廖 扭,刁 明，崔洪鑫, 牛 寧，劉慧英

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院園藝系/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)特色果蔬栽培生理與種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)和產(chǎn)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(zhì)，通過(guò)遺傳改良提高番茄耐鹽性，培育耐鹽番茄品種，對(duì)優(yōu)異耐鹽新品種改良有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】鹽分脅迫不僅造成發(fā)育遲緩，影響植株的光合作用，抑制植物生長(zhǎng)，而且抑制植物各組織和器官的生長(zhǎng)與分化[3]。在番茄耐鹽種質(zhì)資源的篩選、鑒定和選育開(kāi)展相關(guān)研究[4-6]。劉翔等[7]為鹽害指數(shù)、株高、莖粗可作為耐鹽指標(biāo)。鹽脅迫會(huì)通過(guò)離子作用破壞植物的葉綠體色素系統(tǒng)，使植物葉綠素合成受阻，葉綠素含量降低[8-12]。魏國(guó)強(qiáng)等[13]研究表明，鹽脅迫導(dǎo)致丙二醛(MDA)含量顯著增加和積累，膜系統(tǒng)受到破壞和透性增強(qiáng)?？扇苄缘鞍滓彩呛芏喾躯}生植物的主要滲透調(diào)節(jié)劑[14-15]。楊婷等[16]研究認(rèn)為，所有的逆境均能導(dǎo)致活性氧(ROS)的產(chǎn)生從而引發(fā)氧化破壞，植物也擁有一些有效系統(tǒng)去清除ROS，保護(hù)植物免受氧化破壞，其中保護(hù)酶系統(tǒng)是一個(gè)關(guān)鍵的防御機(jī)制。MDA、SOD、POD活性等可作為鑒定番茄耐鹽性的生理指標(biāo)，但由于番茄種質(zhì)不同，其耐鹽機(jī)制也不同[3]。【本研究切入點(diǎn)】目前，已有的番茄耐鹽性評(píng)價(jià)和鑒定研究多在萌芽期和苗期等早期室內(nèi)易控的發(fā)育階段進(jìn)行，田間耐鹽性鑒定研究報(bào)道相對(duì)較少。而室內(nèi)試驗(yàn)環(huán)境與大田的生產(chǎn)環(huán)境相差甚遠(yuǎn)。此外，番茄因種質(zhì)、生育時(shí)期不同其耐鹽性存在較大差異，苗期耐鹽性與生殖生長(zhǎng)期耐鹽性沒(méi)有必然的相關(guān)性。植物對(duì)鹽脅迫的反應(yīng)與適應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜多變的生理過(guò)程，不同種質(zhì)的反應(yīng)機(jī)制各不相同，需選擇多個(gè)指標(biāo)綜合來(lái)評(píng)價(jià)番茄種質(zhì)耐鹽性。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】研究以10個(gè)不同番茄種質(zhì)為試材，采用大田種植，測(cè)定開(kāi)花坐果期植株生長(zhǎng)和生理指標(biāo)，利用主成分分析、隸屬函數(shù)值法，對(duì)其耐鹽性差異進(jìn)行田間鑒定與評(píng)價(jià)，為創(chuàng)制耐鹽番茄新品種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材 料

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

2020年5～9月在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院試驗(yàn)站(44°18′N，86°02′E)進(jìn)行田間試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)所在地區(qū)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(chǔ)理化性質(zhì)：水溶性鹽總量1.4 g/kg，電導(dǎo)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(jī)質(zhì) 11.8 g/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)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(duì)照。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以鹽分脅迫為主區(qū)，以品種為副區(qū)。重復(fù)3次。副區(qū)內(nèi)每個(gè)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(jié)束后進(jìn)行鹽水滴灌處理。灌水、施肥及其它田間管理。于開(kāi)花坐果期測(cè)定生長(zhǎng)性狀以及生理指標(biāo)。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)

生長(zhǎng)指標(biāo)：使用卷尺測(cè)量植株的株高、 使用游標(biāo)卡尺測(cè)量植株的莖粗。

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

1.2.3 隸屬函數(shù)值

每一材料各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值用公式[17]計(jì)算:

(1)

