26 份甜瓜材料耐鹽性鑒定與評(píng)價(jià)

李世玉，程登虎，閆 星，趙 娟，張 顯，袁 飛，徐 紅，張 勇

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院 陜西楊凌 712100； 2.東臺(tái)國家現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園 江蘇東臺(tái) 224200）

近年來，設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展中土壤次生鹽漬化問題日益突出，嚴(yán)重抑制了作物的生長發(fā)育，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)下降，進(jìn)而影響種植效益。甜瓜（L）是一種非常重要的經(jīng)濟(jì)作物，在我國的東北、華北、西北、長江中下游、華南和西南等地區(qū)都有種植，它的果肉甜美清爽，香氣怡人，十分受人們的喜愛。面對(duì)鹽漬化日益嚴(yán)峻的形勢(shì)，選育耐鹽性能力強(qiáng)的甜瓜品種，對(duì)于利用鹽堿化土壤、提高甜瓜耐鹽性具有重要意義。

耐鹽性是復(fù)雜的數(shù)量性狀，不同的基因型具有不同的抗鹽機(jī)制；同一基因型在不同的抗鹽階段的抗鹽機(jī)制也不同。因而從單項(xiàng)指標(biāo)上進(jìn)行抗鹽性評(píng)價(jià)不能有效地反映其抗鹽性的強(qiáng)弱。因此，近年來多采用多變量統(tǒng)計(jì)方法的綜合性評(píng)價(jià)進(jìn)行耐鹽性評(píng)價(jià)。目前，綜合性評(píng)價(jià)運(yùn)用的分析方法主要有抗鹽性隸屬函數(shù)法、抗鹽性聚類分析法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法等。甜瓜苗期耐鹽性鑒定多采用隸屬函數(shù)法或鹽害指數(shù)單獨(dú)進(jìn)行評(píng)價(jià)，而同時(shí)結(jié)合2種方法進(jìn)行綜合聚類分析的研究鮮有報(bào)道。本研究中，筆者采用盆栽NaCl 溶液進(jìn)行灌根試驗(yàn)，對(duì)26份甜瓜材料進(jìn)行鹽脅迫，統(tǒng)計(jì)材料的鹽害指數(shù)；同時(shí)，研究鹽脅迫對(duì)甜瓜幼苗生長指標(biāo)和生理指標(biāo)的影響，并依據(jù)各指標(biāo)計(jì)算其隸屬函數(shù)值，最后依據(jù)鹽害指數(shù)和隸屬函數(shù)值綜合評(píng)價(jià)材料的耐鹽性，篩選出較耐鹽的甜瓜材料，以期為耐鹽品種選育和甜瓜耐鹽機(jī)制的研究提供材料和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021 年在西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院日光溫室進(jìn)行。26 份供試材料由西北農(nóng)林科技大學(xué)西瓜甜瓜課題組提供。包括10 份雜交系：農(nóng)大甜5 號(hào)、農(nóng)大甜6 號(hào)、農(nóng)大甜7 號(hào)、農(nóng)大甜8 號(hào)、農(nóng)大甜9 號(hào)、農(nóng)大甜10 號(hào)、玻璃脆、冰糖子、唐甜8、羊角蜜，16 份自交系：M303、M174、M25、M114、M182、M318、M312、M315、M316、M183、M184、M109、M118、M120、M131、M185。材料相關(guān)信息見表1。

表1 26 份甜瓜材料名稱及類型

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

挑選大小一致、飽滿的不同材料甜瓜種子，55 ℃溫湯消毒殺菌后浸泡6～8 h 后，于29 ℃恒溫箱中催芽12～24 h，待種子露白發(fā)芽后播種于50 孔育苗穴盤中。待幼苗長至2 葉1 心時(shí)移栽至裝有基質(zhì)的塑料營養(yǎng)缽（10 cm×10 cm）中，放置于日光溫室內(nèi)培養(yǎng)，期間每隔2 d 澆1 次Hoagland 營養(yǎng)液，每缽澆30 mL。在甜瓜幼苗3 葉1 心時(shí)，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行鹽脅迫處理，300 mmol·LNa-Cl 溶液灌根鹽脅迫處理，正常澆水作為CK 對(duì)照，每3 d 進(jìn)行1 次灌根處理，共3 次。處理中NaCl 溶液濃度是通過前期預(yù)試驗(yàn)中設(shè)置不同濃度NaCl（100、200、300、400 mmol·L）篩選得出。各處理3次重復(fù)，每個(gè)處理15 株。鹽脅迫處理9 d 后，進(jìn)行生長指標(biāo)的測定，統(tǒng)計(jì)幼苗生長狀況計(jì)算鹽害指數(shù)，并取樣保存用于生理指標(biāo)的測定。

