楊麗敏，譚 海，戴冬洋，徐 鑫，王 超，王 嶺，盛云燕

(黑龍江八一農(nóng)墾大學，黑龍江 大慶 163316)

土壤鹽堿化已成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一[1]。黑龍江省大慶市地處我國松嫩平原，松嫩平原是世界三大鹽漬土集中分布地區(qū)之一，土壤類型屬于硫酸鹽蘇打鹽漬土[2]。松嫩平原鹽堿地一般既含有中性鹽(NaCl、Na2SO4)又含有堿性鹽(NaHCO3、Na2CO3)[3]。挖掘抗鹽堿品種，是利用鹽堿土壤，保持物種多樣性最有效的措施之一。鹽堿脅迫對植物種子萌發(fā)起抑制作用[4]，鹽漬化會影響種子的發(fā)芽速度、發(fā)芽指數(shù)等指標[5-6]。園藝作物中相關研究對象是番茄[7]、南瓜[8]、黃瓜[9]和西瓜[10]，普遍認為甜瓜具有一定程度的耐鹽性[11]，隨著土壤鹽堿化加劇，甜瓜鹽堿脅迫的研究逐漸受到重視[12]。

甜瓜(CucumismeloL.)是葫蘆科一年生蔓性草本植物，是重要的園藝作物，沙土、沙壤土、黏土均可種植，耐貧瘠，在全世界廣泛種植，具有栽培周期短、投入產(chǎn)出高、增收顯著等優(yōu)點[13-14]。低濃度NaCl處理可促進甜瓜種子的萌發(fā)及幼苗的生長，NaCl濃度越高對甜瓜的抑制作用越明顯[15-19]。植物在逆境脅迫下會產(chǎn)生大量的活性氧(ROS)，使細胞膜受損，影響植物的生長發(fā)育[20]。為減小活性氧傷害，植物進化出了活性氧保護酶系統(tǒng)，可在脅迫環(huán)境下減少損傷[21-22]。酶清除系統(tǒng)包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和過氧化物酶(POD)[23]。前人的研究主要集中在單一鹽脅迫或堿脅迫，鹽堿結合模擬土壤鹽堿水平對甜瓜萌發(fā)影響的相關研究較少。單一的鹽堿處理并不能完全模擬現(xiàn)有鹽堿化土壤成分，土壤中鹽化和堿化是相伴而生的，因此本研究模擬大慶市農(nóng)用黑鈣土中CO32-、HCO3-、Cl-和SO42-等4種陰離子的含量比例，配置不同濃度處理液，并利用隸屬函數(shù)值法和聚類分析法篩選和鑒定了42個甜瓜品種對鹽堿的耐性，以期篩選出耐鹽堿甜瓜品種，為大慶地區(qū)有效利用鹽堿化土壤及實現(xiàn)甜瓜高產(chǎn)和新品種的選育提供參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試甜瓜品種共42份，具體來源及品種名稱詳見表1。

1.2 試驗方法

根據(jù)大慶地區(qū)農(nóng)用黑鈣土中陰離子含量比例[24]配置鹽堿處理液(摩爾質量比為Na2CO3∶NaHCO3∶NaCl∶Na2SO4=3∶57∶25∶15)。處理液濃度分別為100 mmol/L、200 mmol/L、250 mmol/L和260 mmol/L，對照組為清水催芽。

每個品種隨機挑選30粒飽滿的種子，每個處理3次重復，清水浸種8 h后，采用培養(yǎng)皿紙上發(fā)芽法，在培養(yǎng)皿中鋪一層濾紙，將種子置于濾紙上，處理液浸濕濾紙，置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中。以露白作為萌發(fā)標準，每天定時觀察記錄種子發(fā)芽數(shù)，觀察后更換濾紙以避免培養(yǎng)皿內水分蒸發(fā)引起處理液濃度變化，共記錄7 d。

