高玉紅, 閆生輝, 鄧?yán)枥?/p>
(鄭州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,河南鄭州 450121)
我國(guó)是世界上甜瓜種植面積最大的國(guó)家之一,據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年我國(guó)甜瓜栽培面積為40.69萬(wàn)hm2,產(chǎn)量1 527.1萬(wàn)t[1]。甜瓜已成為促進(jìn)部分地區(qū)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)及農(nóng)民增收的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。但甜瓜幼苗時(shí)期是其抵抗力最弱的階段,經(jīng)常會(huì)遇到諸如低溫、干旱、鹽分脅迫等逆境環(huán)境,已成為制約甜瓜產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的瓶頸[2-4]。因此,如何調(diào)整苗期外界環(huán)境條件并培育壯苗成為甜瓜生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究大多局限于單一逆境因子對(duì)甜瓜生長(zhǎng)發(fā)育的影響,并篩選出抗逆性鑒定指標(biāo)[5-7],但這些指標(biāo)多集中在生理生化方面,缺乏直觀性,難以在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。因此亟待開(kāi)展不同逆境脅迫對(duì)甜瓜共同形態(tài)表觀反應(yīng)的研究,以篩選出更為直觀的抗逆性鑒定指標(biāo)。本研究以2種不同類型的薄皮甜瓜為研究對(duì)象,探討了不同逆境脅迫條件對(duì)其幼苗生長(zhǎng)的影響,利用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)不同逆境條件對(duì)甜瓜幼苗的危害程度,并利用主成分分析法篩選出共同的抗逆性鑒定指標(biāo),以期為甜瓜幼苗的綜合抗逆性直觀判斷和提前預(yù)防提供理論依據(jù)。
供試品種:星甜18、翠玉6號(hào)分別為早熟和中晚熟薄皮甜瓜品種,購(gòu)于河南省種子市場(chǎng)。
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 將供試甜瓜品種催芽后,選取生長(zhǎng)一致的芽苗播于盛有混合基質(zhì)(草炭 ∶珍珠巖=3 ∶1)的32孔穴盤,并置于溫室中培養(yǎng)。當(dāng)幼苗生長(zhǎng)到2葉1心時(shí),選擇生長(zhǎng)一致的幼苗,進(jìn)行不同的脅迫處理:(1)低溫脅迫處理:將幼苗置于8 ℃條件下處理6 h,每3 d處理1次;(2)干旱脅迫處理:噴淋含150 g/L聚乙二醇(PEG-6000)溶液,每3 d處理1次;(3)鹽脅迫處理:噴淋含200 mmol/L NaCl的溶液,為防止鹽刺激,以每天50 mmol/L的濃度梯度遞增;(4)水分脅迫處理:將穴盤放入裝有水的托盤中,水面始終保持3 cm高度。各個(gè)處理均在生長(zhǎng)過(guò)程中噴淋50 mL Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液維持幼苗生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng),以正常生長(zhǎng)條件下噴淋相同數(shù)量的Hoagland完全營(yíng)養(yǎng)液的幼苗為對(duì)照,每個(gè)處理3次重復(fù)。
1.2.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法 甜瓜幼苗生長(zhǎng)至4葉1心時(shí),每個(gè)處理選5株進(jìn)行相關(guān)生長(zhǎng)指標(biāo)的測(cè)定:株高(SH)(根莖相交處到最高生長(zhǎng)點(diǎn)的長(zhǎng)度)、莖粗(SD)(子葉下約1 cm處)、地上部鮮質(zhì)量(SFW)、根鮮質(zhì)量(RFW)、地上部干質(zhì)量(SDW)和根干質(zhì)量(RDW)(將稱量完鮮質(zhì)量的甜瓜植株地上部和根系在105 ℃下殺青30 min,再在80 ℃恒溫下烘干至恒重);計(jì)算壯苗指數(shù)(ISG)=(根鮮質(zhì)量/地上部鮮質(zhì)量+莖粗/株高)×全株鮮質(zhì)量;葉面積(LA)采用稱質(zhì)量法測(cè)定[8]。