式中，Xj表示第j個(gè)指標(biāo)值；Xmin表示j個(gè)指標(biāo)的最小值；Xmax表示j個(gè)指標(biāo)的最大值。

1.2.4 權(quán)重的計(jì)算

根據(jù)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率的大小用公式(2)計(jì)算各綜合指標(biāo)的權(quán)重[18]。

(2)

式中，Wj值表示第j個(gè)指標(biāo)在所有指標(biāo)中的重要程度；Pj表示各材料第j個(gè)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

1.2.5 耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值

耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值用公式(3)計(jì)算:

(3)

式中，D值為各材料在鹽脅迫下用綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)所得的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用 Excel 2016進(jìn)行處理和繪圖，SPSS 21.0 軟件進(jìn)行相關(guān)性分析及顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽水滴灌對(duì)不同番茄種質(zhì)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(zhì)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(zhì)的株高均較對(duì)照不同程度的降低，其中C5的株高變化量最高，相比與對(duì)照降低了22.43 cm，降幅達(dá)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(zhì)間無(wú)顯著性差異。C6的株高降幅變化量最低，較對(duì)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(zhì)間無(wú)顯著性差異。

鹽脅迫下，不同番茄種質(zhì)的莖粗均較對(duì)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(dá)20.1%，其顯著高于C1、C4和C8，與其它種質(zhì)間無(wú)顯著性差異；C1的莖粗降低值最小，較對(duì)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(zhì)間無(wú)顯著性差異；C2、C3、C4、C5、C7、C8、C9、C10的莖粗變化值種質(zhì)間在同一水平無(wú)顯著性差異。

在鹽脅迫下，所有番茄種質(zhì)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(dá)25.9%。其除了與C5間無(wú)顯著性差異外，顯著高于其他種質(zhì)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(zhì)間無(wú)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(zhì)葉片MDA含量比較

研究表明，鹽脅迫下，不同番茄種質(zhì)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(dá)72.2%，其與C2、C3、C4、C9和C10的增量無(wú)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(wú)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(dá)20.7%，其與C5、C6和C8間的增量無(wú)顯著差異，但顯著低于其它種質(zhì)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(zhì)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(zhì)的POD活性不同，其中C8的POD活性最高，顯著高于其他種質(zhì)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(zhì)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(zhì)間無(wú)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(wú)顯著差異。

非鹽脅迫處理下，不同番茄種質(zhì)的SOD活性亦不同，其中C5的SOD活性最大，顯著高于其他種質(zhì)的。其次為C4。C4顯著高于C1、C3、C9、C10的，與C2、C6、C7、C8間無(wú)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(zhì)；而在鹽脅迫下，不同番茄種質(zhì)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(zhì)的。C2的SOD增量最低為89.23 U/g ，顯著低于其它種質(zhì)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(wú)顯著差異外，均顯著高于其他番茄種質(zhì)的。C5的CAT活性最低，顯著低于其他種質(zhì)；而當(dāng)在鹽脅迫下，各番茄種質(zhì)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(zhì)。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(zhì)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(wú)顯著差異，但顯著低于其它種質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(dá)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(zhì)的。其次為C6，顯著高于除C1與C9以外的其它種質(zhì)的。C10與C5兩種質(zhì)間可溶性蛋白的增量無(wú)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(wú)顯著差異。C3、C4和C8之間無(wú)顯著差異。C2的增量顯著高于C7，但與C3和C4的無(wú)顯著差異。C7的增加量最小為0.84 mg/g，顯著低于其他種質(zhì)的增量。圖2

圖2 鹽水滴灌脅迫下不同番茄種質(zhì)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(zhì)的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

2.5.1 耐鹽指標(biāo)隸屬度及權(quán)重的確定

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

表3 指標(biāo)隸屬度值Table 3 Membership values of indicators

表4 指標(biāo)因子主成分的特征根、方差貢獻(xiàn)率與負(fù)荷量和權(quán)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(zhì)耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

研究表明，番茄種質(zhì)耐鹽性的強(qiáng)弱即各番茄種質(zhì)的D值，由強(qiáng)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(píng)價(jià)值Fig 3 Comprehensive evaluation value of tomato salt tolerance

