不同基因型大白菜對(duì)外源鈣敏感性鑒定評(píng)價(jià)

王莉莉欒兆水徐 坤曹逼力*

（1山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝科學(xué)與工程學(xué)院，山東果蔬優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，農(nóng)業(yè)部黃淮地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018；2德州市德高蔬菜種苗研究所，德州市蔬菜育種工程技術(shù)研究中心，山東德州 253000）

大白菜〔Brassica campestris L. ssp. pekinensis（Lour）Olsson〕是我國(guó)種植面積最大的蔬菜作物之一，年播種面積約267萬hm2，產(chǎn)值600億元以上，占全國(guó)蔬菜總播種面積的15%左右（張鳳蘭等，2017）。前人研究表明，鈣缺乏是大白菜發(fā)生干燒心的主要原因（Su et al.，2016），且干燒心在結(jié)球期才顯示癥狀（徐守東，2012），不僅嚴(yán)重降低產(chǎn)量，還顯著降低食用品質(zhì)。因此，研究不同基因型大白菜對(duì)鈣的敏感性，并探討早期鑒定的方法，對(duì)選育抗干燒心大白菜品種有重要指導(dǎo)意義。

鈣是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，不僅是細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的重要組成成分（Hepler，2005），也是液泡內(nèi)重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，對(duì)維持細(xì)胞膜穩(wěn)定和保持細(xì)胞離子平衡起著重要的作用（Gilliham et al.，2011）。鈣素缺乏會(huì)使植物生理代謝紊亂，發(fā)生生理病害，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)（Batisti? &Kudla，2012；Madani et al.，2014）。董彩霞等（2003）研究表明，采用植株干質(zhì)量相對(duì)值作為鈣效率系數(shù)可以評(píng)價(jià)不同番茄品種幼苗期鈣敏感性。吉雪花（2005）研究了采用離體葉片扦插方法鑒定大白菜品種的鈣敏感性，但扦插法大白菜葉片的癥狀與田間大白菜缺鈣表現(xiàn)的癥狀并不相同。本試驗(yàn)采用不同鈣水平水培方式，研究不同基因型大白菜在不同生育期的癥狀表現(xiàn)，并采用多元回歸分析和聚類分析方法對(duì)參試材料的鈣敏感性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在為大白菜抗性品種的鑒定提供簡(jiǎn)便快捷的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年8～11月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝試驗(yàn)站進(jìn)行，參試大白菜品種共20個(gè)（表1），均由德州市德高蔬菜種苗研究所提供。

采用1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液水培育苗，待幼苗長(zhǎng)出2片真葉時(shí)，移栽至長(zhǎng)45 cm、寬33 cm、高13 cm的塑料盆中，塑料盆頂部鋪設(shè)泡沫苯板，在泡沫苯板上打取直徑約3 cm的圓形小孔，用海綿固定大白菜幼苗，每盆4株。移栽后以1/2 Hoagland營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)5 d，之后通過調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)液鈣水平，設(shè)置5個(gè)處理，分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0 mmol·L-1，每處理3次重復(fù)，每重復(fù)10盆。每隔3 d更換1次營(yíng)養(yǎng)液，并隨著植株的生長(zhǎng)，至蓮座期后每盆保留2株。

1.2 項(xiàng)目測(cè)定

分別在幼苗期、蓮座期、結(jié)球期（處理后18、48、72 d）時(shí)取樣，每處理取10株，測(cè)定植株生長(zhǎng)量、調(diào)查缺鈣干燒心癥狀，并計(jì)算干燒心指數(shù)；采用95%乙醇浸提比色法測(cè)定功能葉片葉綠素含量（Sartory & Grobbelaar，1984）；采用原子吸收法測(cè)定葉片鈣含量（鮑士旦，2000）。各指標(biāo)相對(duì)值=不同鈣水平各指標(biāo)實(shí)測(cè)值/鈣水平4.0 mmol·L-1各指標(biāo)實(shí)測(cè)值。

大白菜干燒心分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：0級(jí)，植株生長(zhǎng)良好，無任何異常癥狀；1級(jí)，1～2片葉葉緣枯黃；2級(jí)，2片葉以上葉緣枯黃；3級(jí)，枯黃葉片面積25%以下；4級(jí)，枯黃葉片面積25%～50%；5級(jí)，枯黃葉片面積50%以上或全株死亡。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)，利用DPS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鈣水平對(duì)大白菜不同生育期干燒心指數(shù)的影響