1.3 鹽害指數(shù)統(tǒng)計(jì)

參照王喜濤的方法，結(jié)合本試驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，對(duì)甜瓜幼苗鹽害癥狀進(jìn)行分級(jí)及鹽害指數(shù)=∑[各株級(jí)數(shù)/（最高級(jí)數(shù)×總株數(shù)）]的計(jì)算，甜瓜幼苗鹽害分級(jí)見表2。幼苗鹽害癥狀如圖1 所示。

圖1 甜瓜幼苗5 級(jí)鹽害癥狀

表2 甜瓜幼苗鹽害癥狀分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.4 生長指標(biāo)測定

株高：用卷尺測量莖基部到幼苗生長點(diǎn)的距離。莖粗：用游標(biāo)卡尺測定幼苗子葉下方1 cm 處的直徑。地上部鮮質(zhì)量：用去離子水沖洗植株后，拿吸水紙吸干水分，用天平稱取地上部鮮質(zhì)量。各指標(biāo)選取3 株測定，3 次重復(fù)。

1.5 生理指標(biāo)測定

利用電導(dǎo)儀測定葉片相對(duì)電導(dǎo)率（REC）；參照硫代巴比妥酸法通過分光光度計(jì)測定丙二醛（MDA）含量；利用便攜式光合儀測定葉片凈光合速率（）；利用便攜式葉綠素儀測定葉綠素含量。各指標(biāo)選取3 株測定，3 次重復(fù)。

1.6 數(shù)據(jù)處理

為了更好地反映不同甜瓜品種的耐鹽性，在分析時(shí)將各性狀指標(biāo)換算成相對(duì)應(yīng)的耐鹽系數(shù)再進(jìn)行隸屬函數(shù)計(jì)算。試驗(yàn)中相關(guān)指標(biāo)計(jì)算公式如下：

耐鹽系數(shù)（）/%=鹽脅迫測定值/對(duì)照測定值×100；

隸屬函數(shù)計(jì)算公式如下：

當(dāng)測定值與耐鹽性呈正相關(guān)則用F=（X-）/（-）；

當(dāng)測定值與耐鹽性呈負(fù)相關(guān)則用F=1-（X-）/（-）。

F代表不同品種性狀指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，X代表種質(zhì)指標(biāo)的耐鹽系數(shù)，表示26 個(gè)種質(zhì)中各指標(biāo)耐鹽系數(shù)最小值，表示26 個(gè)種質(zhì)耐鹽系數(shù)最大值。

用Excel 2018 軟件進(jìn)行作圖，用SPSS 21.0 軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan 新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫對(duì)不同甜瓜材料幼苗鹽害癥狀和鹽害指數(shù)的影響

不同甜瓜材料幼苗在正常生長環(huán)境下，生長良好，無任何不良癥狀。在NaCl 脅迫后，甜瓜幼苗植株表型發(fā)生嚴(yán)重變化，主要特征為葉片彎曲，失綠并逐漸枯黃，最終萎蔫死亡。不同材料受害程度不同，通過表型統(tǒng)計(jì)計(jì)算鹽害指數(shù)（表3）可知，其中M131、農(nóng)大甜9 號(hào)和M114 的鹽害指數(shù)顯著低于其他甜瓜材料，厚皮甜瓜種質(zhì)M131 的耐鹽性最好，鹽害癥狀出現(xiàn)最晚，癥狀較輕；薄皮甜瓜唐甜8 和冰糖子品種最不耐鹽，生長狀況最差。

