加工番茄種子萌發期耐鹽性綜合評價

張明亞，龐勝群，劉玉東，吉雪花，楊 嵐，胡繼紅

（特色果蔬栽培生理與種質資源利用兵團重點實驗室·石河子大學農學院 新疆石河子 832003）

加工番茄是番茄的一個栽培種，具有自封頂、花期集中、果皮厚、耐貯運等特點，主要用于番茄醬的制作[1]。新疆具有獨特的氣候條件，非常適宜加工番茄生長，是中國最大的加工番茄種植區和加工區，尤其是近幾年加工番茄種植效益良好，在調整農業產業結構、推動農民脫貧致富中發揮了重要作用。土壤鹽分影響種子萌發和根系活力，降低幼苗存活率，導致作物病蟲害加重、減產和商品性下降[2-4]。新疆氣候干旱，土壤鹽漬化現象日趨嚴重，影響了加工番茄產業的提質增效。因此，挖掘加工番茄種質資源，篩選培育耐鹽新品種，對提高鹽漬化地區的土地利用率和促進生態恢復具有重要意義。

耐鹽性是一種數量性狀，目前大多數耐鹽性鑒定研究集中在苗期，而不同植物品種以及同一品種在不同生育期的耐鹽性又存在較大差異[5]。研究表明，種子萌發期和幼苗期是耐鹽性鑒定的最好時期[6-7]，其次是生殖期，其他時期則對鹽脅迫相對不敏感[8]。由于種子萌發期抗性鑒定簡單易行、周期短，逐漸成為當前作物耐鹽性鑒定的主要時期[9-10]。目前仍未發現某一形態指標能夠單獨作為耐鹽性鑒定的依據，需要對各形態指標進行綜合性評價。針對耐鹽性的評價方法主要有主成分分析法、隸屬函數法、聚類分析法、相對鹽害率分級法等。筆者采用汪斌等[11]前期篩選出的適合加工番茄種子萌發期耐鹽性鑒定的鹽脅迫濃度，用90 mmol·L-1NaCl對50 份加工番茄種質材料進行萌發期耐鹽性鑒定，研究鹽處理對不同品種發芽勢、發芽率、胚軸長等指標的影響，并利用相關性分析法、主成分分析法、隸屬函數法及聚類分析法對50 份加工番茄種質耐鹽性進行綜合評價，以期篩選出優異材料進行種質資源創新，為培育優質抗逆新品種提供育種材料和理論依據，進而為發展壯大新疆的特色產業提供種質支持和保障。

1 材料與方法

1.1 材料

50 份加工番茄種質資源由石河子大學農學院加工番茄課題組提供（表1）。

表1 供試番茄品種Table 1 Test tomato varieties

1.2 試驗設計

試驗于2022 年6—8 月在石河子大學農學院特色果蔬栽培生理與種質資源利用兵團重點實驗室進行，采用雙層濾紙培養法，將供試種子經55 ℃溫湯浸種15 min，室溫清水浸種5 h 后，均勻擺放在含有2 層濾紙的發芽盒中，每個發芽盒中注入15 mL 90 mmol·L-1NaCl 溶液，以蒸餾水處理作對照。每個發芽盒中擺放30 粒種子，每個處理3 次重復，試驗設計采取完全隨機排列。于晝夜溫度27 °C/18 °C，光周期為光照/黑暗=12 h/12 h 條件下培養13 d，每隔24 h 根據情況補充相同體積的培養溶液1 次，以減少鹽濃度波動。

1.3 測定指標及方法

試驗從第3 天起，每隔12 h 統計1 次發芽情況（以胚根突破種皮露白作為發芽標志），第6 天統計發芽勢，第12 天統計發芽率，第13 天從每個發芽盒中隨機選取10 株芽苗，用直尺測量胚根長（RL）和下胚軸長（HL）。萌發指標計算公式如下：

發芽勢（GP）/%=第6 天發芽種子數/供試種子數×100。（1）

發芽率（GR）/%=第12 天發芽種子數/供試種子數×100。（2）

發芽指數（GI）/%=Gt/Dt。（3）

式中：Gt 指第t 天的發芽種子數，Dt 指相應的發芽天數。

活力指數（VI）/%=GI×RL。（4）

鹽脅迫相對指數（DRI）/%=鹽處理測定值（T）/對照組測定值（CK）×100。（5）

包括相對發芽勢（RGP）、相對發芽率（RGR）、相對胚軸長（RHL）、相對胚根長（RRL）、相對發芽指數（RGI）、相對活力指數（RVI）。為排除種質間的差異，所有指標均轉化為鹽脅迫相對指數。

