不同加工番茄品種耐鹽性篩選與綜合評(píng)價(jià)

武虹宇，張寶月，閆聰碩，張 鑫，楊莉莉，支金虎*

(1.塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué)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(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，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(qiáng)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(huì)抑制加工番茄種子的萌發(fā)，影響植株的生長發(fā)育，還會(huì)降低產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。大量研究表明，在植物生長過程中，種子萌發(fā)期是對(duì)鹽脅迫十分敏感的時(shí)期之一，根系是感受鹽脅迫的第一個(gè)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(shí)未對(duì)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(dāng)鹽分上升到一定濃度時(shí)才會(huì)對(duì)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(gè)適度的鹽分環(huán)境，鹽漬化土壤導(dǎo)致植物器官中Na+濃度升高，而Na+過量積累會(huì)降低細(xì)胞的水勢進(jìn)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(yàn)的研究方向是單一鹽脅迫對(duì)種子萌發(fā)的影響，但這與生產(chǎn)實(shí)際往往存在一定的距離[10]，因?yàn)辂}漬土壤對(duì)植物生長的影響往往以復(fù)鹽形式出現(xiàn)。對(duì)此，選用新疆阿拉爾本土白鹽殼進(jìn)行復(fù)鹽提取，以6種不同熟制的加工番茄為材料進(jìn)行鹽分脅迫處理，采用模糊綜合評(píng)價(jià)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(duì)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(shè)施耐鹽栽培技術(shù)應(yīng)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(hào)、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(zé)任公司提供；白鹽殼從兵團(tuán)一師阿拉爾市11團(tuán)荒地土壤提取。

1.2 試驗(yàn)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(fù)使用H2O2處理，直至殘?jiān)優(yōu)榘咨?。稱取白色殘?jiān)尤?∶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(shè)置5 個(gè)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(duì)試驗(yàn)器材進(jìn)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(jìn)行發(fā)芽試驗(yàn)。培養(yǎng)溫度為(25±1)℃，相對(duì)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(biāo)準(zhǔn))，并用稱質(zhì)量法保持每個(gè)培養(yǎng)皿的白鹽殼濃度基本一致。第8 d 發(fā)芽結(jié)束時(shí)，計(jì)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(jié)束后，從每個(gè)培養(yǎng)皿里選取15株正常芽苗，用游標(biāo)卡尺分別測量每株番茄的胚根和胚軸長度。

1.3 測定指標(biāo)及其方法

發(fā)芽率（GR）=（發(fā)芽結(jié)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(biāo)在某一濃度下的耐鹽隸屬值；Xij為i品種j指標(biāo)在該濃度下的測定值；Xjmax為該濃度下j指標(biāo)測定的最大值；Xjmin為該濃度下j指標(biāo)中的最小值。

1.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)

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

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽分濃度對(duì)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(huì)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(biāo)[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(duì)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(qiáng)；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(dāng)白鹽殼溶液濃度為0 g/L（CK）時(shí)，所有參試加工番茄品種的發(fā)芽勢以686 最高，達(dá)到95.56%，1634，4850，306發(fā)芽勢較高，達(dá)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(duì)加工番茄種子萌發(fā)具有促進(jìn)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(qiáng)于同熟制的其他品種。

2.2 不同鹽分濃度對(duì)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(gè)數(shù)與發(fā)芽時(shí)間的綜合體現(xiàn)[14]。當(dāng)白鹽殼溶液濃度為0 g/L時(shí)，686發(fā)芽指數(shù)最高，達(dá)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(shí)，所有品種的發(fā)芽指數(shù)均為0。

活力指數(shù)結(jié)合種子發(fā)芽速率和胚根長度2 個(gè)指標(biāo)，更具有代表性[14]。當(dāng)白鹽殼溶液濃度為0 g/L 時(shí)，屯9 活力指數(shù)最高達(dá)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(shí)1634 的活力指數(shù)為0，其他品種在濃度為T4時(shí)活力指數(shù)為0。

