不同基因型大白菜對外源鈣敏感性鑒定評價

王莉莉欒兆水徐 坤曹逼力*

（1山東農業大學園藝科學與工程學院，山東果蔬優質高效生產協同創新中心，農業部黃淮地區園藝作物生物學與種質創制重點實驗室，山東泰安 271018；2德州市德高蔬菜種苗研究所，德州市蔬菜育種工程技術研究中心，山東德州 253000）

大白菜〔Brassica campestris L. ssp. pekinensis（Lour）Olsson〕是我國種植面積最大的蔬菜作物之一，年播種面積約267萬hm2，產值600億元以上，占全國蔬菜總播種面積的15%左右（張鳳蘭等，2017）。前人研究表明，鈣缺乏是大白菜發生干燒心的主要原因（Su et al.，2016），且干燒心在結球期才顯示癥狀（徐守東，2012），不僅嚴重降低產量，還顯著降低食用品質。因此，研究不同基因型大白菜對鈣的敏感性，并探討早期鑒定的方法，對選育抗干燒心大白菜品種有重要指導意義。

鈣是植物生長發育所必需的礦質營養元素，不僅是細胞壁結構的重要組成成分（Hepler，2005），也是液泡內重要的滲透調節物質，對維持細胞膜穩定和保持細胞離子平衡起著重要的作用（Gilliham et al.，2011）。鈣素缺乏會使植物生理代謝紊亂，發生生理病害，降低農作物的產量和品質（Batisti? &Kudla，2012；Madani et al.，2014）。董彩霞等（2003）研究表明，采用植株干質量相對值作為鈣效率系數可以評價不同番茄品種幼苗期鈣敏感性。吉雪花（2005）研究了采用離體葉片扦插方法鑒定大白菜品種的鈣敏感性，但扦插法大白菜葉片的癥狀與田間大白菜缺鈣表現的癥狀并不相同。本試驗采用不同鈣水平水培方式，研究不同基因型大白菜在不同生育期的癥狀表現，并采用多元回歸分析和聚類分析方法對參試材料的鈣敏感性進行綜合評價，旨在為大白菜抗性品種的鑒定提供簡便快捷的方法。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2016年8～11月在山東農業大學園藝試驗站進行，參試大白菜品種共20個（表1），均由德州市德高蔬菜種苗研究所提供。

采用1/2 Hoagland營養液水培育苗，待幼苗長出2片真葉時，移栽至長45 cm、寬33 cm、高13 cm的塑料盆中，塑料盆頂部鋪設泡沫苯板，在泡沫苯板上打取直徑約3 cm的圓形小孔，用海綿固定大白菜幼苗，每盆4株。移栽后以1/2 Hoagland營養液培養5 d，之后通過調節營養液鈣水平，設置5個處理，分別為0、0.5、1.0、2.0、4.0 mmol·L-1，每處理3次重復，每重復10盆。每隔3 d更換1次營養液，并隨著植株的生長，至蓮座期后每盆保留2株。

1.2 項目測定

分別在幼苗期、蓮座期、結球期（處理后18、48、72 d）時取樣，每處理取10株，測定植株生長量、調查缺鈣干燒心癥狀，并計算干燒心指數；采用95%乙醇浸提比色法測定功能葉片葉綠素含量（Sartory & Grobbelaar，1984）；采用原子吸收法測定葉片鈣含量（鮑士旦，2000）。各指標相對值=不同鈣水平各指標實測值/鈣水平4.0 mmol·L-1各指標實測值。

大白菜干燒心分級標準：0級，植株生長良好，無任何異常癥狀；1級，1～2片葉葉緣枯黃；2級，2片葉以上葉緣枯黃；3級，枯黃葉片面積25%以下；4級，枯黃葉片面積25%～50%；5級，枯黃葉片面積50%以上或全株死亡。

1.3 數據處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進行試驗數據處理，計算平均值、標準差和變異系數，利用DPS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同鈣水平對大白菜不同生育期干燒心指數的影響

從表1可以看出，大白菜幼苗期營養液鈣水平為0 mmol·L-1時，不同品種均表現出明顯的干燒心癥狀；鈣水平達0.5 mmol·L-1時，雖干燒心指數變異系數較大，但干燒心指數較小，且多數品種已無缺鈣癥狀；鈣水平≥1.0 mmol·L-1時，20個大白菜品種幼苗均無缺鈣癥狀。至蓮座期，鈣水平為0 mmol·L-1處理的大白菜幼苗均已死亡；鈣水平0.5～4.0 mmol·L-1處理的植株多表現出干燒心癥狀，干燒心指數隨鈣水平的增加而總體上呈降低趨勢，而變異系數則相反。結球期，大白菜植株干燒心癥狀的表現與蓮座期相似，表明不同基因型大白菜對鈣的敏感性差異較大。

表1 不同鈣水平對大白菜不同生育期干燒心指數的影響

2.2 不同基因型大白菜干燒心指數聚類結果

對不同生育期、不同鈣水平處理下大白菜干燒心指數進行聚類分析，發現幼苗期鈣水平為0 mmol·L-1以及蓮座期、結球期鈣水平為0.5 mmol·L-1的聚類分析結果可較好地對不同基因型大白菜鈣敏感性進行分類，3個時期分別在歐氏距離35.00、9.00、18.00時將大白菜分為鈣敏感型、鈣遲鈍型和中間型3類，且聚類結果基本相同（圖1-A、1-B、1-C），僅石特由圖1-A的鈣敏感型歸到了圖1-B、1-C的中間型，說明大白菜不同品種在不同生育期對鈣的敏感性基本一致，幼苗期即可鑒定出不同基因型大白菜對鈣的敏感性。

