不同比例海水對番茄幼苗生長發(fā)育的影響

牟曉璐 ，李濤 ，王虹云 ，夏秀波 ，張麗莉 ，曹守軍 ，姚建剛 ，周楊

（1.煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東，264005；2.山東煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院）

我國擁有18000 km以上的大陸海岸線，其中被海水侵襲和覆蓋的沿海灘涂面積高達(dá)217.04萬hm2，由于其土壤中鹽分含量較高，導(dǎo)致大部分農(nóng)作物無法正常生長，土地荒蕪現(xiàn)象嚴(yán)重。隨著沿海灘涂和海水倒灌土地面積的不斷擴(kuò)大，如何充分利用這部分土地，逐漸成為研究熱點(diǎn)。海水蔬菜具有口感好、營養(yǎng)價(jià)值高的優(yōu)點(diǎn)，市場發(fā)展前景廣闊。目前，我國對海水蔬菜的研究主要集中在菠菜、辣椒、芹菜等蔬菜上，孫錦等[1]認(rèn)為，海水脅迫下，菠菜生長受到了光抑制和光氧化傷害；唐寧等[2]發(fā)現(xiàn)低濃度海水對辣椒幼苗生長影響不大；周楊等[3]認(rèn)為海水脅迫抑制了芹菜生長，卻在一定程度上提高了芹菜的品質(zhì)。番茄作為中度鹽敏感型蔬菜，通過相應(yīng)的栽培措施，可以在一定鹽度的灘涂地區(qū)生長，但國內(nèi)外對海水脅迫下番茄生理生化變化的研究很少。

本試驗(yàn)研究番茄在不同比例海水脅迫下的生長及發(fā)育情況，為番茄育種和耐鹽栽培提供理論依據(jù)，促進(jìn)海水番茄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的番茄煙粉207。試驗(yàn)于2018年9月在煙臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜所試驗(yàn)溫室進(jìn)行。采用長×寬×高為25 cm×25 cm×26 cm規(guī)格的水培箱，每個水培箱中定植4株番茄，株距為20 cm，箱內(nèi)裝有營養(yǎng)液循環(huán)裝置。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置7個處理，每個處理3次重復(fù)，每個重復(fù)設(shè)置2盆，共8株番茄，隨機(jī)排列。每個處理營養(yǎng)液按海水在營養(yǎng)液中的體積比分別為5%、10%、15%、20%、25%、30%進(jìn)行配制，分別標(biāo)記為SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30， 以不添加海水的營養(yǎng)液作為對照，記為CK。番茄營養(yǎng)液配方參照日本山崎配方，海水采用青島海之鹽水族科技有限公司生產(chǎn)的珊瑚礁海鹽（表1）配制而成，1 L淡水中溶固體海鹽33.5 g，即濃度為5%的海水，其鹽度為0.175%；濃度為10%的海水，其鹽度為0.350%；濃度為15%的海水，其鹽度為0.525%；濃度為20%的海水，其鹽度為0.700%；濃度為25%的海水，其鹽度為0.875%；濃度為30%的海水，其鹽度為1.050%。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)前先將長勢健壯一致的4葉1心的番茄苗定植于只含營養(yǎng)液的水培箱中，待番茄緩苗后，換成含有不同比例海水的營養(yǎng)液對其進(jìn)行處理。培養(yǎng)第15、30、45天測定番茄生長及相關(guān)生理生化指標(biāo)。生長期間每隔7 d更換1次營養(yǎng)液，日常統(tǒng)一管理。

1.4 測定指標(biāo)及方法

測定番茄植株株高（用直尺測量，葉柄基部至生長點(diǎn)的高度，以cm表示）、莖粗（用游標(biāo)卡尺測量，葉柄基部的莖粗，以mm表示）、葉片數(shù)，幼苗鹽害指數(shù)參考《小麥耐鹽性鑒定評價(jià)技術(shù)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)方法[4]，根據(jù)生長狀況將苗情分為6級，分級標(biāo)準(zhǔn)：0為生長正常，無受害癥狀；1為生長基本正常，個別葉片出現(xiàn)黃斑；2為植株生長緩慢，個別葉片黃化或枯萎；3為植株生長減緩，3～4片綠葉；4為植株生長非常緩慢，只有1～2片綠葉；5為植株停止生長，葉片全部黃化）。

按以下公式計(jì)算鹽害指數(shù)，并根據(jù)表2確定各材料的耐鹽等級。鹽害指數(shù)（%）=∑（N級苗數(shù)×N級）/（5 級×總苗數(shù)）×100。

