辣椒耐鹽種質資源評價

刁衛平 潘寶貴 郭廣君 高長洲 高海濤 劉金兵 王述彬*

（1.江蘇省農業科學院蔬菜研究所/江蘇省高效園藝作物遺傳改良重點實驗室， 南京210014； 2.江蘇蘇潤種業股份有限公司， 江蘇沛縣 221636）

辣椒作為一種具有重要經濟價值的蔬菜作物[1]，在我國種植面積每年穩定在213.33萬hm2（3 200萬畝），年總產量約6 400萬t，種植面積和消費量均位居蔬菜榜首[2-3]。辣椒具有種植效益高，成熟周期短的優點，近年來成為幫助農民脫貧致富的主要經濟作物，在調整農產品結構與產業化開發方面具有重要作用[4-5]。由于工業污染加劇、過度施用化肥農藥以及農業設施的快速發展，土壤鹽漬化程度不斷加劇，已經成為我國設施蔬菜產業普遍存在的問題，制約了辣椒產業的穩健發展[6]。因此，篩選鑒定優異耐鹽種質、培育耐鹽新品種對辣椒產業的可持續發展具有非常重要的意義。

江蘇省農業科學院蔬菜研究所辣椒課題組前期對辣椒4個栽培種23份種質資源種子萌發期耐鹽性差異進行評價后獲得了3份耐鹽和4份敏鹽材料[7]。本研究進一步對前期獲得的13份耐鹽能力不同的辣椒種質為試驗材料，高濃度的NaCl溶液處理種子后對種子相對發芽率、相對發芽勢、相對發芽指數和相對鹽害率進行分析，并利用隸屬函數法對其進行綜合評價，以期篩選出耐鹽能力強的辣椒種質材料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

江蘇省農業科學院蔬菜研究所辣椒課題組前期利用不同濃度NaCl溶液（0、30、60、90、120、150和180 mmol/L）對辣椒4個栽培種23份辣椒種質進行萌發期耐鹽性差異分析及評價[7]。本試驗在此基礎上選取其中不同耐鹽性的辣椒種質13份（表1），由江蘇省農業科學院蔬菜研究所辣椒課題組提供。

表1 13 份辣椒種質資源信息Table 1 Information of thirteen pepper germplasm resources

1.2 材料處理

每份試驗材料挑選大小一致、熟籽粒飽滿的種子600粒，用5%的次氯酸鈉溶液進行20 min消毒，再用純凈水反復沖洗干凈后待用。取直徑為9 cm的培養皿，覆蓋兩層濾紙，將種子置于濾紙上，用不同濃度的NaCl溶液（180、210、240、270、300、330、360、390、420 mmol/L）處理，用純水為對照處理。每組處理重復3次，每次重復20粒，均勻排列；每個培養皿加入5 mL不同濃度的NaCl溶液或純凈水。培養皿置于人工氣候室，在（28±1）℃黑暗條件下處理發芽，隔兩天更換濾紙和溶液，保持溶液濃度恒定[7]。

1.3 指標測量和計算

每天于相同時間觀察種子的出芽情況，以胚根突破種皮長度達到種子直徑的1/2作為發芽標志，記錄種子的發芽數。以6 d的發芽數計算相對發芽勢；以第14 d的發芽數計算相對發芽率、相對發芽指數和相對鹽害率[8]。相關指標的計算公式如下：

發芽率(%)＝(發芽粒數/供試粒數)×100；

相對發芽率(%)＝鹽處理發芽種子數/對照發芽種子數×100；

相對發芽勢(%)＝鹽處理初期的發芽種子總數/對照初期發芽種子總數×100；

相對發芽指數(%)＝鹽處理發芽指數/對照發芽指數×100；

發芽指數＝∑(Gt/Dt)。其中：Gt為t日的發芽數；Dt為日數；

相對鹽害率(%)＝［（對照發芽率－處理發芽率）/對照發芽率］×100。

S50%值為相對發芽率達到50%時的鹽度S（mmol/L）。

1.4 數據分析

利用Microsoft Excel 2010和DPS9.01統計軟件進行數據的統計和分析，差異顯著性測驗采用Tukey法。隸屬函數值計算參照高晶霞等[9]的方法，試驗指標的脅迫指數＝脅迫下指標值/對照指標值。聚類分析采用歐氏距離類平均法(UPGMA)。

