马铃薯作为主要粮食及经济作物之一,在我国乃至全球广泛种植。我国马铃薯种植区主要分布于干旱、半干旱地区,干旱缺水是限制马铃薯产量和品质的重要环境因子。随着我国马铃薯种植面积的扩大和集约化经营,马铃薯连作现象日益突出,并给生产带来了严重影响,如何减轻干旱胁迫和连作障碍对马铃薯生产造成的危害已成为目前急需解决的问题。为此本研究拟通过研讨干旱锻炼及连作调控对马铃薯抗性生理及生长发育的影响,研究连作及干旱条件下提高马铃薯块茎产量及品质的生产栽培措施及其生理机制,为我国马铃薯产业的可持续发展提供实践依据和理论支持。具体研究如下:1.以马铃薯‘大西洋’品种(Atlantic)为研究对象,探究了干旱锻炼对干旱胁迫下马铃薯叶片显微结构及抗性生理的影响。研究发现干旱锻炼能够减缓干旱胁迫引起的伤害,减缓叶片水分含量、净光合速率的下降,相对提高水分利用率,遏制了MDA水平的上升,相对提升了叶片抗氧化酶活性,多胺和ABA含量。结果还阐明,干旱胁迫致使马铃薯叶片厚度减少,栅栏组织、海绵组织及栅海比波动比较显著,而干旱锻炼能够逆转这种变化。通过上述变化,增强了干旱胁迫下马铃薯光合效率,总之,干旱锻炼提高了多胺、脱落酸含量及抗氧化酶活性,从而增加了马铃薯植株的抗旱性。干旱锻炼后马铃薯在生理和显微结构上的变化对提高抗旱性具有积极意义。2.研究了连作障碍对马铃薯抗性生理及叶显微结构的影响。以不同连作年限马铃薯为实验材料,结合马铃薯不同连作年限土壤环境变化,对马铃薯生长发育、叶解剖结构及抗性生理进行探讨。结果表明,随连作年限的增加,马铃薯根际土壤有机质和速效磷含量逐渐降低,碱解氮含量以及pH值上升,土壤酶活性逐渐下降,其土壤酶活性尤其在连作6年时含量最低。土壤中细菌和放线菌数量逐步下降,真菌数量则先升后降。土壤环境的恶化驱使连作障碍发生,株高、根长、地上生物量和单株薯重呈先升后降趋势,在连作3年增加,连作6年下降,茎粗则逐渐减小,在连作6年时最差。随着连作年限增加,马铃薯叶片光合作用减弱,MDA含量升高,过氧化物积累,抗氧化酶活性的减弱,上述变化说明随连作年限增加活性氧损伤加重,从而从整体上影响了马铃薯生长。叶片显微观察显示,叶片厚度、栅栏组织厚度、栅海比逐渐下降。本文从生理生化和解剖结构两方面的研究说明连作障碍对马铃薯抗性生理的影响,对了解马铃薯连作障碍的机制提供了有益的参考。3.探讨了轮作油葵对连作马铃薯生长发育的影响。本实验选取马铃薯连作4年、连作4年后轮作油葵一年、连作6年、连作6年后轮作油葵一年的同一块实验田,以前茬种植藜麦的马铃薯为对照,测定土壤理化性质、土壤酶活性及微生物数量变化,测评土壤环境。再在该实验田种植马铃薯,对其光合作用、抗氧化酶活性以及马铃薯后期生长发育指标进行测定。结果指出伴随连作年限的上升,马铃薯根际土壤pH值总体上增加,偏碱性,有机质含量和速效磷含量逐渐减少,碱解氮含量提升。土壤酶活与连作年限成反比,在连作6年时土壤酶活性最低。土壤中细菌、放线菌数量和细菌/真菌(B/F)值减少,真菌数量相反。土壤环境的恶化导致马铃薯植株生长量减少,相对叶绿素含量降低,光合速率减弱,MDA水平上升,SOD活性下降,O2-.产生速率加速。轮作油葵显著提高了土壤有机质、速效磷和碱解氮含量,增加了土壤酶活性、细菌数量和B/F,降低了真菌数量,改善了土壤微环境,对植株生长发育起到促进作用。增加了相对叶绿素含量,叶片光合速率提高,MDA含量下降,SOD活性增强,O2-.水平下降。可见,轮作油葵能减轻膜脂过氧化作用和自由基伤害,且整体效果以连作4年轮作油葵减轻马铃薯连作障碍效果最为显著。基于上述研究,可以得出如下结论:(1)干旱胁迫抑制了马铃薯生长,导致马铃薯叶片含水量和净光合速率下降,而干旱锻炼可以相对提高干旱胁迫下马铃薯叶片含水量和净光合速率,增加渗透调节物质含量和抗氧化酶活性,提高多胺和ABA含量,减缓干旱胁迫对马铃薯生长发育的抑制,从而提高马铃薯的整体抗旱性。(2)马铃薯连作导致土壤理化性质恶化,土壤酶活性下降,微生物数量比例失调,从而阻碍了马铃薯正常生长发育,光合速率下降,MDA和活性氧水平上升。轮作油葵可以缓解连作马铃薯造成的土壤理化性质及生物性质的恶化,进而对马铃薯生长发育起到促进作用。