光合速率測定使用LI-6400XT便攜式光合儀（英國LI-COR公司）[3]；葉綠素含量測定采用95%酒精萃取法[5]；電導(dǎo)率測定采用浸泡法，用相對電導(dǎo)率表示[6]；超氧化物歧化酶（SOD）活性采用張治安等[7]的氮藍(lán)四唑光還原法；過氧化物酶（POD）活性采用郝再彬[8]的愈創(chuàng)木酚比色法；過氧化氫酶（CAT）活性采用紫外分光光度法[9]；丙二醛含量測定采用硫代巴比妥酸法[10]；可溶性蛋白含量測定采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[11]；可溶性糖含量測定參照袁曉華[12]的蒽酮比色法；Ca2+、Mg2+含量測定采用微波消煮法[13]。

圖1 不同比例海水對番茄株高、莖粗、葉片數(shù)及鹽害指數(shù)的影響

表1 珊瑚礁海鹽的成分分析 mg/L

表2 番茄幼苗耐鹽性分級標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同比例海水對番茄生長的影響

由圖1可知，不同處理番茄的株高、莖粗均顯著低于對照（CK），且隨加入海水比例提高，株高、莖粗均呈現(xiàn)下降趨勢。在處理第45天時，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30 處 理 番茄株高分別比CK降低了3.99%、29.85%、37.31%、24.88%、47.27%及58.70%，莖粗分別比CK降低4.21%、15.45%、24.39%、16.22%、28.74%及37.68%。在葉片數(shù)方面，隨添加海水比例的增大，番茄葉片數(shù)呈下降的趨勢，處理第45天時 ，SCW5、SCW10、SCW15、

SCW20、SCW25 及 SCW30處理番茄葉片數(shù)分別比CK減少了1.16%、10.47%、17.44% 、18.60% 、19.77% 、38.37%。不同處理番茄植株的鹽害指數(shù)隨著處理時間的延長均呈現(xiàn)增加的趨勢。在處理第 45天時，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25、SCW30處理番茄的鹽害指數(shù)分別為32.50% 、30.83% 、30.00% 、30.00%、35.00%、36.67%，均小于40%，表明番茄幼苗具有一定的耐鹽性。

表3 不同比例海水對番茄葉綠素含量的影響

2.2 不同比例海水對番茄葉片葉綠素含量的影響

從表3可以看出，添加不同比例海水顯著影響了番茄葉片的葉綠素a、b和胡蘿卜素含量。除SCW5處理外，隨著海水比例的升高和處理時間的延長，不同處理番茄葉片中的葉綠素a、b和胡蘿卜素含量與CK相比均顯著降低。至第45天，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30 處理番茄胡蘿卜素含量分別為CK的87.15%、37.16%、28.44%、25.69%及24.77%、17.43%，葉綠素a含量分別為 CK 的 93.40%、27.20%、29.80%、26.00%、22.80%及7.90%，葉綠素b含量分別為CK的128.12%、80.19%、52.72%、43.77%、27.48%及53.67%。

2.3 不同比例海水對番茄葉片光合參數(shù)的影響

由表4可知，在處理第15天時，各處理光合速率、胞間CO2濃度、蒸騰速率均低于CK，但差異不顯著，而各處理（除SCW5處理外）氣孔導(dǎo)度與CK相比顯著降低。在處理第30天時，除SCW10和SCW30處理外，其余處理間光合速率差異不顯著。在處理第45天時，各處理間光合速率表現(xiàn)為CK＞SCW5＞SCW15＞SCW10＞SCW20＞SCW25＞SCW30。

2.4 不同比例海水對番茄葉片保護(hù)酶活性的影響

在不同比例海水的脅迫下，番茄葉片SOD、POD、CAT活性呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律（圖2）。SOD活性方面，各處理隨海水脅迫時間的延長，SOD活性呈現(xiàn)出不斷升高的趨勢，在第45天時，除SCW10和SCW30外，其他各海水處理均高于CK，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30 處理SOD活性分別為 CK的 115.41%、91.88%、107.84%、114.85%、102.52%、84.87%；POD 活性方面，隨著海水比例的提高和脅迫時間的延長，CK、SCW5處理POD活性呈現(xiàn)出不斷升高的趨勢，而SCW15、SCW20、SCW25及SCW30處理POD活性呈現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢，在培養(yǎng)第45天時，SCW5處理番茄葉片POD活性達(dá)到最大值。與SOD、POD活性相比，番茄葉片CAT活性比較小，在培養(yǎng)第45天時，各處理的CAT活性均明顯低于CK。

