不同加工番茄品種耐鹽性篩選與綜合評價

武虹宇，張寶月，閆聰碩，張 鑫，楊莉莉，支金虎*

(1.塔里木大學農(nóng)學院，新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學南疆綠洲農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究中心，新疆 阿拉爾 843300；3.環(huán)塔里木生態(tài)農(nóng)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，新疆 阿拉爾 843300)

加工番茄是番茄的一種栽培品種，具有矮化自封頂、花期集中和耐貯藏運輸?shù)忍攸c，是制備番茄醬、番茄汁的理想原料[1]。目前，我國是世界番茄醬出口國之一，出口貿(mào)易量占全世界番茄醬總貿(mào)易量的30%～40%[2]。我國95%以上的番茄醬產(chǎn)于西北和東北地區(qū)，其中新疆作為主要生產(chǎn)地，是世界三大制醬加工番茄種植基地之一，其產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的一半以上[2]。新疆加工番茄病蟲害少，番茄紅素和可溶性固形物含量高，是區(qū)域特色優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品，而新疆作為我國加工番茄的主要產(chǎn)區(qū)，其生產(chǎn)能力占全國的90%以上[3-4]。但新疆地處內(nèi)陸干旱區(qū)，水資源缺乏，干旱土壤水分蒸發(fā)強烈，地表積鹽較重，最容易引起土壤鹽漬化[5]，而鹽堿脅迫是影響作物分布和生長發(fā)育的重要環(huán)境脅迫因子。在鹽堿地種植加工番茄，不僅會抑制加工番茄種子的萌發(fā)，影響植株的生長發(fā)育，還會降低產(chǎn)量和品質[6]。大量研究表明，在植物生長過程中，種子萌發(fā)期是對鹽脅迫十分敏感的時期之一，根系是感受鹽脅迫的第一個器官，但在感受鹽脅迫處理方面，芽比根系更敏感，在鹽環(huán)境中植物能否生存的第一步取決于它能否成功萌發(fā)[7]。Nelal[8]提出種子萌發(fā)期比生長期更容易遭受鹽分的威脅，鹽分濃度較低時未對種子發(fā)芽率產(chǎn)生明顯影響，甚至出現(xiàn)刺激種子發(fā)芽的現(xiàn)象，當鹽分上升到一定濃度時才會對發(fā)芽率產(chǎn)生抑制作用。植物的正常生長發(fā)育需要一個適度的鹽分環(huán)境，鹽漬化土壤導致植物器官中Na+濃度升高，而Na+過量積累會降低細胞的水勢進而造成潛在的滲透脅迫，抑制植物生長發(fā)育[9]。目前，多數(shù)試驗的研究方向是單一鹽脅迫對種子萌發(fā)的影響，但這與生產(chǎn)實際往往存在一定的距離[10]，因為鹽漬土壤對植物生長的影響往往以復鹽形式出現(xiàn)。對此，選用新疆阿拉爾本土白鹽殼進行復鹽提取，以6種不同熟制的加工番茄為材料進行鹽分脅迫處理，采用模糊綜合評價和聚類分析法研究不同加工番茄品種在鹽脅迫下種子萌發(fā)生長的耐鹽性，探究不同程度鹽脅迫對加工番茄幼苗萌發(fā)的影響，為新疆耐鹽番茄品種鑒定、篩選和育種及設施耐鹽栽培技術應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試番茄品種分別為早熟品種屯河9 號、亞心87-5、中熟品種4850，306，晚熟品種1634，686、均由中糧屯河有限責任公司提供；白鹽殼從兵團一師阿拉爾市11團荒地土壤提取。

