花期鹽水滴灌對10份番茄種質的主要性狀影響及耐鹽性評價

廖 扭,刁 明，崔洪鑫, 牛 寧，劉慧英

(石河子大學農學院園藝系/新疆生產建設兵團特色果蔬栽培生理與種質資源利用重點實驗室, 新疆石河子832003)

0 引 言

【研究意義】土壤鹽漬化制約著作物的生長和產量形成[1-2]。番茄(Solanumlycopersicum) 是新疆重要的作物之一，屬鹽敏感程度適中植物。挖掘和篩選耐鹽種質，通過遺傳改良提高番茄耐鹽性，培育耐鹽番茄品種，對優異耐鹽新品種改良有實際意義?！厩叭搜芯窟M展】鹽分脅迫不僅造成發育遲緩，影響植株的光合作用，抑制植物生長，而且抑制植物各組織和器官的生長與分化[3]。在番茄耐鹽種質資源的篩選、鑒定和選育開展相關研究[4-6]。劉翔等[7]為鹽害指數、株高、莖粗可作為耐鹽指標。鹽脅迫會通過離子作用破壞植物的葉綠體色素系統，使植物葉綠素合成受阻，葉綠素含量降低[8-12]。魏國強等[13]研究表明，鹽脅迫導致丙二醛(MDA)含量顯著增加和積累，膜系統受到破壞和透性增強?？扇苄缘鞍滓彩呛芏喾躯}生植物的主要滲透調節劑[14-15]。楊婷等[16]研究認為，所有的逆境均能導致活性氧(ROS)的產生從而引發氧化破壞，植物也擁有一些有效系統去清除ROS，保護植物免受氧化破壞，其中保護酶系統是一個關鍵的防御機制。MDA、SOD、POD活性等可作為鑒定番茄耐鹽性的生理指標，但由于番茄種質不同，其耐鹽機制也不同[3]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，已有的番茄耐鹽性評價和鑒定研究多在萌芽期和苗期等早期室內易控的發育階段進行，田間耐鹽性鑒定研究報道相對較少。而室內試驗環境與大田的生產環境相差甚遠。此外，番茄因種質、生育時期不同其耐鹽性存在較大差異，苗期耐鹽性與生殖生長期耐鹽性沒有必然的相關性。植物對鹽脅迫的反應與適應是一個復雜多變的生理過程，不同種質的反應機制各不相同，需選擇多個指標綜合來評價番茄種質耐鹽性?！緮M解決的關鍵問題】研究以10個不同番茄種質為試材，采用大田種植，測定開花坐果期植株生長和生理指標，利用主成分分析、隸屬函數值法，對其耐鹽性差異進行田間鑒定與評價，為創制耐鹽番茄新品種奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為中國科學院遺傳發育生物研究所提供的10份常規鮮食番茄種質材料(C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9、C10)。

2020年5～9月在石河子大學農學院試驗站(44°18′N，86°02′E)進行田間試驗。試驗區所在地區為溫帶大陸性干旱氣候。土壤類型為灌耕灰漠土。0～30 cm 土層基礎理化性質：水溶性鹽總量1.4 g/kg，電導率(EC)為0.13 ms/m，pH 值 7.6，速效磷 13.7 mg/kg，速效鉀 188.0 mg/kg，堿解性氮 66.6 mg/kg，有機質 11.8 g/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗設置全生育期采用NaCl配置的鹽水(6 ms/cm)滴灌脅迫處理，以清水滴灌作為對照。試驗采用裂區設計，以鹽分脅迫為主區，以品種為副區。重復3次。副區內每個品種1行，1行15株。番茄種植采用覆膜滴灌栽培，1膜2管2行，行距配置為寬窄行，寬行90 cm，窄行60 cm，株距45 cm。5月1日穴盤育苗，6月7日移栽于大田。緩苗結束后進行鹽水滴灌處理。灌水、施肥及其它田間管理。于開花坐果期測定生長性狀以及生理指標。