當評價指標與耐鹽性呈正相關關系時，耐鹽隸屬函數值的計算公式為：

當評價指標與耐鹽性呈負相關關系時，通過反隸屬函數計算其脅迫隸屬函數值，公式為：

上式中：X′ij表示i品種的j指標的耐鹽隸屬函數值；Xjmax為各品種j指標的最大值；Xjmin為各品種j指標的最小值[10]。

2 結果與分析

2.1 高鹽脅迫對辣椒材料相對發芽率的影響

從表2可看出，隨著鹽濃度升高，所有試驗材料相對發芽率都呈緩慢下降趨勢，說明鹽脅迫對辣椒種子發芽具有抑制作用。其中1號敏鹽材料完全不能正常發芽，表明其對高鹽處理很敏感。2號敏鹽材料的相對發芽率在270 mmol/L高鹽處理下已不到10 %（P＜0.01），而11和13號耐鹽材料的相對發芽率仍能高達90%以上。在180、210 mmol/L高鹽濃度條件下，發現7、9、10、11、12、13號耐鹽材料的相對發芽率都維持在90 %以上（P＞ 0.05）， 可 當 NaCl濃 度 達 到 240 mmol/L時，發現7和9號耐鹽材料的相對發芽率分別由93.33%和91.48%急速下降至61.67%和74.26%（P＜0.01）。此外，對耐鹽種質10、11、12、13號繼續加大鹽濃度處理后發現，在NaCl濃度為360 mmol/L條件下時，11、13號耐鹽材料的相對發芽率仍達到50 %以上。通過觀察S50%值，發現這4份種質的S50%值均超過300 mmol/L，其中11和13號的S50 %值分別為379.26和369.67 mmol/L，說明這2份種質具有超強耐鹽性。

表2 高鹽處理對不同辣椒材料相對發芽率的影響Table 2 Effect of high salt treatment on relative germination rate of different pepper varieties

2.2 高鹽脅迫對辣椒材料相對發芽勢的影響

從表3可看出，隨著鹽濃度升高，所有材料相對發芽勢都呈顯著下降的趨勢，說明辣椒種子萌發受到高鹽脅迫的顯著抑制。不同辣椒種質對高鹽脅迫的響應機理相似，1號敏鹽材料不能發芽。在210 mmol/L高鹽濃度處理下，2號敏鹽材料相對發芽勢僅為3.7 %（P＜0.01），而11、12和13號耐鹽材料的相對發芽勢仍維持在80 %以上（P＞0.05）。當鹽濃度增加到240 mmol/L時，9號材料相對發芽勢相比210 mmol/L鹽濃度時下降幅度高達95.6 %（P＜0.01），12、13號材料相對發芽勢下降幅度分別為48.8 %和8.3 %（P＜0.01）。當鹽濃度增加到270 mmol/L時，11、13號材料的相對發芽勢仍在70.0%以上（P＞0.05），說明11、13號試驗材料對高鹽脅迫適應性強，在較高鹽脅迫下仍具有較高初期發芽能力，雖然12號試驗材料具有較高相對發芽率，但是在較高鹽濃度條件下初期發芽能力較差。進一步對10、11、12、13號試驗材料提高鹽濃度處理，發現當鹽濃度達到300 mmol/L時，所有辣椒種質材料種子萌發初期發芽能力都受到了強烈的抑制。

表3 NaCl處理對不同辣椒材料相對發芽勢的影響Table 3 Effect of high salt treatment on relative germination potential of different pepper varieties