1.2 試驗方法

采用白鹽殼溶液模擬鹽分含量（119 g/kg），利用蒸餾水將白鹽殼按照1∶5比例從土壤中提取浸出液，吸取一定量的土壤浸出液在水浴鍋上蒸干，并反復使用H2O2處理，直至殘渣全變?yōu)榘咨?。稱取白色殘渣，加入1∶5 的蒸餾水，震蕩、吸取溶液。通過模擬NaCl脅迫得出白鹽殼溶液脅迫最適區(qū)間范圍：0～50 g/L。設置5 個處理，分別為0 g/L（以蒸餾水為CK），12.5 g/L（T1），25 g/L（T2），37.5 g/L（T3），50 g/L（T4）。先對試驗器材進行消毒處理，各品種分別選取30粒飽滿、外觀一致的種子用1%的高錳酸鉀溶液消毒15～20 min后用無菌水沖洗干凈。然后，將消毒后的種子均勻擺放在加入10 mL處理液并內(nèi)鋪3層定性濾紙的干凈玻璃培養(yǎng)皿中（直徑9 cm），于人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)進行發(fā)芽試驗。培養(yǎng)溫度為(25±1)℃，相對濕度為70%。發(fā)芽期間，從第3 d開始每天記錄種子發(fā)芽粒數(shù)(以根長在0.2 cm 以上為發(fā)芽標準)，并用稱質量法保持每個培養(yǎng)皿的白鹽殼濃度基本一致。第8 d 發(fā)芽結束時，計算種子發(fā)芽勢、發(fā)芽率、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)。測定結束后，從每個培養(yǎng)皿里選取15株正常芽苗，用游標卡尺分別測量每株番茄的胚根和胚軸長度。

1.3 測定指標及其方法

發(fā)芽率（GR）=（發(fā)芽結束期全部發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%；

發(fā)芽勢（GP）=（前4 d 內(nèi)發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù)）×100%；

發(fā)芽指數(shù)（GI）=∑（每日種子發(fā)芽數(shù)／種子發(fā)芽天數(shù)）；

活力指數(shù)（VI）=GI×RL（GI 為發(fā)芽指數(shù)，RL 為胚根長）；

隸屬值（X'ij）=(Xij－Xjmin)/(Xjmax－Xjmin)。

公式中X'ij為i品種j指標在某一濃度下的耐鹽隸屬值；Xij為i品種j指標在該濃度下的測定值；Xjmax為該濃度下j指標測定的最大值；Xjmin為該濃度下j指標中的最小值。

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

數(shù)據(jù)用Excel 2007 統(tǒng)計處理后用SPSS 26.0 進行方差分析。采用模糊數(shù)學求隸屬函數(shù)的方法進行綜合評價[11]，發(fā)現(xiàn)耐鹽隸屬總平均值越大耐鹽性越強[12]。利用系統(tǒng)聚類法，將各個發(fā)芽指標以歐式距離作為加工番茄種質間距離進行聚類分析，建立種質資源聚類線譜圖。

2 結果與分析

2.1 不同鹽分濃度對番茄種子發(fā)芽率和發(fā)芽勢的影響

種子的發(fā)芽能力在脅迫條件下會發(fā)生變化，其發(fā)芽率和發(fā)芽勢是反映種子發(fā)芽能力的主要指標[13]。不同鹽濃度下加工番茄的發(fā)芽率和發(fā)芽勢分別見圖1和圖2。

圖1 不同鹽濃度下加工番茄的發(fā)芽率Figure 1 Germination percentage of processed tomatoes under different salt concentration

圖2 不同鹽濃度下加工番茄的發(fā)芽勢Figure 2 Germination potential of processed tomatoes under different salt concentration

由圖1可知，在T1濃度下，屯9發(fā)芽率高于CK，亞心87-5，1634，686 的發(fā)芽率低于CK，其余品種發(fā)芽率與CK 基本保持一致，這說明中熟品種的加工番茄在較低濃度白鹽殼溶液脅迫下對種子的萌發(fā)無明顯影響；在T2濃度下，所有參試加工番茄品種發(fā)芽率均有所下降，其中屯9 下降趨勢較大，這說明隨著濃度的升高，加工番茄種子發(fā)芽受到明顯抑制，屯9 的耐鹽性稍弱于其他品種；在T3濃度下，所有番茄品種的發(fā)芽率均趨向于0，相較于其他品種，306 耐鹽性較強；在T4濃度下，所有番茄品種的發(fā)芽率均為0，這說明白鹽殼溶液濃度50 g/L 是參試加工番茄品種發(fā)芽的臨界值。