2.5 不同比例海水對番茄葉片可溶性蛋白、可溶性固形物、丙二醛含量的影響

可溶性蛋白是重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，其含量的增加和積累能提高植物細(xì)胞的保水能力，對細(xì)胞的生物膜起到一定保護(hù)作用，常作為篩選抗性的指標(biāo)之一[14]。如圖3所示，可溶性蛋白含量隨海水比例的增加呈上升趨勢。在處理第15天時，不同處理番茄葉片可溶性蛋白含量均高于CK，至培養(yǎng)第30天時，各處理與CK間無明顯差異，至處理第45天時，各處理（除SCW30外）均明顯高于CK，具體表現(xiàn)為SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及SCW30 處理分別為 CK的 165.56%、124.30%、108.73%、112.14%、115.27%及91.26%。

表4 不同比例海水對番茄光合參數(shù)的影響

從圖3可以看出，處理過程中，各處理番茄葉片的可溶性糖含量大都低于CK，至第45天時，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30處理分別為 CK的 134.90%、83.17%、93.81%、167.82%、83.42%及80.20%。

丙二醛（MDA）是膜脂過氧化的最終分解產(chǎn)物，其含量可反映植物遭受逆境傷害程度[15]，與抗逆性成負(fù)相關(guān)。隨著海水比例的提高及處理時間的延長，丙二醛含量呈現(xiàn)先降低再升高的趨勢，在培養(yǎng)第45 天 時 ，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25、SCW30處理分別為CK的118.16%、94.86%、116.44%、128.77%、75.27%、75.27%。

圖2 不同比例海水對番茄葉片保護(hù)酶活性的影響

2.6 不同比例海水對番茄葉片相對電導(dǎo)率的影響

相對電導(dǎo)率可以反映植物細(xì)胞對細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定能力和對外界環(huán)境的適應(yīng)和抵御能力，受傷害的程度越大，相對電導(dǎo)率也越大，是研究抗鹽性的主要生理指標(biāo)之一[16]。由圖4可知，隨著海水比例的升高，相對電導(dǎo)率呈增大趨勢。隨著海水脅迫時間的延長，相對電導(dǎo)率呈不同變化趨勢，其中一直增加的有SCW30，先增加后降低的有SCW20、SCW25，先降低后增加的有 CK、SCW5、SCW10。 在培 養(yǎng) 第 45 天 時 ，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25及SCW30處理的相對電導(dǎo)率分別比CK增加 57.14% 、64.28% 、128.57% 、185.71% 、264.29% 、442.86%。

2.7 不同比例海水對番茄葉片Ca2+、Mg2+含量的影響

圖3 不同比例海水對番茄葉片可溶性蛋白、可溶性固形物及丙二醛含量的影響

表5 主要主成分的特征值、貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)

表6 不同比例海水處理番茄耐鹽性綜合評判結(jié)果

鹽脅迫可一定程度上影響Ca2+在植物細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸，從而影響植物體內(nèi)Ca2+的含量[17]。通過對番茄葉片中Ca2+含量的測定發(fā)現(xiàn)，隨脅迫時間的延長，Ca2+含量呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，在處理第45天時，各處理間差異不顯著，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25、SCW30 處理分別為 CK 的99.83% 、119.96% 、117.31% 、108.64% 、105.41% 、100.87%。隨著海水濃度的提高及處理時間的延長，番茄葉片中Mg2+含量與Ca2+含量變化趨勢一致，但明顯高于CK處理，在培養(yǎng)至第45天時，SCW5、SCW10、SCW15、SCW20、SCW25 及 SCW30 處理番茄葉片的Mg2+含量分別為CK的204.67%、266.19%、259.11%、275.24%、347.86%、357.63%。

2.8 不同因素對番茄耐鹽性的綜合評價(jià)