3 討 論

在鹽脅迫時(shí)植株對(duì)該逆境表現(xiàn)敏感，鹽脅迫會(huì)嚴(yán)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(jī)構(gòu)，影響植株的生長(zhǎng)和光合作用的程度，則植株的生長(zhǎng)較慢[19-21]。生長(zhǎng)形態(tài)指標(biāo)和葉綠素含量可作為評(píng)估鹽脅迫程度和植物耐鹽能力的可靠標(biāo)準(zhǔn)[22-24]。鹽水滴灌脅迫顯著抑制了番茄植株的生長(zhǎng)和降低了葉片的SPAD值，但不同番茄種質(zhì)對(duì)鹽水滴灌脅迫的敏感性和耐受性不同。C6的生長(zhǎng)指標(biāo)和葉片的SPAD值下降最小，表現(xiàn)出了較強(qiáng)的耐鹽性。

鹽脅迫下植株葉片ROS積累、氧化脅迫提高，從而導(dǎo)致膜脂過(guò)氧化嚴(yán)重。膜脂過(guò)氧化引起細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)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(nèi)清除ROS的主要抗氧化保護(hù)酶。MDA是植物細(xì)胞膜脂過(guò)氧化的產(chǎn)物，MDA含量是反映細(xì)胞膜膜脂過(guò)氧化作用強(qiáng)弱和質(zhì)膜破壞程度的重要指標(biāo)。鹽脅迫造成所有番茄材料MDA含量的提高，鹽脅迫導(dǎo)致氧化脅迫和膜脂過(guò)氧化程度提高，與前人研究結(jié)果一致[27]。而不同番茄材料的MDA含量的變化量不同種質(zhì)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(shí)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(duì)鹽脅迫敏感性低，氧化損傷程度低，表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗逆境能力。在鹽脅迫下所有參試材料均表現(xiàn)出SOD、POD和CAT活性上調(diào)，鹽脅迫誘導(dǎo)激活抗氧化系統(tǒng)，這是鹽脅迫植物的抵御逆境的一種保護(hù)性反應(yīng)。研究中所有參試材料的SOD、POD和CAT活性上調(diào)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(zhì)SOD、POD和CAT 酶活性上調(diào)的變化和其對(duì)應(yīng)的MDA含量水平亦不是完全一致，具體表現(xiàn)為C2的POD活性增量最大，顯著高于C5、C7和C10的，與其它種質(zhì)間無(wú)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(zhì)的。C8的CAT活性增量最高，顯著高于其他的。其次為C5。當(dāng)不同番茄種質(zhì)遭遇鹽脅迫逆境時(shí)，SOD、POD、CAT酶均共同參與了植物體內(nèi)ROS的清除，但不同番茄材料抗氧化酶活性的響應(yīng)不同，因此，評(píng)價(jià)番茄種質(zhì)耐鹽性應(yīng)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(píng)價(jià)指標(biāo)。

滲透調(diào)節(jié)是植物對(duì)逆境的一種適應(yīng)性反應(yīng)。可溶性蛋白是很多植物的主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)[14-15]，對(duì)細(xì)胞膜和原生質(zhì)膠體起穩(wěn)定作用的同時(shí)，還可在胞內(nèi)無(wú)機(jī)離子含量高時(shí)起保護(hù)酶類不失活[28]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所有番茄材料遭遇鹽水滴灌脅迫后，可溶性蛋白含量均會(huì)不同程度提高在受到逆境脅迫時(shí)，番茄體內(nèi)會(huì)通過(guò)誘導(dǎo)調(diào)控滲透調(diào)節(jié)途徑以維持細(xì)胞膜的穩(wěn)定性和細(xì)胞水勢(shì)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(shí)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(zhì)的增量。C1和C9對(duì)鹽脅迫反應(yīng)敏感，而C7對(duì)鹽脅迫的耐受性高。

4 結(jié) 論

4.1鹽水滴灌脅迫導(dǎo)致所有參試番茄材料氧化損傷發(fā)生和生長(zhǎng)受到抑制，不同番茄種質(zhì)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(shuō)明番茄植株通過(guò)滲透調(diào)節(jié)和抗氧化酶促系統(tǒng)參與對(duì)鹽脅迫逆境的適應(yīng)。不同番茄材料對(duì)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(qiáng)到弱依次為C3>C1>C5>C9>C8>C2>C7>C6>C10>C4。