圖1 部分大白菜鈣敏感性聚類分析結果

2.3 不同基因型大白菜幼苗期對鈣水平的反應

表2表明，隨鈣水平的升高，幼苗期各品種大白菜植株鮮質量、葉片葉綠素含量以及鈣含量均呈增加趨勢，但變異系數逐漸降低，表明品種間的差異逐漸縮小。為了更加準確地反映低鈣水平對大白菜幼苗的影響，以鈣水平4.0 mmol·L-1為標準，計算鈣水平0、0.5、1.0、2.0 mmol·L-1下大白菜幼苗各指標相對值（數據未列出），各指標相對值與表2中測定值的變化趨勢一致，說明低鈣水平對大白菜品種間的影響更為明顯。

2.4 不同鈣水平下大白菜幼苗干燒心指數回歸模型的建立

為進一步明確大白菜植株相關指標與干燒心指數的相關關系，以表2中大白菜幼苗期不同鈣水平下植株相關指標及其相對值為自變量，幼苗期0 mmol·L-1鈣水平下干燒心指數為因變量進行多元逐步回歸分析，建立回歸模型：Y=215.93-214.81X1-23.39X2（r=0.994 0，F=741.63，P=0.000 0）。

表2 不同鈣水平對大白菜幼苗期植株鮮質量及葉片葉綠素含量、鈣含量的影響

多元回歸分析表明，大白菜幼苗期干燒心指數主要與0.5 mmol·L-1和4.0 mmol·L-1鈣水平下大白菜植株鮮質量相對值（X1）、葉片葉綠素含量相對值（X2）有關，其對干燒心指數的決定系數R2=0.987，表明入選模型的這2個指標可作為大白菜幼苗期鈣敏感性鑒定的指標。

2.5 大白菜幼苗干燒心指數回歸模型入選因子聚類結果

采用多元逐步回歸分析建立的大白菜幼苗干燒心模型中，只有2個入選因子，以其為統計參數采用類平均法進行聚類分析。結果表明（圖1-D），在歐式距離為15.34時可將參試大白菜品種分為鈣敏感型、鈣遲鈍型和中間型3類，且聚類結果與幼苗期（圖1-A）、蓮座期（圖1-B）、結球期（圖1-C）干燒心指數聚類結果基本一致，說明僅采用0.5 mmol·L-1與 4.0 mmol·L-1鈣水平培養大白菜幼苗所得的植株鮮質量及葉片葉綠素含量的相對值，即可較為準確地確定大白菜品種的鈣敏感性。

3 結論與討論

鈣是植物必需的營養元素，在維持細胞膜和細胞壁結構穩定性中起重要性作用（Dodd et al.，2010），增施鈣肥可以促進馬鈴薯（Banerjee et al.，2014）、青蒜（李賀 等，2013）等作物的生長。范雙喜和伊東正（2002）研究表明，鈣素缺乏可降低萵苣葉片葉綠素含量。有研究表明，隨鈣水平的降低，紅蔥干尖指數增加（劉衛萍 等，2008）；而隨鈣水平的升高，番茄（Tuna et al.，2007）、青蒜（李賀 等，2013）等作物的鈣含量增加。Zhao等（1982）研究表明，大白菜正常生長至少需要2 mg·L-1的鈣，當培養液中的鈣濃度為0.5 mg·L-1時會發生干燒心癥狀。本試驗結果表明，不同基因型大白菜對鈣水平的響應存在明顯差異，如大白菜幼苗期0.5 mmol·L-1鈣水平下僅有3個品種出現干燒心癥狀，而在蓮座期和結球期0.5 mmol·L-1鈣水平下分別有16個品種出現干燒心癥狀。不同生育期大白菜干燒心指數聚類分析結果表明，20個大白菜品種分為鈣敏感型、鈣遲鈍型和中間型3類，其中以中間型居多；并且，幼苗期鈣水平0 mmol·L-1以及蓮座期、結球期鈣水平0.5 mmol·L-1的大白菜干燒心指數聚類結果基本一致，表明可以在幼苗期對大白菜鈣敏感性進行較為準確的鑒定。

本試驗通過多元逐步回歸分析，建立了大白菜幼苗干燒心指數與幼苗期不同鈣水平下大白菜植株相關指標的回歸模型，結果在P=0.05水平上，僅0.5 mmol·L-1與4.0 mmol·L-1鈣水平下大白菜植株鮮質量與葉片葉綠素含量相對值入選，模型決定系數高達0.987，表明僅以這2個指標即可較為準確地反映幼苗的干燒心指數，即大白菜幼苗的鈣敏感性。為了驗證其準確性，以入選的2個因子為統計參數進行聚類分析，其結果與幼苗期干燒心指數的聚類結果完全一致，說明可以用幼苗期0.5 mmol·L-1和4.0 mmol·L-1鈣水平下大白菜植株鮮質量與葉片葉綠素含量的相對值對大白菜品種的鈣敏感性進行早期鑒定。