干旱胁迫下马铃薯代谢研究
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[摘 要] 马铃薯作为世界的第四大农作物，对于保障我国粮食安全来说具有十分重要的作用。本文通过研究干旱胁迫下马铃薯代谢的生理特征、代谢现状、代谢影响以及抗旱原理等，以期为马铃薯干旱胁迫下的其他研究提供参考。
[关键词] 干旱胁迫;马铃薯;代谢
[中图分类号] S532 [文献标识码] A [文章编号] 1674-7909（2019）05-90-2
干旱是影响农作物生长代谢和生长发育的重要因素之一，会导致农作物大面积减产。但是，很多植物对于干旱胁迫具有一定的适应能力。目前，研究认为这种适应能力主要是农作物自我调控显示的结果。一定范围内的胁迫将使很多农作物表现出一系列诸如生理、生化及形态结构等方面的代谢变化，这些现象统称为农作物抗旱的综合性状。因此，很多专家学者想从植物代谢反应的本身出发，通过深入研究马铃薯的抗旱应激反应，以期通过逐步提高农作物的抗旱耐旱能力，降低农作物生长过程中对水分的需求。同时，研究农作物代谢反应也有助于科研工作者培育更适宜广大干旱、半干旱地区种植的优良作物品種。这对于水资源日益紧缺和保护生态环境要求越来越严的今天来说，具有十分重要的意义。
1 马铃薯抗旱性研究现状
马铃薯是一种重要的经济作物，在生长发育过程中离不开水的支持。马铃薯块茎产量、品质等均受到干旱的影响。马铃薯缺水易影响遗传、生理以及代谢等方面，表现为植株高度矮小、马铃薯产量较低、植物细胞显微结构发生破坏等一系列性状变化[1]。试验数据也表明，马铃薯植株在生长过程中存在代谢失调、渗透调节机制受损、植物体内保护酶系统等各种生理生化指标突变的问题。这些保护酶的受损结果导致植物光合作用降低，农作物的光化学反应活性受到抑制。
最早由国外引进属于典型温带气候作物的马铃薯，受干旱影响非常明显。在生长初期，缺水症状将严重影响幼苗正常的生长发育，导致植物矮小和生长不旺。现今，许多国内外专家和学者针对马铃薯的抗旱代谢生理生化研究已经取得了一系列进展，但对于同一水分胁迫条件下马铃薯幼苗生长环境和生长代谢的研究较少。研究马铃薯植株对干旱胁迫下的生长代谢反应机制，对于全面了解马铃薯的抗旱机制具有重要意义，同时有助于培育抗旱的马铃薯品种。
2 干旱胁迫下马铃薯代谢影响
2.1 干旱胁迫对马铃薯幼苗丙二醛含量的影响
丙二醛（MDA）过氧化产物是植物受到水分胁迫时产生的毒害物质。MDA含量直接反映了植物细胞膜受到伤害的程度。干旱强度的增加和时间的延长，很容易提高叶片中MDA的含量。而MDA的产生与受到胁迫的伤害成正比。研究结果表明，持续高强度的干旱胁迫，将对马铃薯幼苗的植物细胞膜造成不可逆转的损伤。
2.2 干旱胁迫对马铃薯幼苗细胞SOD活性的影响
超氧化物歧化酶（SOD）发生干旱胁迫的情况下，活性将显著提高，且随胁迫程度的逐渐加剧有升高趋势。但是，随着胁迫时间的逐渐延长，SOD含量有减轻迹象[2]。轻度处理的马铃薯幼苗叶片的SOD含量明显高于没有受到胁迫影响的对照组。重度干旱胁迫影响的幼苗在第6天SOD值达到最大，植物细胞活性开始降低。中度干旱胁迫影响下的幼苗在第9天达到最大值。这些试验表明，短时期内高浓度的干旱环境将使植物SOD酶活性受到破坏，但随着胁迫时间的不断延长，SOD酶活性逐渐恢复，表明马铃薯植物在干旱胁迫下具有一定的自我修复能力。
2.3 干旱胁迫对马铃薯细胞过氧化物酶活性的影响
过氧化物酶（POD）是由微生物或植物所产生的一类氧化还原酶，主要存在于载体的过氧化物酶体中，对植物来说具有重要作用，可以消除植物在外界环境变化过程中产生的毒性物质。试验表明，在胁迫马铃薯幼苗受到环境胁迫的前期POD活性不变，只是随着外界环境变胁迫的加剧，POD活性在第6天时达到最大值，马铃薯开始分泌过氧化物酶来消除修复自身受到的损害[3]。
3 马铃薯抗旱性分析
通常，学者认为干旱胁迫可使马铃薯体内活性氧的水平不断增加。作为高等植物，马铃薯的叶绿体光合电子传递链PSI的受体存在大量的自动氧化酶类，能通过米勒反应将氧气氧化成超氧化物。超氧根阴离子可通过酶促反应岐化成H2O2和O2，或在Fe2+或Cu2+的存在下通过Fenton反应产生OH-和O2。这些超氧化物可参与PSI电子循环，或从类囊体腔扩散至基质膜表面。植物受到干旱时，自身代谢平衡被打破，细胞内自由基不断积累，从而导致细胞膜脂过氧化水平增高，膜结构和功能改变，从而引起一系列生理代谢的变化。SOD、CAT、POD酶是植物细胞在抵御细胞活性氧损伤过程中的重要保护性酶。其通过细胞体内有害的O2-、H2O2和过氧化物，保持膜系统免受损伤。
随着干旱胁迫的加深和时间的延长，细胞内酶的活性逐渐降低，表明马铃薯植物在外界环境发生变化的情况下，植物的幼苗细胞可以通过生物代谢反应产生很多抗氧化物，进而可以有效减轻和清除有害物资对细胞膜的损伤，维持膜的代谢稳定性。但是，在干旱胁迫外界环境不断加剧、不断延长的情形下，马铃薯体内合成的抗氧化酶活性明显降低，同时在马铃薯幼苗的细胞内膜脂过氧化作用增强，导致植物的细胞壁受到更多有害物质的伤害。干旱胁迫下，很多植物能进行相关抗旱基因的表达，随之产生一系列生理、生化及形态结构等方面的变化，显现出抗旱性的综合性状[4]。
4 结语
随着干旱胁迫的加剧，马铃薯生长受到抑制，单位面积产量明显下降;在马铃薯的代谢光合作用方面，其植物细胞净光合速率不断下降、气孔导度效率低、蒸腾速率和细胞胞间隙CO2浓度降低，影响光合作用的速率;光合作用速率的降低会诱导抗氧化酶活性的降低，减弱细胞内酶对活性氧有害物资的清除能力，进而使得有害物资MDA大量积累。但是，目前对马铃薯抗旱性研究仍然不够，很多方面仍亟待进一步的深入研究。
参考文献
[1]范敏，金黎平，刘庆昌，等.马铃薯抗旱机理及其相关研究进展[J].中国马铃薯，2006（2）：101-107.
[2]任光俊，陆贤军，高方远，等.作物光合作用的遗传与产量改良[J].西南农业学报，2004（1）：102-105.
[3]刘玲玲，李军，李长辉，等.马铃薯可溶性蛋白、叶绿素及ATP含量变化与品种抗旱性关系的研究[J].中国马铃薯，2004（4）：201-204.
[4]赵雅静，翁伯琦，王义祥，等.植物对干旱胁迫的生理生态响应及其研究进展[J].福建稻麦科技，2009（2）：45-50.
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