由圖2可得，當白鹽殼溶液濃度為0 g/L（CK）時，所有參試加工番茄品種的發(fā)芽勢以686 最高，達到95.56%，1634，4850，306發(fā)芽勢較高，達90%以上，屯9 和亞心87-5 發(fā)芽勢較低，在50%～80%之間；在T1濃度下，屯9，686，4 850 的發(fā)芽勢均高于CK，306 與CK保持一致，其他品種低于CK，但下降幅度較低，這說明較低濃度的鹽分脅迫對加工番茄種子萌發(fā)具有促進作用；在T2濃度下，中熟和晚熟品種發(fā)芽勢均高于早熟品種，其中屯9 發(fā)芽勢最低，只有4.44%；在T3濃度下，屯9、亞心87-5，1634發(fā)芽勢均為0，306發(fā)芽勢最高為12.22% ，其次為4850，最后為686；在T4濃度下，所有參試加工番茄發(fā)芽勢均為0。由此說明，早熟品種亞心87-5、中熟品種306、晚熟品種686 的耐鹽性強于同熟制的其他品種。

2.2 不同鹽分濃度對番茄種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)的影響

發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)分別反映了幼苗生長情況和種子活力水平的總體表現(xiàn)[12]。不同鹽濃度下加工番茄的發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)見圖3。

圖3 不同鹽濃度下加工番茄的發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)Figure 3 Germination index and viability index of processed tomatoes under different salt concentration

由圖3 可知，隨著鹽分濃度的增加，屯9，4850 的發(fā)芽指數(shù)呈先升后降發(fā)展趨勢，亞心87-5，306，1634，686的發(fā)芽指數(shù)呈先降后升趨勢；6種加工番茄的活力指數(shù)均表現(xiàn)出先升后降的趨勢。

發(fā)芽指數(shù)是種子每天發(fā)芽個數(shù)與發(fā)芽時間的綜合體現(xiàn)[14]。當白鹽殼溶液濃度為0 g/L時，686發(fā)芽指數(shù)最高，達32.20，4850，306，1634、屯9 的發(fā)芽指數(shù)均高于25；在T1濃度下，亞心87-5，306，1634，686的發(fā)芽指數(shù)低于CK，其余品種的發(fā)芽指數(shù)均高于CK，但變化幅度不大；在T2濃度下，6種加工番茄的發(fā)芽指數(shù)均呈下降趨勢，其中屯9最低為1.64；在T3濃度下，306的發(fā)芽指數(shù)最高為4.16，其余品種均接近于0。隨著濃度的增加，到T4濃度時，所有品種的發(fā)芽指數(shù)均為0。

活力指數(shù)結合種子發(fā)芽速率和胚根長度2 個指標，更具有代表性[14]。當白鹽殼溶液濃度為0 g/L 時，屯9 活力指數(shù)最高達到141，686 最低不足100，其余品種均高于100；在T1濃度下，1634上升幅度最大，其次為4850，686，各品種的種子活力指數(shù)均有不同程度的增加；隨著白鹽殼溶液濃度的增加，各品種的種子活力指數(shù)不斷下降，T3濃度時1634 的活力指數(shù)為0，其他品種在濃度為T4時活力指數(shù)為0。

2.3 不同鹽分濃度對番茄種子胚根長和胚軸長的影響

幼根的長度可以表現(xiàn)出不同品種番茄幼根對白鹽殼脅迫的承受能力[15]，見圖4和圖5。

圖4 不同鹽濃度下加工番茄的胚根長Figure 4 Radicle length of processed tomato under different salt concentration

