26 份甜瓜材料耐鹽性鑒定與評價

李世玉，程登虎，閆 星，趙 娟，張 顯，袁 飛，徐 紅，張 勇

（1.西北農林科技大學園藝學院 陜西楊凌 712100； 2.東臺國家現代化農業產業園 江蘇東臺 224200）

近年來，設施農業發展中土壤次生鹽漬化問題日益突出，嚴重抑制了作物的生長發育，導致產量和品質下降，進而影響種植效益。甜瓜（L）是一種非常重要的經濟作物，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。面對鹽漬化日益嚴峻的形勢，選育耐鹽性能力強的甜瓜品種，對于利用鹽堿化土壤、提高甜瓜耐鹽性具有重要意義。

耐鹽性是復雜的數量性狀，不同的基因型具有不同的抗鹽機制；同一基因型在不同的抗鹽階段的抗鹽機制也不同。因而從單項指標上進行抗鹽性評價不能有效地反映其抗鹽性的強弱。因此，近年來多采用多變量統計方法的綜合性評價進行耐鹽性評價。目前，綜合性評價運用的分析方法主要有抗鹽性隸屬函數法、抗鹽性聚類分析法和灰色關聯度分析法等。甜瓜苗期耐鹽性鑒定多采用隸屬函數法或鹽害指數單獨進行評價，而同時結合2種方法進行綜合聚類分析的研究鮮有報道。本研究中，筆者采用盆栽NaCl 溶液進行灌根試驗，對26份甜瓜材料進行鹽脅迫，統計材料的鹽害指數；同時，研究鹽脅迫對甜瓜幼苗生長指標和生理指標的影響，并依據各指標計算其隸屬函數值，最后依據鹽害指數和隸屬函數值綜合評價材料的耐鹽性，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制的研究提供材料和依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2021 年在西北農林科技大學園藝學院日光溫室進行。26 份供試材料由西北農林科技大學西瓜甜瓜課題組提供。包括10 份雜交系：農大甜5 號、農大甜6 號、農大甜7 號、農大甜8 號、農大甜9 號、農大甜10 號、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。材料相關信息見表1。

表1 26 份甜瓜材料名稱及類型

1.2 試驗設計與方法

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，待種子露白發芽后播種于50 孔育苗穴盤中。待幼苗長至2 葉1 心時移栽至裝有基質的塑料營養缽（10 cm×10 cm）中，放置于日光溫室內培養，期間每隔2 d 澆1 次Hoagland 營養液，每缽澆30 mL。在甜瓜幼苗3 葉1 心時，采用隨機區組試驗設計進行鹽脅迫處理，300 mmol·LNa-Cl 溶液灌根鹽脅迫處理，正常澆水作為CK 對照，每3 d 進行1 次灌根處理，共3 次。處理中NaCl 溶液濃度是通過前期預試驗中設置不同濃度NaCl（100、200、300、400 mmol·L）篩選得出。各處理3次重復，每個處理15 株。鹽脅迫處理9 d 后，進行生長指標的測定，統計幼苗生長狀況計算鹽害指數，并取樣保存用于生理指標的測定。

1.3 鹽害指數統計

參照王喜濤的方法，結合本試驗進行適當改進，對甜瓜幼苗鹽害癥狀進行分級及鹽害指數=∑[各株級數/（最高級數×總株數）]的計算，甜瓜幼苗鹽害分級見表2。幼苗鹽害癥狀如圖1 所示。

圖1 甜瓜幼苗5 級鹽害癥狀

表2 甜瓜幼苗鹽害癥狀分級標準

1.4 生長指標測定

株高：用卷尺測量莖基部到幼苗生長點的距離。莖粗：用游標卡尺測定幼苗子葉下方1 cm 處的直徑。地上部鮮質量：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量。各指標選取3 株測定，3 次重復。

1.5 生理指標測定

利用電導儀測定葉片相對電導率（REC）；參照硫代巴比妥酸法通過分光光度計測定丙二醛（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。各指標選取3 株測定，3 次重復。