發(fā)芽率(%)=(7 d內發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

發(fā)芽受損率(%)=[(對照發(fā)芽數(shù)-處理發(fā)芽數(shù))/對照發(fā)芽數(shù)]×100%；

發(fā)芽勢(%)=(前3 d發(fā)芽的種子數(shù)/供試種子數(shù))×100%；

相對發(fā)芽勢(%)=(處理發(fā)芽勢/對照發(fā)芽勢)×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑Gt/Dt，式中，Gt為在t日的發(fā)芽數(shù)，Dt為相應的發(fā)芽日數(shù)；

相對發(fā)芽指數(shù)(%)=(處理發(fā)芽指數(shù)/對照發(fā)芽指數(shù))×100%。

根據(jù)隸屬函數(shù)值結合聚類分析結果，分別在耐鹽堿型、較耐鹽堿型和鹽堿敏感型甜瓜品種中隨機挑選3個品種用于生理指標的測定，參照JANG等[25]的方法測定SOD、POD、CAT活性。

1.3 數(shù)據(jù)分析

隸屬函數(shù)值[26]公式為：

X(ij)=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

其中，X(ij)表示i種類j指標的隸屬值，Xij表示測定值；Xjmax表示指標的最大值，Xjmin表示指標的最小值。試驗中發(fā)芽受損率表現(xiàn)為脅迫程度越大，受損程度越高，故發(fā)芽受損率采用反隸屬函數(shù)值法，公式為：

Xij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

采用Origin 2018和SPSS 20.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，用Duncan多重比較法(p<0.05)進行統(tǒng)計分析。采用SPSS 20.0軟件對42份甜瓜材料各項指標的隸屬函數(shù)值進行聚類分析[27]。

2 結果與分析

2.1 鹽堿脅迫對甜瓜種子發(fā)芽率的影響

鹽堿脅迫對42個甜瓜品種發(fā)芽率的影響結果見表2，從表2可以看出，多數(shù)甜瓜品種隨著處理液濃度的增加發(fā)芽率降低，發(fā)芽受損率增加。其中6個(7223 M-231、44378、WI 998、HM 1-1、258、甜如蜜)甜瓜品種在低濃度處理時表現(xiàn)為促進發(fā)芽。處理液濃度為250 mmol/L時，甜瓜種子萌發(fā)出現(xiàn)轉折點，超過四分之三的甜瓜品種萌發(fā)受到抑制。當處理液濃度為260 mmol/L時，Na+濃度為306.8 mmol/L，特大綠麻瓜、可真甜和懶瓜王3個品種萌發(fā)，其中特大綠麻瓜發(fā)芽率最高，為13.33%。

2.2 鹽堿脅迫對甜瓜種子發(fā)芽勢的影響

受鹽堿脅迫后的各甜瓜品種發(fā)芽勢隨著處理液濃度的增大而呈下降趨勢。不同品種甜瓜在相同濃度處理液處理后發(fā)芽勢間差異顯著(p<0.05)。處理液濃度為200 mmol/L，各甜瓜品種的發(fā)芽勢顯著低于對照處理，絕大多數(shù)品種相對發(fā)芽勢低于50%，抑制效果明顯，此濃度下相對發(fā)芽勢最高的品種為甜如蜜(77%)，處理液濃度達到260 mmol/L時各品種發(fā)芽勢均為0(見表3)。

表1 供試品種及來源Table 1 Varieties and sources of test materials

2.3 鹽堿脅迫對甜瓜種子發(fā)芽指數(shù)的影響

由表4可見，各甜瓜品種的發(fā)芽指數(shù)平均值隨著處理液濃度的增大而呈下降趨勢。不同品種甜瓜在相同濃度處理液處理后發(fā)芽指數(shù)間差異顯著(p<0.05)。

處理液濃度為100 mmol/L時，有28份品種發(fā)芽指數(shù)顯著低于對照處理，其中11個品種相對發(fā)芽指數(shù)低于50%；處理液濃度為200 mmol/L時，各品種甜瓜的發(fā)芽指數(shù)顯著低于對照，25個甜瓜品種發(fā)芽指數(shù)接近0，抑制效果明顯。處理液濃度為260 mmol/L時，僅有特大綠麻瓜、可真甜和懶瓜王發(fā)芽指數(shù)不為0，其中特大綠麻瓜發(fā)芽指數(shù)最高，為1.46。

