脱落酸对干旱条件下马铃薯块茎形成的调控机制

Drought stress is one of the major limiting factors for the production of potato (Solanum tuberosum L.), while abscisic acid (ABA) might be the major phytohormone regulating potato tuberization in response to drought by both direct and indirect ways. Under drought condition increased ABA level promotes the closing of opened stomata and inhibits the opening of closed stomata, which regulates the intensities of respiration and photosynthesis and leads to the differential accumulation and distribution of dry matter in harvest organs, affects the yield finally. Meanwhile, it is possible that direct regulation also exists in potato during tuberization which is mediated by the accumulation of ABA in stolon and tuber under water deficiency. Two experiments, under filed study and tissue culture conditions, are designed to explore the regulatory mechanism of tuberization by ABA under gradient water deficit. Indirect regulation will be analyzed by detecting photosynthesis and non-structural carbohydrate (NSC) during tuberization under field condition. Pharmacological experiments will be used to resolve direct regulation mechanism of ABA on tuberization by testing proton secretion, plasma membrane, ATPase activity and IAA content under tissue culture condition. Based on the above results, the interaction between direct and indirect regulation of ABA will be further explored, the results will provide a theoretical foundation for the water management of potato in the future.

干旱是制约我国马铃薯产量提升的主要限制因子之一，干旱条件下产生的脱落酸（ABA）可能通过直接和间接两种方式对马铃薯块茎形成进行调控。直接调控途径：通过在匍匐茎及块茎中积累的ABA对马铃薯的块茎形成进行调控，但是这方面的报道较少。间接调控途径：ABA可通过调控叶片中气孔的开闭而影响光合和呼吸作用，调控干物质的积累及其在产量器官中的分配而最终影响产量。本课题拟在大田试验条件下测定不同水分供应下块茎形成过程中光合作用的相关指标和各器官中非结构性碳水化合物（NSC）的积累，解析ABA对NSC在产量器官中积累和转移的调控，阐明ABA对块茎形成的间接调控机制；在组培条件下通过药理学的方法研究块茎形成过程中质子分泌、质膜ATPase酶活性和生长素含量的动态变化，研明ABA对块茎形成的直接调控机理。综合以上结果，提出ABA对马铃薯块茎形成中的直接和间接的协同调控机制，为马铃薯水分管理提供理论基础。

马铃薯是我国重要的粮、菜、经兼用作物，而干旱是影响其产业发展和产量形成的重要因素，以更少的水分获取更高的产量并解析其生理机制具有重要的理论和实践价值。研究通过控制土壤相对含水量的技术措施，明确了马铃薯块茎形成期和块茎膨大期是马铃薯水分敏感期，而苗期适度水分亏缺可以稳产甚至实现产量提升，并明确了ABA是响应马铃薯干旱胁迫的主要激素。在此基础上，采用大田、盆栽和组织培养相结合的试验方法，利用筛选获得的对干旱抗性不同的品种，对ABA在产量形成过程中的直接和间接的调控机制进行了系统的研究。结果表明，苗期适度水分亏缺条件下促进了ABA在体内的累积，致使光合作用和物质积累短期内受到了抑制，但是却促进了根系发育（包括根的起始和延伸）、提早了块茎形成并促使干物质向地下部分配；后期正常供水后， ABA恢复到正常水平，光合作用的抑制效果消失，形成的发达根系促进植株对水分养分的高效利用，因此物质的积累能力显著提升，从而最终获得较高的产量。同时，在盆栽条件下检测了块茎中ABA、IAA对干旱的响应，组培条件下分析了块茎氢离子分泌谱等相关指标，初步认为可能不存在ABA对马铃薯块茎膨大的直接调控，但是仍需要提供更多的试验证据加以证实。该研究明确了ABA对马铃薯产量形成的调控机制，研究结果不仅拓展了马铃薯节水理论，而且对于形成高效的马铃薯水分管理技术具有重要的指导作用。