圖5 不同鹽濃度下加工番茄的胚軸長Figure 5 Hypocotyl lengtn of processed tomato under different salt concentration

由圖4和圖5可知，從胚根長來看，T1濃度時所有參試加工番茄種子的胚根長與對照相比均有顯著差異；T2濃度時所有參試品種的胚根長均短于CK，其中亞心87-5，4850 與CK 有顯著差異；T3濃度時早熟品種（屯9、亞心87-5）呈下降趨勢，中熟品種(4850，306）和晚熟品種（1634，686）呈上升趨勢，其中4850，686 與對照相比有顯著差異。從胚軸長來看，T1濃度時所有參試品種較CK 均有提升，其中除屯9、亞心87-5外，其他4種加工番茄種子胚根與對照相比有顯著差異；T2濃度時所有參試品種的胚根長與對照相比呈顯著差異，較CK均有下降；T3濃度時所有參試品種與CK相比均有顯著性差異。

2.4 加工番茄萌發(fā)期耐鹽性綜合評價

影響植物種子萌發(fā)的因素有很多，單個生長指標不能完全反映其耐鹽性能。在白鹽殼模擬鹽堿脅迫下，以單一評價指標判斷加工番茄種子在萌發(fā)時期的抗鹽性是片面的，應從多個指標加以綜合分析。采用隸屬函數(shù)法綜合評價法（見表1），以6 種加工番茄的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長、胚軸長這6個指標為依據(jù)，進行計算分析。

表1 加工番茄萌發(fā)期耐鹽性綜合評價Table 1 Comprehensive evaluation of salt toleranceof processed tomato during germination stage

從表1 可以看出，這6 種加工番茄的綜合評價值范圍在0.25～0.50之間，其中1634的隸屬平均值最高為0.433，其他依次為306，4850，686、屯9、亞心87-5。依據(jù)綜合評價法對6種加工番茄的耐鹽性強弱進行排序，依次為1634，306，4850，686、屯9、亞心87-5。

2.5 加工番茄萌發(fā)期耐鹽性聚類分析

將6種加工番茄耐鹽性的平均隸屬值用SPSS 26.0進行聚類分析，結果見圖6。

圖6 6種加工番茄耐鹽性的聚類分析圖Figure 6 Cluster analysis diagram of salt tolerance of 6 processed tomato varieties

由圖6 可看出，依據(jù)歐氏距離＞5[16]，可以將6 種加工番茄分為三大類群：第一類群包括4850，1634，306，686這4種品系，其指標變化率和相對值均較大，可將其歸類為耐鹽性品種。此類品種的發(fā)芽率達51.68%，發(fā)芽指數(shù)達0.483 3，在發(fā)芽表現(xiàn)上具有明顯優(yōu)勢；第二類群只有屯9，其指標變化率和相對值居中，可將其歸類為中度耐鹽性品種。此品種的胚軸在所有參試品種中最長達0.498；第三類群只有亞心87-5，其指標變化率和相對值較低，可將其歸類為鹽敏感品種。此品種的胚根在所有參試品種中最長達0.389，且發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均高于第二類群。

3 結論與討論

鹽脅迫是植物在逆境中生長發(fā)育的主要脅迫形式之一，不同地區(qū)鹽漬土中的鹽分比例各不相同，因此只研究單一鹽分脅迫對作物的影響具有片面性[17]。輕微的鹽脅迫對植物生長發(fā)育有積極影響，但大量的鹽分會使種子死亡。采用不同用量的復合鹽對加工番茄進行鹽分脅迫處理，所得試驗結果為：當達到T4濃度時，所有參試加工番茄均死亡，故可初步推斷6種加工番茄的耐鹽臨界值為50 g/L左右。