1.2.2 測定指標

生長指標：使用卷尺測量植株的株高、 使用游標卡尺測量植株的莖粗。

生理指標：葉綠素相對含量(SPAD值)使用便攜式SPAD儀測定；硫代巴比妥酸法測定丙二醛(MDA)含量；考馬斯亮藍藍G-250染色法測定可溶性蛋白含量。愈創木酚法測定過氧化物酶(POD)活性。采用試劑盒(蘇州科銘生物技術有限公司)微量法測定過氧化氫酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性。

1.2.3 隸屬函數值

每一材料各綜合指標的隸屬函數值用公式[17]計算:

(1)

式中，Xj表示第j個指標值；Xmin表示j個指標的最小值；Xmax表示j個指標的最大值。

1.2.4 權重的計算

根據綜合指標貢獻率的大小用公式(2)計算各綜合指標的權重[18]。

(2)

式中，Wj值表示第j個指標在所有指標中的重要程度；Pj表示各材料第j個指標的貢獻率。

1.2.5 耐鹽性綜合評價值

耐鹽性綜合評價值用公式(3)計算:

(3)

式中，D值為各材料在鹽脅迫下用綜合指標評價所得的耐鹽性綜合評價值。

1.3 數據處理

試驗數據用 Excel 2016進行處理和繪圖，SPSS 21.0 軟件進行相關性分析及顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 鹽水滴灌對不同番茄種質主要植株性狀和葉片SPAD值的影響

研究表明，非鹽脅迫處理下，不同番茄種質的株高存在差異。C8和C10的株高、C3和C5的莖粗分別顯著高于和低于其它番茄材料的；鹽脅迫下，不同番茄種質的株高均較對照不同程度的降低，其中C5的株高變化量最高，相比與對照降低了22.43 cm，降幅達27.4%，C5的株高變化量顯著高于C4、C6、C9、C10的株高變化量，與其它番茄種質間無顯著性差異。C6的株高降幅變化量最低，較對照降低了14.65 cm，降幅為24.0%，C6的株高變化量顯著低于C1、C5和C8，與其他種質間無顯著性差異。

鹽脅迫下，不同番茄種質的莖粗均較對照有不同程度的降低。其中C6的莖粗降低量最大，降低了2.92 mm，降幅達20.1%，其顯著高于C1、C4和C8，與其它種質間無顯著性差異；C1的莖粗降低值最小，較對照降低了0.61 mm，降幅為4.3%，其顯著低于C2、C3、C6、C7、C9和C10，與其它種質間無顯著性差異；C2、C3、C4、C5、C7、C8、C9、C10的莖粗變化值種質間在同一水平無顯著性差異。

在鹽脅迫下，所有番茄種質的SPAD值均有不同程度的降低，其中C3的SPAD值降低的變化值最大，為18.63，且降幅最大達25.9%。其除了與C5間無顯著性差異外，顯著高于其他種質的SPAD值變化值；C6的SPAD值變化值最低為6.68，且降幅最小為10.2%。其降低量顯著低于C1、C3和C5，與其它種質間無顯著性差異。表1

表1 鹽脅迫下番茄株高、莖粗、SPAD值變化Table 1 Changes of tomato plant height, stem diameter and SPAD value under salt stress

2.2 鹽水滴灌下不同番茄種質葉片MDA含量比較

研究表明，鹽脅迫下，不同番茄種質的MDA含量均有不同程度的增高。其中C1的MDA含量的增量最大，為4.18 mg/g，增幅達72.2%，其與C2、C3、C4、C9和C10的增量無顯著差異，但均顯著高于C6、C7和C8的；C5的MDA增量顯著低于C1、C2、C3、C4和C9，但與C6、C7、C8和C10的MDA增量無顯著差異；C7的MDA含量增量最小，為1.60 mg/g，且增幅也最小達20.7%，其與C5、C6和C8間的增量無顯著差異，但顯著低于其它種質的。圖1

圖1 鹽脅迫下番茄丙二醛增量變化Fig 1 Changes of tomato malondialdehyde content under salt stress