2.4 不同品種甜瓜種子耐鹽堿性綜合評價及聚類分析

計算42個品種甜瓜種子的6個指標(發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)、發(fā)芽受損率、相對發(fā)芽勢、相對發(fā)芽指數(shù))的隸屬函數(shù)值(隸屬函數(shù)值越大，甜瓜品種的耐鹽堿性越強)，以隸屬函數(shù)值進行聚類分析，綜合評價供試甜瓜品種的耐鹽堿性。以平方歐式距離11.5為標準將42個甜瓜品種分為三類，根據(jù)隸屬函數(shù)值綜合排名，第Ⅰ類為耐鹽堿性甜瓜品種，包括18個甜瓜品種，其中甜如蜜、懶瓜王、嘎嘎甜3個品種的隸屬函數(shù)值最高，綜合評價為最耐鹽堿型；第Ⅱ類為較耐鹽堿型甜瓜品種，包括吃不夠、甜如蜜2號、特大灰鼠子等15個品種；第Ⅲ類為鹽堿敏感型甜瓜品種，包括9個品種，其中MS-5、Top mark和甜脆花皮(燒瓜)3個品種對鹽堿脅迫最為敏感(圖1)。

圖1 鹽堿脅迫下甜瓜萌發(fā)期指標隸屬函數(shù)值聚類分析Fig.1 Cluster analysis of membership function values of melon germination indexes under saline alkali stress

2.5 鹽堿脅迫下甜瓜萌發(fā)期抗氧化酶活性的測定

如圖2所示，耐鹽堿型、較耐鹽堿型和鹽堿敏感型的SOD活性隨著處理液濃度的增大呈先升后降的趨勢，在處理液濃度為50 mmol/L時達到高峰。耐鹽堿品種的POD活性隨處理液濃度的增加呈持續(xù)上升的趨勢；較耐鹽堿品種除嘎嘎甜外，其余品種POD活性隨處理液濃度的增加呈先升后降趨勢，但3個品種活性在處理液濃度為100 mmol/L時均大于對照；鹽堿敏感型品種的POD活性隨處理液濃度的增加呈先升后降的趨勢，在處理液濃度為100 mmol/L時低于對照。CAT活性在耐鹽堿型、較耐鹽堿型和鹽堿敏感型品種中無同一趨勢，鹽堿敏感品種CAT活性的變化較其他兩類品種(耐鹽堿品種和較耐鹽堿型品種)明顯，總體呈下降趨勢。

圖2 鹽堿脅迫下甜瓜萌發(fā)期抗氧化酶活性的測定Fig.2 Determination of antioxidant enzyme activity of muskmelon in germination period under salt-alkali stress

表2 鹽堿脅迫對甜瓜種子發(fā)芽率的影響Table 2 Effect of salt-alkali stress on seed germination rate of melon

表3 鹽堿脅迫對甜瓜種子發(fā)芽勢的影響Table 3 Effect of salt-alkali stress on seed germination potential of melon

表4 鹽堿脅迫對甜瓜種子發(fā)芽指數(shù)的影響Table 4 Effect of salt-alkali stress on seed germination index of melon