圖4 不同比例海水對番茄相對電導(dǎo)率的影響

番茄的耐鹽性是一個綜合性狀，用不同的評價(jià)指標(biāo)可以得出不同的結(jié)果，因此不能從某單項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)出的結(jié)果來對其進(jìn)行評價(jià)，必須對不同的指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)才能得出比較科學(xué)的結(jié)果[18，19]。參照耿雷躍等[20]評價(jià)方法，本研究選取培養(yǎng)第45天番茄 SOD 活性（X1）、POD 活性（X2）、CAT 活性（X3）、丙二醛含量（X4）、可溶性蛋白含量（X5）、可溶性糖含量（X6）這6個耐鹽性因素作為評價(jià)因子。先對這6個指標(biāo)進(jìn)行同趨化和標(biāo)準(zhǔn)化，然后利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行主成分分析，并得到主成分的特征值、特征向量及貢獻(xiàn)率（表 5）， 前 3項(xiàng)特征值的累積貢獻(xiàn)率為93.0698%＞85%，所以可用第一主成分、第二主成分和第三主成分作為評價(jià)的綜合指標(biāo)。

將不同比例海水處理番茄前3項(xiàng)主成分值與各項(xiàng)指標(biāo)耐鹽系數(shù)建立回歸直線方程。F1=0.4848X1+0.4359X2+0.1561X3+0.4640X4+0.3509X5+0.4606X6；F2=-0.1933X1+0.4077X2+0.8334X3-0.0953X4-0.2435X5-0.1833X6；F3=-0.0917X1+0.3120X2-0.0733X3-0.3961X4+0.7740X5-0.3647X6。綜合評判值：F=0.5857F1+0.2152F2+0.1299F3，由前3項(xiàng)主成分客觀權(quán)重分別與F1、F2、F3之積的和，得到不同比例海水處理對番茄耐鹽性綜合評判結(jié)果（表6），綜合評判值越高，說明番茄耐鹽性越高。

3 結(jié)論與討論

圖5 不同比例海水對番茄葉片Ca2+、Mg2+含量的影響

在營養(yǎng)液中加入海水會對植物的生長產(chǎn)生抑制作用[3]。本試驗(yàn)中，加入海水后，番茄的株高和莖粗均下降，加入海水比例越高，其下降程度越大，表明海水可抑制番茄生長。同時還發(fā)現(xiàn)加入海水可使番茄的葉片數(shù)減少，很可能與鹽脅迫降低了葉原基的發(fā)生率有關(guān)，這與Grieve等[21]研究結(jié)果一致。同時各處理番茄葉片Ca2+含量與CK處理差異不顯著，但Mg2+含量明顯高于CK，這可能與海水中Mg2+含量較高，從而造成番茄細(xì)胞被動過量吸收有關(guān)。

光合色素在光合作用的光能吸收、傳遞中起重要作用。葉綠素含量下降可以看成是植株受害后的重要生理反應(yīng)，從其下降幅度，可以看出其受害程度[22]。本試驗(yàn)中，海水脅迫后，除SCW5處理外，其余處理番茄葉片中葉綠素a、b含量顯著下降，最多下降了90%，表明海水脅迫對番茄植株的傷害程度較高。但在海水處理至第45天時，SCW5處理番茄葉片的葉綠素a、b含量與CK差異不顯著，原因可能是由于低濃度鹽脅迫對植物葉綠素a、b含量合成的影響較小，經(jīng)過一段時間，番茄已經(jīng)對鹽脅迫有了較好的適應(yīng)性，葉綠素a、b的合成功能得到較好的恢復(fù)[23]。但各處理番茄葉片光合速率與CK差異不顯著，這與艾楷棋等[24]的研究結(jié)果不一致，可能是因?yàn)榉讶蕴幱诿缙?，對光合產(chǎn)物的需求不大，海水脅迫后番茄產(chǎn)生的葉綠素含量仍能夠滿足光合作用的需求。

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨添加海水比例的增加，番茄葉片的相對電導(dǎo)率也逐漸增大，SOD活性顯著升高，除SCW25和SCW30處理外，其余處理葉片可溶性糖、可溶性蛋白、MDA含量均高于CK處理，表明番茄植株受傷害的程度不斷增加，這與各處理番茄植株的長勢相一致。SCW25和SCW302個處理番茄葉片的相對電導(dǎo)率最大，但MDA含量卻低于CK，具體原因還需進(jìn)一步的研究。

海水脅迫對番茄植株生長產(chǎn)生一定的抑制作用，導(dǎo)致其葉片生理生化指標(biāo)也發(fā)生了不同的變化，但由于海水屬于復(fù)鹽體系，其對番茄的影響不僅僅局限于NaCl脅迫，還包括Ca2+、Mg2+等在內(nèi)的其他成分的影響，具體影響機(jī)理需要進(jìn)一步的深入研究。本試驗(yàn)中，當(dāng)營養(yǎng)液中海水比例低于15%時，綜合考量其對番茄幼苗的影響較小，番茄仍可較為正常生長。