抗氧化酶标记物在甘薯离体渗透胁迫育种系筛选中的应用研究

《Frontiers in Plant Science》：Antioxidative enzymes as markers for the selection of advanced sweet potato breeding lines under in vitro osmotic stress conditions

本综述系统阐述了通过PEG-6000模拟渗透胁迫离体筛选甘薯耐旱育种系的新策略。研究揭示抗氧化酶（SOD、CAT、APX等）活性与植株生长指标呈显著负相关，其中SP-30和SP-18基因型表现出高效的活性氧（ROS）清除机制。该模型为作物抗逆育种提供了快速可靠的体外评价体系。

　　

引言：甘薯作为全球第七大粮食作物，在热带地区具有重要的粮食安全战略意义。然而土壤水分匮乏可导致块茎产量下降达45.3%，因此选育耐旱品种成为当务之急。本研究通过PEG-6000介导的离体渗透胁迫模型，对5个甘薯高级育种系（SP-18/24/26/28/30）进行系统评价，重点解析其抗氧化酶防御体系与生长性状的关联机制。

材料与方法：实验在印度ICAR-CTCRI研究中心开展，采用MS培养基添加0/59/118 g·L^-1PEG-6000对应0/0.1/0.2 MPa渗透胁迫。通过茎段离体培养8周，测定生长参数（芽数、根长等）和8种抗氧化酶（SOD、CAT、APX、GPX、MDHAR、DHAR、GR、PPO）活性，采用5×3因子完全随机设计进行统计学分析。

结果：

生长响应：PEG胁迫显著抑制植株生长，在0.2 MPa时各项指标降幅达21.4%-98.3%。SP-18在叶片和根系性状上表现最佳，而SP-30在综合耐逆性上最为突出。

抗氧化酶活性：

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  SOD活性在0.2 MPa时增幅13.9%-72.3%，SP-28和SP-30响应最显著
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  CAT活性在SP-30中提升34.8%，与GPX呈现强正相关（r=0.73）
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  APX和MDHAR形成协同防御模块（r=0.73），SP-24的MDHAR活性提升3.13倍
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  PPO活性与APX显著关联（r=0.68），SP-30增幅达34.5%

主成分分析：PC1（50.5%）揭示形态性状与抗氧化酶系统的权衡关系。SP-30和SP-18在PC1得分最高，呈现酶富集特征；而SP-24/26/28则偏向形态特征。SOD和PPO主导芽系发育，APX-MDHAR轴调控根系建成。

讨论：离体筛选模型有效规避环境变异，揭示抗氧化酶级联反应是耐逆性关键。SOD-PPO早期防御体系缓解氧化损伤，ASA-GSH循环酶（MDHAR/DHAR/GR）维持氧化还原稳态。SP-30通过多酶协同实现生长-防御平衡，其GPX/GR活性与耐逆性呈显著正相关。

结论：建立基于抗氧化酶标记的离体筛选体系，验证SP-30＞SP-18＞SP-26＞SP-24＞SP-28的耐逆排序。推荐SP-30作为核心亲本进入品种审定程序，为抗逆育种提供理论依据和技术支撑。