為明確不同加工番茄品種的耐鹽性差異，采用隸屬函數法及主成分分析法[12]進行綜合評價。

1.4 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2013 整理原始數據，采用SPSS 22.0 對試驗數據進行差異顯著性檢驗（Dun‐can 法）、相關性分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 鹽脅迫對加工番茄種子萌發指標的影響

由表2 可知，50 份加工番茄種質的6 個萌發指標在鹽脅迫下均呈降低趨勢，平均值介于16%～69%之間，變異系數介于36%～105%之間，離散程度較高，說明選擇90 mmol·L-1NaCl 處理能使不同供試材料表現出較為明顯的耐鹽性差異，可以鑒定加工番茄種子的耐鹽性。

在50 份加工番茄材料中，6 份材料RGP 值超過50.00%，其中S50 的RGP 值達到了67.14%；12份材料RGP 值低于5.00%，其中S24、S35、S40 與S42 的RGP 值為0；其余32 份材料的RGP 值在5.00%～50.00%。7 份材料RGR 值超過95.00%，其中S28 的RGR 值達到了98.89%；7 份材料的RGR值低于30.00%，其中S24 的RGR 值為18.01%；其余36 份材料的RGR 值在30.00%～95.00%。4 份材料的RHL 值超過70.00%，其中S39 的RHL 值達到了77.81%；9 份材料的RHL 值低于30.00%，其中S43 的RHL 值為7.54%；其余37 份材料的RHL 值在30.00%～70.00%。4 份材料的RRL 值超過70.00%，其中S7 的RRL 值達到了90.15%；5 份材料的RRL 值低于30.00%，其中S43 的RRL 值為4.90% ；其余41 份材料的RRL 值在30.00%～70.00%。9 份材料的RGI 值超過40.00%，其中S30的RGI 值達到了52.86%；5 份材料的RGI 值低于10.00%，其中S24 的RGI 值為6.67%；其余36 份材料的RGI 值在10.00%～40.00%。5 份材料的RVI值超過30.00%，其中S7 和S30 的RVI 值達分別到了33.97%、32.74%；5 份材料的RVI 值低于3.00%，其中S43 的RVI 值為0.44%；其余40 份材料的RVI 值在3.00%～30.00%。綜合來看，S30 在6 個萌發指標中均表現較好；而S37、S46 和S43 在6 個萌發指標中均表現較差；S42 在RGP、RGR、RHL、RGI及RVI 中表現較差。綜上，在90 mmol·L-1NaCl 溶液脅迫下，S30 表現出較好的耐鹽性，S37、S42、S43、S46 對鹽脅迫比較敏感，種子萌發受到較大影響。

2.2 鹽脅迫相對指數的相關性分析

對50 份加工番茄種質6 個萌發指標的鹽脅迫相對指數進行相關性分析，結果如表3 所示，6 個生長指標的鹽脅迫相對指數間存在一定程度的相關性。RGR、RHL、RGI、RVI 之間相關性達極顯著水平。RGP 與RGR、RHL、RGI、RVI 呈極顯著正相關，相關系數分別為0.469、0.425、0.744、0.604；RRL與RGR、RHL、RGI、RVI 呈極顯著正相關，相關系數分別為0.755、0.752、0.647、0.863。以上數據表明，各指標對鹽脅迫的反應程度不同，如果僅僅選用其中1 個或者2 個萌發指標對加工番茄種質進行耐鹽性鑒定，很難準確鑒定加工番茄的耐鹽性。因此，需要進一步探究各指標間的內在聯系，建立較為全面的評價方法。

表3 加工番茄種子萌發期鹽脅迫相對指數相關性分析Table 3 Correlation analysis of relative index of salt stress of processed tomato during seed germination

2.3 加工番茄鹽脅迫相對指標的主成分分析

利用主成分分析法對50 個加工番茄種質的6個萌發指標的鹽脅迫相對指數進行降維，結果如表4 所示，前2 個因子的累計貢獻率達到89.149%，能代表鹽脅迫下不同供試材料所測指標的絕大部分信息，可初步作為2 個相互獨立的新指標（F1、F2）來反映不同材料萌發期的耐鹽性。其中，F1 的貢獻率為74.977%，RGI 和RVI 有較高的載荷；F2 的貢獻率為14.172%，RGP 有較高的載荷。綜上，可提取RGP、RGI 和RVI 作為加工番茄萌發期耐鹽性評價的主要指標。

表4 鹽脅迫下各指標相對值的主成分分析及貢獻率Table 4 Principal component analysis and contribution rate of relative value of each index under salt stress