2.3 不同鹽分濃度對(duì)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(duì)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(shí)所有參試加工番茄種子的胚根長與對(duì)照相比均有顯著差異；T2濃度時(shí)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(shí)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(duì)照相比有顯著差異。從胚軸長來看，T1濃度時(shí)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(duì)照相比有顯著差異；T2濃度時(shí)所有參試品種的胚根長與對(duì)照相比呈顯著差異，較CK均有下降；T3濃度時(shí)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(píng)價(jià)

影響植物種子萌發(fā)的因素有很多，單個(gè)生長指標(biāo)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(píng)價(jià)指標(biāo)判斷加工番茄種子在萌發(fā)時(shí)期的抗鹽性是片面的，應(yīng)從多個(gè)指標(biāo)加以綜合分析。采用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)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(gè)指標(biāo)為依據(jù)，進(jìn)行計(jì)算分析。

表1 加工番茄萌發(fā)期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)法對(duì)6種加工番茄的耐鹽性強(qiáng)弱進(jìn)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(jìn)行聚類分析，結(jié)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(biāo)變化率和相對(duì)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(dá)51.68%，發(fā)芽指數(shù)達(dá)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(biāo)變化率和相對(duì)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(dá)0.498；第三類群只有亞心87-5，其指標(biāo)變化率和相對(duì)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(dá)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(jié)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(duì)作物的影響具有片面性[17]。輕微的鹽脅迫對(duì)植物生長發(fā)育有積極影響，但大量的鹽分會(huì)使種子死亡。采用不同用量的復(fù)合鹽對(duì)加工番茄進(jìn)行鹽分脅迫處理，所得試驗(yàn)結(jié)果為：當(dāng)達(dá)到T4濃度時(shí)，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(jī)制，目前對(duì)番茄耐鹽性的研究多集中在發(fā)育早期，這是因?yàn)榉褜?duì)鹽脅迫最敏感的時(shí)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(duì)根系生長變化進(jìn)行研究可進(jìn)一步探究植物在鹽堿環(huán)境中對(duì)外界做出的生理生化反應(yīng)[19]。鹽脅迫對(duì)番茄種子萌發(fā)影響主要表現(xiàn)為3個(gè)方面—即種子萌發(fā)時(shí)間延長、胚根與胚芽比增大、發(fā)芽率降低[20]。鹽脅迫對(duì)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(píng)價(jià)種子萌發(fā)的重要指標(biāo)，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(yàn)條件下，T1濃度時(shí)，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(duì)一些加工番茄的萌發(fā)以及生長有促進(jìn)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(duì)照的結(jié)論是符合的。隨著濃度的增加，T2濃度時(shí)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(dāng)鹽分濃度升高時(shí)，加工番茄種子的萌發(fā)與生長受到了抑制；T3濃度時(shí)，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(dòng)現(xiàn)象。T4濃度時(shí)，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(xué)者通過模糊隸屬函數(shù)中的綜合評(píng)價(jià)以及聚類分析等方法對(duì)大豆、花生、油菜、小麥等作物進(jìn)行抗逆性分析篩選[24-27]。研究采用模糊綜合評(píng)價(jià)法和聚類分析對(duì)6 個(gè)指標(biāo)進(jìn)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(jié)論是在對(duì)苗期種子發(fā)芽響應(yīng)的基礎(chǔ)上得出的，雖然苗期是對(duì)鹽害最為敏感的階段[26]，但植物不同的生長階段對(duì)鹽害的耐受能力各不相同，加之不同的品種對(duì)鹽分的吸收程度和耐鹽性各不相同，因此對(duì)不同品種生長發(fā)育的耐鹽性鑒定有待進(jìn)一步的驗(yàn)證。除此之外，對(duì)加工番茄進(jìn)行全面的耐鹽性評(píng)價(jià)還需在鹽堿地進(jìn)行全生育期的研究。

4 結(jié)論

研究采用白鹽殼復(fù)合鹽對(duì)6種加工番茄種子萌發(fā)進(jìn)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(gè)指標(biāo)，運(yùn)用方差分析、綜合評(píng)價(jià)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(duì)加工番茄的萌發(fā)以及生長有促進(jìn)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。