马铃薯高花色苷品种（系）的UV-B辐射耐受性研究

The changes of global climate have remarkably increased the UV-B radiation on the ground level. This event has brought extensive impacts on terrestrial plants and the effects of UV-B radiation on crops has become one of research hotspot. Nevertheless, as a kind of important tuber crop, potatoes (Solanlum tuberosum L.) have not been sufficiently concerned. The general effects of enhanced UV-B radiation on potatoes are still unclear. Consequently, it's extremely hard to predict how effects would be caused by this climate tendency to potatoes in the future. Otherwise, the origin and ecological distribution of colored potatoes indicate the tight correlation between UV-B radiation and its anthocyanins.Some recent research also showed the anthocyanins existed in different plants can effectively improve its tolerance to enhanced UV-B radiation. But the corresponding study has not been done in potatoes so far.. This project bases on the high anthocyanins content potato cultivars（strains）collected from Yunnan Province which suffered enhanced UV-B radiation under field conditions to investigate the following items: (1) effects on potato morphological and biological characteristics (2) effects on physiological and biochemical properties and photosynthesis system (3) effects on field yield and tuber quality (4) analysis of gene expression of key anthocyanin synthetase. This project could contribute to predict the integrated impacts on potatoes in the context of global climate changes and reveal the potential application of potato anthocyanins in prospective UV-B radiation resistance breeding.

全球气候变化使地面UV-B辐射显著增加，对陆地植物产生了广泛的影响，其对农作物的影响已成为研究热点。但对马铃薯(Solanlum tuberosum L.)这种重要薯类作物的报道不多，人们对UV-B增强下马铃薯的综合影响仍不是很清楚，难于预测未来气候变化对马铃薯的影响。另外，彩色马铃薯的起源和生态分布显示UV-B与花色苷有着紧密联系，相关研究也验证了花色苷能有效提高植物的UV-B耐受性，但马铃薯花色苷在此方面的研究一直处于空白。本项目以云南高花色苷含量的马铃薯品种（系）为材料，研究大田马铃薯在长期UV-B辐射增强条件下：（1）高花色苷马铃薯形态指标及生物学特性的影响；（2）生理生化指标及光合作用的响应；（3）产量及品质变化；（4）花色苷关键合成酶基因的表达差异。项目实施有助于人们预测在全球气候变化背景下马铃薯可能受到的综合影响，揭示彩色马铃薯花色苷在未来抗UV-B等抗逆育种中的潜在作用。

UV-B辐射增加对作物具有负面作用，但对马铃薯形态、生理和分子适应机制的探究及品种耐受性评价显得不足。本研究以7个品种（系）为材料，设T1、T2、CK共3个处理，在大田盆栽条件下研究辐射胁迫对形态、生理、产量及品质的影响，分析了花色苷关键合成酶基因的表达情况和转录组差异基因表达。结果显示：增强的UV-B辐射使马铃薯叶片增厚，气孔和非腺毛密度增加。叶片角质层厚度增加，蜡质晶体增多，表皮细胞变小且萎缩；叶肉细胞结构层次紊乱。花色苷、紫外吸收物质等生理指标多呈正向响应，且存在极显著的正相关，是耐受性评价的重要指标。青薯9号、转心乌、合作88与21-1列为生理耐受型，21-3和丽薯6号为中间类型，师大6号为生理敏感型品种。普通品种比彩色品种形态受辐射抑制明显：合作88与丽薯6号受到了显著的抑制，彩色品种（系）转心乌和21-1受到的影响相对较小。辐射处理对结薯数不构成影响，但块茎小薯比例增加，对产量影响显著。块茎淀粉、蛋白含量有下降迹象，彩色品种的花色苷和维生素C含量没有显著变化，受胁迫影响较小。花色苷关键合成酶基因辐射胁迫下的产生变化：合作88和丽薯6号以DFR和3GT基因为主要调控基因，红色块茎的21-1主要通过DFR基因的表达控制叶片花色苷的合成，紫色块茎的转心乌和师大6号则主要以F3′5′H基因的表达量调控叶片花色苷的含量变化。转录组测序显示：丽薯6号短期处理有较多差异基因表达，增加了物质合成，转心乌在短期内的差异基因响应较少。处理时间延长则影响2个品种蛋白质合成与后期加工，转心乌的激素响应水平显得比丽薯6号更高，并增强了花色苷的合成代谢，显示耐受性更强。本研究表明，辐射胁迫导致马铃薯与逆境相关的抗性基因表达增强，植物激素代谢水平上调，引起株高降低、叶片缩小等性状变化，出现叶片变厚、蜡质增多和腺毛密度增加等响应特征；叶片花色苷含量响应值与紫外吸收能力高度正相关，是重要评价指标，块茎颜色、产量和品质不宜作为主要耐受性评价指标。基于主要形态特征和叶片花色苷、紫外吸收物质和抗氧化酶变化规律，结合花色苷关键合成酶基因和转录组差异基因表达分析，本地彩色品种具有较强的耐受性，可作为辐射耐受育种的良好种质资源。 7个品种（系）中，青薯9号、转心乌与21-1属于辐射耐受型品种（系），合作88、丽薯6号、21-3为中间类型，师大6号生理和形态累积响应指数均较低，为敏感型品种。