干旱脅迫下馬鈴薯代謝研究
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[摘 要] 馬鈴薯作為世界的第四大農作物，對于保障我國糧食安全來說具有十分重要的作用。本文通過研究干旱脅迫下馬鈴薯代謝的生理特征、代謝現狀、代謝影響以及抗旱原理等，以期為馬鈴薯干旱脅迫下的其他研究提供參考。
[關鍵詞] 干旱脅迫;馬鈴薯;代謝
[中圖分類號] S532 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-7909（2019）05-90-2
干旱是影響農作物生長代謝和生長發育的重要因素之一，會導致農作物大面積減產。但是，很多植物對于干旱脅迫具有一定的適應能力。目前，研究認為這種適應能力主要是農作物自我調控顯示的結果。一定范圍內的脅迫將使很多農作物表現出一系列諸如生理、生化及形態結構等方面的代謝變化，這些現象統稱為農作物抗旱的綜合性狀。因此，很多專家學者想從植物代謝反應的本身出發，通過深入研究馬鈴薯的抗旱應激反應，以期通過逐步提高農作物的抗旱耐旱能力，降低農作物生長過程中對水分的需求。同時，研究農作物代謝反應也有助于科研工作者培育更適宜廣大干旱、半干旱地區種植的優良作物品種。這對于水資源日益緊缺和保護生態環境要求越來越嚴的今天來說，具有十分重要的意義。
1 馬鈴薯抗旱性研究現狀
馬鈴薯是一種重要的經濟作物，在生長發育過程中離不開水的支持。馬鈴薯塊莖產量、品質等均受到干旱的影響。馬鈴薯缺水易影響遺傳、生理以及代謝等方面，表現為植株高度矮小、馬鈴薯產量較低、植物細胞顯微結構發生破壞等一系列性狀變化[1]。試驗數據也表明，馬鈴薯植株在生長過程中存在代謝失調、滲透調節機制受損、植物體內保護酶系統等各種生理生化指標突變的問題。這些保護酶的受損結果導致植物光合作用降低，農作物的光化學反應活性受到抑制。
最早由國外引進屬于典型溫帶氣候作物的馬鈴薯，受干旱影響非常明顯。在生長初期，缺水癥狀將嚴重影響幼苗正常的生長發育，導致植物矮小和生長不旺?，F今，許多國內外專家和學者針對馬鈴薯的抗旱代謝生理生化研究已經取得了一系列進展，但對于同一水分脅迫條件下馬鈴薯幼苗生長環境和生長代謝的研究較少。研究馬鈴薯植株對干旱脅迫下的生長代謝反應機制，對于全面了解馬鈴薯的抗旱機制具有重要意義，同時有助于培育抗旱的馬鈴薯品種。
2 干旱脅迫下馬鈴薯代謝影響
2.1 干旱脅迫對馬鈴薯幼苗丙二醛含量的影響
丙二醛（MDA）過氧化產物是植物受到水分脅迫時產生的毒害物質。MDA含量直接反映了植物細胞膜受到傷害的程度。干旱強度的增加和時間的延長，很容易提高葉片中MDA的含量。而MDA的產生與受到脅迫的傷害成正比。研究結果表明，持續高強度的干旱脅迫，將對馬鈴薯幼苗的植物細胞膜造成不可逆轉的損傷。
2.2 干旱脅迫對馬鈴薯幼苗細胞SOD活性的影響
超氧化物歧化酶（SOD）發生干旱脅迫的情況下，活性將顯著提高，且隨脅迫程度的逐漸加劇有升高趨勢。但是，隨著脅迫時間的逐漸延長，SOD含量有減輕跡象[2]。輕度處理的馬鈴薯幼苗葉片的SOD含量明顯高于沒有受到脅迫影響的對照組。重度干旱脅迫影響的幼苗在第6天SOD值達到最大，植物細胞活性開始降低。中度干旱脅迫影響下的幼苗在第9天達到最大值。這些試驗表明，短時期內高濃度的干旱環境將使植物SOD酶活性受到破壞，但隨著脅迫時間的不斷延長，SOD酶活性逐漸恢復，表明馬鈴薯植物在干旱脅迫下具有一定的自我修復能力。