表3 NaCl 脅迫下不同甜瓜材料幼苗的鹽害指數(shù)及耐鹽性排序

2.2 NaCl脅迫對(duì)不同甜瓜材料幼苗生長指標(biāo)的影響

從表4 中可以得出，與對(duì)照相比不同甜瓜材料幼苗的株高、莖粗和地上部鮮質(zhì)量在鹽脅迫處理下顯著下降。其中，農(nóng)大甜6 號(hào)、羊角蜜和農(nóng)大甜8號(hào)的株高下降幅度相較于對(duì)照較小，分別下降30.95%、36.00%和47.46%；M303、M315 和M312 下降幅度較大，分別下降73.22%、76.21%和80.78%。鹽脅迫后農(nóng)大甜9 號(hào)、M131 和羊角蜜的莖粗相較于對(duì)照降低最小，分別比對(duì)照降低了7.64%、9.95%和11.54%，而冰糖子、玻璃脆和M120 下降幅度較大，相較于對(duì)照下降了31.47%、31.78%和32.70%。鹽脅迫后M114、M109 和農(nóng)大甜9 號(hào)的地上鮮質(zhì)量下降幅度較小，較對(duì)照分別下降了57.91%、60.52%和62.11%；M315、玻璃脆和冰糖子下降幅度最大，較對(duì)照分別下降了81.60%、81.80%和86.77%。以上結(jié)果表明不同甜瓜材料幼苗受鹽害程度不同，受害程度越小，證明耐鹽性越強(qiáng)，反之，受害程度越大，耐鹽性越弱。

表4 NaCl 脅迫對(duì)不同甜瓜材料幼苗生長指標(biāo)的影響

2.3 NaCl脅迫對(duì)不同甜瓜材料幼苗葉片葉綠素含量及凈光合速率的影響

由表5 可知，鹽脅迫環(huán)境下不同甜瓜材料葉片的葉綠素含量及凈光合速率與正常生長環(huán)境下相比顯著降低，其中M183、M131 和M114 葉綠素含量的下降幅度較小，分別比對(duì)照降低了22.08%、36.14%和36.52%。農(nóng)大甜9 號(hào)、M184 和M114 的凈光合速率下降幅度較小，分別較對(duì)照下降了36.97%、42.54%和43.81%；玻璃脆、冰糖子和羊角蜜較對(duì)照下降幅度最大，分別下降了89.53%、89.86%和92.14%。

表5 NaCl 脅迫對(duì)不同甜瓜材料幼苗葉片葉綠素含量和凈光合速率的影響

2.4 NaCl脅迫對(duì)不同甜瓜材料幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率及丙二醛含量的影響

由表6 可以看出，正常環(huán)境生長狀況下的甜瓜幼苗的相對(duì)電導(dǎo)率較低，而經(jīng)過鹽脅迫后相對(duì)電導(dǎo)率顯著升高，不同材料升高程度不同。其中，M174、M114 和農(nóng)大甜8 號(hào)升高幅度較小，分別比對(duì)照高0.93 倍、1.03 倍和1.23 倍。M318、M303 和冰糖子上升幅度較大，分別升高3.18 倍、3.20 倍和3.86倍。鹽脅迫使不同甜瓜材料幼苗丙二醛含量顯著升高。與對(duì)照相比，M131 和農(nóng)大甜8 號(hào)上升幅度較小，分別為13.19%和21.88%；M315 和M303 上升幅度較大，分別為4.01 倍和4.32 倍。

表6 NaCl 脅迫對(duì)不同甜瓜材料幼苗葉片相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量的影響

2.5 NaCl脅迫下不同材料甜瓜幼苗各指標(biāo)與鹽害指數(shù)相關(guān)性分析

耐鹽系數(shù)能較好地顯示各指標(biāo)在處理與對(duì)照條件下比較的結(jié)果。由表7 可以看出，通過對(duì)不同生長、生理指標(biāo)的耐鹽系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)各指標(biāo)與鹽害指數(shù)之間呈顯著或極顯著相關(guān)，如鹽害指數(shù)與相對(duì)電導(dǎo)率、丙二醛含量分別呈極顯著、顯著正相關(guān)，與株高、莖粗呈顯著負(fù)相關(guān)，與地上部鮮質(zhì)量、葉綠素含量和凈光合速率呈極顯著負(fù)相關(guān)。因此，以上各指標(biāo)都可作為植物耐鹽性評(píng)價(jià)的參考指標(biāo)。