2.3 高鹽脅迫對辣椒材料相對發芽指數的影響

從表4可看出，隨著鹽濃度升高，所有試驗材料相對發芽指數都呈現緩慢下降趨勢，2號敏鹽材料整體發芽指數較低，且下降迅速，在NaCl濃度為240 mmol/L條件下相對發芽指數僅為2.52 %（P＜0.01），而在此高鹽濃度下的10、11、13號耐鹽材料的相對發芽指數均在60 %以上（P＞0.05）。此外，對10、11、12、13號試驗材料加大鹽處理濃度后發現，在360 mmol/L NaCl濃度條件下，11、13號材料相對發芽指數仍在10 %以上。通過觀察S50%值，發現4份種質的S50 %值均在240 mmol/L以上，其中11、13號的S50%值分別為254.84、279.87 mmol/L，說明這2份種質在高鹽條件下具有較高的活力和耐鹽性。

表4 高鹽處理對不同辣椒材料相對發芽指數的影響Table 4 Effect of high salt treatment on relative germination index of different pepper varieties

2.4 高鹽脅迫對辣椒材料相對鹽害率的影響

相對鹽害率可反映種子萌發階段的耐鹽程度，數值越高，試驗材料耐鹽性越差。從表5可以看出，隨著鹽濃度的升高，試驗材料的相對鹽害率總體呈逐漸增加的趨勢，且不同試驗材料對鹽脅迫響應機理不同。1號敏鹽試材相對鹽害率在NaCl濃度為180 mmol/L時達到100 %（P＞0.05）。鹽濃度240 mmol/L條件下，2號敏鹽材料的相對鹽害率高達91.32 %（P＜0.01），但耐鹽性強的10、11、12、13號這4份材料的相對鹽害率均在10 %以下（P＞0.05），其中11號試驗材料相對鹽害率僅為3.67 %，說明敏鹽和耐鹽材料在鹽脅迫耐受性有顯著差異。

從表5中還可看出，對于2、4、7、9號試驗材料，當NaCl濃度從210 mmol/L增加到240 mmol/L時，相對鹽害率迅速上升（P＜0.01），但是耐鹽性強的試驗材料相對鹽害率仍可以在低范圍內保持平衡。此外，進一步加大鹽處理濃度后發現，10、11號試材在NaCl濃度為360 mmol/L條件下仍能維持低于50%的相對鹽害率，而12、13號試材在NaCl濃度由330 mmol/L增加到360 mmol/L過程中相對鹽害率呈快速上升的趨勢（P＜0.01），說明不同耐鹽種質在耐鹽脅迫方面也有不同的具體特點。

表5 NaCl處理對不同辣椒材料相對鹽害率的影響Table 5 Effect of high salt treatment on relative rate of salt injury of different pepper varieties

2.5 不同辣椒種子發芽期耐鹽性相關指標差異分析

對13份辣椒種質材料的相對發芽率、相對發芽勢、相對發芽指數和相對鹽害率4個耐鹽指標兩兩進行相關性分析（表6），發現4個指標之間均存在不同程度的極顯著（P＜0.01）相關關系。其中，相對發芽率、相對發芽勢和相對發芽指數3個指標間互為極顯著正相關關系，相對鹽害率與其他3個指標間互為極顯著負相關關系。辣椒的耐鹽能力受到多基因協調控制，為了更準確真實的反應辣椒種質材料的耐鹽性，還需對4個耐鹽指標進行綜合分析。

表6 鹽脅迫下辣椒種子萌發不同耐鹽指標間的相關分析Table 6 Correlation analysis of different salt tolerance indexes of pepper seed germination under salt stress