2.3 干旱脅迫對馬鈴薯細胞過氧化物酶活性的影響
過氧化物酶（POD）是由微生物或植物所產生的一類氧化還原酶，主要存在于載體的過氧化物酶體中，對植物來說具有重要作用，可以消除植物在外界環境變化過程中產生的毒性物質。試驗表明，在脅迫馬鈴薯幼苗受到環境脅迫的前期POD活性不變，只是隨著外界環境變脅迫的加劇，POD活性在第6天時達到最大值，馬鈴薯開始分泌過氧化物酶來消除修復自身受到的損害[3]。
3 馬鈴薯抗旱性分析
通常，學者認為干旱脅迫可使馬鈴薯體內活性氧的水平不斷增加。作為高等植物，馬鈴薯的葉綠體光合電子傳遞鏈PSI的受體存在大量的自動氧化酶類，能通過米勒反應將氧氣氧化成超氧化物。超氧根陰離子可通過酶促反應岐化成H2O2和O2，或在Fe2+或Cu2+的存在下通過Fenton反應產生OH-和O2。這些超氧化物可參與PSI電子循環，或從類囊體腔擴散至基質膜表面。植物受到干旱時，自身代謝平衡被打破，細胞內自由基不斷積累，從而導致細胞膜脂過氧化水平增高，膜結構和功能改變，從而引起一系列生理代謝的變化。SOD、CAT、POD酶是植物細胞在抵御細胞活性氧損傷過程中的重要保護性酶。其通過細胞體內有害的O2-、H2O2和過氧化物，保持膜系統免受損傷。
隨著干旱脅迫的加深和時間的延長，細胞內酶的活性逐漸降低，表明馬鈴薯植物在外界環境發生變化的情況下，植物的幼苗細胞可以通過生物代謝反應產生很多抗氧化物，進而可以有效減輕和清除有害物資對細胞膜的損傷，維持膜的代謝穩定性。但是，在干旱脅迫外界環境不斷加劇、不斷延長的情形下，馬鈴薯體內合成的抗氧化酶活性明顯降低，同時在馬鈴薯幼苗的細胞內膜脂過氧化作用增強，導致植物的細胞壁受到更多有害物質的傷害。干旱脅迫下，很多植物能進行相關抗旱基因的表達，隨之產生一系列生理、生化及形態結構等方面的變化，顯現出抗旱性的綜合性狀[4]。
4 結語
隨著干旱脅迫的加劇，馬鈴薯生長受到抑制，單位面積產量明顯下降;在馬鈴薯的代謝光合作用方面，其植物細胞凈光合速率不斷下降、氣孔導度效率低、蒸騰速率和細胞胞間隙CO2濃度降低，影響光合作用的速率;光合作用速率的降低會誘導抗氧化酶活性的降低，減弱細胞內酶對活性氧有害物資的清除能力，進而使得有害物資MDA大量積累。但是，目前對馬鈴薯抗旱性研究仍然不夠，很多方面仍亟待進一步的深入研究。
參考文獻
[1]范敏，金黎平，劉慶昌，等.馬鈴薯抗旱機理及其相關研究進展[J].中國馬鈴薯，2006（2）：101-107.
[2]任光俊，陸賢軍，高方遠，等.作物光合作用的遺傳與產量改良[J].西南農業學報，2004（1）：102-105.
[3]劉玲玲，李軍，李長輝，等.馬鈴薯可溶性蛋白、葉綠素及ATP含量變化與品種抗旱性關系的研究[J].中國馬鈴薯，2004（4）：201-204.
[4]趙雅靜，翁伯琦，王義祥，等.植物對干旱脅迫的生理生態響應及其研究進展[J].福建稻麥科技，2009（2）：45-50.
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