番茄的不同生長階段具有不同的耐鹽機制，目前對番茄耐鹽性的研究多集中在發(fā)育早期，這是因為番茄對鹽脅迫最敏感的時期是種子萌發(fā)期和幼苗生長期[18]。根系是植物吸收水分和養(yǎng)分的重要器官，在鹽脅迫下通過對根系生長變化進行研究可進一步探究植物在鹽堿環(huán)境中對外界做出的生理生化反應[19]。鹽脅迫對番茄種子萌發(fā)影響主要表現(xiàn)為3個方面—即種子萌發(fā)時間延長、胚根與胚芽比增大、發(fā)芽率降低[20]。鹽脅迫對番茄種子萌發(fā)的研究中通常采用發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)作為評價種子萌發(fā)的重要指標，可反映種子發(fā)芽速度，發(fā)芽整齊度和幼苗健壯的潛力[21]。試驗條件下，T1濃度時，屯9、亞心87-5，4850，306，1634，686的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚根長、胚軸長均高于CK(0 g/L)，說明較低濃度的鹽脅迫對一些加工番茄的萌發(fā)以及生長有促進作用，這與顧少涵[22]等在番茄種子萌發(fā)特性的研究中發(fā)現(xiàn)低濃度下各番茄品種的發(fā)芽率均高于對照的結論是符合的。隨著濃度的增加，T2濃度時所有參試加工番茄品系的發(fā)芽率、發(fā)芽勢胚根長和胚軸長與T1相比，均有所下降，說明當鹽分濃度升高時，加工番茄種子的萌發(fā)與生長受到了抑制；T3濃度時，6種加工番茄的發(fā)芽率、發(fā)芽勢大幅度下降，早熟（屯9、亞心87-5）和晚熟（1634，686）的發(fā)芽率幾乎接近于0，可以初步推斷出一些中熟品種的耐鹽性較早熟和晚熟品種高，屯9、亞心87-5 的胚根長低于CK(0 g/L)，4850，1 634，686三種品系均高于T1，只有306與CK(0 g/L)和T1基本持平，屯9，306 隨著鹽分濃度的升高呈先升后降的趨勢，其余4 種品種的胚軸長均高于T2。梁云媚[23]等的研究發(fā)現(xiàn)，隨著鹽濃度的升高，部分苜蓿種子發(fā)芽指數(shù)逐漸下降，部分則先上升再下降，還有的則出現(xiàn)波動現(xiàn)象。T4濃度時，所有參試品種的發(fā)芽率、發(fā)芽勢、胚根長、胚軸長均為0。

近年來，研究學者通過模糊隸屬函數(shù)中的綜合評價以及聚類分析等方法對大豆、花生、油菜、小麥等作物進行抗逆性分析篩選[24-27]。研究采用模糊綜合評價法和聚類分析對6 個指標進行分析，6 種加工番茄品系劃分為耐鹽品種、中度耐鹽品種以及鹽敏感品種。結論是在對苗期種子發(fā)芽響應的基礎上得出的，雖然苗期是對鹽害最為敏感的階段[26]，但植物不同的生長階段對鹽害的耐受能力各不相同，加之不同的品種對鹽分的吸收程度和耐鹽性各不相同，因此對不同品種生長發(fā)育的耐鹽性鑒定有待進一步的驗證。除此之外，對加工番茄進行全面的耐鹽性評價還需在鹽堿地進行全生育期的研究。

4 結論

研究采用白鹽殼復合鹽對6種加工番茄種子萌發(fā)進行鹽脅迫研究，通過測定發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、胚根長、胚軸長6個指標，運用方差分析、綜合評價以及聚類分析篩選出適宜的濃度（12.5 g/L）和鹽敏感性品種（亞心87-5）。通過研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的鹽分對加工番茄的萌發(fā)以及生長有促進作用，反之，隨著濃度的增加，各性狀呈現(xiàn)出先升后降的趨勢。因此，在生產(chǎn)中加工番茄的播種土壤鹽濃度不宜超過25 g/L。