1.2.3 逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗傷害性綜合評(píng)價(jià)方法
傷害系數(shù)=(對(duì)照值-處理值)/對(duì)照值×100%。
采用隸屬函數(shù)法進(jìn)行耐鹽性綜合評(píng)價(jià),計(jì)算逆境對(duì)幼苗傷害性相關(guān)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值[9]。
Xij=(xij-ximin)/(ximax-ximin)。
式中:xij為i品種j指標(biāo)值;ximin為j指標(biāo)最小值;ximax為j指標(biāo)最大值。累加各品種各指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值即為總隸屬函數(shù)值(SUM)。
利用Excel 2003和DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,差異顯著性檢驗(yàn)(α=0.05)采用Duncan’s新復(fù)極差法。
不同逆境脅迫處理顯著抑制了甜瓜幼苗的生長(zhǎng),且2個(gè)甜瓜品種幼苗對(duì)逆境脅迫的響應(yīng)有明顯差異(表1)。對(duì)于早熟品種星甜18而言,各逆境處理間SD、RDW、ISG差異不顯著,低溫脅迫對(duì)SFW、SDW、LA影響較大;干旱脅迫主要影響SH、RFW、SDW、LA等指標(biāo);鹽脅迫對(duì)SH、SFW、RDW、LA的影響較大。對(duì)中晚熟品種翠玉6號(hào)而言,低溫脅迫對(duì)SD、SFW、SDW、RDW、LA、ISG影響較大;干旱脅迫主要影響SH、SD、SFW、RFW、SDW、ISG等指標(biāo);鹽脅迫對(duì)SH、SD、RDW、LA影響較大。與其他逆境條件相比,水分脅迫對(duì)2種甜瓜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)的影響均相對(duì)較小。表明逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗的傷害程度受品種和逆境類型等因素的影響和制約。
表1 不同逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)的影響
注:同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。
綜合8個(gè)與甜瓜幼苗生長(zhǎng)相關(guān)的指標(biāo),利用隸屬函數(shù)值評(píng)價(jià)不同逆境脅迫的傷害程度。由表2可以看出,干旱脅迫、鹽脅迫對(duì)早熟品種星甜18的傷害性較大,其總隸屬函數(shù)值分別為3.440、4.323,水分脅迫的傷害性較小,總計(jì)隸屬函數(shù)值為0.477;低溫脅迫、干旱脅迫對(duì)中晚熟品種翠玉6號(hào)的傷害性較大,其總隸屬函數(shù)值分別為5.750、5.123,水分脅迫的傷害性較小,總隸屬函數(shù)值為0.652。結(jié)果表明,早熟品種對(duì)干旱脅迫、鹽脅迫較為敏感,而中晚熟品種對(duì)低溫脅迫、干旱脅迫較為敏感;相比其他逆境條件,2種不同熟性類型的品種對(duì)水分脅迫的耐受性均較強(qiáng)。
表2 逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗期各指標(biāo)傷害系數(shù)的影響
通過(guò)對(duì)星甜18、翠玉6號(hào)2種甜瓜的8個(gè)幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)進(jìn)行抗逆性主成分分析,可將8個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4個(gè)主成分,均以第1個(gè)主成分貢獻(xiàn)率最大,其特征值分別為6.59、6.44,累計(jì)貢獻(xiàn)率分別可達(dá)82.39%、80.53%,即第1個(gè)主成分已經(jīng)基本攜帶了8個(gè)抗逆指標(biāo)80%以上的信息(表3)。由表3可以看出,RFW、ISG、LA、SD、RDW可作為早熟品種星甜18苗期綜合抗逆性的鑒定指標(biāo);SD、ISG、LA、RFW可作為中晚熟品種翠玉6號(hào)苗期綜合抗逆性的鑒定指標(biāo)。