從表1可以看出，大白菜幼苗期營(yíng)養(yǎng)液鈣水平為0 mmol·L-1時(shí)，不同品種均表現(xiàn)出明顯的干燒心癥狀；鈣水平達(dá)0.5 mmol·L-1時(shí)，雖干燒心指數(shù)變異系數(shù)較大，但干燒心指數(shù)較小，且多數(shù)品種已無缺鈣癥狀；鈣水平≥1.0 mmol·L-1時(shí)，20個(gè)大白菜品種幼苗均無缺鈣癥狀。至蓮座期，鈣水平為0 mmol·L-1處理的大白菜幼苗均已死亡；鈣水平0.5～4.0 mmol·L-1處理的植株多表現(xiàn)出干燒心癥狀，干燒心指數(shù)隨鈣水平的增加而總體上呈降低趨勢(shì)，而變異系數(shù)則相反。結(jié)球期，大白菜植株干燒心癥狀的表現(xiàn)與蓮座期相似，表明不同基因型大白菜對(duì)鈣的敏感性差異較大。

表1 不同鈣水平對(duì)大白菜不同生育期干燒心指數(shù)的影響

2.2 不同基因型大白菜干燒心指數(shù)聚類結(jié)果

對(duì)不同生育期、不同鈣水平處理下大白菜干燒心指數(shù)進(jìn)行聚類分析，發(fā)現(xiàn)幼苗期鈣水平為0 mmol·L-1以及蓮座期、結(jié)球期鈣水平為0.5 mmol·L-1的聚類分析結(jié)果可較好地對(duì)不同基因型大白菜鈣敏感性進(jìn)行分類，3個(gè)時(shí)期分別在歐氏距離35.00、9.00、18.00時(shí)將大白菜分為鈣敏感型、鈣遲鈍型和中間型3類，且聚類結(jié)果基本相同（圖1-A、1-B、1-C），僅石特由圖1-A的鈣敏感型歸到了圖1-B、1-C的中間型，說明大白菜不同品種在不同生育期對(duì)鈣的敏感性基本一致，幼苗期即可鑒定出不同基因型大白菜對(duì)鈣的敏感性。

圖1 部分大白菜鈣敏感性聚類分析結(jié)果

2.3 不同基因型大白菜幼苗期對(duì)鈣水平的反應(yīng)

表2表明，隨鈣水平的升高，幼苗期各品種大白菜植株鮮質(zhì)量、葉片葉綠素含量以及鈣含量均呈增加趨勢(shì)，但變異系數(shù)逐漸降低，表明品種間的差異逐漸縮小。為了更加準(zhǔn)確地反映低鈣水平對(duì)大白菜幼苗的影響，以鈣水平4.0 mmol·L-1為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算鈣水平0、0.5、1.0、2.0 mmol·L-1下大白菜幼苗各指標(biāo)相對(duì)值（數(shù)據(jù)未列出），各指標(biāo)相對(duì)值與表2中測(cè)定值的變化趨勢(shì)一致，說明低鈣水平對(duì)大白菜品種間的影響更為明顯。

2.4 不同鈣水平下大白菜幼苗干燒心指數(shù)回歸模型的建立

為進(jìn)一步明確大白菜植株相關(guān)指標(biāo)與干燒心指數(shù)的相關(guān)關(guān)系，以表2中大白菜幼苗期不同鈣水平下植株相關(guān)指標(biāo)及其相對(duì)值為自變量，幼苗期0 mmol·L-1鈣水平下干燒心指數(shù)為因變量進(jìn)行多元逐步回歸分析，建立回歸模型：Y=215.93-214.81X1-23.39X2（r=0.994 0，F(xiàn)=741.63，P=0.000 0）。

表2 不同鈣水平對(duì)大白菜幼苗期植株鮮質(zhì)量及葉片葉綠素含量、鈣含量的影響

多元回歸分析表明，大白菜幼苗期干燒心指數(shù)主要與0.5 mmol·L-1和4.0 mmol·L-1鈣水平下大白菜植株鮮質(zhì)量相對(duì)值（X1）、葉片葉綠素含量相對(duì)值（X2）有關(guān)，其對(duì)干燒心指數(shù)的決定系數(shù)R2=0.987，表明入選模型的這2個(gè)指標(biāo)可作為大白菜幼苗期鈣敏感性鑒定的指標(biāo)。