2.3 鹽水滴灌脅迫下不同番茄種質葉片抗氧化酶活性變化

研究表明，非鹽脅迫處理下，不同番茄種質的POD活性不同，其中C8的POD活性最高，顯著高于其他種質的。其次為C9與C10。 C2的POD活性最低，其與C1、C4、C6、C7間差異不顯著，但顯著低于其他的；鹽脅迫下，所有番茄種質的POD的活性均有明顯升高。其中C2的增量最大為92.02 U/g，顯著高于C5、C7和C10的，與其它種質間無顯著性差異。C5的POD增量最低，為9.12 U/g，其POD的增量顯著低于C2和C3的，但與其它的無顯著差異。

非鹽脅迫處理下，不同番茄種質的SOD活性亦不同，其中C5的SOD活性最大，顯著高于其他種質的。其次為C4。C4顯著高于C1、C3、C9、C10的，與C2、C6、C7、C8間無顯著性差異；C3的SOD活性最小，顯著低于除C10以外的其他種質；而在鹽脅迫下，不同番茄種質的SOD活性均不同程度地提高，其中C8的SOD增量最高，為525.38 U/g，其與C6、C10的SOD增量差異不顯著，但顯著高于其他種質的。C2的SOD增量最低為89.23 U/g ，顯著低于其它種質的。C6、C5和C3的SOD增量不存在顯著性差異，但顯著高于C1、C2、C4、C7和C9的。C1的SOD增量顯著高于C2、C4、C7和C9的。

非鹽脅迫處理下，C8的CAT活性最大，其除了與C10無顯著差異外，均顯著高于其他番茄種質的。C5的CAT活性最低，顯著低于其他種質；而當在鹽脅迫下，各番茄種質的CAT活性均不同程度提高，其中C8的CAT活性增量最高，為72.25 U/g，顯著高于其他種質。其次為C5、C2和C9的CAT活性增量不存在顯著性差異，但兩番茄種質均顯著高于C1、C3、C4、C6、C7、和C10。C3的增量最小，其與C1、C6和C7無顯著差異，但顯著低于其它種質的。表2

表2 鹽脅迫下番茄POD、SOD、CAT活性的變化Table 2 Changes in the POD, SOD and CAT activities of tomato under salt stress

2.4 鹽水滴灌脅迫下不同番茄種質葉片可溶性蛋白含量變化

研究表明，鹽脅迫下不同番茄種質的可溶性蛋白含量均有不同程度的升高，其中C9的可溶性蛋白含量的增量最大，達12.01 mg/g，增幅為55.7%，除了與C1的增量差異不顯著外，顯著高于其它番茄種質的。其次為C6，顯著高于除C1與C9以外的其它種質的。C10與C5兩種質間可溶性蛋白的增量無顯著差異，但C10的增量顯著高于C2、C3、C4、C7和C8，C5的增量顯著高于C2和C7，與C3、C4和C8間無顯著差異。C3、C4和C8之間無顯著差異。C2的增量顯著高于C7，但與C3和C4的無顯著差異。C7的增加量最小為0.84 mg/g，顯著低于其他種質的增量。圖2

圖2 鹽水滴灌脅迫下不同番茄種質可溶性蛋白含量變化Fig.2 Changes of soluble protein content in different tomato germplasms under salt drip irrigation

2.5 不同番茄種質的耐鹽性綜合評價

2.5.1 耐鹽指標隸屬度及權重的確定

研究表明，特征值大于1且累積貢獻率大于70.00%選取為主成分，共提取了3個主成分，3個主成分的累積貢獻率為 73.062%。表3，表4

表3 指標隸屬度值Table 3 Membership values of indicators

表4 指標因子主成分的特征根、方差貢獻率與負荷量和權重Table 4 Characteristic roots, variance contribution rate, load and weight of principal component of indicator factor

2.5.2 不同番茄種質耐鹽性綜合評價

研究表明，番茄種質耐鹽性的強弱即各番茄種質的D值，由強到弱為C3>C1>C5>C9>C8>C2>C7>C6>C10>C4。圖3

圖3 番茄耐鹽性綜合評價值Fig 3 Comprehensive evaluation value of tomato salt tolerance

3 討 論

在鹽脅迫時植株對該逆境表現敏感，鹽脅迫會嚴重干擾植物葉片葉綠素的合成與分解之間的平衡和破壞光合機構，影響植株的生長和光合作用的程度，則植株的生長較慢[19-21]。生長形態指標和葉綠素含量可作為評估鹽脅迫程度和植物耐鹽能力的可靠標準[22-24]。鹽水滴灌脅迫顯著抑制了番茄植株的生長和降低了葉片的SPAD值，但不同番茄種質對鹽水滴灌脅迫的敏感性和耐受性不同。C6的生長指標和葉片的SPAD值下降最小，表現出了較強的耐鹽性。

