山药是薯蓣科(Dioscoreaceae)薯蓣属(Dioscorea)作物,具有易种植、营养丰富的特点,兼具食用与药用价值。受全球变暖影响,气候异常已成为山药种植领域的重要问题之一,因此选育与逆境相适应的山药主栽品种迫在眉睫。目前各地种植的山药主要以地方品种为主,优质抗逆新品种的更新换代进度缓慢,特别是在抗逆生理、生化方面的基础研究薄弱,本研究基于此背景希望通过对山药抗逆相关的生理与生化指标进行研究分析,寻找出鉴别各山药品种抗逆差异性的标志性参数,探索各山药品种对于不同环境的生理响应机制,为未来山药育种与栽培奠定理论基础。本研究采用5个福建山药的主要栽培品种—清流雪薯、安砂小叶薯、山薯、明淮3号和明淮1号,在温室培养30天后开始进行低温与干旱逆境的模拟处理。低温胁迫条件为幼苗在8摄氏度下分别处理0,24,48小时;干旱胁迫条件为在25摄氏度将幼苗在浇透水后分别停止浇水0,15,25天。逆境处理后,分别观察记载各组在胁迫下的叶片表型特征并给予评分,同时测定了干旱和低温胁迫下幼苗叶片气孔密度、气孔开度、叶片含水量、抗氧化系统和光合参数等数据,筛选了与山药抗逆能力相关的生理参数。实验结果总结如下:1、叶片表型评分结果表明:(1)在干旱胁迫下,山薯与明淮3号始终没有出现明显的形态变化;安砂小叶薯在干旱处理25天后出现了茎秆弯曲的现象;明淮1号在干旱处理25天出现了叶片发黄、萎蔫、卷曲的症状;清流雪薯出现了叶片凋萎、枯黄的症状。根据表型评分统计分析,认为山薯与明淮3号为较抗干旱的品种,而明淮1号与清流雪薯较不耐干旱。(2)在低温胁迫下山薯的外表形态没有明显的变化;安砂小叶薯与清流雪薯有些许的茎秆弯曲的现象;明淮1号与明淮3号叶片出现较严重的失水萎蔫现象,根据上述现象统计表型评分后,认为山薯为较抗低温品种,明淮1号与明淮3号较不耐低温。2、水分调节系统分析结果表明:叶片含水量与抗旱、抗低温性达到了极显著相关(r=0.892),说明干旱和低温都会造成叶片失水,而叶片的保水能力决定了植株的抗逆能力;气孔开度与干旱(r=0.927)和低温(r=0.898)的抗性也都呈现非常显著的关系。3、光合系统参数分析结果表明:山药干旱抗性和ETR(r=0.723)、Fv/Fm(r=0.744)、q P(r=0.840)都呈极显著相关,和SPAD(r=0.623)呈显著相关;而低温抗性和ETR(r=0.909)、Fv/Fm(r=0.865)、NPQ(r=0.753)、q P(r=0.811)呈极显著相关,但SPAD未呈现显著相关,说明干旱和低温胁迫对叶绿素的破坏机制不同。4、抗氧化系统参数分析结果表明:干旱胁迫下山薯的过氧化物酶(POD)活性显著高于其他品种,而干旱胁迫导致的过氧化氢积累与干旱抗性呈显著负相关(r=-0.538)。以上结果说明山薯的POD活性可能与其清除过氧化氢的能力有关,使得其抗逆能力较高;另外低温胁迫导致的过氧化氢积累与抗低温能力呈显著负相关(r=-0.620),但未找到与抗逆性相关的抗氧化酶。综合研究结果,山药幼苗对于逆境耐受能力的差异主要与叶片的光合系统以及水分调节能力有很显著的关系,此外过氧化氢积累量也是判断山药抗逆能力的一个有效参数。干旱胁迫下山薯的POD可能对于清除过氧化氢起到了一定作用,然在在低温方面未发现与抗低温防御显著相关的抗氧化酶。未来需要对山药的气孔调节机制如ABA等激素在气孔调节中起到的作用进行更深入的研究。在抗氧化系统方面,GR、GPX以及非酶促抗氧化系统在逆境中的作用也需要做进一步的探讨。