表7 NaCl 脅迫下不同甜瓜材料幼苗各指標(biāo)相關(guān)性

2.6 NaCl脅迫下不同甜瓜材料幼苗各指標(biāo)隸屬函數(shù)值分析

利用單一性狀耐鹽系數(shù)法評(píng)價(jià)各品種耐鹽性不夠全面，不同變量常常具有不同的單位和不同的變異程度。因此，為了消除量綱影響和變量自身變異大小及數(shù)值大小的影響，消除單個(gè)指標(biāo)帶來的片面性，使用隸屬函數(shù)法將各品種的各耐鹽指標(biāo)擴(kuò)展到［0，1］，將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。為綜合評(píng)價(jià)不同甜瓜種質(zhì)的耐鹽性，依據(jù)各指標(biāo)的耐鹽系數(shù)，計(jì)算不同甜瓜材料的各個(gè)指標(biāo)隸屬函數(shù)值并求平均數(shù)作為隸屬度，進(jìn)行材料耐鹽性比較。由表8 可以看出，不同材料耐鹽性由強(qiáng)到弱的順序依次為：農(nóng)大甜9號(hào)、M131、M114、農(nóng)大甜8 號(hào)、農(nóng)大甜5 號(hào)、M184、M109、農(nóng)大甜10 號(hào)、農(nóng)大甜6 號(hào)、農(nóng)大甜7 號(hào)、M183、M174、M182、M118、M185、M25、M316、M120、M312、玻璃脆、M318、M315、羊角蜜、M303、唐甜8、冰糖子。

表8 NaCl 脅迫下不同甜瓜材料幼苗各指標(biāo)隸屬函數(shù)值

2.7 不同甜瓜材料耐鹽性的聚類分析

基于鹽害指數(shù)的直接評(píng)價(jià)，為進(jìn)一步確認(rèn)不同甜瓜材料的耐鹽性，以鹽害指數(shù)與各生長、生理指標(biāo)的隸屬函數(shù)平均值為基礎(chǔ)進(jìn)行聚類分析。如圖2所示，可以將26 份材料分為4 大類：第I 類為極耐鹽材料，包括農(nóng)大甜9 號(hào)、M131、M114、農(nóng)大甜8號(hào)、農(nóng)大甜5 號(hào)；第II 類為耐鹽性較強(qiáng)材料，包括M184、M109、農(nóng)大甜10 號(hào)、農(nóng)大甜6 號(hào)、農(nóng)大甜7號(hào)、M183、M174、M182、M118、M185、M25；第III 類為中等耐鹽材料，包括M316、M120、M312、玻璃脆、M318、M315；第IV 類為鹽敏感材料，包括羊角蜜、M303、唐甜8、冰糖子。

圖2 不同甜瓜材料耐鹽性的聚類分析

2.8 不同甜瓜材料耐鹽性鑒定的比較驗(yàn)證

為了驗(yàn)證依據(jù)鹽害指數(shù)的直接評(píng)價(jià)法和依據(jù)隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)法得到的耐鹽性鑒定結(jié)果的一致性和可靠性，對(duì)26 份甜瓜材料的鹽害指數(shù)的平均值和隸屬函數(shù)得分平均值進(jìn)行簡單的相關(guān)性分析。由圖3 可以看出，兩者呈極顯著負(fù)相關(guān)（=0.907 3）。表明兩者鑒定結(jié)果一致性高，鑒定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

圖3 不同甜瓜材料鹽害指數(shù)與隸屬函數(shù)值的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

逆境條件下，植物外在形態(tài)的變化往往能反映其所受傷害的程度，是評(píng)價(jià)植物對(duì)逆境抗性強(qiáng)弱最直接和可靠的參考。因此，筆者根據(jù)甜瓜幼苗對(duì)鹽脅迫所產(chǎn)生的鹽害癥狀進(jìn)行了細(xì)致分級(jí)，并運(yùn)用鹽害指數(shù)對(duì)26 份甜瓜材料進(jìn)行了耐鹽性評(píng)價(jià)。研究表明，大部分厚皮甜瓜與薄皮甜瓜相比，鹽害指數(shù)更小、耐鹽性更強(qiáng)，這與前人的研究結(jié)果一致，厚皮甜瓜耐鹽性較強(qiáng)，而薄皮甜瓜耐鹽性較差。