鹽脅迫下植株葉片ROS積累、氧化脅迫提高，從而導致膜脂過氧化嚴重。膜脂過氧化引起細胞膜結構破壞和膜透性增大以及一系列生理生化功能的改變[25-26]。SOD、POD和CAT則是植物體內清除ROS的主要抗氧化保護酶。MDA是植物細胞膜脂過氧化的產物，MDA含量是反映細胞膜膜脂過氧化作用強弱和質膜破壞程度的重要指標。鹽脅迫造成所有番茄材料MDA含量的提高，鹽脅迫導致氧化脅迫和膜脂過氧化程度提高，與前人研究結果一致[27]。而不同番茄材料的MDA含量的變化量不同種質遭受氧化脅迫程度存在差異。在所有參試材料中，C1、C2、C3、C4和C9在受到鹽脅迫時MDA的增量較大，而C6、C7和C8的MDA含量的增量較小，C6、C7和C8番茄材料對鹽脅迫敏感性低，氧化損傷程度低，表現出較強的抗逆境能力。在鹽脅迫下所有參試材料均表現出SOD、POD和CAT活性上調，鹽脅迫誘導激活抗氧化系統，這是鹽脅迫植物的抵御逆境的一種保護性反應。研究中所有參試材料的SOD、POD和CAT活性上調的程度并不完全一致。除C8的3種抗氧化酶活性顯著提高伴隨著MDA含量的顯著降低外，其它不同番茄種質SOD、POD和CAT 酶活性上調的變化和其對應的MDA含量水平亦不是完全一致，具體表現為C2的POD活性增量最大，顯著高于C5、C7和C10的，與其它種質間無顯著性差異。C8的SOD活性的增量最大，其與C6和C10差異不顯著，但顯著高于其他種質的。C8的CAT活性增量最高，顯著高于其他的。其次為C5。當不同番茄種質遭遇鹽脅迫逆境時，SOD、POD、CAT酶均共同參與了植物體內ROS的清除，但不同番茄材料抗氧化酶活性的響應不同，因此，評價番茄種質耐鹽性應綜合可慮幾種抗氧化酶活性的變化，而不能將單一抗氧化酶活性作為耐鹽評價指標。

滲透調節是植物對逆境的一種適應性反應?？扇苄缘鞍资呛芏嘀参锏闹饕獫B透調節物質[14-15]，對細胞膜和原生質膠體起穩定作用的同時，還可在胞內無機離子含量高時起保護酶類不失活[28]。研究發現，當所有番茄材料遭遇鹽水滴灌脅迫后，可溶性蛋白含量均會不同程度提高在受到逆境脅迫時，番茄體內會通過誘導調控滲透調節途徑以維持細胞膜的穩定性和細胞水勢平衡。研究中不同番茄材料的可溶性蛋白含量提高的程度不同，其中C1和C9在受到鹽脅迫時可溶性蛋白的增量最大，而C7的增加量最小，顯著低于其他種質的增量。C1和C9對鹽脅迫反應敏感，而C7對鹽脅迫的耐受性高。

4 結 論

4.1鹽水滴灌脅迫導致所有參試番茄材料氧化損傷發生和生長受到抑制，不同番茄種質的株高、莖粗、SPAD值不同程度的降低、可溶性蛋白含量、SOD、POD、CAT酶活性不同程度的提高，說明番茄植株通過滲透調節和抗氧化酶促系統參與對鹽脅迫逆境的適應。不同番茄材料對鹽水滴灌脅迫的敏感性和耐受性不同。

4.2番茄耐鹽性由強到弱依次為C3>C1>C5>C9>C8>C2>C7>C6>C10>C4。