逆境脅迫對甜瓜幼苗生長的影響及綜合抗逆鑒定指標的篩選

高玉紅， 閆生輝， 鄧黎黎

(鄭州職業技術學院，河南鄭州 450121)

我國是世界上甜瓜種植面積最大的國家之一，據統計，2015年我國甜瓜栽培面積為40.69萬hm2，產量1 527.1萬t[1]。甜瓜已成為促進部分地區農業增產及農民增收的主導產業。但甜瓜幼苗時期是其抵抗力最弱的階段，經常會遇到諸如低溫、干旱、鹽分脅迫等逆境環境，已成為制約甜瓜產業快速發展的瓶頸[2-4]。因此，如何調整苗期外界環境條件并培育壯苗成為甜瓜生產中亟待解決的問題。目前國內外相關研究大多局限于單一逆境因子對甜瓜生長發育的影響，并篩選出抗逆性鑒定指標[5-7]，但這些指標多集中在生理生化方面，缺乏直觀性，難以在實際生產中應用。因此亟待開展不同逆境脅迫對甜瓜共同形態表觀反應的研究，以篩選出更為直觀的抗逆性鑒定指標。本研究以2種不同類型的薄皮甜瓜為研究對象，探討了不同逆境脅迫條件對其幼苗生長的影響，利用隸屬函數法綜合評價不同逆境條件對甜瓜幼苗的危害程度，并利用主成分分析法篩選出共同的抗逆性鑒定指標，以期為甜瓜幼苗的綜合抗逆性直觀判斷和提前預防提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試品種：星甜18、翠玉6號分別為早熟和中晚熟薄皮甜瓜品種，購于河南省種子市場。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 將供試甜瓜品種催芽后，選取生長一致的芽苗播于盛有混合基質(草炭 ∶珍珠巖=3 ∶1)的32孔穴盤，并置于溫室中培養。當幼苗生長到2葉1心時，選擇生長一致的幼苗，進行不同的脅迫處理：(1)低溫脅迫處理：將幼苗置于8 ℃條件下處理6 h，每3 d處理1次；(2)干旱脅迫處理：噴淋含150 g/L聚乙二醇(PEG-6000)溶液，每3 d處理1次；(3)鹽脅迫處理：噴淋含200 mmol/L NaCl的溶液，為防止鹽刺激，以每天50 mmol/L的濃度梯度遞增；(4)水分脅迫處理：將穴盤放入裝有水的托盤中，水面始終保持3 cm高度。各個處理均在生長過程中噴淋50 mL Hoagland完全營養液維持幼苗生長所需的營養，以正常生長條件下噴淋相同數量的Hoagland完全營養液的幼苗為對照，每個處理3次重復。

1.2.2 測定項目及方法 甜瓜幼苗生長至4葉1心時，每個處理選5株進行相關生長指標的測定：株高(SH)(根莖相交處到最高生長點的長度)、莖粗(SD)(子葉下約1 cm處)、地上部鮮質量(SFW)、根鮮質量(RFW)、地上部干質量(SDW)和根干質量(RDW)(將稱量完鮮質量的甜瓜植株地上部和根系在105 ℃下殺青30 min，再在80 ℃恒溫下烘干至恒重)；計算壯苗指數(ISG)=(根鮮質量/地上部鮮質量+莖粗/株高)×全株鮮質量；葉面積(LA)采用稱質量法測定[8]。

1.2.3 逆境脅迫對甜瓜幼苗傷害性綜合評價方法

傷害系數=(對照值-處理值)/對照值×100%。

采用隸屬函數法進行耐鹽性綜合評價，計算逆境對幼苗傷害性相關指標的隸屬函數值[9]。

Xij=(xij-ximin)/(ximax-ximin)。

式中：xij為i品種j指標值；ximin為j指標最小值；ximax為j指標最大值。累加各品種各指標的具體隸屬函數值即為總隸屬函數值(SUM)。

1.3 數據統計與分析

利用Excel 2003和DPS 7.05進行數據統計分析，差異顯著性檢驗(α=0.05)采用Duncan’s新復極差法。

2 結果與分析

2.1 逆境脅迫對甜瓜幼苗生長的影響

不同逆境脅迫處理顯著抑制了甜瓜幼苗的生長，且2個甜瓜品種幼苗對逆境脅迫的響應有明顯差異(表1)。對于早熟品種星甜18而言，各逆境處理間SD、RDW、ISG差異不顯著，低溫脅迫對SFW、SDW、LA影響較大；干旱脅迫主要影響SH、RFW、SDW、LA等指標；鹽脅迫對SH、SFW、RDW、LA的影響較大。對中晚熟品種翠玉6號而言，低溫脅迫對SD、SFW、SDW、RDW、LA、ISG影響較大；干旱脅迫主要影響SH、SD、SFW、RFW、SDW、ISG等指標；鹽脅迫對SH、SD、RDW、LA影響較大。與其他逆境條件相比，水分脅迫對2種甜瓜幼苗生長指標的影響均相對較小。表明逆境脅迫對甜瓜幼苗的傷害程度受品種和逆境類型等因素的影響和制約。