鹽脅迫會(huì)嚴(yán)重干擾植物葉片葉綠素合成與分解之間的平衡，并破壞光合結(jié)構(gòu)，影響植株的生長和光合作用，導(dǎo)致植株生長較慢，造成植株矮化，株高、莖粗顯著下降。因此，葉綠素含量可以作為植物耐鹽性評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。張?zhí)兜妊芯堪l(fā)現(xiàn)，生長形態(tài)指標(biāo)、葉綠素含量和凈光合速率可作為在鹽脅迫下植株抗逆境能力較準(zhǔn)確的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)。筆者通過相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)株高、莖粗、地上部鮮質(zhì)量、葉綠素含量和凈光合速率與鹽害指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，表明這些指標(biāo)可以作為甜瓜耐鹽性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。筆者的結(jié)果表明，鹽脅迫顯著抑制了甜瓜植株的生長、降低了葉片的葉綠素含量和凈光合速率，但不同甜瓜材料對(duì)鹽脅迫的敏感性和耐受性不同。下降幅度越小耐鹽性越強(qiáng)，下降幅度越大耐鹽性越弱，這與朱春燕的研究結(jié)果一致。

鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致植物葉片中活性氧的積累，產(chǎn)生氧化脅迫從而使膜脂過氧化。膜脂過氧化會(huì)引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的破壞和膜透性增大等一系列生理生化功能的變化。相對(duì)電導(dǎo)率能直接反映植物逆境下質(zhì)膜受損的嚴(yán)重程度，相對(duì)電導(dǎo)率越大，證明細(xì)胞膜受到的損傷越大。丙二醛是膜質(zhì)過氧化的主產(chǎn)物之一，其含量可直接反映膜質(zhì)過氧化程度，從而體現(xiàn)鹽害程度，是鑒定植物耐鹽性的重要生理指標(biāo)。筆者發(fā)現(xiàn)，鹽脅迫下不同甜瓜材料幼苗相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量與對(duì)照相比均顯著升高，且不同材料之間差異顯著。耐鹽性弱的材料比耐鹽性強(qiáng)的材料兩指標(biāo)上升幅度更大，表明相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛含量與甜瓜的耐鹽相關(guān)性高，可作為耐鹽性評(píng)價(jià)指標(biāo)。

植物的耐鹽性是復(fù)雜的數(shù)量性狀，受多基因共同控制。因此，采用單一指標(biāo)來反映植物耐鹽性存在一定的局限性。為保障甜瓜種質(zhì)資源耐鹽性評(píng)價(jià)準(zhǔn)確、可靠，筆者在依據(jù)鹽害指數(shù)進(jìn)行直接評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，通過測定能普遍反映植物耐鹽性的7項(xiàng)指標(biāo)，采用隸屬函數(shù)法對(duì)26 份甜瓜材料幼苗進(jìn)行了耐鹽性綜合評(píng)定。2 種評(píng)價(jià)方法呈極顯著負(fù)相關(guān)性（=0.907 3）。表明兩者的鑒定結(jié)果一致性高，鑒定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。通過隸屬函數(shù)法對(duì)不同甜瓜材料進(jìn)行的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與鹽害癥狀計(jì)算鹽害指數(shù)的直觀評(píng)價(jià)排序并不完全相同，只是在所屬大類的耐鹽性強(qiáng)弱順序上有細(xì)微區(qū)別。筆者通過鹽害指數(shù)與生長生理指標(biāo)結(jié)合計(jì)算隸屬函數(shù)值進(jìn)行聚類分析，將供試材料分為極耐鹽、耐鹽、中等耐熱和鹽敏感4 大類不同耐鹽性材料。

綜上所述，筆者通過一種先依據(jù)鹽害指數(shù)進(jìn)行初步直接評(píng)價(jià)，再結(jié)合隸屬函數(shù)法進(jìn)行準(zhǔn)確綜合評(píng)價(jià)的甜瓜苗期耐鹽性鑒定方法，將26 個(gè)不同材料分為4 大類。第1 類為極耐鹽材料，包括農(nóng)大甜9號(hào)、M131、M114、農(nóng)大甜8 號(hào)、農(nóng)大甜5 號(hào)；第2 類為耐鹽性較強(qiáng)材料，包括M184、M109、農(nóng)大甜10號(hào)、農(nóng)大甜6 號(hào)、農(nóng)大甜7 號(hào)、M183、M174、M182、M118、M185、M25；第3 類為中等耐鹽材料，包括M316、M120、M312、玻璃脆、M318、M315；第4 類為鹽敏感材料，包括羊角蜜、M303、唐甜8、冰糖子。該方法對(duì)提高甜瓜耐鹽種質(zhì)選擇效率、降低耐鹽育種的盲目性具有重要的輔助作用，并可為耐鹽品種的選擇提供參考。