净光合速率(Pn)等12项核心评价指标，为抗旱育种和栽培技术优化提供了重要理论依据和实践指导。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，干旱已成为威胁粮食安全的首要非生物胁迫因素。作为世界第四大粮食作物，马铃薯因其浅根系特性对水分亏缺尤为敏感。中国西北地区虽具备生产优质马铃薯的光热条件，但年均不足200毫米的降水量与超1000毫米的蒸发量形成鲜明反差，使该地区马铃薯产业面临严峻挑战。更令人担忧的是，传统抗旱研究多局限于温室盆栽试验，与田间实际条件存在显著差异；且现有评价体系往往侧重单一生长阶段或少数表型指标，缺乏对光合生理与抗氧化系统的整合分析。这些瓶颈严重制约了抗旱马铃薯品种的选育进程。

针对上述问题，甘肃省定西市农业科学研究院联合甘肃农业大学的研究团队在《BMC Plant Biology》发表了创新性研究成果。该研究通过2013-2024年连续两年田间试验，设置正常灌溉(NI)和干旱胁迫(DS)两种处理，对31份涵盖现代品种、地方品种和优良品系的马铃薯种质资源展开系统评价。研究团队创造性地采用多指标联用策略，整合形态学(株高PH、茎粗SD)、光合参数(净光合速率Pn、气孔导度Gs)、生理生化指标(超氧化物歧化酶SOD、丙二醛MDA)及产量性状(单株块茎重FTW)等24项指标，运用主成分分析(PCA)降维后结合隶属函数法和聚类分析，建立了科学的抗旱性综合评价体系。

关键技术方法包括：1)田间控水试验设计，在现蕾期至淀粉积累期实施梯度水分控制；2)便携式光合仪(LI-6400XT)测定光合参数；3)分光光度法检测抗氧化酶活性；4)主成分分析(PCA)将24个指标转化为6个独立主成分(累计贡献率86.38%)；5)基于欧氏距离的层次聚类划分抗旱等级。

【背景】研究区域位于黄土高原北部(海拔1930米)，试验地土壤为黄土(pH 8.19)，前茬分别为燕麦和玉米。干旱处理组在出苗后仅依靠自然降水(生长季降水量441.1 mm/397.5 mm)，与正常灌溉组(关键生育期补充灌溉225 m³
ha^-1
)形成鲜明对比。

【结果】
1.干旱胁迫响应特征：干旱使马铃薯形态指标普遍下降，其中株高(PH)降幅达64.77%，而生理指标呈现分化趋势——MDA含量显著增加30.47%，抗氧化酶(SOD、POD、CAT)活性提升22.28%-43.00%。这种"形态抑制-生理激活"的响应模式揭示了马铃薯抗旱的双重机制。

2.综合评价体系构建：通过PCA提取的6个主成分中，PC1(贡献率28.58%)主要关联产量参数(单株大薯数NLTP、小区产量PY等)，PC2(18.01%)则主导光合特性(叶绿素含量Chl、气孔导度Gs)。这种权重分配凸显了"产量形成"与"光合维持"在马铃薯抗旱中的核心地位。

3.种质资源分级：基于D值(0.40-0.78)的聚类分析将材料划分为5类，其中强抗旱型(Ⅰ类)包括Long10、D1595-7等5份材料，其典型特征是干旱下保持较高生物量(FAB降低仅26.31%)和光合效率(Pn降幅37.65%)。值得注意的是，这些材料多源自西北干旱区，印证了长期自然选择对抗旱性状的塑造作用。

4.核心指标筛选：灰色关联分析确定鲜生物量(FAB)、干生物量(DAB)等12项指标与抗旱性显著相关(R²
=0.988)，建立的回归方程y=-0.083+0.010FAB+...+0.002PY为田间快速鉴定提供了简便工具。

【结论与意义】该研究首次在西北干旱区田间条件下系统评价了马铃薯全生育期抗旱性，突破了传统盆栽试验的局限性。提出的"形态-生理-产量"多维评价模型，为抗旱育种提供了科学标准；筛选出的强抗旱种质可直接用于品种改良，其中Long10等材料在干旱条件下仍保持较高产量(小区产量PY降幅48.74%，显著低于敏感品种)。建立的12项核心指标体系，实现了从复杂测定到简便实用的转化，对指导干旱区马铃薯栽培具有重要实践价值。这些成果为应对气候变化下的粮食安全挑战提供了新的解决方案，也为其他块茎作物的抗旱研究提供了方法论参考。