2.5 大白菜幼苗干燒心指數(shù)回歸模型入選因子聚類結(jié)果

采用多元逐步回歸分析建立的大白菜幼苗干燒心模型中，只有2個(gè)入選因子，以其為統(tǒng)計(jì)參數(shù)采用類平均法進(jìn)行聚類分析。結(jié)果表明（圖1-D），在歐式距離為15.34時(shí)可將參試大白菜品種分為鈣敏感型、鈣遲鈍型和中間型3類，且聚類結(jié)果與幼苗期（圖1-A）、蓮座期（圖1-B）、結(jié)球期（圖1-C）干燒心指數(shù)聚類結(jié)果基本一致，說明僅采用0.5 mmol·L-1與 4.0 mmol·L-1鈣水平培養(yǎng)大白菜幼苗所得的植株鮮質(zhì)量及葉片葉綠素含量的相對(duì)值，即可較為準(zhǔn)確地確定大白菜品種的鈣敏感性。

3 結(jié)論與討論

鈣是植物必需的營(yíng)養(yǎng)元素，在維持細(xì)胞膜和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性中起重要性作用（Dodd et al.，2010），增施鈣肥可以促進(jìn)馬鈴薯（Banerjee et al.，2014）、青蒜（李賀 等，2013）等作物的生長(zhǎng)。范雙喜和伊東正（2002）研究表明，鈣素缺乏可降低萵苣葉片葉綠素含量。有研究表明，隨鈣水平的降低，紅蔥干尖指數(shù)增加（劉衛(wèi)萍 等，2008）；而隨鈣水平的升高，番茄（Tuna et al.，2007）、青蒜（李賀 等，2013）等作物的鈣含量增加。Zhao等（1982）研究表明，大白菜正常生長(zhǎng)至少需要2 mg·L-1的鈣，當(dāng)培養(yǎng)液中的鈣濃度為0.5 mg·L-1時(shí)會(huì)發(fā)生干燒心癥狀。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同基因型大白菜對(duì)鈣水平的響應(yīng)存在明顯差異，如大白菜幼苗期0.5 mmol·L-1鈣水平下僅有3個(gè)品種出現(xiàn)干燒心癥狀，而在蓮座期和結(jié)球期0.5 mmol·L-1鈣水平下分別有16個(gè)品種出現(xiàn)干燒心癥狀。不同生育期大白菜干燒心指數(shù)聚類分析結(jié)果表明，20個(gè)大白菜品種分為鈣敏感型、鈣遲鈍型和中間型3類，其中以中間型居多；并且，幼苗期鈣水平0 mmol·L-1以及蓮座期、結(jié)球期鈣水平0.5 mmol·L-1的大白菜干燒心指數(shù)聚類結(jié)果基本一致，表明可以在幼苗期對(duì)大白菜鈣敏感性進(jìn)行較為準(zhǔn)確的鑒定。

本試驗(yàn)通過多元逐步回歸分析，建立了大白菜幼苗干燒心指數(shù)與幼苗期不同鈣水平下大白菜植株相關(guān)指標(biāo)的回歸模型，結(jié)果在P=0.05水平上，僅0.5 mmol·L-1與4.0 mmol·L-1鈣水平下大白菜植株鮮質(zhì)量與葉片葉綠素含量相對(duì)值入選，模型決定系數(shù)高達(dá)0.987，表明僅以這2個(gè)指標(biāo)即可較為準(zhǔn)確地反映幼苗的干燒心指數(shù)，即大白菜幼苗的鈣敏感性。為了驗(yàn)證其準(zhǔn)確性，以入選的2個(gè)因子為統(tǒng)計(jì)參數(shù)進(jìn)行聚類分析，其結(jié)果與幼苗期干燒心指數(shù)的聚類結(jié)果完全一致，說明可以用幼苗期0.5 mmol·L-1和4.0 mmol·L-1鈣水平下大白菜植株鮮質(zhì)量與葉片葉綠素含量的相對(duì)值對(duì)大白菜品種的鈣敏感性進(jìn)行早期鑒定。