2.6 辣椒種子萌發期耐鹽性綜合評價

隨著鹽濃度的升高，發現不同辣椒種質材料間耐鹽性存在明顯差異，采用模糊數學中隸屬函數法對13份辣椒種質材料的4個耐鹽指標進行綜合分析，計算出隸屬函數平均值，進行排名（表7）。平均隸屬函數值越大，說明該辣椒種質越耐鹽，反之則不耐鹽。由表7可知，鹽脅迫下辣椒材料各指標的平均隸屬函數值范圍在0～0.83之間，根據平均隸屬函數值大小排列，13號種質材料排在第1位，綜合耐鹽能力最強；1號種質材料排在末位，綜合耐鹽能力最弱。

表7 鹽脅迫下辣椒材料各指標的隸屬函數值及排序Table 7 Membership function value and rank of each index of pepper under salt stress

2.7 13份辣椒材料耐鹽性聚類分析

在180～420 mmol/L高鹽濃度處理下，以13份辣椒材料的平均隸屬函數值為基礎，采用類平均法（UPGMA）進行聚類分析。如圖1所示，在歐式距離0.65處可將試驗材料分為三大類，第Ⅰ類包含11、13號2份種質材料，屬于極耐鹽材料；第Ⅱ類包括3、4、5、6、7、8、9、10、12號9份種質材料，歸為耐鹽性強材料；第Ⅲ類包括1、2號2份種質材料，屬于敏鹽性材料。

圖1 辣椒種質資源耐鹽性聚類分析Fig.1 Salt tolerance clustering analysis of pepper germplasm resources

3 討論

目前蔬菜作物芽期耐鹽性鑒定指標主要有發芽勢、發芽率、相對發芽率、發芽指數、相對發芽指數、萌發活力指數和相對萌發活力指數等。前期課題組對辣椒4個栽培種23份種質材料進行了耐鹽性初步研究[7]，本試驗在此基礎上以13份辣椒耐鹽能力不同的種質為試驗材料，對其進行180、210、240、270、300、330、360、390 和 420 mmol/L 一系列高鹽處理。結果表明隨著鹽濃度的增加，辣椒種質的發芽率越來越低，高鹽脅迫能明顯抑制種子發芽，但不同辣椒材料在高鹽處理下的發芽情況存在很大差異。本試驗篩選到2份耐鹽特異辣椒種質PI201224和PI201239，它們在270 mmol/L高鹽濃度處理下，相對發芽勢仍能達到70.00 %以上，說明它們對高鹽脅迫適應性強，具有較好的初期發芽能力。同時，PI201224和PI201239的相對發芽率S50%分別達到369.67和379.26 mmol/L，說明它們在高鹽條件下具有較高的發芽能力和極強的耐鹽能力，這兩份材料是目前現有報道中最耐鹽的辣椒種質。

大量研究發現鹽脅迫對種子萌發具有抑制作用[11-12]。李妍等[13]認為高鹽抑制種子萌發可能是由于高濃度Na+產生的毒害作用；陸怡等[14]認為高鹽抑制種子萌發也可能是由于Na+過高抑制了根系對K+、Ca+等的吸收，引起滲透脅迫，造成細胞膜損傷，干擾植物的正常生長。多數研究發現，不同植物或植物不同品種對鹽脅迫的敏感程度和耐鹽能力也不同[15]。顧閩峰等[16]用不同濃度的NaCl處理了8個辣椒品種，結果表明，在不同濃度NaCl處理下，辣椒不同品種間種子萌發差異顯著。本試驗研究結果與顧閩峰等的研究結果一致。

本試驗利用隸屬函數法和聚類分析對13份辣椒種質材料進行綜合評價，在歐式距離0.65處將13份種質材料分為3類，在180～420 mmol/L鹽脅迫處理下，極耐鹽材料（Ⅰ）包括PI201224和PI201239；耐鹽性強材料（Ⅱ）包括PI585251、PI357486、Grif9108、PI201248、PI368435、Grif9238、2017D083、PI241650和 PI339033；敏鹽材料（Ⅲ）包括PI438643和PI640902。為了更加全面反映辣椒種質材料的耐鹽能力，還需要進一步對不同生長階段的耐鹽性進行評價與比較。