3 討 論

鹽堿脅迫是常見的非生物脅迫，鹽堿脅迫是植物生長發(fā)育的重要環(huán)境因子之一，植物對鹽堿脅迫的承受程度決定植物生長發(fā)育受到抑制的程度[28]。陳映彤等[29]研究表明，低濃度的鹽堿脅迫可促進甜瓜產(chǎn)量形成和品質改善。朱春燕[30]研究顯示，高濃度鹽脅迫會降低甜瓜果實品質。篩選和鑒定耐鹽堿甜瓜品種，有利于對鹽堿化土壤的利用，提高果實品質。本試驗結果表明，在處理液濃度為260 mmol/L時，從42個品種中篩選得到特大綠麻瓜、可真甜和懶瓜王3個耐鹽堿甜瓜品種，通過發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)3個指標以及其能耐受的鹽堿濃度進行判斷，特大綠麻瓜為最耐鹽堿的甜瓜品種。鹽堿脅迫下，甜瓜種子發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)發(fā)生變化，隨著濃度的增大抑制作用加強；部分甜瓜品種在100 mmol/L處理液下發(fā)芽率沒有明顯變化，但是發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)均受到影響，說明此濃度的鹽堿處理對種子的萌發(fā)速度有一定的影響。

當處理液濃度達到200 mmol/L以上時，不同品種間的差異顯著，結果與大多數(shù)單鹽[18,31-34]、復合鹽堿(海水)[35-36]脅迫對甜瓜萌發(fā)的研究結果相符，本試驗認為，200～250 mmol/L處理液可用于篩選甜瓜耐鹽堿品種。

種子萌發(fā)和幼苗生長是植物生長繁殖的關鍵階段，種子在鹽堿環(huán)境下的發(fā)芽能力和幼苗生長情況可直接影響植物形態(tài)建成，從而影響植株的生殖生長[37]。朱春燕等[38]將發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)3個指標作為甜瓜耐鹽性品種鑒定的重要指標，其次是發(fā)芽受損率和平均發(fā)芽天數(shù)。本研究中，發(fā)芽率、發(fā)芽勢和發(fā)芽指數(shù)隨著鹽堿處理濃度的上升呈降低趨勢，與趙寧等[39]和徐志然等[40]的研究結果一致。

鹽堿脅迫使植物體內積累過多的活性氧,如不能及時清除會引起一系列不良反應，進而影響植物正常生長[19,41]。超氧化物歧化酶、過氧化物酶和過氧化氫酶是植物重要的抗氧化酶，它們協(xié)同作用能有效清除活性氧，將其轉化為水等無害物質從而保護植物。本研究中，超氧化物歧化酶活性在處理液濃度為50 mmol/L時達到高峰，說明甜瓜在受到較低的鹽堿脅迫時超氧化物歧化酶活性有所升高，用以抵御脅迫帶來的傷害，當處理液濃度達到100 mmol/L時，活性氧積累量超出抗氧化酶系統(tǒng)的調節(jié)能力，致使超氧化物歧化酶活性下降。在抗氧化酶系統(tǒng)中，超氧化物歧化酶是第一道防線，在供試甜瓜中超氧化物歧化酶值均呈先升后降趨勢，這與鄭譯儒等[42]的研究結果相似；供試甜瓜耐鹽堿型、較耐鹽堿型和鹽堿敏感型的過氧化物酶活性有較大差異。耐鹽堿品種的過氧化物酶活性呈上升趨勢，鹽堿敏感品種則呈低鹽堿脅迫下酶活性升高，高鹽堿脅迫酶活性下降的趨勢，這可能與其耐鹽堿性有關，此時維持較高的保護酶活性可以降低鹽堿脅迫對種子的影響，保護種子的萌發(fā)和生長。在較輕的鹽堿脅迫下，植物可通過增加抗氧化酶的活性來消除脅迫帶來的影響，隨著鹽堿脅迫的增強，超出植物自身的調節(jié)能力，導致抗氧化酶活性下降，活性氧無法被及時清除，影響種子的正常萌發(fā)以及生長，甚至導致其死亡。

4 結 論

本試驗中，混合鹽堿處理液濃度為200～250mmol/L最能反映甜瓜在鹽堿脅迫下的差異，可用于甜瓜耐鹽堿品種的大批量篩選。通過聚類分析結合隸屬函數(shù)值綜合分析，耐鹽堿品種為甜如蜜、懶瓜王、嘎嘎甜；鹽堿敏感型品種為甜脆花皮(燒瓜)、Top mark、MS-5。