表3 2種甜瓜幼苗抗逆性綜合評(píng)價(jià)主成分分析
植物在生長(zhǎng)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到干旱、鹽堿、高溫等不良環(huán)境條件,導(dǎo)致體內(nèi)的一系列生理生化活動(dòng)的變化[10-13],進(jìn)而影響植物外部的表觀形態(tài)[14]。因此,表觀形態(tài)的改變更能直觀地反映其受外界環(huán)境條件的脅迫程度。本研究通過(guò)室內(nèi)模擬低溫、干旱、水分、鹽等逆境條件,探討了其對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育的影響,結(jié)果表明,低溫、干旱、水分、鹽等逆境脅迫均顯著抑制了甜瓜幼苗的生長(zhǎng),與王興虎等分別利用不同逆境條件對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)影響的研究結(jié)果[15-18]一致。8個(gè)生長(zhǎng)指標(biāo)對(duì)不同逆境脅迫的響應(yīng)有明顯差異,受品種類型的影響和制約,可能與逆境脅迫的傷害機(jī)制及品種自身敏感程度有關(guān),具體原因還有待進(jìn)一步研究。
隸屬函數(shù)法作為一種模糊數(shù)學(xué)方法,已被大多數(shù)學(xué)者用來(lái)對(duì)受到多種因素制約的研究對(duì)象做綜合性評(píng)價(jià)[19-20]。為克服單一指標(biāo)評(píng)價(jià)的片面性,更全面反映不同逆境脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長(zhǎng)的危害程度,本研究選取與甜瓜生長(zhǎng)有關(guān)的8個(gè)性狀指標(biāo),利用總隸屬函數(shù)值對(duì)不同逆境條件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示,早熟品種對(duì)干旱脅迫、鹽脅迫較為敏感,而中晚熟品種對(duì)低溫脅迫、干旱脅迫較為敏感。相比其他逆境條件,2種熟性類型的品種對(duì)水分脅迫的耐受性均較強(qiáng)。因此,在栽培管理過(guò)程中,對(duì)于早熟品種而言,應(yīng)特別注意防止干旱、鹽脅迫傷害,做好土壤肥水管理,在育種上應(yīng)加強(qiáng)其抗旱和耐鹽能力方面的改進(jìn)。對(duì)于中晚熟而言,應(yīng)特別注意防止低溫、干旱脅迫傷害,做好溫度和土壤水分管理,在育種上應(yīng)加強(qiáng)其耐低溫和抗旱能力方面的改進(jìn)。但本試驗(yàn)僅僅人為模擬逆境條件對(duì)其進(jìn)行了研究,可能與實(shí)際生產(chǎn)有一定差距,還需進(jìn)一步大田試驗(yàn)驗(yàn)證。
利用主成分分析方法將8個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化成為4個(gè)綜合指標(biāo),使各種逆境脅迫下甜瓜幼苗生長(zhǎng)指標(biāo)差異具有可比性,RFW、ISG、LA、SD、RDW可作為早熟品種星甜18苗期綜合抗逆性的鑒定指標(biāo);SD、ISG、LA、RFW可作為中晚熟品種翠玉6號(hào)苗期綜合抗逆性的鑒定指標(biāo)。這一結(jié)果可為甜瓜幼苗的綜合抗逆性的直觀判斷提供理論依據(jù),但大多數(shù)研究認(rèn)為植物形態(tài)和生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境脅迫的反映往往落后于生理反應(yīng),一旦植株表觀現(xiàn)象呈現(xiàn),逆境造成的傷害可能難以恢復(fù)[20],在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用還有一定的局限性。因此,還應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)甜瓜逆境脅迫的系統(tǒng)性研究,將生長(zhǎng)方面的表觀形態(tài)和生理反應(yīng)特征有效結(jié)合起來(lái),更有助于采取切實(shí)可行的技術(shù)措施,為有效防止生產(chǎn)上的逆境傷害奠定基礎(chǔ)。