1.6 數據處理

為了更好地反映不同甜瓜品種的耐鹽性，在分析時將各性狀指標換算成相對應的耐鹽系數再進行隸屬函數計算。試驗中相關指標計算公式如下：

耐鹽系數（）/%=鹽脅迫測定值/對照測定值×100；

隸屬函數計算公式如下：

當測定值與耐鹽性呈正相關則用F=（X-）/（-）；

當測定值與耐鹽性呈負相關則用F=1-（X-）/（-）。

F代表不同品種性狀指標的隸屬函數值，X代表種質指標的耐鹽系數，表示26 個種質中各指標耐鹽系數最小值，表示26 個種質耐鹽系數最大值。

用Excel 2018 軟件進行作圖，用SPSS 21.0 軟件進行方差分析，采用Duncan 新復極差法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 NaCl脅迫對不同甜瓜材料幼苗鹽害癥狀和鹽害指數的影響

不同甜瓜材料幼苗在正常生長環境下，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生嚴重變化，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，通過表型統計計算鹽害指數（表3）可知，其中M131、農大甜9 號和M114 的鹽害指數顯著低于其他甜瓜材料，厚皮甜瓜種質M131 的耐鹽性最好，鹽害癥狀出現最晚，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及耐鹽性排序

2.2 NaCl脅迫對不同甜瓜材料幼苗生長指標的影響

從表4 中可以得出，與對照相比不同甜瓜材料幼苗的株高、莖粗和地上部鮮質量在鹽脅迫處理下顯著下降。其中，農大甜6 號、羊角蜜和農大甜8號的株高下降幅度相較于對照較小，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%。鹽脅迫后農大甜9 號、M131 和羊角蜜的莖粗相較于對照降低最小，分別比對照降低了7.64%、9.95%和11.54%，而冰糖子、玻璃脆和M120 下降幅度較大，相較于對照下降了31.47%、31.78%和32.70%。鹽脅迫后M114、M109 和農大甜9 號的地上鮮質量下降幅度較小，較對照分別下降了57.91%、60.52%和62.11%；M315、玻璃脆和冰糖子下降幅度最大，較對照分別下降了81.60%、81.80%和86.77%。以上結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，反之，受害程度越大，耐鹽性越弱。

表4 NaCl 脅迫對不同甜瓜材料幼苗生長指標的影響

2.3 NaCl脅迫對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，分別比對照降低了22.08%、36.14%和36.52%。農大甜9 號、M184 和M114 的凈光合速率下降幅度較小，分別較對照下降了36.97%、42.54%和43.81%；玻璃脆、冰糖子和羊角蜜較對照下降幅度最大，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脅迫對不同甜瓜材料幼苗葉片相對電導率及丙二醛含量的影響

由表6 可以看出，正常環境生長狀況下的甜瓜幼苗的相對電導率較低，而經過鹽脅迫后相對電導率顯著升高，不同材料升高程度不同。其中，M174、M114 和農大甜8 號升高幅度較小，分別比對照高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。與對照相比，M131 和農大甜8 號上升幅度較小，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 脅迫對不同甜瓜材料幼苗葉片相對電導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與鹽害指數相關性分析

耐鹽系數能較好地顯示各指標在處理與對照條件下比較的結果。由表7 可以看出，通過對不同生長、生理指標的耐鹽系數進行相關性分析，發現各指標與鹽害指數之間呈顯著或極顯著相關，如鹽害指數與相對電導率、丙二醛含量分別呈極顯著、顯著正相關，與株高、莖粗呈顯著負相關，與地上部鮮質量、葉綠素含量和凈光合速率呈極顯著負相關。因此，以上各指標都可作為植物耐鹽性評價的參考指標。

表7 NaCl 脅迫下不同甜瓜材料幼苗各指標相關性

2.6 NaCl脅迫下不同甜瓜材料幼苗各指標隸屬函數值分析

利用單一性狀耐鹽系數法評價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值大小的影響，消除單個指標帶來的片面性，使用隸屬函數法將各品種的各耐鹽指標擴展到［0，1］，將數據標準化。為綜合評價不同甜瓜種質的耐鹽性，依據各指標的耐鹽系數，計算不同甜瓜材料的各個指標隸屬函數值并求平均數作為隸屬度，進行材料耐鹽性比較。由表8 可以看出，不同材料耐鹽性由強到弱的順序依次為：農大甜9號、M131、M114、農大甜8 號、農大甜5 號、M184、M109、農大甜10 號、農大甜6 號、農大甜7 號、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隸屬函數值