表1 不同逆境脅迫對甜瓜幼苗生長的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2 逆境脅迫對甜瓜幼苗傷害的差異性比較

綜合8個與甜瓜幼苗生長相關的指標，利用隸屬函數值評價不同逆境脅迫的傷害程度。由表2可以看出，干旱脅迫、鹽脅迫對早熟品種星甜18的傷害性較大，其總隸屬函數值分別為3.440、4.323，水分脅迫的傷害性較小，總計隸屬函數值為0.477；低溫脅迫、干旱脅迫對中晚熟品種翠玉6號的傷害性較大，其總隸屬函數值分別為5.750、5.123，水分脅迫的傷害性較小，總隸屬函數值為0.652。結果表明，早熟品種對干旱脅迫、鹽脅迫較為敏感，而中晚熟品種對低溫脅迫、干旱脅迫較為敏感；相比其他逆境條件，2種不同熟性類型的品種對水分脅迫的耐受性均較強。

表2 逆境脅迫對甜瓜幼苗期各指標傷害系數的影響

2.3 2種甜瓜綜合抗逆指標的篩選

通過對星甜18、翠玉6號2種甜瓜的8個幼苗生長指標進行抗逆性主成分分析，可將8個指標轉化為4個主成分，均以第1個主成分貢獻率最大，其特征值分別為6.59、6.44，累計貢獻率分別可達82.39%、80.53%，即第1個主成分已經基本攜帶了8個抗逆指標80%以上的信息(表3)。由表3可以看出，RFW、ISG、LA、SD、RDW可作為早熟品種星甜18苗期綜合抗逆性的鑒定指標；SD、ISG、LA、RFW可作為中晚熟品種翠玉6號苗期綜合抗逆性的鑒定指標。

表3 2種甜瓜幼苗抗逆性綜合評價主成分分析

3 結論與討論

植物在生長過程中經常會遇到干旱、鹽堿、高溫等不良環境條件，導致體內的一系列生理生化活動的變化[10-13]，進而影響植物外部的表觀形態[14]。因此，表觀形態的改變更能直觀地反映其受外界環境條件的脅迫程度。本研究通過室內模擬低溫、干旱、水分、鹽等逆境條件，探討了其對甜瓜幼苗生長發育的影響，結果表明，低溫、干旱、水分、鹽等逆境脅迫均顯著抑制了甜瓜幼苗的生長，與王興虎等分別利用不同逆境條件對甜瓜幼苗生長影響的研究結果[15-18]一致。8個生長指標對不同逆境脅迫的響應有明顯差異，受品種類型的影響和制約，可能與逆境脅迫的傷害機制及品種自身敏感程度有關，具體原因還有待進一步研究。

隸屬函數法作為一種模糊數學方法，已被大多數學者用來對受到多種因素制約的研究對象做綜合性評價[19-20]。為克服單一指標評價的片面性，更全面反映不同逆境脅迫對甜瓜幼苗生長的危害程度，本研究選取與甜瓜生長有關的8個性狀指標，利用總隸屬函數值對不同逆境條件進行綜合評價。結果顯示，早熟品種對干旱脅迫、鹽脅迫較為敏感，而中晚熟品種對低溫脅迫、干旱脅迫較為敏感。相比其他逆境條件，2種熟性類型的品種對水分脅迫的耐受性均較強。因此，在栽培管理過程中，對于早熟品種而言，應特別注意防止干旱、鹽脅迫傷害，做好土壤肥水管理，在育種上應加強其抗旱和耐鹽能力方面的改進。對于中晚熟而言，應特別注意防止低溫、干旱脅迫傷害，做好溫度和土壤水分管理，在育種上應加強其耐低溫和抗旱能力方面的改進。但本試驗僅僅人為模擬逆境條件對其進行了研究，可能與實際生產有一定差距，還需進一步大田試驗驗證。

利用主成分分析方法將8個單項指標轉化成為4個綜合指標，使各種逆境脅迫下甜瓜幼苗生長指標差異具有可比性，RFW、ISG、LA、SD、RDW可作為早熟品種星甜18苗期綜合抗逆性的鑒定指標；SD、ISG、LA、RFW可作為中晚熟品種翠玉6號苗期綜合抗逆性的鑒定指標。這一結果可為甜瓜幼苗的綜合抗逆性的直觀判斷提供理論依據，但大多數研究認為植物形態和生長對環境脅迫的反映往往落后于生理反應，一旦植株表觀現象呈現，逆境造成的傷害可能難以恢復[20]，在實際生產中應用還有一定的局限性。因此，還應進一步加強甜瓜逆境脅迫的系統性研究，將生長方面的表觀形態和生理反應特征有效結合起來，更有助于采取切實可行的技術措施，為有效防止生產上的逆境傷害奠定基礎。