2.4 模糊隸屬函數法綜合評價加工番茄耐鹽性

將主成分分析得到的各加工番茄種質F值（表5）代入到隸屬函數值公式中，計算出相應的μ（Xi）值，根據隸屬函數值和各指標的權重算出各份種質的D值，進而根據D值大小對50 份種質進行排序，綜合評價不同加工番茄種質萌發期耐鹽性強弱。D值越大，代表加工番茄耐鹽性越強。50 份加工番茄種質耐鹽性排序如表5 所示，萌發期耐鹽性最強的種質為S30，D值達到了0.97；其次為S44，D值為0.86；S39 排名第3，D值為0.85；萌發期耐鹽性最差的種質為S43，D值僅為0.12。

2.5 50份加工番茄萌發期耐鹽性聚類分析

根據D值采用歐氏距離平均連鎖法對50 份加工番茄進行聚類分析（圖1），在歐氏距離為15處可將50 份加工番茄種質劃分為3 類。其中，第I 類為高度耐鹽型（18 份），包括S30、S44、S39、S22、S4、S28、S18、S50、S7、S45、S29、S1、S47、S5、S2、S27、S32、S13；第II 類為中度耐鹽型（24 份），包括S8、S20、S19、S26、S23、S16、S48、S10、S17、S12、S6、S33、S25、S31、S21、S38、S15、S34、S9、S49、S3、S14、S11、S35；第III 類 為 鹽 敏 感 型（8份），包括S40、S36、S24、S46、S42、S41、S37、S43。其中S30、S17、S43 分別代表不同的耐鹽等級，S30表現為高度耐鹽，S17 表現為中度耐鹽，S43 表現為鹽敏感。在發芽試驗第13 天萌發情況見圖2，與對照相比，鹽脅迫下3 份種質的生長均受到不同程度的抑制，其中S30 受鹽脅迫影響較小，S43 受影響最大。

圖1 50 份加工番茄種質耐鹽性聚類分析Fig.1 Cluster analysis of salt tolerance of 50 processed tomato germplasm

圖2 不同耐鹽等級加工番茄第13 天萌發差異Fig.2 Germination difference of different salt-tolerant grades processed tomatoes on the 13th day

3 討論與結論

近年來，果蔬耐鹽性篩選在甜瓜、西瓜、辣椒、生菜中都有報道[13-16]，通常是對發芽率、發芽勢、胚軸長等相關萌發指標進行綜合分析。筆者對50 份加工番茄種質種子萌發期進行90 mmol·L-1NaCl處理，發芽勢、發芽率、胚軸長等萌發指標的相對值數均小于1，表明鹽脅迫處理下各萌發指標均表現出下降趨勢，與蘇文悅等[17]研究結果一致。筆者對相對發芽勢、相對發芽率、相對胚軸長、相對胚根長、相對發芽指數和相對活力指數6 個指標進行主成分分析。結果表明，相對發芽勢、相對發芽指數和相對活力指數在主成分中載荷較大，可以作為加工番茄萌發期耐鹽性快速鑒定或篩選的主要指標，其中相對活力指數的計算與相對胚根長相關，因此可以將相對發芽勢、相對胚根長、相對發芽指數作為加工番茄種子萌發期耐鹽性鑒定的首要評價指標，3 個指標都是反映種子質量和活力的指標，較單一指標評價更可靠。

關于耐鹽性評價方法，近年來研究學者多采用隸屬函數法、聚類分析法以及標準差系數法等對番茄、大豆、小麥等作物進行鑒定與評價[18-20]。筆者通過隸屬函數法和聚類分析法對加工番茄萌發期耐鹽性進行綜合評價，將50 份種質分為3 大類，第I類為高度耐鹽型，包括S30、S44、S39 等18 份材料，其中耐鹽性最強的為S30；第II 類為中度耐鹽型，包括S8、S20、S29 等24 份材料；第III 類為鹽敏感型，包括S43、S37、S41 等8 份材料，耐鹽性最差的為S43。筆者僅對加工番茄萌發期的耐鹽性進行鑒定，但是植物不同生長階段具有不同的耐鹽機制，對鹽脅迫的耐受程度不同，在其他生育期是否具有同樣的耐鹽特性還有待進一步研究。

綜上所述，筆者采用雙層濾紙培養法將50 份加工番茄種子在90 mmol·L-1NaCl 條件下進行耐鹽性鑒定，發現在鹽脅迫下，發芽勢、發芽率、胚軸長、胚根長、發芽指數、活力指數等6 個萌發指標均受到不同程度的抑制。采用隸屬函數法綜合評價，排名前3 的品種依次為S30、S44、S39，歸為聚類分析中的第I 類，屬于高度耐鹽型品種。研究結果為耐鹽型加工番茄新品種培育奠定了重要基礎。