2.7 不同甜瓜材料耐鹽性的聚類分析

基于鹽害指數的直接評價，為進一步確認不同甜瓜材料的耐鹽性，以鹽害指數與各生長、生理指標的隸屬函數平均值為基礎進行聚類分析。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，包括農大甜9 號、M131、M114、農大甜8號、農大甜5 號；第II 類為耐鹽性較強材料，包括M184、M109、農大甜10 號、農大甜6 號、農大甜7號、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證

為了驗證依據鹽害指數的直接評價法和依據隸屬函數綜合評價法得到的耐鹽性鑒定結果的一致性和可靠性，對26 份甜瓜材料的鹽害指數的平均值和隸屬函數得分平均值進行簡單的相關性分析。由圖3 可以看出，兩者呈極顯著負相關（=0.907 3）。表明兩者鑒定結果一致性高，鑒定結果準確可靠。

圖3 不同甜瓜材料鹽害指數與隸屬函數值的相關性分析

3 討論與結論

逆境條件下，植物外在形態的變化往往能反映其所受傷害的程度，是評價植物對逆境抗性強弱最直接和可靠的參考。因此，筆者根據甜瓜幼苗對鹽脅迫所產生的鹽害癥狀進行了細致分級，并運用鹽害指數對26 份甜瓜材料進行了耐鹽性評價。研究表明，大部分厚皮甜瓜與薄皮甜瓜相比，鹽害指數更小、耐鹽性更強，這與前人的研究結果一致，厚皮甜瓜耐鹽性較強，而薄皮甜瓜耐鹽性較差。

鹽脅迫會嚴重干擾植物葉片葉綠素合成與分解之間的平衡，并破壞光合結構，影響植株的生長和光合作用，導致植株生長較慢，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價的重要指標。張潭等研究發現，生長形態指標、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確的評估標準。筆者通過相關性分析，發現株高、莖粗、地上部鮮質量、葉綠素含量和凈光合速率與鹽害指數呈顯著負相關，表明這些指標可以作為甜瓜耐鹽性的評價指標。筆者的結果表明，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，但不同甜瓜材料對鹽脅迫的敏感性和耐受性不同。下降幅度越小耐鹽性越強，下降幅度越大耐鹽性越弱，這與朱春燕的研究結果一致。

鹽脅迫會導致植物葉片中活性氧的積累，產生氧化脅迫從而使膜脂過氧化。膜脂過氧化會引起細胞膜結構的破壞和膜透性增大等一系列生理生化功能的變化。相對電導率能直接反映植物逆境下質膜受損的嚴重程度，相對電導率越大，證明細胞膜受到的損傷越大。丙二醛是膜質過氧化的主產物之一，其含量可直接反映膜質過氧化程度，從而體現鹽害程度，是鑒定植物耐鹽性的重要生理指標。筆者發現，鹽脅迫下不同甜瓜材料幼苗相對電導率和丙二醛含量與對照相比均顯著升高，且不同材料之間差異顯著。耐鹽性弱的材料比耐鹽性強的材料兩指標上升幅度更大，表明相對電導率和丙二醛含量與甜瓜的耐鹽相關性高，可作為耐鹽性評價指標。

植物的耐鹽性是復雜的數量性狀，受多基因共同控制。因此，采用單一指標來反映植物耐鹽性存在一定的局限性。為保障甜瓜種質資源耐鹽性評價準確、可靠，筆者在依據鹽害指數進行直接評價的基礎上，通過測定能普遍反映植物耐鹽性的7項指標，采用隸屬函數法對26 份甜瓜材料幼苗進行了耐鹽性綜合評定。2 種評價方法呈極顯著負相關性（=0.907 3）。表明兩者的鑒定結果一致性高，鑒定結果準確可靠。通過隸屬函數法對不同甜瓜材料進行的耐鹽性綜合評價結果與鹽害癥狀計算鹽害指數的直觀評價排序并不完全相同，只是在所屬大類的耐鹽性強弱順序上有細微區別。筆者通過鹽害指數與生長生理指標結合計算隸屬函數值進行聚類分析，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鹽害指數進行初步直接評價，再結合隸屬函數法進行準確綜合評價的甜瓜苗期耐鹽性鑒定方法，將26 個不同材料分為4 大類。第1 類為極耐鹽材料，包括農大甜9號、M131、M114、農大甜8 號、農大甜5 號；第2 類為耐鹽性較強材料，包括M184、M109、農大甜10號、農大甜6 號、農大甜7 號、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。該方法對提高甜瓜耐鹽種質選擇效率、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。